現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法(第1章)

《現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法》教材：現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法

梅順齊何雪明主編

2009年華中科技大學(xué)出版社第一章現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)教學(xué)目的：

產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般過(guò)程、設(shè)計(jì)的一般原則；技術(shù)系統(tǒng)的確定方法；方案設(shè)計(jì)階段的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法的基本思路及功能分析設(shè)計(jì)法的原理、方法和步驟；設(shè)計(jì)決策的基本原則；評(píng)價(jià)目標(biāo)和方法。重點(diǎn)：技術(shù)系統(tǒng)及其確定的一般方法；功能分析設(shè)計(jì)法的基本原理、方法和步驟。難點(diǎn)：功能分析設(shè)計(jì)法的基本原理、方法和步驟。德國(guó)：側(cè)重于設(shè)計(jì)進(jìn)程、步驟和規(guī)律的研究；英國(guó)：側(cè)重于創(chuàng)造性開(kāi)發(fā)的分析和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用；美國(guó)：側(cè)重于設(shè)計(jì)理論體系的研究和設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用；日本：在智能設(shè)計(jì)和價(jià)值工程方面頗為突出；俄羅斯：側(cè)重于發(fā)明與創(chuàng)新活動(dòng)的方法問(wèn)題；中國(guó)：側(cè)重于理論吸收和應(yīng)用研究。

設(shè)計(jì)是一種創(chuàng)造性活動(dòng)，設(shè)計(jì)方法學(xué)是以系統(tǒng)的觀點(diǎn)來(lái)研究產(chǎn)品的設(shè)計(jì)程序、設(shè)計(jì)規(guī)律和設(shè)計(jì)思維及其方法的綜合性學(xué)科。1.1.1設(shè)計(jì)方法學(xué)的含義1.1

設(shè)計(jì)方法學(xué)概述1.1.2設(shè)計(jì)方法學(xué)的研究?jī)?nèi)容(1)設(shè)計(jì)對(duì)象：是一個(gè)能實(shí)現(xiàn)一定技術(shù)過(guò)程的技術(shù)系統(tǒng)。滿(mǎn)足特定需要，具有特定功能的技術(shù)系統(tǒng)并非唯一；影響某個(gè)技術(shù)系統(tǒng)的因素多種多樣。(2)設(shè)計(jì)過(guò)程和程序：思維過(guò)程和活動(dòng)規(guī)律。設(shè)計(jì)活動(dòng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程（思維過(guò)程和活動(dòng)規(guī)律）。它將產(chǎn)品(即設(shè)計(jì)對(duì)象）視為由輸入、轉(zhuǎn)換、輸出三要素組成的系統(tǒng)，重點(diǎn)研究將功能要求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖紙的這一設(shè)計(jì)過(guò)程。需求設(shè)計(jì)活動(dòng)產(chǎn)品1.1

設(shè)計(jì)方法學(xué)概述(5)設(shè)計(jì)信息管理：設(shè)計(jì)活動(dòng)中涉及到的知識(shí)體系和各種信息的綜合管理及其應(yīng)用。(6)現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法的應(yīng)用：上述設(shè)計(jì)學(xué)研究?jī)?nèi)容的工程應(yīng)用，以及如何在設(shè)計(jì)過(guò)程中提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率。(4)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)：設(shè)計(jì)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法。設(shè)計(jì)質(zhì)量的評(píng)定方法。(3)設(shè)計(jì)思維：創(chuàng)造性思維的一般規(guī)律和方法。1.1.2設(shè)計(jì)方法學(xué)的研究?jī)?nèi)容1.1

設(shè)計(jì)方法學(xué)概述1.2.1

產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般過(guò)程產(chǎn)品設(shè)計(jì)活動(dòng)受到市場(chǎng)需求和設(shè)計(jì)主體對(duì)社會(huì)效益或經(jīng)濟(jì)效益的追求兩個(gè)因素的驅(qū)使。其一般過(guò)程為：產(chǎn)品規(guī)劃原理方案設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)施工設(shè)計(jì)需求分析可行性分析技術(shù)要求設(shè)計(jì)規(guī)劃功能分析原理方案經(jīng)濟(jì)學(xué)評(píng)估原理?yè)駜?yōu)原理實(shí)現(xiàn)詳細(xì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和造型技術(shù)文獻(xiàn)工藝規(guī)劃經(jīng)濟(jì)性分析制造過(guò)程設(shè)計(jì)說(shuō)明1.2

產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程與設(shè)計(jì)原則3、技術(shù)設(shè)計(jì)階段是把新產(chǎn)品的最優(yōu)原理方案具體化。首先是總體設(shè)計(jì)，然后分為同時(shí)進(jìn)行實(shí)用化設(shè)計(jì)和商品化設(shè)計(jì)兩條設(shè)計(jì)路線?？傮w設(shè)計(jì)實(shí)用化設(shè)計(jì)：商品化設(shè)計(jì)：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)→結(jié)構(gòu)方案→結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)文件、總體布置草圖、結(jié)構(gòu)裝配草圖。造型設(shè)計(jì)→外觀方案造型設(shè)計(jì)→外觀方案→造型設(shè)計(jì)技術(shù)文件、總體效果草圖、外觀構(gòu)思模型。1.2

產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程與設(shè)計(jì)原則對(duì)于企業(yè)來(lái)講，產(chǎn)品設(shè)計(jì)是三大核心任務(wù)之一。開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造1.2

產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程與設(shè)計(jì)原則市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)階段步驟方法主要指導(dǎo)理論產(chǎn)品規(guī)劃設(shè)計(jì)方法預(yù)測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)方法學(xué)技術(shù)預(yù)測(cè)理論市場(chǎng)學(xué)信息學(xué)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)一般過(guò)程信息集約可行性報(bào)告、設(shè)計(jì)要求項(xiàng)目表產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)預(yù)測(cè)調(diào)研可行性分析明確任務(wù)要求階段步驟方法主要指導(dǎo)理論原理方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)化設(shè)計(jì)法創(chuàng)造技法評(píng)價(jià)決策方法系統(tǒng)工程學(xué)形態(tài)學(xué)創(chuàng)造學(xué)思維心理學(xué)決策論模糊數(shù)學(xué)總功能分析原理參數(shù)表、方案原理圖功能分解功能載體組合功能原理方案(多個(gè))功能元求解原理試驗(yàn)評(píng)價(jià)決策最優(yōu)原理方案階段步驟方法主要指導(dǎo)理論技術(shù)設(shè)計(jì)價(jià)值設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)宜人性設(shè)計(jì)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)系列化設(shè)計(jì)機(jī)械性能設(shè)計(jì)工藝性設(shè)計(jì)自動(dòng)化設(shè)計(jì)價(jià)值工程學(xué)最優(yōu)化方法、工程遺傳算法可靠性理論與實(shí)驗(yàn)人機(jī)工程學(xué)工業(yè)美學(xué)模塊化設(shè)計(jì)、相似理論有限元法、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、摩擦學(xué)設(shè)計(jì)、高等機(jī)構(gòu)學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)的工藝基礎(chǔ)控制理論、智能工程、人工神經(jīng)元計(jì)算方法、專(zhuān)家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案(多個(gè)結(jié)構(gòu)價(jià)值分析試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造型設(shè)計(jì)造型價(jià)值分析外觀方案(多個(gè)評(píng)價(jià)決策評(píng)價(jià)決策最優(yōu)結(jié)構(gòu)方案最優(yōu)造型方案最優(yōu)技術(shù)設(shè)計(jì)方案總體布置圖、裝配草圖、技術(shù)文件總體效果圖、外觀效果模型階段步驟方法主要指導(dǎo)理論施工設(shè)計(jì)各種制造、裝配、造型、裝飾、檢驗(yàn)等方法各種工藝學(xué)批量生產(chǎn)計(jì)算機(jī)輔助制造銷(xiāo)售反饋控制法零件工作圖外觀件加工工藝、面飾工藝規(guī)程部件裝配圖效果圖、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)文件造型工藝文件試制修改批量生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)用戶(hù)訪問(wèn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)四大類(lèi)型：

開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)、適應(yīng)性設(shè)計(jì)、變參數(shù)設(shè)計(jì)、測(cè)繪和仿制。（1）開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)方案全部未知的情況下，根據(jù)產(chǎn)品總功能和約束條件，進(jìn)行全新的創(chuàng)造。如專(zhuān)利產(chǎn)品、發(fā)明性產(chǎn)品。1.2

產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程與設(shè)計(jì)原則1.2.2

產(chǎn)品設(shè)計(jì)的類(lèi)型和一般原則介紹：現(xiàn)代新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)模式開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)1.2

產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程與設(shè)計(jì)原則開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)介紹：新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的一般模式1.2

產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程與設(shè)計(jì)原則介紹：某集團(tuán)公司技術(shù)準(zhǔn)備和生產(chǎn)準(zhǔn)備流程開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)1.2

產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程與設(shè)計(jì)原則（2）適應(yīng)性設(shè)計(jì)。在總的方案和原理不變的條件下，根據(jù)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和使用部門(mén)的要求，對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行更新改造，使它適應(yīng)某種附加要求。如電冰箱從單開(kāi)門(mén)變雙開(kāi)門(mén)、洗衣機(jī)由單缸變雙缸再到全自動(dòng)等。（3）變參數(shù)設(shè)計(jì)。在功能、原理、方案不變的情況下，只是對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)置和尺寸加以改變，使之滿(mǎn)足功率、速比等不同要求。如不同中心距的減速器系列設(shè)計(jì)、排量不同的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)等。1.2

產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程與設(shè)計(jì)原則1.2.2

產(chǎn)品設(shè)計(jì)的類(lèi)型和一般原則適應(yīng)性設(shè)計(jì)與變參數(shù)設(shè)計(jì)單門(mén)—雙門(mén)—對(duì)開(kāi)門(mén)—三門(mén)—多門(mén)109升—181升—201升—231升—249升—310升—450升介紹：美菱冰箱系列產(chǎn)品適應(yīng)性：方案原理不變的條件下，根據(jù)使用要求對(duì)結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行改進(jìn)。變參數(shù)：大多對(duì)功率或尺寸（體積）進(jìn)行更新。（注：大型制造和為制造中的尺寸改變可能會(huì)導(dǎo)致原理的根本性變化。）1.2

產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程與設(shè)計(jì)原則（4）測(cè)繪和仿制按照國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品實(shí)物進(jìn)行測(cè)繪，變成圖紙文件，其結(jié)構(gòu)性能不改變，只進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和工藝性改動(dòng)。1.2

產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程與設(shè)計(jì)原則1.2.2

產(chǎn)品設(shè)計(jì)的類(lèi)型和一般原則介紹：反求逆向設(shè)計(jì)測(cè)繪與仿制1.2

產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程與設(shè)計(jì)原則測(cè)繪與仿制1.2

產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程與設(shè)計(jì)原則產(chǎn)品設(shè)計(jì)遵循四個(gè)基本原則：

創(chuàng)新原則、可靠原則、效益原則、審核原則。（1）創(chuàng)新原則。

設(shè)計(jì)本身就是創(chuàng)造性思維活動(dòng)。（2）可靠原則。

無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短，是評(píng)價(jià)產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)。（3）效益原則。

在可靠的前提下，力求做到經(jīng)濟(jì)合理，創(chuàng)造較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。（4）審核原則。1.2

產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程與設(shè)計(jì)原則1.2.2

產(chǎn)品設(shè)計(jì)的類(lèi)型和一般原則具有特定功能或職能的事物集合，簡(jiǎn)稱(chēng)為技術(shù)系統(tǒng)——通常構(gòu)成產(chǎn)品。產(chǎn)品市場(chǎng)調(diào)研可行性報(bào)告方案設(shè)計(jì)及優(yōu)化方案設(shè)計(jì)、優(yōu)化及其評(píng)估是設(shè)計(jì)工作及其重要的環(huán)節(jié)……1.3

技術(shù)系統(tǒng)及其確定1.3.1

技術(shù)系統(tǒng)技術(shù)系統(tǒng)所具有的功能，是完成技術(shù)過(guò)程的根本特性。從功能的角度分析，技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)具有下列能完成不同分功能的單元。（1）作業(yè)單元，完成轉(zhuǎn)換工作；

（2）動(dòng)力單元，完成能量的轉(zhuǎn)換、傳遞與分配；

（3）控制單元，接受、處理和輸出控制信息；

（4）檢測(cè)單元，檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)各種功能的完成情況并反饋給控制單元；

（5）結(jié)構(gòu)單元，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各部分的連接與支承。1.3.1

技術(shù)系統(tǒng)1.3

技術(shù)系統(tǒng)及其確定圖CNC機(jī)床內(nèi)部功能構(gòu)成

技術(shù)系統(tǒng)（黑箱）物料M能量E信號(hào)S物料M′能量E′信號(hào)S′輸入邊界伴生輸出伴生輸入圖1-1技術(shù)系統(tǒng)與環(huán)境1.3.1

技術(shù)系統(tǒng)1.3

技術(shù)系統(tǒng)及其確定未知已知黑色白化機(jī)電一體化產(chǎn)品（黑箱）物料能量信息物料′能量′信息′伴生輸出伴生輸入功能載體求解即：黑箱法的表達(dá)工程設(shè)計(jì)中常用的抽象方法是“黑箱法”1、黑箱法的基本原理：

將所要實(shí)現(xiàn)給定功能的技術(shù)系統(tǒng)看作為一個(gè)未知內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)、功能載體的“黑箱”，通過(guò)對(duì)輸入量和輸出量的分析，逐步掌握輸入和輸出的基本特征和轉(zhuǎn)換關(guān)系，尋求能實(shí)現(xiàn)這種基本特征和轉(zhuǎn)換關(guān)系的工作原理和功能載體。物料：固體、液體、氣體等任何物體；能量：機(jī)械能、電能、熱能、化學(xué)能、光能等；信息：數(shù)據(jù)、指示值、測(cè)量值、控制信號(hào)、波形等。物料的轉(zhuǎn)換指：如何將毛坯、半成品轉(zhuǎn)換成成品；能量的轉(zhuǎn)換指：如何將其它形式的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或機(jī)械能變成其它形式能量；信息的傳輸或轉(zhuǎn)換指：將物理量測(cè)量和顯示、控制信號(hào)的傳遞等。1.3

技術(shù)系統(tǒng)及其確定圖1-1中：傳遞信號(hào)流的技術(shù)系統(tǒng)稱(chēng)為儀器，

傳遞能量流與物料流的技術(shù)系統(tǒng)稱(chēng)為機(jī)器。機(jī)器分為機(jī)械和器械：

機(jī)械以能量流和能量變換為主，如電動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)；

器械以物料流和物料變換為主，如加工中心、管道運(yùn)輸系統(tǒng)等。

確定技術(shù)系統(tǒng)的主要方法包括信息集約、調(diào)研預(yù)測(cè)、可行性分析等。1.3.1

技術(shù)系統(tǒng)1.3

技術(shù)系統(tǒng)及其確定信息集約旨在對(duì)產(chǎn)品相關(guān)信息進(jìn)行搜集整理、分析加工，一般應(yīng)由企業(yè)各部門(mén)共同完成。

（1）情報(bào)部門(mén)

（2）開(kāi)發(fā)部門(mén)

（3）制造部門(mén)

（4）營(yíng)銷(xiāo)部門(mén)

（5）公關(guān)部門(mén)

（6）社會(huì)部門(mén)1.3.2

信息集約1.3

技術(shù)系統(tǒng)及其確定

調(diào)研預(yù)測(cè)一般從市場(chǎng)、技術(shù)、社會(huì)環(huán)境及企業(yè)環(huán)境四個(gè)方面進(jìn)行。

（1）市場(chǎng)調(diào)研

（2）技術(shù)調(diào)研

（3）社會(huì)環(huán)境調(diào)研

（4）企業(yè)環(huán)境調(diào)研1.3.3

調(diào)研預(yù)測(cè)1.3

技術(shù)系統(tǒng)及其確定

由企業(yè)內(nèi)所有業(yè)務(wù)部門(mén)參加的并行設(shè)計(jì)組和用戶(hù)共同進(jìn)行可行性分析，提出可行性報(bào)告，可行性報(bào)告一般包括下列內(nèi)容：（1）產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的必要性和可能性；（2）目前國(guó)內(nèi)外該產(chǎn)品的現(xiàn)狀及發(fā)展水平；（3）確定產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)格、性能參數(shù)和約束條件；（4）提出該產(chǎn)品的技術(shù)關(guān)鍵和解決途徑；（5）預(yù)期達(dá)到的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益；（6）預(yù)算投資費(fèi)用及項(xiàng)目進(jìn)度、期限。1.3.4

可行性報(bào)告1.3

技術(shù)系統(tǒng)及其確定明確設(shè)計(jì)要求、擬定設(shè)計(jì)目標(biāo)、確定技術(shù)參數(shù)功能分析與原理實(shí)現(xiàn)對(duì)比分析與擇優(yōu)（經(jīng)濟(jì)性要求）設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)調(diào)研報(bào)告可行性報(bào)告設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)制造工藝編制1.4

方案的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)功能分析設(shè)計(jì)法是系統(tǒng)化設(shè)計(jì)中探尋功能原理方案的主要方法。設(shè)計(jì)任務(wù)求總功能求功能元解原理解組合總功能分解為功能元評(píng)價(jià)與決策最佳原理方案形態(tài)學(xué)矩陣法創(chuàng)造性方法、目錄法、調(diào)查分析法黑箱法

分析綜合設(shè)計(jì)要求表功能樹(shù)、功能結(jié)構(gòu)圖各種評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)決策圖1-2功能分析設(shè)計(jì)法原理方案設(shè)計(jì)步驟1.4

方案的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)總功能功能元解功能原理方案最佳功能原理方案明確任務(wù)黑箱法功能樹(shù)創(chuàng)造技法形態(tài)學(xué)矩陣評(píng)價(jià)法功能元功能分析法(Functionanalysis)，將機(jī)械產(chǎn)品的總功能分解成若干功能元(Functionelement)，求解功能元，將其組合，得到滿(mǎn)足總功能要求的多種解決方案供評(píng)價(jià)選擇。1.4

方案的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求主要內(nèi)容功能要求功能是系統(tǒng)的用途或完成的任務(wù)。使用性能要求精度、效率、生產(chǎn)能力、可靠性等。工況適應(yīng)性要求指工況在預(yù)定范圍內(nèi)變化時(shí)，產(chǎn)品適應(yīng)的程度和范圍，包括作業(yè)對(duì)象特征和工作狀況等的變化，如物料的形狀、尺寸、溫度等，提出為適應(yīng)這些變化的設(shè)計(jì)要求。宜人性要求系統(tǒng)符合人機(jī)工程學(xué)要求，適應(yīng)人的生理和心理特點(diǎn)，操作簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、方便、安全、可靠。1.4

方案的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)1.4.1

明確設(shè)計(jì)要求表1-1主要設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求主要內(nèi)容外觀要求包括外觀質(zhì)量和產(chǎn)品造型要求、產(chǎn)品形體結(jié)構(gòu)、材料質(zhì)感和色彩的總和。環(huán)境適應(yīng)性要求指環(huán)境在預(yù)定的范圍內(nèi)變化時(shí)，產(chǎn)品適應(yīng)程度和范圍，如溫度、粉塵、電磁干擾、振動(dòng)等在指定范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，產(chǎn)品應(yīng)保持正常運(yùn)行。工藝性要求為保證產(chǎn)品適應(yīng)企業(yè)的生產(chǎn)條件，應(yīng)對(duì)毛坯和零件加工、處理和裝配工藝性提出要求。法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)化要求對(duì)應(yīng)遵守的法規(guī)和采用的標(biāo)準(zhǔn)以及系列化、通用化、模塊化等提出要求。1.4

方案的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)表1-1主要設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求主要內(nèi)容經(jīng)濟(jì)性要求對(duì)研究開(kāi)發(fā)費(fèi)用、生產(chǎn)成本以及使用經(jīng)濟(jì)性提出要求。包裝和運(yùn)輸要求包括產(chǎn)品的保護(hù)、裝潢以及起重、運(yùn)輸方面的要求。供貨計(jì)劃要求包括研制時(shí)間、交貨時(shí)間。1.4

方案的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)表1-1主要設(shè)計(jì)要求技術(shù)系統(tǒng)由構(gòu)造體系和功能體系構(gòu)成。建立構(gòu)造體系是為了實(shí)現(xiàn)功能要求。

1.功能的含義功能是對(duì)于某一產(chǎn)品的特定工作能力的抽象化描述。功能就是一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)在以實(shí)現(xiàn)某種任務(wù)為目標(biāo)時(shí)，其輸入輸出量之間的關(guān)系。輸入和輸出可以抽象為能量、物料和信息三要素。1.4.2

功能分析1.4

方案的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)能量：機(jī)械能、熱能、電能、光能、化學(xué)能、核能、生物能等；物料：材料、毛坯、半成品、固體、氣體、液體等；信息：數(shù)據(jù)、控制脈沖、測(cè)量值等。

實(shí)現(xiàn)預(yù)定的能量、物料和信息的轉(zhuǎn)換就體現(xiàn)了機(jī)械系統(tǒng)的功能。1.4

方案的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)1.4.2

功能分析

2.功能分析確定總功能，將總功能分解為分功能，并用功能結(jié)構(gòu)來(lái)表達(dá)分功能之間的相互關(guān)系，這一過(guò)程稱(chēng)為功能分析。1）總功能分析將設(shè)計(jì)的對(duì)象系統(tǒng)看成一個(gè)不透明的、不知其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的“黑箱”，只集中分析比較系統(tǒng)中三個(gè)基本要素（能量、物料、信息）的輸入輸出關(guān)系，就能突出地表達(dá)系統(tǒng)的核心問(wèn)題——系統(tǒng)的總功能。

2）功能分解總功能可以分解為分功能，分功能可繼續(xù)分解，直至功能元。1.4.2

功能分析1.4

方案的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)圖1-3黑箱模型1.3

技術(shù)系統(tǒng)及其確定1.4.2

功能分析自走式谷物聯(lián)合收割機(jī)（黑箱）谷物驅(qū)動(dòng)能驅(qū)動(dòng)信號(hào)谷粒工作機(jī)構(gòu)能量顯示信號(hào)噪聲廢氣溫度莖稈谷殼振動(dòng)土壤濕度風(fēng)力1.3

技術(shù)系統(tǒng)及其確定1.4.2

功能分析圖1-4功能樹(shù)示例支承物支承人自支承傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)光報(bào)警聲報(bào)警防盜制動(dòng)轉(zhuǎn)向變速夾緊物定位物支承位移安全報(bào)警控制轉(zhuǎn)移人和物在陸地上的位置功能系統(tǒng)和功能單元；主要功能和附加功能；總功能和獨(dú)立功能。功能的層次性：底盤(pán)發(fā)動(dòng)機(jī)變速器懸架系轉(zhuǎn)向系車(chē)載空調(diào)系統(tǒng)車(chē)架底盤(pán)總成功能元：不可再分的最小功能單元。功能樹(shù)：1.4

方案的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)功能結(jié)構(gòu)圖可用來(lái)表示各分功能之間的關(guān)系。（1）鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，各分功能按順序相繼作用；F1F2F3F1F2F3（2）并列結(jié)構(gòu)，各分功能并列作用，例如，車(chē)床需要工件與刀具共同運(yùn)動(dòng)來(lái)完成加工工件的任務(wù)；1.4.2

功能分析1.4

方案的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)圖1-5功能結(jié)構(gòu)的基本形式（3）循環(huán)結(jié)構(gòu)，各分功能組成環(huán)狀循環(huán)回路，體現(xiàn)反饋?zhàn)饔谩1F2F31.4.2

功能分析1.4

方案的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)夾緊工件旋轉(zhuǎn)工件夾緊刀具送進(jìn)刀具圖1-5功能結(jié)構(gòu)的基本形式

把總功能分解成一系列分功能（功能元）之后，即可確定各個(gè)功能元的原理方案。在確定各功能元的原理方案時(shí)應(yīng)按以下方式進(jìn)行：（1）用不同的技術(shù)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)同一種功能；（2）選用不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)對(duì)應(yīng)不同的功能；（3）選用不同的工作原理、不同的機(jī)構(gòu)來(lái)滿(mǎn)足同一種功能要求；（4）選用、創(chuàng)造不同的機(jī)構(gòu)及組合來(lái)實(shí)現(xiàn)同一種工作原理；（5）將以上求得的分功能（或功能元）的原理解按照功能結(jié)構(gòu)組合成總功能原理解；（6）從多個(gè)可行總功能原理解中選出最佳原理方案。1.4.3

功能原理設(shè)計(jì)1.4

方案的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)功能原理設(shè)計(jì)的落腳點(diǎn)：是為不同的功能、不同的工作原理、不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律匹配不同的機(jī)構(gòu)，這就是通常所說(shuō)的型、數(shù)綜合，而且通過(guò)上述的排列組合，會(huì)出現(xiàn)非常多的功能原理解，產(chǎn)生很多的技術(shù)方案，這就為優(yōu)選方案提供了基礎(chǔ)。功能元求解是方案設(shè)計(jì)中重要的“發(fā)散”、“搜索”階段，功能元求解的方法有以下三種：（1）參考有關(guān)資料、專(zhuān)利或相似產(chǎn)品求解；（2）利用各種創(chuàng)造性方法開(kāi)闊思路探尋解法；（3）利用設(shè)計(jì)目錄求解。1.4.3

功能原理設(shè)計(jì)1.4

方案的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)

將各功能元的局部解合理組合，可以得到多個(gè)系統(tǒng)原理解。一般采用形態(tài)矩陣法進(jìn)行組合，即將系統(tǒng)功能元和局部解分別作為縱、橫坐標(biāo)，列出形態(tài)矩陣。1.4.3

功能原理設(shè)計(jì)1.4

方案的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)表1-3挖掘機(jī)的形態(tài)學(xué)矩陣分功能解法12345動(dòng)力源電動(dòng)機(jī)汽油機(jī)汽輪機(jī)液壓馬達(dá)氣動(dòng)馬達(dá)移位傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)帶傳動(dòng)鏈傳動(dòng)液力耦合器移位軌道及車(chē)輪輪胎履帶氣墊取物傳動(dòng)拉桿繩傳動(dòng)汽缸液壓缸取物挖斗抓斗鉗式斗

設(shè)計(jì)過(guò)程中每個(gè)問(wèn)題得以解決都需要評(píng)價(jià)和決策。評(píng)價(jià)過(guò)程：是對(duì)各方案的價(jià)值進(jìn)行比較和評(píng)定；決策：是根據(jù)目標(biāo)，