设计方法学

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什么是设计方法学[1]

  设计方法学是研究解决设计问题的进程的一般理论,包括一般设计战略及用于设计工作各个具体部分的战术方法,它的主要领域及大致结构,包括进程模式、进程规划、进程风格、方法、方法学及行动规划、工作方法、工作原则等。

设计方法学的研究状况[1]

  最早涉及设计方法学研究的学者应该提到德国的罗伊雷赫(F.Reuleaux),1875年他在《理论运动学》一书中第一次提出了“进程规划”的模型,即对很多机械技术现象中本质上统一的东西进行抽象,在此基础上形成一套综合的步骤。这是最早对程序化设计的探讨,因而有人称他为设计方法学的奠基人。此后直到20世纪40年代,库茨巴奇(Kutzbaeh)等人相继在程序化设计的发展、设计评价原则、功能原理及设计中的应用等方面开展了一些工作,初步发展了设计方法学研究。

  20世纪60年代初期以来,由于各国经济的高速发展,特别是竞争的加剧,一些主要工业国家采取措施加强设计工作,开展设计方法学研究,使得设计方法学研究在这一时期取得了飞速发展。许多国家的专家、学者在设计方法学方面或出版专著、或从事专题研究,如设计目录的制订、有关设计的经济性问题、设计方法的研究、产品功能结构及其算法研究等,并开始探讨设计方法学研究的内涵。慕尼黑大学的罗登纳克(Rodenaeker)是在德国(也是世界上)第一个被任命为从事设计方法学研究的教授。因而有人称他为“设计方法之父”。由于经济文化背景的不同,不同学者的研究各有自己的特点和侧重方面,学者和工程技术人员比较着重研究设计的进程、步骤和规律,进行系统化的逻辑分析,并将成熟的设计模式、解法等编成规范和资料供设计人员参考,如德国工程师协会制定的有关设计方法学的技术准则VDI 2222等;英美学派偏重分析创造性开发和计算机在设计中的应用;日本则充分利用国内计算机优势,在创造工程学、自动设计、价值工程方面做了不少工作;前苏联和东欧等国家也在宏观设计的基础上提出了“新设计方法”。不少国家在高等学校中开始开设有关设计方法学的课程,多方面、多层次开展培训工作,推进设计方法学的研究和应用,有效地提高各自产品的设计质量及其竞争能力

  20世纪70年代未,欧洲出现了由瑞士胡布卡博士、丹麦安德生博士及加拿大梅尔(W.E.Mer)教授组成的欧洲设计研究组织(WDK)。此后,它发起组织了一系列国际工程设计会议(ICED),参加人员和范围逐渐扩大。它还组织出版了有关设计方法学的《WDK》丛书,除各次会议论文集以外,还包括有关设计方法学的基本理论、名词术语、专家评论和有选择的专著。此外,还建立了一批国际性的专题研究小组,如机械零件的程序化设计研究小组,定期开展活功。从此,设计方法学研究明显地从各国自行开展发展为国际性的活动,各学派充分交流,互相取长补短,将设计方法学研究及应用推向新的高潮,吸引了全世界学者的注意。

  1980年前后,由于德国学者、西北欧学者、日本学者及美国学者先后不断来华讲学,我国学者开始了对西方各学派的学习与研究。1981年中国机械工程学会机械设计学会首次派代表参加了ICED81罗马会议,此后即在国内宣传,并于1983年5月在杭州召开了全国设计方法学讨论会,探讨开展设计方法学研究活动,并成立了设计方法学研究组。设计方法学研究在我国正在蓬勃开展起来。应特别引起注意的是,这门学科具有强烈的社会背景,若生硬照搬,必难适应我国国情,难以为现实工程技术人员所接受,而应博采众家之长,结合我国实际,在现实的基础上向前推进。

  国内外对设计本质及方法的研究已初步进入实用阶段,出版了一些有代表性的专著,但是有关这门学科的名称并未得到统一,如科学设计、工程设计、设计方法学、工程设计原理、设计综合、设计学、机械研究方法论、设计的设计等。名称相近,内容大同小异,其共同特点都是总结设计规律,启发创造性,采用现代化的先进技术和理论方法,使设计过程自动化、合理化。其目的是设计出更多质高价廉的工程技术产品,以满足人民的需求和适应日趋激烈的市场竞争形势的需要。

设计方法学的主要内容[2]

  1.设计进程模式

  研究设计的各个阶段,如原理方案设计、结构设计和总体设计,并把各个阶段和每个阶段的工作步骤连成一个设计程序,并使之规范化、模式化。阐述每个步骤的具体处理方法,设计进程模式应能使设计过程合理化、科学化。

  2.设计原理、规律和准则

  从系统观点出发探讨机械产品设计的一些基本原理,将产品设计看作由输入、输出、转换三要素组成的系统;研究各种设计准则,如结构设计的设计准则、原理和原则等。

  3.设计方案

  方案设计的质量决定产品设计质量。设计方法学主要研究方案构思中的思维规律和科学方法以及实现需求与技术系统设计间的转换方式方法、原理、原则、策略技巧,例如建立“设计目录”,便于设计师检索求解。

  4.综合评价

  工程设计往往是多方案选择评优的过程,在实际工作中很难找到一个各项指标较之其他方案都是最优的方案。这涉及到评价指标体系的建立、价值工程和多目标优化设计的问题,以便对各方案进行合理综合评价。

  设计方法学是研究设计程序、设计规律和设计中思维与工作方法的一门多元综合、新兴交叉学科,涉及的知识面很广,例如材料力学、理论力学、金属材料、热处理、机械原理、机械设计、金属工艺学、系统工程、计算机应用、预测学、人机工程学、价值工程、优化设计、艺术造型等知识

  设计方法学是为了寻求保证设计质量、加快设计速度、减少和避免设计失误的方法和措施,并适应科学技术发展的要求,它的发展将大大提高产品的设计水平和生产率,提高产品的竞争能力。设计方法学可理解为:研究设计中的一般过程及解决具体设计问题的方法、手段。有人称之为“设计的设计”。

  设计方法学特别重视寻找可能实现各项功能要求的物理原理(先不管它技术上能否实现),并组合成为数众多的设计方案,以供评价决策。这对冲破传统局限,创新开拓新产品有重大作用。

  可以说设计方法学体现了技术经济、美学和人机工程学的一体化,在生产活动中体现了市场、设计、制造、销售一体化

设计方法学的要求[2]

  设计方法学作为方法论,应满足这样的要求,即:

  (1)适用于任何工程设计和产品设计,而不局限于某种行业。

  (2)能促进发明创造和认识能力,使之较容易找到最佳的解。

  (3)与其他学科的概念、方法和认识相协调。

  (4)所获得的解并非偶然的,且容易转用于其他技术产物。

  还需说明,设计方法学不主张单凭直觉和经验来设计,而应按由设计规律制订的进程和方法步骤进行设计,但这并不应该降低设计人员的直觉和经验的作用,不应限制他们的聪明才智,相反应使他们充分发挥作用。

  设计方法学是一门实践性很强的学科,也只有在设计实践的应用中,才能真正显示出它的生命力和向前发展。

参考文献

  1. 1.0 1.1 杨平,廖宁波,丁建宁,杨继昌编著.1 绪论 数字化设计制造技术概论.国防工业出版社,2005年10月第1版.
  2. 2.0 2.1 朱文坚,刘小康编著.第一章 绪论 机械设计方法学.华南理工大学出版社,2006年3月.
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