现代设计理论总结

现代设计理论 第一章，绪论

1，设计：将指定的任务转化为满足任务要求的技术系统。 狭义与广义

ppt：狭义设计：出图；广义设计：“七事一贯制”（实验、研究、设计、制造、安装、使用、维修）。

教材P1：广义：对发展过程的安排，包括方向、程序、细节、目标。 狭义：将客观需求转化为满足该需求的技术系统。 设计核心：创造性。

发展：直觉设计→经验设计→传统设计→现代设计 现代设计和传统设计的区别

传统：经验的、静态的、孤立的、手工的、类比的

载荷应力集中；只考虑安全系数；设计—评定—再设计的“自然优化法” 现代：理论的、动态的、系统的、自动的、逻辑的

概率统计原理；多种设计方法考虑可靠性；最优化方法；计算机求解；系统学观点 2，现代设计方法：

美、德的两种设计体系：创造性设计方法学和“功能——原理——结构”设计方法学。 现代设计的前提：信息论方法； 现代设计的目标：优化论方法； 现代设计的核心：智能论方法； 现代设计的基础：突变论方法。 第二章：系统设计

（一）设计过程：调查研究；方案拟定（技术设计）；工作图设计；样机试制和鉴定 （二）产品规划：市场需求分析；可行性分析（技术、经济、社会）；设计要求拟定 （三）方案设计：

1，系统分析：原理方案拟定 功能——原理——结构 功能分析（举例：挖掘机）【目的：明确用户要求和产品的工作能力，以便有效设计。】 取物料 传动 取料提取总功能（黑箱法*）——取运物料

传动 运物料

移位

*黑箱法：根据系统的某种输入，要求系统得到什么样的输出的功能要求，从中找出某种规律实现输入—输出的变换，得到相应解决办法，推出黑箱的功能结构，黑箱变白箱。

2，功能元求解【类型：物理功能元、数学功能元、逻辑功能元；结构：串联、并联、反馈】

挖掘机的形态学矩阵

3，系统解方案：【求系统原理解：相关表和相关网法】

N=6×5×4×4×3=1440；例如A1B4C3D2E1=履带式挖掘机；A5B5C2D4E2=液压轮胎式挖掘机。 4，方案评价（评价表）

（四）技术系统的组成：系统单元，系统结构，边界条件，输入输出要素。 第三章：创造性设计

1，创造力：人的心理活动在最高水平上实现的综合能力，是保证创造活动得以实现的各种能力和积极个性心理特征的有机结合。包括智力和非智力因素。 2，发明创造的7阶段：

1意念→2概念→模型（3可行模型→4工程模型→5可见模型→6样品模型）→7小批生产 3，创造性思维：

突破性；独创性；多项性 4，创造性设计方法

智暴法∗

智力激励法 书面集智法

德菲尔法（专家）

检验表法提问追溯法

缺点列举法∗∗

联想法

联想类推法 类比法

创造性技法仿生法∗∗∗

前进法∗∗∗∗

系统搜索法 参量叠加法

形态综合法

逆向法∗∗∗∗∗ 反向探求法

转向法

组合法∗∗∗∗∗∗ 组合创新法

综摄法

*食品加工线区分生熟西红柿；大跨度输电线积雪清理方案 **育雏保温伞改进设计 ***人造海豚皮肤 ****探寻火灾如何报警

*****大型转炉倒装法（类比法（医用吊瓶）+逆向思维法（倒置）） ******肾结石冲击治疗机；斜面小车运沙方案

5，TRIZ理论

（1）产生：

1946年，阿奇舒勒开始了发明问题解决理论的研究工作。通过研究成千上万的专利，阿奇舒勒与前苏联的1500名专家经50年发现了发明背后的模式并形成了TRIZ理论的原始基础，是一套体系化、实用化解决发明问题的理论方法体系。 产生的原因：

1.降低尝试次数和错误迭代(代替原有的试错法) 2.降低对共同的资源的需要

3.使用演化的趋势打开历史，为新产品想法证明方向 4.利用专利规避，突破竞争对手的防御 TRIZ主要研究技术冲突和物理冲突。（技术冲突是指即由于系统本身某一部分的影响，所需要的状态不能达到。物理冲突指一个物体有相反的求。） （2）基本理论

1，8大技术系统进化法则

技术系统是如何进化的，为技术创新指明方向。

（s曲线、理想化、不均匀、动态、超系统、协调、微观场效应、自动化） 2，IFR最终理想解

明确理想解所在的方向和位置，避免由于折中法缺乏目标。 （部分理想化和全部理想化） 3，40个发明原理

指引发明的原理，使创造性思维得到扩张。 4，39个通用参数和阿奇舒勒矛盾矩阵

通过对矛盾的分析，在矛盾表中查找可能的解法，解法是由40个发明原理组成的。 物理矛盾和分离原理

促使我们发现物理矛盾的11条分离方法和4大分离原理。 物-场模型分析

一种重要的问题描述和分析工具，用以建立与已存在的系统或新技术系统问题相联系的功能模型。可以通过物-场分析法描述的问题一般称为标准问题，可以采用76个标准解法进行求解。

5，76个标准解法

针对标准问题提出的解法，标准解法是TRIZ高级理论的精华之一。 6，ARIZ 发明问题解决算法

非标准问题主要应用ARIZ来进行解决。ARIZ的思路是将非标准问题通过各种方法进行变换，转化为标准问题，然后应用76个标准解法来予以解决。 7，科学原理知识库

物理、化学、几何等领域的科学原理可以有效帮助发明问题的解决，为技术创新提供丰富的方案来源。

8，功能属性分析

“功能”角度分析系统，分析系统执行或完成其功能及关注属性的情况。功能属性分析用于寻找创新切入点与简化现有系统。 9，资源分析

主要从时间、空间、物质、能量、功能、信息等6个方面分析系统中资源。资源是解决发明问题的基础。 10，一般过程

a分析----功能分析

b原理----获得冲突解的方法。(40条原理)

c预测----技术预报(8种技术系统进化模式)。当模式确定后，系统、子系统及部件的设计应向高一级的方向发展。

d效应----应用本领域/其他领域的有关定律解决设计中的问题

e评价----该阶段将所求出的解与理想解进行比较,确信所作的改进不仅满足了技术需求而且推进了技术创新质。 （3）理论构成

a发明问题的标准解

将TRIZ问题利用功能的物质—场描述。其原理为，所有的功能都可分解为两种物质及一种场，因此，可用物质—场分析产品的功能。依据该模型，Altshuller等提出了76种标准解，并分为5级：

（1）不改变或仅少量改变已有系统：13种标准解； （2）改变已有系统：23种标准解； （3）系统传递：6种标准解； （4）检查与测量：17种标准解；

（5）简化与改善策略：17种标准解。 b系统矛盾的解决方法

一个技术系统中，由表述系统性能的同一个参数具有相互排斥（相反的或不同的）需求所构成的矛盾称之为物理矛盾。

解决物理矛盾的核心思想是实现矛盾双方的分离。——四大分离原理

1，空间分离：对同一个参数的不同要求，在不同的空间实现局部最佳化。

2，时间分离：对同一个参数的不同要求，在不同的时间段实现不同的时间有不同的性质。 3，条件分离：将对同一个参数的两个不同的要求在不同的条件上得到满足。 4，系统级别分离：将对同一个参数的不同要求，在不同的系统级别上实现。 每种原理可在40种发明原理中找到对应解。 c技术矛盾解决矩阵：

技术矛盾：改善系统的一部分或一个参数，导致该系统其他参数的恶化。 解决技术毛盾：

描述待解决的问题，建立问题模型，确定技术矛盾； 应用矛盾理论解决技术矛盾，得到发明原理；

将发明原理应用，得到最终解决方案。

Altshullar将39个通用工程和40个发明原理有机关联起来，建立对应关系，整理为39×39的矛盾矩阵。列所代表的工程参数是系统改善的特性，行所代表的工程参数是系统恶化的特性。横纵轴各参数交叉处的数字表示用来解决系统矛盾时所使用创新原理的编号。 （4）举例

第四章：反求工程 1，概述

何为反求工程

反求工程是针对消化吸收先进技术的一系列分析方法和技术的综合。应用反求技术可以探索相继产品设计的指导思想，分析原理方案，掌握相关技术。 反求的意义及国内外发展现状

反求工程是消化吸收先进技术进行技术创新的高新技术；是发展中国家追赶发达国家的必然选择；是较短时间内使我国技术达到国际先进水平，实现跨越式发展的关键。 发展现状：集中与几何形状，即重建产品样件的CAD模型问题的研究。 反求工程的类型和所涉及的知识范围

反求类型：实物反求、影像反求、技术文件反求。

知识范围：设计理论，cad技术，图形学，材料分析，工艺学，模糊理论，预测技术等多领域专业学科。

实物反求（在已有实物的条件下通过试验，测绘和详细分析，提出再创造的关键

）、软件反求（技术文件反求，产品的样本，技术文件，设计书，使用说明书，图纸，有关规范标准，管理规范和质量保证手册等均是技术软件）、影像反求（既无实物，又无技术软件，仅靠相片，广告，影印资料、画面等从中去构思、想像来反求）。

反求工程设计的应用

新零件的设计，已有零件的复制损坏或磨损零件的还原， 数字化模型的检测。生物医学工程领域也有广泛应用。

2，反求设计基本内容和基本原理 基本内容：

产品设计意图与原理的反求、几何形状与结构的反求、材料反求、制造工艺反求、管理反求等，其反求对象既包含实物模型，又包含软件和影像等对象。 反求工程的基本原理：

三维数据采样，形成图形→数据分析，分析原来物体结构（逻辑结构、功能结构、零部件、材料、尺寸、装配等）→数据恢复和修补（部件数据恢复和表面数据恢复。表面数据修复涉及碎片整合和空洞填补，更好的方法是基于三角面片的多分辨曲面模型）→原始部件的分解→模型信息处理和cad模型的建立及标准化部件库的建立→产品功能模拟→再设计。 3，相思理论 相似概念

1，相似：一组物理过程与其基本参数之间有固有的比例关系。 （1）几何相似：对应边成比例，对应角相等。=Cl