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現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與市場(chǎng)需求、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品功能、銷售和產(chǎn)品的預(yù)期利潤有關(guān),如圖1所示。產(chǎn)品設(shè)計(jì)要從系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)出發(fā)。例如,汽車設(shè)計(jì)需要考慮公路建設(shè)、服務(wù)站、車庫、交通限制等諸多因素。

1設(shè)計(jì)過程

設(shè)計(jì)是結(jié)合工作原理、資源和產(chǎn)品,提出某一問題的初始解決方案,并將工作原理轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品的過程。設(shè)計(jì)能力是工程師與科學(xué)家和技術(shù)員的最明顯的區(qū)別。設(shè)計(jì)過程的六個(gè)基本步驟如圖2所示:問題確定、初始構(gòu)思、問題細(xì)化、問題分析、決策和完成。圖2產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的步驟是可循環(huán)的雖然工程設(shè)計(jì)基本按以上步驟進(jìn)行,但在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中,也允許進(jìn)入后期設(shè)計(jì)的產(chǎn)品返回到前面的設(shè)計(jì)階段進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2問題確定

大多數(shù)工程問題都沒有明確地定義,因此首先要確定問題,如圖3所示。例如,當(dāng)今社會(huì)的一個(gè)焦點(diǎn)問題:大氣污染。在解決這個(gè)問題之前必須確定:什么是大氣污染?什么原因?qū)е铝舜髿馕廴?是含有不潔排放物的汽車、工廠、空調(diào)?還是含有不純空氣的地理特征導(dǎo)致了大氣污染?是否汽車的數(shù)量太多?等等。問題確定需要大量的研究,需要收集各種類型的數(shù)據(jù),如實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)調(diào)查、歷史記錄、個(gè)人觀察、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、物理測(cè)量及物理特征等。

3初始構(gòu)思

一旦問題確定下來,下一步就是構(gòu)思解決問題的盡可能多的方案,如圖4所示。這些方案來源于集思廣益、市場(chǎng)分析和對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)的研究等途徑。初始構(gòu)思階段應(yīng)拓寬解決問題的思路,甚至可以對(duì)現(xiàn)有的解決方案做徹底的改變。結(jié)合初始構(gòu)思的結(jié)果,繪制若干粗略的草圖,并將一些觀點(diǎn)標(biāo)示在草圖上,以便引導(dǎo)設(shè)計(jì)過程向下一階段進(jìn)行。

4問題細(xì)化

問題細(xì)化階段的任務(wù)是將初始構(gòu)思確立的方案進(jìn)行細(xì)化。首先,從初始構(gòu)思階段形成的諸多方案中,選擇幾個(gè)較好的方案,對(duì)其細(xì)化,并且逐一評(píng)價(jià)每個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)。然后,草圖設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成按比例繪制的圖形,以便進(jìn)行空間分析、測(cè)量及面積和體積的計(jì)算,如圖5所示。最后,著重考慮空間關(guān)系,面與面之間的角度,各構(gòu)成元素的長度及曲面與曲面、曲面與平面、平面與平面的相貫(交)各因素。畫法幾何是描述這些信息的有利工具。圖5問題細(xì)化

5問題分析

問題分析階段是工程學(xué)和科學(xué)原理結(jié)構(gòu)最為緊密的階段,如圖6所示。通過分析、比較若干設(shè)計(jì)方案的成本、強(qiáng)度、功能和市場(chǎng)需求,評(píng)價(jià)出最好的設(shè)計(jì)方案。問題分析的各種作圖法可用于將機(jī)構(gòu)的功能轉(zhuǎn)化為易于分析的形式,從而提供了檢查設(shè)計(jì)結(jié)果的手段。一些難以用數(shù)學(xué)描述的數(shù)據(jù)也可以用作圖法分析。此外,以縮小比例制作的模型也是非常有價(jià)值的分析工具,它們有利于建立運(yùn)動(dòng)件之間的關(guān)系及產(chǎn)品外觀特征,也有利于評(píng)價(jià)其它的設(shè)計(jì)特性。

6決策

在這一階段,必須確定解決問題的一個(gè)設(shè)計(jì)方案,如圖7所示。通常,最終的設(shè)計(jì)方案是前面選定的若干設(shè)計(jì)方案的特性優(yōu)化組合。設(shè)計(jì)者可以單獨(dú)決策設(shè)計(jì)方案,設(shè)計(jì)方案也可以由設(shè)計(jì)者同幾個(gè)輔助設(shè)計(jì)人員一起決定。不管誰來決策設(shè)計(jì)方案,圖形是表達(dá)設(shè)計(jì)決策的基本手段。每個(gè)設(shè)計(jì)中的未解決的問題也通常借助于圖形表達(dá),以便比較、分析制造成本、重量、操作特點(diǎn)及在達(dá)到最終設(shè)計(jì)前應(yīng)考慮到的其它數(shù)據(jù)。

7實(shí)現(xiàn)

最終設(shè)計(jì)方案是以可制造產(chǎn)品的形式提供的。把所有最初的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為制造者使用的語言時(shí),必須采用工程圖樣。工程圖和說明書是必不可少的,如圖8所示。工人們?yōu)榱酥圃炝慵?必須根據(jù)圖紙,仔細(xì)研究零件功能、結(jié)構(gòu)、相關(guān)說明和尺寸的測(cè)量。工程圖紙必須表達(dá)清楚,它也是進(jìn)行法律糾紛仲裁的依據(jù)。設(shè)計(jì)者和工程師雖然不必專注于生產(chǎn)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)問題,但是必須具有足夠的知識(shí),能夠監(jiān)督工作圖樣的準(zhǔn)備實(shí)施情況。在投產(chǎn)之前各項(xiàng)規(guī)劃和使用說明必須得到工程師的同意。