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1、一、前言 早期的制造业，以量产为特征，设计主要针对一种或一类产品，对创新程度要求不高，且允许较长时间和较大资金的投入。而随着市场竞争的日益激烈和经济全球化的发展，以及用户对产品的个性化和多样化的要求，产品创新的空间空前扩大，对创新程度的要求也越来越高。同时，产品的复杂程度、涉及的技术和科学领域以及竞争压力，迫使制造业对新创意、新技术的追求更为强烈，同时也迫使产品开发的周期减少，更新频率加快，投入的资金也越来越少。也就是说，既没有足够的时间，也没有足够的资金来建设和运作资源。这就使设计必须依赖外源，依赖外部的智力资源。正如文献所说的，现代设计是以知识为基础的，以知识获取为中心，设计是知识的物化，
2、新设计是新知识的物化。现代设计中的每个设计，总是由许多不同利益方合作来完成的，对产品也应当有一种广义的理解：产品也可以是一个过程，一个软件或一个组织结构。 因此，传统的设计理论与方法已经不能适应指导这样一种设计活动的要求，市场的变化和资源结构的变化，以及设计在制造业中的作用，也对设计理论与方法提出了新的命题。 二、现代设计理论 现代设计理论主要由四部分构组成，它们是：设计过程理论、性能需求驱动理论、知识流理论和多方利益方协调理论。 1、设计过程理论 设计过程理论是研究设计过程构成及任务的理论。设计过程的复杂程度是与所设计的对象复杂程序、涉及的智力资源的复杂程度相关的。设计过程一般可以分为三个阶
3、段，第一阶段是任务的提出，确定需求和潜在的需求；第二阶段是可理解的形成，即概念设计，包括扫描技术可能和产生矛盾统一设想；第三阶段是对可能解的评估、优选和确认，并产生最终解，称为结构设计和详细设计，包括经济和技术分析、设想的优选和确认、结构的优选和确认、材料的优选和确认、加工过程的优选和确认、综合评价和产生及表达最终解。可以用图1表示。 然而，环境变化会要求与过程构成的任务所相关的概念等发生相应的变化，但设计过程理论必须以“创新是设计的灵魂”作为原则，才能符合“制造业的竞争实际上是设计竞争”的时代特征。从竞争的角度来看，构成产品竞争力的要素有：性能（包括功能和质量）、价格（包括成本、效益）、交货
4、期、售后服务（包括维修、升级和培训）、环境（包括人、机）相容性和营销策略。确定竞争策略有多种选择，但从根本和长远的角度考虑，还是要制造具有别人不能制造的性能的产品。只有功能上的创意和质量上的保证，才能使产品具有全新的卖点和较强的竞争力。 2、性能需求驱动理论 从竞争的角度看，设计的任务是要制造出别人不能制造的性能的产品，所以，性能或满足性能需求成为设计追求的主要目标，也就是说，设计是由性能需求驱动的。 性能，是功能和质量的集成，质量，是功能实现和保持性的度量。在全生命周期设计中，设计对象就是一个时变系统，功能和质量是时间函数，全生命周期设计要预测和控制这个函数，同时还要预测和控制与约束条件有关
5、的变量。对于多数产品，真正意义上的全生命周期设计还做不到，但这是设计追求的目标。 用户对产品的要求是从性能出发的，是设计的起点和完成标志，性能特征应当成为控制整个设计过程的基本特征。设计过程就是在“要达到什么（性能）”和“如何达到（即解决方案）”之间反复迭代的过程。性能驱动，有时是功能需求驱动，有时是质量需求驱动，有时则是功能需求和质量需求交替驱动；可能来自外源，可能是知识服务，也可能是另外一个设计或产品。所以，到外界去寻求服务和评估得到可能解，是性能需求驱动和以满足性能需求的标准。 3、知识流理论 现代设计是以知识为基础，以新知识获取为中心的。所以从某个角度看，设计的过程可以看成是知识在设计
6、的各个节点和各个相关方面之间的流动过程。现在产品设计竞争的焦点之一就是如何尽快引进最新技术。在分布式智力资源的环境下，企业要进行产品开发，就必须直接面对知识流的问题。研究知识流实际上就是就研究动态的知识，包括知识的分类、动态特征、运动机制、知识获取和流动控制，研究目标是为以知识获取为中心的设计活动作出清晰的描述，为研究实现方法和工具研发提供理论基础。从流动完成的任务及特征看，知识流可以分为四类：第一类流动为知识融合并物化为解决方案，知识在这里流过所有设计过程主要决策节点；第二类流动为知识及知识获取服务，知识和知识获取是资源依赖的，知识和获取的新知识是由分布的智力资源汇集到设计的决策节点上的；第
7、三类流动是信息到知识的转变，是在各个智力资源单元内部进行的，根据请求方的请求采集信息并加工成为可以支持设计的知识流动；第四类流动是信息采集，是各个智力资源单元根据需要采集信息过程中的流动。其路径可以由图2表示。可以看出，设计活动就是各种不同类型知识的流动。 图2 设计过程中知识流动的一般路径 4、多利益方协调理论 由于一个设计是由不同的利益方完成的，因此，设计的最终解释不能实现通常意义上的最优，而且也不能由通常优化算法得到。即使是多目标优化，也只能获取非意愿知识和实现非意愿决策。既然设计要由不同的利益方完成，那么设计的完成就体现各参与方的主要利益。各参与方具有不同的利益属主，选择某种解决方案，
8、会给各方带来不同的利益，即参与各方对于决策会有不同意愿。所以，认识的统一和合作的进行，就要求各方在保证主要利益前提下，在次要利益上让步。其中的规律，就构成了多方利益协调理论。 三、现代设计方法 设计方法是设计理论的具体化和实用化。现代设计方法是基于理论形成的方法，是科学方法论在设计中的应用，它融合了信息技术、计算机技术、知识工程和管理科学等领域的知识，借助理论指导设计可减小传统设计中经验设计的盲目性和随意性，提高设计的主动性、科学性和准确性。以下介绍主要的几种现代设计方法。 1、优化设计 优化设计（Optimal Design）是一种规格化的设计方法，它首先要求将设计问题按优化设计所规定的格式
9、建立数学模型，选择合适的优化方法及计算机程序，然后再通过计算机的计算，自动获得最优设计方案。 2、可靠性设计 可靠性设计（Reliability Design）是指在规定时间内、规定的条件下，以概率论和数理统计为理论基础，以失效分析、失效预测及各种可靠性试验为依据，以完成产品规定功能为目标的现代设计方法。 3、模块化设计 模块化设计是指对于一定范围内的不同功能，或相同功能条件下的不同性能规格的产品，在进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择与组合，可以构成不同的产品，以满足市场的不同需求的设计方法。 4、反求工程设计 反求工程设计（Reverse Engineering
10、 Design）反求工程是与将实物转变为CAD模型相关的数字化技术和几何模型重建技术的总称7。 5、绿色设计 绿色设计是指在生态哲学的指引下，运用生态思维，将物的设计引纳入到“人、机、环境”系统，既考虑满足人的需求，又注意生态环境的保护和可持续发展的原则，即既实现社会价值又实现自然价值，促进人与自然的共现繁荣。 6、工业造型设计 工业造型设计是以工业产品为对象，从美学、自然科学、经济学等方面出发，专注于批量生产的三维空间的产品之美与有用性，进行材料、构造、加工方法、功能性、合理性、经济型、审美性的推敲和设计。 7、人机工程设计 人机工程设计是从人机工程学的角度考虑机械设计、处理机械和人的关系，
11、以便使设计满足人的需要。 四、 关于计算机辅助设计和人工智能 计算机辅助设计（Computer Aided Design）的高速发展，使其边界越来越模糊，凡可以计算机化的设计内容均可列为CAD的范畴，如辅助绘图、仿真、多媒体、并行工程、网络远程设计等。但不管CAD内容多么丰富，它只是一种技术范畴，并不是上面所述的设计理论和设计方法。作为设计应用来说，它是一种强有力的手段，其能力和发展依赖于上述各项理论和科学技术的发展。人工智能(AI)的提出和发展，改变了单纯靠脑力劳动来决策事物的思维方式，而是用计算机来模拟人，主要有专家系统和神经网络两大分支。AI仍属于技术范畴。技术不是理论或方法，但它的功能和解决问题的能力会超过某个理论和方法。理论、方法和技术是相辅相成的，成为产品设计的应用。 五、总结 在传统的设计理论与方法不能适应指导新的设计活动的要求的时候，有必要提出现代设计理论与方法。随着科学技术的发展，设计理论将会被赋予新的含义，也将会涌现出更多新的设计方法
现代设计理论与方法的概述和研究之类
