产品主要设计方法简介（广义）

在科学技术工作者提出的各种各样的设计方法中，较有代表性的方法^[44-69]有：创新设计^[52-57]、概念设计、优化 设 计^{[47-49，82-84]}、动态设计^[61-65]、智 能 设计^[67-80]、虚拟设计^[94-102]、并行设计^[114]和数字化设计^[86-91]等。

（1）创新设计^[52-57]在已经到来的知识经济时代，创新在设计中的地位和作用显得十分重要，特别在概念设计过程中更是不可缺少的。创新包括了原始创新、集成创新和引进消化吸收后再创新，以上不同型式的创新都会在产品设计过程中发挥积极作用。在创新设计中提倡的是设计的创造性，一旦设计工作者提出的新原理是可行的和合理的，它可以根本改变产品的结构，进而可以提高产品质量、降低成本、缩短生产周期、改善产品对环境的保护等。所以说产品创新设计是一种设计思想和设计理念。但是产品设计的创新应该具有科学性，即在科学发展观指导下进行设计的创新，创新者除了要掌握有关基础理论与知识外，还要掌握科学的方法，即掌握事物发展的内在规律，其后还要通过实践和使用，才算完成创新的全部过程。

（2）概念设计 这是产品设计过程中的关键环节，它是根据产品生命周期各个阶段的要求，进行产品的功能创造、功能分解和功能集成，要对能满足工作原理要求的结构进行求解，要对实现功能结构的工作原理方案进行构思和系统化设计。概念设计是一个发散思维和创新理念整合、疏理的过程，是一个研究和求解能实现功能要求的和满足技术和经济指标的各种方案及最终确定最优方案的过程。创新在产品概念设计中具有十分重要的地位和作用。

（3）优化设计 全生命周期优化设计是在产品的生命周期内对产品的全过程，即包括设计、制造、安装、使用、维修乃至回收的整个过程进行优化设计，这是一种综合优化的方法，具有重要的实际意义。

1）广义优化设计应该指的是包括各种优化方法（如以数学规划为基础的优化方法、通过专家系统进行优化的方法、通过对获取的信息进行综合分析的优化方法及类比法等等）在内的产品的优化设计方法。

2）集成优化与综合优化应该指的是对产品的整个系统、产品的全部结构、产品的生产或使用的全部过程（包括产品的全生命周期）、产品的全部功能和性能的优化等。显然这是多目标和多约束的复杂系统，具有相当大的难度，从现有的条件来看，几乎是很难完成的，只有在限定范围的情况下才有可能予以实施。

实际上产品的优化设计在任何产品设计过程中都在不同程度上得到了应用，作为一位设计师，他在产品设计时不是一定要求设计者采用数学规划方法对结构或系统进行优化，而他们常常朴素地利用已积累的知识、经验和掌握的设计资料对产品的多种方案、结构和参数进行类比，选择出较为理想的一种，这也是常常采用的一种有效的优化方法。

（4）动态设计 动态设计不论是国内还是国外，都还处在初级阶段，许多深层次动态设计问题正在研究过程中。正因为如此，目前大型高速旋转机械屡屡发生毁机事故，由于这些事故多数是在强非线性、强耦合、非稳态的条件下发生的，因此，近来国内外科技工作者对这些机械的动态设计十分重视，动态设计已经从一般的动态设计向更深层次的方向发展，即向非稳态（慢变、参变、时滞等）、非线性、不确定、强耦合、高维、多参数的研究方向发展。这就要求设计者用更高深的理论、方法与技术进行设计，这给更深层次的动态设计带来较大的难度。

（5）智能设计 它有两种不同的含义，一是用智能方法进行设计，二是对设计的对象实现智能化。这是国内外产品设计的主导方向，也是现代机械设备所应该体现的基本内容。对于智能设计，国内外都十分重视，因为产品的智能化会在较大程度上提高产品的性能和质量，提高产品在国际市场上的竞争力。本文所指的智能设计是对产品的性能参数及其工作过程进行智能控制与优化，使产品具有优良的使用性能，进而给产品带来经济效益和社会效益，甚至是重大的经济效益和社会效益，这是任何一种产品设计所不可缺少的，也是机器设计中首要考虑的问题。(www.xing528.com)

（6）虚拟设计 美国已将虚拟设计与制造技术应用于777飞机的设计与制造，这种方法对于一些产品来说是具有重要意义的。对于设备的工况予以现实模拟，使用户可以直接从外观上，或从它的功能上较全面了解所需设备的情况，在很多情况下可以通过虚拟技术来代替真实情况，从而大大降低产品研究与开发的成本。目前虚拟设计已经在许多国家的研究、设计和开发部门得到广泛采用。由于虚拟设计的内容可由设计者自行确定，它的内涵可以十分广泛，甚至可以包括所有设计内容，但也可以将它限定在有限范围内。

（7）可视化设计（或局部范围内的虚拟设计）^[51-53]它对检查产品结构上合理性、可制造性或可装配性等具有重要意义。通过可视化检查可以了解产品在设计中存在的缺陷，并及早地进行修改，避免设计工作过程中时常出现的重新设计与返工，从而可以加快设计进度，缩短生产周期。此外，对机器的工作参数和工作过程进行动态模拟或仿真，在某种程度上可以代替试验，减少试验的次数和时间。当然新产品试制后的试验工作也是不可缺少的，通过试验，对机器合理的工况或不合理的工况进行反馈，从而肯定或否定原有的设计，或对原有的设计进行改进，使产品的设计质量向更高的层次上发展。

（8）网络设计和并行设计 利用这些方法可以加快产品的设计速度，加速各设计部门间的联系，缩短设计周期。它虽然并不明确包含设计的那些具体内容，但这些方法对保证与提高产品设计质量和缩短设计周期具有重要的意义。

（9）数字化设计 数字化设计实际上是CAD、CAE或CAX的扩展。它是基于产品描述的数字化平台来实现。首先要建立基于计算机的数字化产品模型，在产品开发全过程中予以使用，以达到减少使用实物模型的目的。数字化设计是通过建立数字化产品模型，利用数字模拟、仿真、干涉检查、CAE分析等技术，并通过采用优化技术逐步改进和完善设计方案，提高产品开发效率和产品可靠性，并最终为基于网络的全球制造提供数字化产品模型。数字化设计应用了现代设计技术的最新成果。尽管如此，对于任何一种产品还必须事先对它的设计理念、设计环境、设计目标、设计步骤、设计内容、设计方法和产品设计检验方法进行具体的规划。

（10）综合设计与设计工作一体化 综合设计就是将对产品质量有决定性影响的几种设计方法有机地结合在一起，这种综合方法应该有明确的设计目标、具体的设计步骤和内容、可以执行的和有效的设计方法，来完成产品的全部设计工作。产品设计工作的一体化，其中包括材料与结构设计的一体化，此外，还可以进一步扩展到多个方面，如材料、结构和环境设计工作的一体化，在生命周期内产品动态设计与控制系统设计的一体化，产品结构、系统与参数设计工作的一体化等，实际上产品设计工作的一体化也是一种综合设计方法。由于综合设计包含了设计工作的全部内容，即设计理念、设计目标、设计步骤、设计内容、设计方法和产品设计检验方法等，事实上，它也通过采用虚拟设计方法或数字化设计方法来完成全部设计工作。

前面列举的几种设计方法，可以从不同角度来达到产品综合设计质量的要求，但这么多的设计方法，如何来选择呢？每一种方法都会在实现机器的广义质量（包括主辅功能和三大性能）的一个方面或一些方面发挥它一定的作用。但是如果在设计中全面考虑与采用所有这些方法，这要花费很大的精力和较长的时间，也是很难做到的，因此，应该因不同产品的不同情况而侧重于选择不同的设计方法，这就是我们提出的将三种或四种主要设计方法有机地结合在一起，对产品进行设计的基本理念。

独立性公理（The Independence Axiom）和信息公理（The Information Axiom）。公理化设计理论基本上是一种概念表达，离完善的理论体系和实用尚有较大距离，但它表明了一种关于设计的思考。