产品顶层设计的方法优化策略

产品设计工作不能只依靠一种方法，实际上，不管是企业部门，还是研究单位，他们在设计时自觉或不自觉地采用多种方法对产品进行设计。综合多种对产品设计工作有重要影响的几种方法开展产品设计工作，这本来是一条客观存在的规律。关键的问题是如何进行有效的综合和最佳的匹配。

本书作者经过长期的产品设计实践和多年的研究，提出了一种1+3+X系统化设计。这种综合法或系统化设计方法是以用户需求为驱动，以产品的全部功能和性能为目标、以多种学科的理论与技术为基础、以功能设计、动态设计、操作与控制系统设计及可视化设计为内容、以广义优化、现代仿真技术和数字化技术为手段，它不仅研究了以线性理论为基础的一般系统化设计，而且还讨论了以非线性理论为基础的深层次的系统化设计。因此，这是一种较为理想的方法。当然，设计者可以寻求出其他的最佳组合和匹配。

在设计过程中作为方法和手段的设计法多达20种（见图3-3），选择好这些方法并加以有效地利用，对保证设计工作有效地完成，具有重要的意义。产品设计过程中充分利用优化设计、智能设计、虚拟设计、数字化设计、稳健设计等设计方法与手段，对有效完成产品设计工作都会产生积极的作用。本书提出的系统化设计也采用了以设计方法命名的大部分设计方法：优化设计、智能设计、可视化设计和数字化设计等。

由于目前机械设备的多样性与复杂性，以及各种设计方法目标与研究内容的局限性，要想用一种设计方法全部概括所有设计内容，全面地实现用户对产品的总体质量的要求，这是十分困难的。系统化设计可克服单一设计方法的局限性，在现有的一些主要方法中找出对产品总体质量，包括结构性能：可靠性、安全性与耐久性；工作性能：实效性、稳定性与指标优越性；制造性能：工艺性、制造成本、生产周期等有决定性影响，或有重要影响的几种（根据所设计产品的情况，也可以是两种、三种、四种或多种）方法，在设计中加以综合地考虑与实施，这就是我们所称的系统化设计，实际上，系统化设计也是面向产品功能与性能的设计方法，或称产品总功能和全性能优化设计法。

图3-3 产品顶层设计的方法

在本书中特别强调要用综合的方法，即采用各种理想的方法来完成产品的设计工作，才能顺利地获得具有发展前途和创新内容的、良好质量的、较低成本的、较短生产周期的、充分考虑环保要求的和便于售后服务的理想产品。

在顶层设计与系统化设计中，要有重点地采用以下几种方法：

1.工程优化和数学规划优化设计方法

在1+3+X的产品设计的实施阶段，即功能设计、面向产品结构性能的动态设计、面向产品使用性能的智能设计、面向产品制造性能的可视化设计和面向特殊性能的设计中，特别强调采用工程优化与数学规划优化的方法。由于数学规划优化的使用是有条件的，在某些情况下，如功能设计中很难采用数学规划优化方法。因此，工程优化方法在产品设计中得到了广泛的应用。(www.xing528.com)

2.智能化设计方法

产品设计包括顶层设计和系统化设计，在许可情况下尽量采用先进的智能化设计方法，例如，在产品控制系统的设计中，常常要采用智能控制的方法。模糊控制、神经网络控制和专家系统控制等方法。

在产品设计中，也尽可能地采用一些智能技术，使产品设计向更高层次方向发展。如利用设计专家系统、预测专家系统和测试专家系统等。

3.可视化和数字化设计方法

计算机技术的发展，为产品设计和制造工作的可视化和数字化创造了良好的条件。用可视化设计在许多情况下可以代替相当一部分的试验工作，数字化的设计在很多情况下可以提高产品的质量，目前数字化方法在产品设计中已得到广泛的应用。

4.并行设计、协同设计和网络设计方法

为了加快设计进度和降低设计成本，可以在异地设计的条件下，开展并行设计、协同设计和网络设计。顶层设计和系统化设计可以采用上述方法。

目前，许多产品为了争得更多的市场份额，缩短产品生产周期已成为产品竞争成功的关键因素。上述方法已经在许多工业发达国家得到广泛的采用。

产品设计方法还要根据具体产品的特点和要求有针对性地选用。前面列出的20种方法要根据产品的具体情况和要求加以选择。