1、公理設(shè)計的優(yōu)缺點分析概念設(shè)計產(chǎn)品概念設(shè)計設(shè)計是由分析用戶需求到生成概念產(chǎn)品的一系列有序的、可組織的、有目標(biāo)的設(shè)計活動，它表現(xiàn)為一個由粗到精、由模糊到清晰、由抽象到具體的不斷進(jìn)化的過程。概念設(shè)計階段最主要有兩個任務(wù):（1）根據(jù)設(shè)計任務(wù)建立系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu);（2）選擇相應(yīng)于功能結(jié)構(gòu)中的每個功能的功能載體,并組合這些功能載體形成最優(yōu)的設(shè)計方案。概念設(shè)計的優(yōu)點概念設(shè)計即是利用設(shè)計概念并以其為主線貫穿全部設(shè)計過程的設(shè)計方法。概念設(shè)計是完整而全面的設(shè)計過程，它通過設(shè)計概念將設(shè)計者繁復(fù)的感性和瞬間思維上升到統(tǒng)一的理性思維從而完成整個設(shè)計。概念設(shè)計對設(shè)計人員的約束最少,具有較大的創(chuàng)新空間,最能體現(xiàn)設(shè)計者的經(jīng)驗、

2、智慧和創(chuàng)造性。因此,概念設(shè)計被認(rèn)為是設(shè)計過程中最重要、最關(guān)鍵、最具創(chuàng)造性的階段。概念設(shè)計的缺點（1）概念設(shè)計過程模型 該模型主要考慮從功能到結(jié)構(gòu)的單向映射,很少考慮從結(jié)構(gòu)到功能的回溯,即各個設(shè)計層次之間難以互通信息,缺乏有效的反饋和協(xié)調(diào)機(jī)制,使得設(shè)計過程缺乏柔性,并導(dǎo)致不合理方案增多,尤其是不能適應(yīng)設(shè)計要求的變更需要。概念設(shè)計的缺點(2)概念設(shè)計信息表達(dá) 主要集中在功能、行為和結(jié)構(gòu)的單一信息描述上,缺乏統(tǒng)一的集成信息表達(dá)模型,導(dǎo)致不同信息的集成和映射能力不足,尤其是難以實現(xiàn)概念設(shè)計與后續(xù)結(jié)構(gòu)設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、工藝設(shè)計的無縫集成。概念設(shè)計的缺點(3)方案生成研究 多采用單一推理方法,較少采用綜合推

3、理方法;研究對象主要集中在不太復(fù)雜的領(lǐng)域產(chǎn)品上,復(fù)雜產(chǎn)品研究較少。對于復(fù)雜產(chǎn)品,目前的模型演化能力不足,缺乏生成方案的有效方法,尤其缺少能夠?qū)崿F(xiàn)有效映射的綜合推理方法。概念設(shè)計的缺點(4)概念設(shè)計創(chuàng)新研究 目前集中在各類創(chuàng)新技術(shù)和方法的應(yīng)用上,設(shè)計系統(tǒng)與方法的創(chuàng)新能力不足。主要原因是缺少符合設(shè)計者思維習(xí)慣的表達(dá)與操作模型,設(shè)計者對設(shè)計過程的參與較少,其智慧和創(chuàng)造性得不到充分發(fā)揮。自行車?yán)釉谧孕熊嚨母拍钤O(shè)計過程中對自行車進(jìn)行功能分析首先定義自行車總功能為完成人和物的快速移動的總功能，然后對總功能進(jìn)行分解得到子功能，再對子功能進(jìn)行分解直到得到功能元，然后對于每個功能元找到其功能元解，得到其形態(tài)學(xué)

4、矩陣。 自行車功能分解圖自行車?yán)?功能元解功能元解功能元功能元1234產(chǎn)生動力人力傳遞動力鏈傳動齒輪傳動帶傳動蝸桿傳動加速腳踏板變速器減速手剎腳剎變速器控制執(zhí)行車把方向盤陀螺儀支撐人和物減震液壓減震氣墊減震橡膠減震彈簧減震 自行車功能的形態(tài)學(xué)矩陣分析 根據(jù)上述自行車功能上形態(tài)學(xué)矩陣能夠看出，其每個功能元對應(yīng)的功能元解數(shù)量上很多可能不止一個，通過不同的排列組合其得到最終組合方案就有很多種，大大拓展了我們概念設(shè)計方案的思路。但是如果對其每一種方案進(jìn)行評價從而得到最終方案，工作量會很大，還有分解過程復(fù)雜，可能造成遺漏。公理設(shè)計公理設(shè)計理論通過對大量成功設(shè)計實例進(jìn)行分析歸納，抽象出設(shè)計過程本質(zhì)。它包

5、含的主要概念：域、層次結(jié)構(gòu)、映射和兩條設(shè)計公理及若干條定理和推論。該理論認(rèn)為設(shè)計是一個自頂向下的過程，可以從設(shè)計抽象概念的高層次到詳細(xì)細(xì)節(jié)的低層次逐步展開，并在各個域中曲折進(jìn)行設(shè)計問題的求解。它通過之字型(Zigzagging)展開和映射矩陣的構(gòu)建，可大大減少方案搜索的隨機(jī)性，縮短設(shè)計中的迭代過程，減弱設(shè)計過程之間的耦合，提高設(shè)計過程并行度，使設(shè)計更具創(chuàng)新性。公理設(shè)計產(chǎn)品的設(shè)計過程實際上就是4個域之間的映射過程。4個域之間可以建立3種映射關(guān)系，建立用戶域和功能域之間映射關(guān)系的過程相應(yīng)于產(chǎn)品定義階段；建立功能域和結(jié)構(gòu)域之間映射的過程相應(yīng)于產(chǎn)品設(shè)計階段；建立結(jié)構(gòu)域和過程域之間映射關(guān)系的過程相應(yīng)于過

6、程設(shè)計階段。公理設(shè)計層級(Hierarchy)指的是公理設(shè)計中某個域的層次結(jié)構(gòu)樹，層級的概念表示r在每一個域中自頂向下的層次結(jié)構(gòu)。公理設(shè)計的整個過程就是從功能域到結(jié)構(gòu)域，結(jié)構(gòu)域再到過程域之間的映射、分解過程。層級展開需要相鄰域之間自頂向下地進(jìn)行“之”字形映射，充分考慮兩者之間的相互關(guān)系，域問的層級展開具有相互依賴性。1個層次在各個域中一定是“之”字形映射的，通過這種映射，在每一個設(shè)計域中就創(chuàng)建了FRs，Dps。和Pvs層次。公理設(shè)計設(shè)計就是在各個域中曲折進(jìn)行設(shè)計問題的求解，直到分解的子問題都已經(jīng)解決為止。圖2所示為功能域和結(jié)構(gòu)域的層次結(jié)構(gòu)，以及它們之間的“之”字形映射關(guān)系，結(jié)構(gòu)域與過程域之間存

7、在同樣的關(guān)系。FRs和DPs（PVs也是如此）必須分解成為若干層次直到得到一個完整詳細(xì)的設(shè)計或完成設(shè)計，并且他們不能停留在一個域中分解，必須在這些域之間反復(fù) 迭代分解FRs、DPs和 PVs通過反復(fù)迭代建立 每個設(shè)計域中FRs，DPs 和PVs的層次。例如自行車總功能為代步，可分下級子功能支撐人和物和產(chǎn)生移動，定為FR1和FR2，在結(jié)構(gòu)域中未選定相應(yīng)的DP1和DP2之前，我們不能對FRs進(jìn)行下一步分解，在選定DPs滿足FRs之后就可以返回到功能域并分解FR1。如此反復(fù)進(jìn)行得到最終方案。如果最終有多個DPs滿足FRs可通過計算信息含量選擇最優(yōu)方案。在層次分解中，（以功能域到結(jié)構(gòu)域為例）每一層分解

8、都要對上一層的分解進(jìn)行評價，判斷設(shè)計是非耦合設(shè)計、準(zhǔn)耦合設(shè)計還是耦合設(shè)計，也即是判斷功能需求是否相互獨立。該評價可以通過設(shè)計矩陣A進(jìn)行判斷，A可能為對角陣、三角陣和一般陣分別對應(yīng)非耦合、準(zhǔn)耦合和耦合設(shè)計。公理設(shè)計的優(yōu)點（1）公理設(shè)計理論創(chuàng)建了一種理性的設(shè)計方法，為在設(shè)計早期階段評價設(shè)計合理性、優(yōu)化設(shè)計路徑、作出最佳設(shè)計決策提供了有效手段。運(yùn)用公理設(shè)計準(zhǔn)則，使得設(shè)計過程層次分明，思路清晰，很多看起來復(fù)雜的問題都可以在理性設(shè)計的基礎(chǔ)上得到解決。公理設(shè)計理論是一種設(shè)計的科學(xué)準(zhǔn)則，能指導(dǎo)設(shè)計者在設(shè)計過程中做出正確決策，為創(chuàng)新設(shè)計或改進(jìn)已有設(shè)計提供良好的思維方法。公理設(shè)計的優(yōu)點（2）公理設(shè)計理論采用一套

9、公理化的形式邏輯系統(tǒng)演繹設(shè)計過程，邏輯性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)化表達(dá)是其優(yōu)勢，為設(shè)計者提供了描述設(shè)計過程的框架（域、層次分解、Z字形映射），以及評估設(shè)計方案的準(zhǔn)則和方法（獨立公理和信息公理）。借助這一設(shè)計框架和評估設(shè)計方案的準(zhǔn)則及方法，使設(shè)計決策建立在一種理性基礎(chǔ)之上，可以實時辨別設(shè)計目標(biāo)分解及其設(shè)計解確定的合理性，同時能夠針對設(shè)計過程中的每一個設(shè)計環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計質(zhì)量評估。設(shè)計框架和兩個基本公理是設(shè)計的指導(dǎo)方針，使各個域中元素的層次分解和設(shè)計過程中的決策行為建立在一個理性、可控的基礎(chǔ)之上。公理設(shè)計的優(yōu)點（4）邏輯化的設(shè)計框架提供了描述設(shè)計思路的工具，使經(jīng)驗性的設(shè)計活動和設(shè)計思路清楚地展示給每一個設(shè)計者，不同的

10、設(shè)計者能夠方便、迅速地理解設(shè)計目標(biāo)和設(shè)計解之間的關(guān)系，為積累設(shè)計知識奠定了良好基礎(chǔ)。公理設(shè)計理論提供的產(chǎn)品知識表達(dá)方式，同時重現(xiàn)出產(chǎn)品的開發(fā)過程，比較全面地攫取了產(chǎn)品知識及其設(shè)計過程知識，幾乎可以全面記載產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)計和制造過程中的所有知識，為積累產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)計和制造的方面的經(jīng)驗奠定了良好的基礎(chǔ)。公理設(shè)計的缺點公理設(shè)計雖然提供了指導(dǎo)設(shè)計活動的理論框架,但是其距離完善的理論體系和實用尚有一定的差距。一方面,按照獨立公理的要求,當(dāng)有多個功能要求必須同時滿足時,必須設(shè)法得到無耦合設(shè)計或者準(zhǔn)耦合設(shè)計。然而在多數(shù)產(chǎn)品設(shè)計中,由于技術(shù)或其他條件的限制,要想得到無耦合或者準(zhǔn)耦合設(shè)計是非常困難的。因此,要進(jìn)一步探討對于耦合問題處理的策略,包括對耦合設(shè)計的解耦方法、耦合的測度評定和現(xiàn)實的耦合設(shè)計問題的迭代尋優(yōu)。謝 謝！矩陣變換作業(yè)1010001000001011