590工程设计导论ENC9105

1、工程设计导论enc9105陆小华/范颖晖 2011.9tel: 2903480134 2530 0365e-mail: 主要困难是什么？主要困难是什么？塔吊的设计从何入手？塔吊的设计从何入手？专题专题3 问题讨论，公理设计理论问题讨论，公理设计理论公理设计理论（公理设计理论（axiomatic design theory）简介）简介四个域：客户、功能、物理和过程四个域：客户、功能、物理和过程每个域仅建立本域内的结构模型，通过设计矩阵对每个域仅建立本域内的结构模型，通过设计矩阵对不同域内的指标进行映射实现。不同域内的指标进行映射实现。系统：是一系列子系统和软、硬件的集合

2、，它是由系统：是一系列子系统和软、硬件的集合，它是由人设计的，通过系统操作用、在规定的范围内满足人设计的，通过系统操作用、在规定的范围内满足由客户提出的功能要求由客户提出的功能要求专题专题3 创新、设计与公理设计理论创新、设计与公理设计理论定义：定义：fr为功能向量，为完全定义一个系统功为功能向量，为完全定义一个系统功能所需要的独立的功能描述集，属于功能域；能所需要的独立的功能描述集，属于功能域；定义：定义：dp为设计参数向量，为满足设计功能的为设计参数向量，为满足设计功能的关键物质变量，即所选用的概念或方法，属于物关键物质变量，即所选用的概念或方法，属于物理域；理域；定义：定义：pv为过程变

3、量，为产生给定设计参数所为过程变量，为产生给定设计参数所需要的关键过程变量，通常为实现需要的关键过程变量，通常为实现dp的技术，的技术，属于过程域。属于过程域。专题专题3 创新、设计与公理设计理论创新、设计与公理设计理论即，方程（即，方程（1）将功能向量映射到物理域，）将功能向量映射到物理域，方程（方程（2）将设计参数向量映射到过程域。）将设计参数向量映射到过程域。专题专题3 创新、设计与公理设计理论创新、设计与公理设计理论 ）（ 1dpafr ）（2pvbdp 根据公理设计理论：根据公理设计理论：对于方程（对于方程（1），如果矩阵），如果矩阵a是对角阵，则是对角阵，则设计是非耦合的，即设计参

4、数的每个元素满足一设计是非耦合的，即设计参数的每个元素满足一个对应的功能向量元素；如果个对应的功能向量元素；如果a是上三角阵或下是上三角阵或下三角阵，则此设计是解耦的，即可以通过调整设三角阵，则此设计是解耦的，即可以通过调整设计参数逐一满足功能向量的每个元素；如果计参数逐一满足功能向量的每个元素；如果a既既不是对角阵也不是三角阵，则此设计是耦合的。不是对角阵也不是三角阵，则此设计是耦合的。专题专题3 创新、设计与公理设计理论创新、设计与公理设计理论如果一个设计满足给定功能的概如果一个设计满足给定功能的概率为率为p，则此设计的信息度定义为，则此设计的信息度定义为i = log(1/p)专题专题3

5、 创新、设计与公理设计理论创新、设计与公理设计理论公理设计第一公理（独立性公理）：保持公理设计第一公理（独立性公理）：保持功能向量的独立性，即设计矩阵功能向量的独立性，即设计矩阵a应该是对角应该是对角阵或三角阵。阵或三角阵。如果一个功能仅由一个设计参数实现，那如果一个功能仅由一个设计参数实现，那么这个设计参数满足功能要求的程度就比较容么这个设计参数满足功能要求的程度就比较容易取得，调整设计参数也比较容易。如果功能易取得，调整设计参数也比较容易。如果功能向量是耦合的，为一个功能的优化调整设计参向量是耦合的，为一个功能的优化调整设计参数将影响到其它功能的实现。数将影响到其它功能的实现。专题专题3

6、创新、设计与公理设计理论创新、设计与公理设计理论公理设计第二公理（信息度公理）：公理设计第二公理（信息度公理）：将设计内容的信息度降到最低。将设计内容的信息度降到最低。信息度低则意味着系统满足功能要信息度低则意味着系统满足功能要求的概率高，从而系统的可靠度就高。求的概率高，从而系统的可靠度就高。专题专题3 创新、设计与公理设计理论创新、设计与公理设计理论推论推论1 如果一个系统的功能向量是耦合的或相互关联的，将它们如果一个系统的功能向量是耦合的或相互关联的，将它们解耦或分离解耦或分离推论推论 2 将功能向量的元素和约束的个数减到最少将功能向量的元素和约束的个数减到最少推论推论 3 如果功能向量能够满足，将所有的设计整合到同一物体上如果功能向量能够满足，将所有的设计整合到同一物体上推论推论 4 只要满足功能和约束要求，采用标准、可换的原件只要满足功能和约束要求，采用标准、可换的原件推论推论 5 只要满足功能和约束要求，采用对称形状或原件只要满足功能和约束要求，采用对称形状或原件推论推论 6 定义功能要求时，采用最大允许误差定义功能要求时，采用最大允许误差推论推论 7 当耦合设计和解耦设计都能满足同样功能要求时，采用解当耦合设计和解耦设计都能满足同样功能要求时，采用解耦设计耦设计专题专题3 创新、设计与公理设计理论创新、设计与公