机械设计方法

第四章创新设计的途径和方法寻找一个技术问题解决原理的方法很多。传统的辅助方法如文献调查、已知技术系统的分析、相似考察、测绘和模型试验等都是寻找解决原理的常规方法。工程设计学则提供了有助于激励和启发进行创造性思维、有利于开发新的解决原理的一系列求解方法。这些方法可分为强调直觉思维和强调逻辑推理思维二大类。1各方法之间的关系

上述方法之间并不互相排斥，而更多地是互相补充。如果用传统手段获得的初始解后，如果还不能得出新型解，则可通过偏重直觉和偏重逻辑思维的方法来有效地加以引伸，以使之大为完善。变更寻找方法和寻找视角，常常会有意想不到的收效和结果。在各种情况下究竟采用何种方法，常取决于所要解决的问题所在、当时的信息状况和准备工作的种类、以及设计者的能力和经验。2传统的辅助方法查阅文献——技术方面的信息，对设计师来说是寻求技术问题解的最重要的根据之一。——这种信息可以从专业书刊、专利、专业网站以及竞争者的产品说明书等各种方面获得。由此可对已知的现有各种解的可能性作一次系统、全面和重要的展望。分析自然系统——研究自然界中物体的形状和结构、生物组织和生命过程，可以引伸出有多方面用途而技术上又很新颖的解。——自然界可以给设计师的创造性幻想提供许多启发，例如以壳、蜂巢结构、管、杆和纺织物构成的轻型结构，飞行器和船的流线型外形，以及飞机的起飞和飞行技术等。3传统的辅助方法分析已知技术系统——分析已知的技术系统，是最重要的辅助手段之一，可借鉴并且一步一步地重现从已知解导出新的或改进的解的变型。它可以启发人们对于需要解决任务的相应分功能的了解，据此找出新颖解的原理。——只有分析那些与新任务有一定关系或甚至已部分地实现了新任务的系统才有意义，所以用这种方式获取信息也可以说是系统地利用经过考验的东西或者成功的经验。——供分析之用的已知系统有：竞争对手的产品或流程；本企业的老产品和老方法；一些相似的产品或者部件；某些分功能结构符合需求解的产品或部件等等。以上这些分析主要是适宜于首先找出一个初步的解决方案作为出发点，以便进一步得到更多的解的变型，从而获得新颖的解。其缺点是有先入为主的限制而停留在已知解上，难以走出新路的危险。4传统的辅助方法类比考察——将现有的课题或意想中的系统转移到类比物上去，这对求解和了解系统特性是非常有用的。例如，在技术系统中可以通过改变能量种类来进行类比。——类比除了能启发求解以外，还提供了在早期开发阶段就通过仿真和模型技术来研究系统性能和状态的可能性，以便由此识别出需要的新的分解，有时还可引出优化结果。——如果把类比模型转移到尺寸和状态显著不同的系统上去，则必须按照相似原理和方法，先经过相似性考察，并以此作为基本依据和支持条件。——类比的目的是为了引伸，以获得新的合理的解。5传统的辅助方法测量、模型试验——在已有的现实系统上进行测量，利用相似力学进行模型试验，以及其它的相关物理实验研究，都是设计师最重要的信息来源。——因为设计可以理解为物理实验的逆过程，所以实验是设计的重要和有效辅助手段之一。——对于精密机械产品、电子产品和大量制造的仪器，为了寻找到解，进行实验研究是很重要也很普通的，甚至是必由之路。——测量和模型试验有利于获得需要解决的技术问题解的关键信息并使得所求解根据合理性。6强调直觉思维的方法设计者常常依靠直觉来寻求并找到困难问题的解。即在一个阶段的寻求和思考后，通过一个好的突发思想，或感悟到的一些不能追根求源的相对完整或不完整地新主意，而从中获得所需求的解。突发思想差不多总是在下意识或潜意识中，基于业务知识和以往经验，同时鉴于已经深入地研究过已知任务的性质，并且是从各种可能性中挑选出来的，因此常常只要一次主观结合所引起的推动，即可感悟出来。——这种推动也可以来自一个看似无关的外来现象，或一次离题很远的讨论。——有很多好的解就是如此诞生的，并且得到了成功的进一步开发。7强调直觉思维的方法直觉思维也称灵感思维。虽然直觉思维可能产生大量新奇、独特、且有实用价值的优秀解，但是直觉思维过程不易控制，其求解过程往往不能再现和复制。——所以对于一个企业而言，完全依靠其设计师的直觉，有时是很危险的。——设计师自己也不能自恃其创造性而完全忘情于巧合或在某种程度上很稀罕的突发思想。研究直觉思维方法的目的是：促进直觉的拓展，并通过思维联合而启发新的解决途径。——最简单而且极常用的方法是，与同事谈话和尖刻的讨论，由此得到启发，获得改进和新解。——如果这种讨论进行得很强有力，同时注意采用那些普遍使用的方法：例如有目的地提问、否定和重新确定方案（否定之否定），前进和顺推法（渐进法）等等，那么这种讨论可以很有效和很有促进性，很值得提倡。8强调直觉思维的方法智暴法：——思想闪电、思想风暴或主意流等词汇是对智暴法的最恰当的描绘。其进程的实质是利用无成见的突发思想，并广泛地指望于思维联合，即回忆与几个思想的结合，而这些思想是至今尚未被以当前的特殊相互关系看待过的，或者是根本未曾被觉察到的。——该方法由5至15名尽可能来自不同经验领域而能接受外来思想的人组成一个讨论小组，通过小组讨论，相互启发和促进，发挥集体智慧的方法来产生无偏见的主意，再从表达出来的思想启发出进一步的解的新建议。9强调直觉思维的方法

——智爆法的优点是所有参加者间接地获得了信息，至少得到了关于可能的方法、应用、材料、组合等等多方面的启发，因为这个由多方面人员组合成的小圈子拥有很广的知识谱和经验谱(如设计师、材料专家、制造和装配工程师等)。这个小圈子所能产生的主意的多样性和广度是令人惊奇的。它会造成新的推动力，唤起对于开发的兴趣。——智爆法常用于：还没有可实现的解决原理时；还不能认识到一种可能的解的物理现象时；暂时笼罩在一种“已有的建议是无出路”的感觉时；企求完全脱离传统解时等等情况下。10强调直觉思维的方法635法：——是智暴法的进一步发展。其方法是在宣布了任务并且对它作了细心分析后，要求六个参与者每次在纸上写下三个可能的解并作出简要文字说明。每一个参与者提出的三种初始解接着经另外五个参与者依次作背靠背的书面补充和修改。——与智暴法相比，其优点是一个有内容的主意会得到有系统的增补和进一步的开发；可以跟踪这个开发过程而大概地知道提出并获得成功的解决原理的人，这一点在特别重视保护知识产权的今天尤为重要；但是由于参与人员被彼此隔绝造成相互间信息刺激不够，所以参与人员个人的创造性较低。11强调直觉思维的方法Delphi法，即专家函询法：——此方法是向估计对所涉及问题的、具有特殊背景知识的专业人员作书面征询，并且求得其相应的书面意见。其过程大致是：

第一轮：您看出何种初始解可以适合给定问题？请给出您自发的初始解！

第二轮：您收到了一张列示该问题的各种初始解的表格。请通读此表，然后列举您新想到的或由该表启发出的进一步建议。

第三轮：您收到了前二轮征询主意的最终整理结果表。请通读此表，并将您关于应如何最佳实现这些结果的建议写出。——该方法主要用于需开发周期很长、系统庞大而复杂、结果影响巨大的开发工作中，并且偏重讨论基本性质的问题。12强调逻辑推理思维的方法

逻辑推理思维力求实行一种有意识的工作进程，它能够按步就班地处理待解的问题，并且各种解的条文需经过分析、变异和组合。所以此方法的二个重要特征是：其执行的工作步骤可以被影响和易于表达清楚，但它很少能够立刻在整体上得到问题的解决原理。13强调逻辑推理思维的方法物理现象的系统研究

用于一个任务的解的物理效应或决定着它的物理方程如果已知，则特别是当参与的物理量有若干个时，可导出多种不同的解，这些解是通过保持其余影响量均不变，而只分析一个因变量和一个自变量之间的相互关系而得到的。——例如利用热膨胀方程设计温度计：14强调逻辑推理思维的方法系统变异——当存在特征标志时，就有可能通过系统变异的方法来制订较为完整的解域（即解的集合）。典型的做法是建立一个一般化了的解的序列，这样才能获得完整的解的概观。——从工程科学的观点来看，用建立和扩充一个解的序列的方法，能使人们更易于找到理想的解。——几乎所有的学者都将系统变异方法看作为最重要的工程设计方法学的辅助手段之一。15——由一屡个原笨始解串的陈榆述出敌发，府将所其有凡尺是想王得出罪的或辅可能竞的诸多途驾径置利入，叙以便桨引领这一昏解的候陈述惰或这剃一起与始状夹况，静并提恋供更礼多的材解的莲可能零。这耗一过搞程称正之为发散踢性思升维。强调煎逻辑姓推理轻思维夏的方乳法16强调置逻辑闲推理炎思维挥的方防法设计痛目录——目录突是一只定设仰计任掉务或慕分功弄能的惯已知怖解或兽经过饰考验挣的解的肌汇编。——目录镰可以榆包含炸各种柴各样让内容平的信乐息和霉不同质具体嗽化程究度的乌解。17强调模逻辑夏推理博思维熄的方刚法从产侦品设抽计与镜开发挥的一练般进宿程图仆中可沫见，原理主优化困、结雾构优烧化和苏制造咱优化是产事品设灯计开司发进程城中的三个右重要写环节遇，而她且三角者之磁间有擦不少厉重叠孙，故跨彼此叶间是睬互相汁影响、互为妻前提至的。嘉一般字而言优，结柴构优这化与滤制造批技术兆优化薄是随护着具幻玉体化寒程度倡的向灵前推见进而显得愈来春愈重名要的榜。根据舌经验骗，分梅步骤删进程涝所花岩的时更间与猎传统疤做法眨相比卵是较蜂少的拌，而抗且经上得起锋时间街考验初和十鞭分成组功的虎设计案例，是通头过选轿择最都合适琴的原乡丰理，蕉而不践是通亿过过忆份强胜调设疗计的章精细开才出亡现。18思考朋题结合乓自己薄以往惨的在语设计拆方面爹的学者校或哲实际错实践垮经验勿，对宝其创代新设呆计的技途径爪和方仇法进尚行讨防论和穗分析倒，并仍思考这以下秆问题苦：（1弟）传恐统设蒜计方医法与笔与工堂程设讽计学瓣所强载调的府思维疮设计