上游文夏大￥ 内容 工程设计与团队合作 形象思维与工程语言 一、工程与工程设计 二、设计过程 杨培中 三、解决问题的创新思维 上海交通大学 四、团队合作 机械与动力工程学院 五、本课程团队合作 日1 内容 1.工程 工程设计与团队合作 (as defined by ABET*) 一、工程与工程设计 ..that profession in which knowledge of the mathematical and natural sciences gained by 、设计过程 study,experience and practice is applied with judgment to develop ways to utilize 、解决问题的创新思维 economically the material and forces of nature for the benefit of mankind. 四、团队合作 *ABET=Accreditation Board for Engineering and Technology Inc.(工程和技术认证委员会) 五、本课程团队合作
形象思维与工程语言 杨培中 上海交通大学 机械与动力工程学院 1 一、工程与工程设计 二、设计过程 内 容 四、团队合作 三、解决问题的创新思维 五、本课程团队合作 工程设计与团队合作 2 一、工程与工程设计 二、设计过程 内 容 四、团队合作 三、解决问题的创新思维 五、本课程团队合作 工程设计与团队合作 (as defined by ABET*) … that profession in which knowledge of the mathematical and natural sciences gained by study, experience and practice is applied with judgment to develop ways to utilize economically the material and forces of nature for the benefit of mankind. *ABET = Accreditation Board for Engineering and Technology Inc.（工程和技术认证委员会 ） 1.工程 3
2.工程设计 2.工程设计 (as defined by ABET): Engineering design is the process of devising a “工程设计”是为了满足社会需求而进行的 system,component,or process to meet desired 系统、组件或工艺设计过程。工程设计是 needs.It is a decision-making procedure (often 一个决策(decision-making)过程，通常 iterative),in which the basic sciences and 是一个循环往复Iterative)的过程。在工程 mathematics and engineering sciences are 设计中，应用基础科学、数学以及工程科 applied to convert the resources optimally to 学，集成现有资源，最优化地达到预期的 meet a stated objective.Among the 目标。在设计过程中，最基本的元素是目 fundamental elements of the design process are 标、标准、综合、分析、施工、测试和评 the establishment of objectives and criteria, synthesis,analysis,construction,testing and evaluation. 2.工程设计 2.工程设计 >工程设计通常是一个循环和迭代的过程。 •对设计而言，往住是多解的，并不存在唯一的正确 工程师往往需要对设计出的产品方案进行 解。 不断修改和完善，在设计规定的周期里获 ·设计中，创新是非常重要的。 得符合要求的最佳产品。 •设计住往是多学科交叉的， >在工程设计中，除了要满足客户需求，还 -技术类(ME,IOE,CS,EE,Material Science 必须考虑很多其它因素，如安全、经济、 etc.) 环保、可持续发展等。 -人因类(safety) -经济类(business,.socio-economic) 一环境类（环保等) >
(as defined by ABET): Engineering design is the process of devising a system, component, or process to meet desired needs. It is a decision-making procedure (often iterative), in which the basic sciences and mathematics and engineering sciences are applied to convert the resources optimally to meet a stated objective. Among the fundamental elements of the design process are the establishment of objectives and criteria, synthesis, analysis, construction, testing and evaluation. 2. 工程设计 4 “工程设计”是为了满足社会需求而进行的 系统、组件或工艺设计过程。工程设计是 一个决策（decision-making）过程，通常 是一个循环往复(Iterative)的过程。在工程 设计中，应用基础科学、数学以及工程科 学，集成现有资源，最优化地达到预期的 目标。在设计过程中，最基本的元素是目 标、标准、综合、分析、施工、测试和评 估。 2. 工程设计 5 工程设计通常是一个循环和迭代的过程。 工程师往往需要对设计出的产品方案进行 不断修改和完善，在设计规定的周期里获 得符合要求的最佳产品。 在工程设计中，除了要满足客户需求，还 必须考虑很多其它因素，如安全、经济、 环保、可持续发展等。 6 2. 工程设计 •对设计而言，往往是多解的，并不存在唯一的正确 解。 •设计中，创新是非常重要的。 •设计往往是多学科交叉的， - 技术类(ME, IOE, CS, EE, Material Science etc.) - 人因类 (safety) - 经济类 (business, socio-economic) - 环境类（环保等） 7 2. 工程设计
内容 1.设计过程概述 工程设计与团队合作 >设计的过程是一个从发散到收敛的过程 一、工程与工程设计 发散 设计清单自由讨论语义分析 二、设计过程 转换 三、解决问题的创新思维 质量功能分解面向适的设计 四、团队合作 收敛 数学造型 设计忧化 五、本课程团队合作 1.设计过程概述 1.设计过程概述 >在发散阶段，我们必须对设计任务进行各方面 >这些转换方法有质量功能分解(QFD:Quality Function Deployment).、面向制造的设计(DFM: 的分析、分解，生成各种可能的解决方案。我们 Design for Manufactur ing)、面向最低成本的设 可以采用诸如设计清单、自由讨论以及语义分析 计(DFMC:Design for Minimum Cost).等。 等方法。 >其中“质量功能分解”是一个非常有力的工具。 它可以把客户需求和设计要求定量化。一旦某个 >在收敛阶段，我们对所有方案进行筛选，进行 概念（方案）被确定，就会进行数学建模和优化 系统的评估，并找到最符合要求的方案。 设计，进一步精细化设计方案，以便获得最终的 >通常在发散和收敛阶段中间，会加入一个转换 设计。 >“面向制造的设计”则贯穿整个设计过程，是设 阶段，把设计中的定性化指标转换成定量化指标 计过程中必须始终遵循的准则。 >面向最低成本的设计则从经济的角度来权衡设计 的价值。 10 11
8 一、工程与工程设计 二、设计过程 内 容 四、团队合作 三、解决问题的创新思维 五、本课程团队合作 工程设计与团队合作 设计的过程是一个从发散到收敛的过程 1.设计过程概述 9 在发散阶段，我们必须对设计任务进行各方面 的分析、分解，生成各种可能的解决方案。我们 可以采用诸如设计清单、自由讨论以及语义分析 等方法。 在收敛阶段，我们对所有方案进行筛选，进行 系统的评估，并找到最符合要求的方案。 通常在发散和收敛阶段中间，会加入一个转换 阶段，把设计中的定性化指标转换成定量化指标 。 10 1.设计过程概述 这些转换方法有质量功能分解(QFD: Quality Function Deployment)、面向制造的设计(DFM: Design for Manufacturing)、面向最低成本的设 计(DFMC：Design for Minimum Cost)等。 其中“质量功能分解” 是一个非常有力的工具。 它可以把客户需求和设计要求定量化。一旦某个 概念（方案）被确定，就会进行数学建模和优化 设计，进一步精细化设计方案，以便获得最终的 设计。 “面向制造的设计”则贯穿整个设计过程，是设 计过程中必须始终遵循的准则。 面向最低成本的设计则从经济的角度来权衡设计 的价值。 11 1.设计过程概述
2.设计过程 3.四个步骤 ...a process,a decision making process Consumption Identify a Need >工程设计一般包含四个步骤： Define the Goal (1)问题的提出(Problem Specification) (2)概念设计(Conceptual Design). The Design Process (Construction) Research (3)详细设计(Detailed Design). -Multi-disciplinary 0 (4)产品加工(Product Manufactur ing)。 Salution -Highly integrated Task Description -Iterative Specifications ldeation Analysis Conceptual Design 12 13 3.四个步骤 3.四个步豫 (1)问题的提出(Problem Specification) (1)问题的提出(Problem Specification) ·首先要了解工程设计的需求。这种需求包括： 客户要求、新产品发布、维修需求、资本扩展 · 当获得市场需求之后，就要通过转换方法，将 、现有产品的缺陷等。 其转换成工程需求。如通过质量功能展开方法 ”、 要想获得这些需求，必须进行市场调研。通过 ,将市场需求转换成可量化的工程需求，便于 走访客户、咨询专家、了解同行等各种方法获 工程实现。 取工程设计的需求。 ·如设计一种书写工具（如：铅笔)，市场需求 ·在进行市场调研获取市场需求的时候，必须保 为：“易使用”。则可以转化的工程需求有： 持市场声音的原始性(ORIGINALITY),不能轻 “铅笔的长度”、“铅笔的直径”、“铅笔表 易对市场声音进行转换。如“易使用”不能转 面的粗糙度”等等。 换成“不难使用”。 14
…. a process, a decision making process Identify a Need The Design Process - Multi-disciplinary - Highly integrated - Iterative Define the Goal Research Task Specifications Ideation Conceptual Design Consumption Analysis Prototype Solution Description Manufacture (Construction) Distribution 12 2.设计过程 工程设计一般包含四个步骤： （1）问题的提出(Problem Specification) （2）概念设计(Conceptual Design) （3）详细设计(Detailed Design) （4）产品加工(Product Manufacturing)。 13 3.四个步骤 • 首先要了解工程设计的需求。这种需求包括： 客户要求、新产品发布、维修需求、资本扩展 、现有产品的缺陷等。 • 要想获得这些需求，必须进行市场调研。通过 走访客户、咨询专家、了解同行等各种方法获 取工程设计的需求。 • 在进行市场调研获取市场需求的时候，必须保 持市场声音的原始性（ORIGINALITY），不能轻 易对市场声音进行转换。如“易使用”不能转 换成“不难使用”。 （1）问题的提出(Problem Specification) 14 3.四个步骤 • 当获得市场需求之后，就要通过转换方法，将 其转换成工程需求。如通过质量功能展开方法 ，将市场需求转换成可量化的工程需求，便于 工程实现。 • 如设计一种书写工具（如：铅笔），市场需求 为：“易使用”。则可以转化的工程需求有： “铅笔的长度”、“铅笔的直径”、“铅笔表 面的粗糙度”等等。 （1）问题的提出(Problem Specification) 15 3.四个步骤
3.四个步豫 3.四个步骤 (2)概念设计(Conceptual Design) (2)概念设计(Conceptual Design) 方案设计过程中，方案的构思方法包括： ·模仿(Adapt):以某种设计原型为参照，在此基 ·概念设计又称方案设计。 础之上加以变化产生新事物的方法。很多发明创造 ·当工程设计问题的市场需求（客户需求）和工 都建立在对前人或自然界的模仿的基础上，如模仿 程需求获得之后，可以开始构思方案。 鸟发明了飞机，模仿鱼发明了潜水艇，模仿蝙蝠发 ·设计人员可以根据市场需求和工程需求，在符 明了雷达。 合一定的规范的前提下，进行头脑风暴( ·修改(Modify):对某种设计原型进行修改，如 Brainstorming),开始形象思维过程。并将形 改变形状、颜色、运动等。 象思维形成的方案以草图的形式予以表达。 放大(Magnify):对某种设计原型的某些参数进 行放大，包括重量、厚度、宽度等。例如，在改进 液晶电视的时候，将电视的屏幕增大，使得视觉感 受更强。 16 17 3.四个步骤 3.四个步豫 (2)概念设计(Conceptual Design) (2)概念设计(Conceptual Design) ·缩小(Reduce):对某种设计原型进行缩小，对 ·重新排列(Rearrange):对某种设计原型中的零 部件进行位置交换，改变布局等。如：积木、魔 外观上不必要或非突出的设计部分小型化或删改。 方等。 例如，在电脑的发展中，技术人员将笔记本的大小 功能适当缩小，从而研制出现在的上网本，更加便 ·反转(Reverse):将某种设计原型进行上下位置 于携带，不受地方大小的限制。 颠倒等。 ·替换(Substitute):对某种设计原型中的材料、 ·组合(Combine):从两种或两种以上设计原型中 加工工艺、能源或机构进行替换。例如，传统汽车 抽取合适的要素重新组合，构成新的事物或新的产 是应用汽油来提供动力，在设计研究过程中，改变 品的方法。常见的组合方法有同物组合、异物组合 汽车的动力来源，应用电力和汽油同时充当动力的 主体附加组合、重组组合四种。比如手机的功能 来源。发明了混合动力车，减少了空气污染，降低 越来越强大，可以做掌上电脑，移动硬盘，看视频 了不可再生能源的使用。 、听音乐，网上下载，关注各种及时咨询等等，这 正是将各种各样的功能组合起来的一种新设计。 16
• 概念设计又称方案设计。 • 当工程设计问题的市场需求（客户需求）和工 程需求获得之后，可以开始构思方案。 • 设计人员可以根据市场需求和工程需求，在符 合一定的规范的前提下，进行 头脑风暴 （ Brainstorming），开始形象思维过程。并将形 象思维形成的方案以草图的形式予以表达。 （2）概念设计(Conceptual Design) 16 3.四个步骤 方案设计过程中，方案的构思方法包括： • 模仿（Adapt）：以某种设计原型为参照，在此基 础之上加以变化产生新事物的方法。很多发明创造 都建立在对前人或自然界的模仿的基础上，如模仿 鸟发明了飞机，模仿鱼发明了潜水艇，模仿蝙蝠发 明了雷达。 • 修改（Modify）： 对某种设计原型进行修改，如 改变形状、颜色、运动等。 • 放大（Magnify）：对某种设计原型的某些参数进 行放大，包括重量、厚度、宽度等。例如，在改进 液晶电视的时候，将电视的屏幕增大，使得视觉感 受更强。 （2）概念设计(Conceptual Design) 17 3.四个步骤 • 缩小（Reduce）：对某种设计原型进行缩小，对 外观上不必要或非突出的设计部分小型化或删改。 例如，在电脑的发展中，技术人员将笔记本的大小 功能适当缩小，从而研制出现在的上网本，更加便 于携带，不受地方大小的限制。 • 替换（Substitute）：对某种设计原型中的材料、 加工工艺、能源或机构进行替换。例如，传统汽车 是应用汽油来提供动力，在设计研究过程中，改变 汽车的动力来源，应用电力和汽油同时充当动力的 来源。发明了混合动力车，减少了空气污染，降低 了不可再生能源的使用。 18 （2）概念设计(Conceptual Design) 3.四个步骤 • 重新排列（Rearrange）：对某种设计原型中的零 部件进行位置交换，改变布局等。 如：积木、魔 方等。 • 反转（Reverse）：将某种设计原型进行上下位置 颠倒等。 • 组合（Combine）：从两种或两种以上设计原型中 抽取合适的要素重新组合，构成新的事物或新的产 品的方法。常见的组合方法有同物组合、异物组合 、主体附加组合、重组组合四种。比如手机的功能 越来越强大，可以做掌上电脑，移动硬盘，看视频 、听音乐，网上下载，关注各种及时咨询等等，这 正是将各种各样的功能组合起来的一种新设计。 19 （2）概念设计(Conceptual Design) 3.四个步骤