上海交通大学：《创新思维与现代设计》教学资源_创新思维与现代设计_第九讲 公理设计-Axiomatic Design_创新思维与现代设计

创新思维与现代设计 一公理设计 王皓，博士，副教授 上海交通大学机械与动力学院 机械系统与振动国家重点实验室 汽车工程研究院 E-mail:wanghao@sjtu.edu.cn 办公电话：021-34206786 2008年11月26日

王 皓，博士，副教授 上海交通大学机械与动力学院 机械系统与振动国家重点实验室 汽车工程研究院 Ｅ-mail: wanghao@sjtu.edu.cn 办公电话：021-34206786 －公理设计 创新思维 与 现代设计 2008 年11 月26 日

1.引言设计学中的创新思维 1.设计学及发展：艺术？科学？ From 1960's;QFD;Pahl&Beitz;(1970);Why German? 2.发明问题解决理论( TRIZ,1946,1989) KGB protect it for 43 years from...What hide behind invention? 3.公理设计(Axiomatic Design,1990) East and West ..Does design have Axiom? 4.进化设计(Evolutionary Design,1990-) From GA to ED...What nature inspired us? 2

2 1.设计学及发展：艺术？科学？ From 1960’s；QFD; Pahl&Beitz；(1970)；Why German? 2.发明问题解决理论（TRIZ ，1946，1989） KGB protect it for 43 years from…What hide behind invention? 3.公理设计（Axiomatic Design，1990） East and West … Does design have Axiom? 4.进化设计（Evolutionary Design，1990-） From GA to ED… What nature inspired us? 1.引言-设计学中的创新思维

1.引言设计学中的创新思维 质量功能配制 Quality Function Deployment >QFD是日本于六十年代提出的，该方法通过质量屋 (HQQ,House of Quality)建立用户需求与设计要求 之间的关系，可支持设计制造全过程。QFD经过不断 完善，已成为全面质量管理中的设计工具，在日本、美 国的造船、汽车等行业得到了广泛的应用。在概念设计 阶段，HQQ给出了明确的产品设计要求，但无法给出 实现这些要求的方法和工具。 3

3 质量功能配制 Quality Function Deployment ¾QFD是日本于六十年代提出的，该方法通过质量屋 （HQQ，House of Quality）建立用户需求与设计要求 之间的关系，可支持设计制造全过程。QFD经过不断 完善，已成为全面质量管理中的设计工具，在日本、美 国的造船、汽车等行业得到了广泛的应用。在概念设计 阶段，HQQ给出了明确的产品设计要求，但无法给出 实现这些要求的方法和工具。 1.引言-设计学中的创新思维

1.引言设计学中的创新思维 在设计的不同阶段 In the design process 口QFD一定义问题 identify what'is the problem in the design process Planning matrix Design matrix Operating matrix Control matrix Customer Technical Technical Component Component Process Process Operational Attributes Requirements Requfrements Characteristics Characteristics Steps Steps Steps Quality Function Deployment 4

4 在设计的不同阶段 In the design process † QFD ——定义问题 † identify ‘what’ is the problem in the design process Planning matrix Design matrix Operating matrix Control matrix Component Characteristics Technical Requirements Operational Steps Process Steps Customer Attributes Technical Requirements Component Characteristics Process Steps Quality Function Deployment 1.引言 -设计学中的创新思维

1.引言一设计学中的创新思维 Correlation Matrix S Technical Requirements Weights of Customer Relationship Customer Attributes Matrix R Attributes Weights of Technical Requirements House Of Quality 5

5 House Of Quality Technical Requirements Relationship Matrix R Correlation Matrix S Customer Attributes Weights of Customer Attributes Weights of Technical Requirements 1.引言-设计学中的创新思维

1.引言设计学中的创新思维 普适设计方法学 Comprehensive Design Methedology >该理论由德国的Pahl和Beitz创立，是优秀设计过程所积 累的经验的总结。该设计方法学建立了设计人员在每个设 计阶段的工作计划，从而形成一个完整的设计过程模型。 该理论所给出的建立功能结构的方法是一种基于经验的方 法，没有太多规则，对产品定义、技术设计和详细设计都 很有效，但对于设计过程中的创新活动阶段 概念设 计，该理论不一定有效。 6

6 普适设计方法学 Comprehensive Design Methedology ¾该理论由德国的Pahl和Beitz创立，是优秀设计过程所积 累的经验的总结。该设计方法学建立了设计人员在每个设 计阶段的工作计划，从而形成一个完整的设计过程模型。 该理论所给出的建立功能结构的方法是一种基于经验的方 法，没有太多规则，对产品定义、技术设计和详细设计都 很有效，但对于设计过程中的创新活动阶段——概念设 计，该理论不一定有效。 1.引言-设计学中的创新思维

1.引言设计学中的创新思维 功能结构设计 功能分解法：就像一个技术系统可以分解成分系统和系统 元件一样，复杂功能可以分解成几个复杂程度比较低的， 可以看清楚的分功能。Pahl&Beitz,1986] Scope Line Scope Line Why How 能量 能量 物 总功能 物 LOF I Explanation: 信 信 LOF2 C2 HOF Higher Order Function 分功能多 BF Basic Function HOF BF SF2 LOF3 C3 SF SecondaryFunction LOF4 LOF LowerOrder Function SF3 Component 抽象程度 LOFm Cn Actions Objectives Components (Pahl Beitz,1986) (Sturges et al,1986) 7

7 功能结构设计 功能分解法：就像一个技术系统可以分解成分系统和系统 元件一样，复杂功能可以分解成几个复杂程度比较低的， 可以看清楚的分功能。 [Pahl & Beitz, 1986] LOF 1 LOF 2 LOF 3 SF 2 SF 3 LOF 4 LOF m C 1 C 2 C 3 C n Why How Scope Line Scope Line HOF Explanation： HOF BF SF LOF C Actions Objectives Components Higher Order Function Basic Function Secondary Function Lower Order Function Component SF 1 BF 总功能 能量 物料 信号 能量' 物料' 信号' 分功能 抽象程度 (Pahl & Beitz, 1986) (Sturges et al, 1986) 1.引言-设计学中的创新思维

1.引言设计学中的创新思维 功能结构设计 Zigzag法：通过功能域和物理域（即原理解域）之间进行往 复映射来实现产品的功能结构设计。[Suh,2000] 类似方法包括功能一方法树(Function-Means Tree)的功能结 构设计。lubka&Eder,19881 FR DP FR, FR2 DP, DP2 FRn FR121 FR1z2 FR123 DP121 DP122 DP123 FR1221 FR1ZZ2 DP1221 DP1z22 功能域 物理域 8

8 Zigzag法：通过功能域和物理域（即原理解域）之间进行往 复映射来实现产品的功能结构设计。 [Suh, 2000] 功能域 FR FR1 FR2 FR12 FR11 FR121 FR122 FR123 FR1221 FR1222 D P DP1 DP2 DP DP11 12 DP121 DP122 DP123 DP1221 DP1222 功能域 物理域 类似方法包括功能－方法树（Function-Means Tree)的功能结 构设计。 [Hubka & Eder, 1988] 功能结构设计 1.引言-设计学中的创新思维

1.引言设计学中的创新思维 TRIZ:发明问题解决理论 >TRIZ是前苏的联G.S.A1 tshuller等人通过对世界近 250万件发明专利的分析研究，总结出人类进行发明创 造解决技术问题过程所遵循的40个原理和法则，进而 建立了一个由解决技术问题，实现创新开发的各种方法、 算法组成的综合理论体系， >TRIZ理论的出现，从根本上解决了创新设计理论多 而工具少的问题，计算机辅助创新技术的实现提供了理 论基础。 9

9 TRIZ：发明问题解决理论 ¾TRIZ是前苏的联G.S. Altshuller等人通过对世界近 250万件发明专利的分析研究，总结出人类进行发明创 造解决技术问题过程所遵循的40个原理和法则，进而 建立了一个由解决技术问题，实现创新开发的各种方法、 算法组成的综合理论体系， ¾TRIZ理论的出现，从根本上解决了创新设计理论多 而工具少的问题，计算机辅助创新技术的实现提供了理 论基础。 1.引言 -设计学中的创新思维

1.引言设计学中的创新思维 Endless screw! ▣达芬奇(Leonardo da Vinci)）在十五 世纪时发明 ▣它与目前使用的 “滚齿凸轮机构”， 有着相当的类似 类似的想法早已有人…， 10 滚齿凸轮机构

10 † 达芬奇(Leonardo da Vinci)在十五 世纪时发明 † 它与目前使用的 “滚齿凸轮机构”， 有着相当的类似 滚齿凸轮机构 Endless screw! 类似的想法早已有人… 1.引言-设计学中的创新思维