1、公理設計的優缺點分析概念設計產品概念設計設計是由分析用戶需求到生成概念產品的一系列有序的、可組織的、有目標的設計活動，它表現為一個由粗到精、由模糊到清晰、由抽象到具體的不斷進化的過程。概念設計階段最主要有兩個任務:（1）根據設計任務建立系統的功能結構;（2）選擇相應于功能結構中的每個功能的功能載體,并組合這些功能載體形成最優的設計方案。概念設計的優點概念設計即是利用設計概念并以其為主線貫穿全部設計過程的設計方法。概念設計是完整而全面的設計過程，它通過設計概念將設計者繁復的感性和瞬間思維上升到統一的理性思維從而完成整個設計。概念設計對設計人員的約束最少,具有較大的創新空間,最能體現設計者的經驗、

2、智慧和創造性。因此,概念設計被認為是設計過程中最重要、最關鍵、最具創造性的階段。概念設計的缺點（1）概念設計過程模型 該模型主要考慮從功能到結構的單向映射,很少考慮從結構到功能的回溯,即各個設計層次之間難以互通信息,缺乏有效的反饋和協調機制,使得設計過程缺乏柔性,并導致不合理方案增多,尤其是不能適應設計要求的變更需要。概念設計的缺點(2)概念設計信息表達 主要集中在功能、行為和結構的單一信息描述上,缺乏統一的集成信息表達模型,導致不同信息的集成和映射能力不足,尤其是難以實現概念設計與后續結構設計、詳細設計、工藝設計的無縫集成。概念設計的缺點(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雜的領域產品上,復雜產品研究較少。對于復雜產品,目前的模型演化能力不足,缺乏生成方案的有效方法,尤其缺少能夠實現有效映射的綜合推理方法。概念設計的缺點(4)概念設計創新研究 目前集中在各類創新技術和方法的應用上,設計系統與方法的創新能力不足。主要原因是缺少符合設計者思維習慣的表達與操作模型,設計者對設計過程的參與較少,其智慧和創造性得不到充分發揮。自行車例子在自行車的概念設計過程中對自行車進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，然后對總功能進行分解得到子功能，再對子功能進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，得到其形態學

4、矩陣。 自行車功能分解圖自行車例子 功能元解功能元解功能元功能元1234產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 自行車功能的形態學矩陣分析 根據上述自行車功能上形態學矩陣能夠看出，其每個功能元對應的功能元解數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計方案的思路。但是如果對其每一種方案進行評價從而得到最終方案，工作量會很大，還有分解過程復雜，可能造成遺漏。公理設計公理設計理論通過對大量成功設計實例進行分析歸納，抽象出設計過程本質。它包

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

6、程設計階段。公理設計層級(Hierarchy)指的是公理設計中某個域的層次結構樹，層級的概念表示r在每一個域中自頂向下的層次結構。公理設計的整個過程就是從功能域到結構域，結構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行“之”字形映射，充分考慮兩者之間的相互關系，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，在每一個設計域中就創建了FRs，Dps。和Pvs層次。公理設計設計就是在各個域中曲折進行設計問題的求解，直到分解的子問題都已經解決為止。圖2所示為功能域和結構域的層次結構，以及它們之間的“之”字形映射關系，結構域與過程域之間存

7、在同樣的關系。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的設計或完成設計，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 迭代分解FRs、DPs和 PVs通過反復迭代建立 每個設計域中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生移動，定為FR1和FR2，在結構域中未選定相應的DP1和DP2之前，我們不能對FRs進行下一步分解，在選定DPs滿足FRs之后就可以返回到功能域并分解FR1。如此反復進行得到最終方案。如果最終有多個DPs滿足FRs可通過計算信息含量選擇最優方案。在層次分解中，（以功能域到結構域為例）每一層分解

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

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

10、設計者能夠方便、迅速地理解設計目標和設計解之間的關系，為積累設計知識奠定了良好基礎。公理設計理論提供的產品知識表達方式，同時重現出產品的開發過程，比較全面地攫取了產品知識及其設計過程知識，幾乎可以全面記載產品開發、設計和制造過程中的所有知識，為積累產品開發、設計和制造的方面的經驗奠定了良好的基礎。公理設計的缺點公理設計雖然提供了指導設計活動的理論框架,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,當有多個功能要求必須同時滿足時,必須設法得到無耦合設計或者準耦合設計。然而在多數產品設計中,由于技術或其他條件的限制,要想得到無耦合或者準耦合設計是非常困難的。因此,要進一步探討對于耦合問題處理的策略,包括對耦合設計的解耦方法、耦合的測度評定和現實的耦合設計問題的迭代尋優。謝 謝！矩陣變換作業1010001000001011