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
3.四个步豫 3.四个步骤 (2)概念设计(Conceptual Design) (2)概念设计(Conceptual Design) ·对于一个设计问题，往往会形成多个设计方案。 ·他用(Put to other use):看现有设计原 ·根据这些方案对需求的吻合程度，挑选出3-5个好 型是否能应用到未知领域，进行设计创新。 的设计方案。 如，流水能否驱动车轮？ ·再对这几个方案进行补充完善，并进行又一轮的 挑选，选出最佳方案。 ·也可以对这3-5个方案进行优势互补，从而形成最 终的方案。 20 21 3.四个步骤 3.四个步豫 (2)概念设计(Conceptual Design) (3)详细设计(Detailed Design) ·方案选择矩阵 Sw0=立WS6,) 当最终方案确定之后，就要对它进 设计目标 行详细的设计，包括：详细结构、 各方案 目标1 目标2 目标】 目标N 形状、尺寸、公差、表面粗糙度等 分值 设计目标权重 W W2 Wa 的确定。 方案1 s1.) 1,2) 1 S1,) SWS(1) ·详细设计最终的结果是正式的工程 设 方索2 S2.1) 2.) S2.3 S2,两 SWS(2) 图纸，还尽可能提供最终设计的三 计 方案3 S3,) s3,2) S30 S3,) SWS(3) 维模型。 方 方案1 S,1) 1,2) SGD S SWS( 案 44 4 444 444 44 方案M SM,1) SM,2) S(MD S(MN) SWS(M) 22 23
• 他用（Put to other use）: 看现有设计原 型是否能应用到未知领域，进行设计创新。 如，流水能否驱动车轮？ 20 （2）概念设计(Conceptual Design) 3.四个步骤 对于一个设计问题，往往会形成多个设计方案。 根据这些方案对需求的吻合程度，挑选出3-5个好 的设计方案。 再对这几个方案进行补充完善，并进行又一轮的 挑选，选出最佳方案。 也可以对这3-5个方案进行优势互补，从而形成最 终的方案。 21 （2）概念设计(Conceptual Design) 3.四个步骤 方案选择矩阵 N j i SWS i W S i j 1 ( ) ( , ) 22 （2）概念设计(Conceptual Design) 3.四个步骤 （3）详细设计(Detailed Design) 当最终方案确定之后，就要对它进 行详细的设计，包括：详细结构、 形状、尺寸、公差、表面粗糙度等 的确定。 详细设计最终的结果是正式的工程 图纸，还尽可能提供最终设计的三 维模型。 23 3.四个步骤
3.四个步豫 内容 (4)产品加工(Product Manufacturing) 工程设计与团队合作 ·当设计图纸完成后，整个设计将进 一、工程与工程设计 入产品加工阶段。 ·工程技术人员需要将设计图纸转换 二、设计过程 成加工图纸；需要对加工工艺进行 设计；需要对加工过程进行模拟仿 三、解决问题的创新思维 真；进而完成产品的加工实现。 四、团队合作 五、本课程团队合作 =25 1.每个人身上都有创新的火花 内容 很多人觉得创新和创新思维是 工程设计与团队合作 天才人物的特性（如爱因斯坦）。 一、工程与工程设计 我们每个人身上都有创新的火花。我们都具有创 造性，能获得问题的创新方案。 二、设计过程 创新过程就是将过往经验进行组合、再组合，形 三、解决问题的创新思维 成新的模式、新的结构、新的方案，以更好地解 决一个问题。 四、团队合作 五、本课程团队合作 26 27
（4）产品加工(Product Manufacturing) 当设计图纸完成后，整个设计将进 入产品加工阶段。 工程技术人员需要将设计图纸转换 成加工图纸；需要对加工工艺进行 设计；需要对加工过程进行模拟仿 真；进而完成产品的加工实现。 24 3.四个步骤 25 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 很多人觉得创新和创新思维是 天才人物的特性（如爱因斯坦）。 我们每个人身上都有创新的火花。我们都具有创 造性，能获得问题的创新方案。 创新过程就是将过往经验进行组合、再组合，形 成新的模式、新的结构、新的方案，以更好地解 决一个问题。 26 1.每个人身上都有创新的火花 27 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
1.团队合作概念 2.团队合作基础 以团队的运作为优先考虑目标，知道自己 1)建立信任 的行为对团队有什么影响，使这个影响向有益的 ■扬长避短，人尽其才 方向发展，就是团队合作。 汉高祖刘邦知人善用，用人不疑， ,“一个篱笆三个桩，一个好 充分放权给韩信、萧何等大将，这些大将各有长处和短处，但 汉三个帮”诠释了“团结就 刘邦充分信任他们，人尽其才，将士们也团结一心，最后以 是力量”的含义。 “四面楚歌”打败了曾经兵强马壮，人才众多的楚霸王项羽。 ■勇于承担责任 ·“三个和尚没水吃”的故事 ■勇于承认错误 揭示了“没有合作的团队就 “我办砸了”、“我错了”、“我需要帮助”、“我很 是一盘散沙”的内涵。 抱款”、“你在这方面比我强” 2.团队合作基础 2.团队合作基础 1)建立信任 1)建立信任 信任背摔 信任背摔 如果我们是领导，站在高台上，我们会相信自己的部下 吗？ 换位思考，如果我们是下面搭“接人床”的下属，上面 是对我们严厉的领导，我们会怎样？ 平时，上级对下级的信任，下级对上级的信任，都是非 常有必要的，大家要懂得换位思考，相互信任，这样才能 到达成功的彼岸。 因为，信任是合作的基础，合作是成功的前提。 30 31
以团队的运作为优先考虑目标，知道自己 的行为对团队有什么影响，使这个影响向有益的 方向发展，就是团队合作。 “一个篱笆三个桩，一个好 汉三个帮”诠释了“团结就 是力量”的含义。 “三个和尚没水吃”的故事 揭示了“没有合作的团队就 是一盘散沙”的内涵。 28 1.团队合作概念 1）建立信任 扬长避短，人尽其才 汉高祖刘邦知人善用，用人不疑， 充分放权给韩信、萧何等大将，这些大将各有长处和短处，但 刘邦充分信任他们，人尽其才，将士们也团结一心，最后以 “四面楚歌”打败了曾经兵强马壮，人才众多的楚霸王项羽。 勇于承担责任 勇于承认错误 “我办砸了”、“我错了”、“我需要帮助”、“我很 抱歉”、“你在这方面比我强” 29 2.团队合作基础 1）建立信任 信任背摔 30 2.团队合作基础 1）建立信任 信任背摔 如果我们是领导，站在高台上，我们会相信自己的部下 吗？ 换位思考，如果我们是下面搭“接人床”的下属，上面 是对我们严厉的领导，我们会怎样？ 平时，上级对下级的信任，下级对上级的信任，都是非 常有必要的，大家要懂得换位思考，相互信任，这样才能 到达成功的彼岸。 因为，信任是合作的基础，合作是成功的前提。 31 2.团队合作基础
2.团队合作基础 2.团队合作基础 2)良性的冲突 3)坚定不移地行动 ,只有当团队成员彼此之间热 识别虚假的和谐，引导和鼓励适当的、建设 烈地、不设防地争论，直率 性的冲突。 地说出自己的想法，团队才 可能有信心做出充分集中集 向目标前进 体智慧的决策。 不能就不同意见而争论、交 换未经掩饰的坦率意见的团 队，往往会发现自己总是在 一遍遍地面对同样的问题。 实际上，在外人看来机制不 良、总是争论不休的团队， 往往是能够做出和坚守既定 决策的团队。 32 33 2.团队合作基础 2.团队合作基础 4)无怨无悔才能彼此负责 承担责任看似简单，但实施起来则很困难。 ,教会团队核心如何就损害团队的行为批评自己 的伙伴是一件不容易的事情。 但是，如果有清晰的团队目标，有损这些目标 的行为就能够轻易地纠正。 34
2）良性的冲突 识别虚假的和谐，引导和鼓励适当的、建设 性的冲突。 向目标前进 32 2.团队合作基础 3）坚定不移地行动 只有当团队成员彼此之间热 烈地、不设防地争论，直率 地说出自己的想法，团队才 可能有信心做出充分集中集 体智慧的决策。 不能就不同意见而争论、交 换未经掩饰的坦率意见的团 队，往往会发现自己总是在 一遍遍地面对同样的问题。 实际上，在外人看来机制不 良、总是争论不休的团队， 往往是能够做出和坚守既定 决策的团队。 33 2.团队合作基础 4）无怨无悔才能彼此负责 承担责任看似简单，但实施起来则很困难。 教会团队核心如何就损害团队的行为批评自己 的伙伴是一件不容易的事情。 但是，如果有清晰的团队目标，有损这些目标 的行为就能够轻易地纠正。 34 2.团队合作基础 35 2.团队合作基础
内容 1.本课程分组 工程设计与团队合作 一、工程与工程设计 4-5人一组 二、设计过程 同组成员上课时应坐在一起，便于交流 三、解决问题的创新思维 讨论 四、团队合作 五、本课程团队合作 37 2.不同的角色 2.不同的角色 组长 准备会议议程 不同的团队角色 主持小组会议 保持团队的时间-任务进度 组长Leader ·若有需要，可更新GANTT图 记录员/Recorder 确保每个人对所有的任务都有责任和义务 必要时，应帮助小组其他成员 绘图员/Drawing 调解小组内部纷争 coordinator 及时e-mail通知 按时上交课程设计报告
36 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 37 1.本课程分组 4-5人一组 同组成员上课时应坐在一起，便于交流 讨论 38 2.不同的角色 不同的团队角色: 组长/Leader 记录员/Recorder 绘图员/Drawing coordinator 39 2.不同的角色 组长 准备会议议程 主持小组会议 保持团队的时间-任务进度 若有需要，可更新 GANTT 图 确保每个人对所有的任务都有责任和义务 必要时，应帮助小组其他成员 调解小组内部纷争 及时e-mail通知 按时上交课程设计报告
