概念设计 1.设计概述 设计是创新的手段。在明确了需求后，就需要通过设计来制定合适的方案， 来创造可以满足需求的人工事物。 这里首先介绍一下设计的概念，让大家了解什么是设计。 1.1无处不在的设计 大家经常生活中碰到的很多事物都是设计的结果。传统上对于设计的理解常 常偏向于艺术的，例如广告设计，室内装潢设计。另外，电影创作、小说创作其 实也都是属于设计。可以说，只要我们生活中接触到的事物（物质的或者精神的） 是非自然的，那么可能都是设计的结果。 在今后的大学学习过程中，大家会越来越多的涉及到各种非艺术的设计。例 如机械产品设计、电子线路设计、软件设计、市政规划设计。大家工作后，还会 碰到其它的设计问题，组织结构的设计，业务流程的设计，等等。在广告设计中， 设计师常常通过一组有某种关系的图片的组合来传达某种内在的意义（如下图）： 电影是就是导演把各种情节按照一定的顺序组合起来。 大家进大学后，首先就会碰到一个专业课程的设置，这也是一种设计，是老 师们根据自己的经验和知识来确定某个专业的学生将来很可能会碰到什么领域 的知识，来针对性的设置了一系列课程，使得学生在完成学业后可以掌握合适的 知识。 我们每天都在设计。从早上起床开始，我们就需要对一天的生活进行设计。 我们需要根据实际情况，对一系列的生活过程进行设计，以寻求满足约束的一组 过程。我们一天的生活包括：洗脸、刷牙、吃早饭、上课、自修，锻炼等等，先 做哪一件、后做哪一件，哪些事情可以并行做，这些都需要设计。我们从宿舍到 教室，也需要进行规划（设计）：选择什么路线，何种交通工具。例如，我们既 可以走路去教室，还可以骑车去教室，还可以坐巴士去教室，我们还可以选择这
概念设计 1． 设计概述 设计是创新的手段。在明确了需求后，就需要通过设计来制定合适的方案， 来创造可以满足需求的人工事物。 这里首先介绍一下设计的概念，让大家了解什么是设计。 1.1 无处不在的设计 大家经常生活中碰到的很多事物都是设计的结果。传统上对于设计的理解常 常偏向于艺术的，例如广告设计，室内装潢设计。另外，电影创作、小说创作其 实也都是属于设计。可以说，只要我们生活中接触到的事物（物质的或者精神的） 是非自然的，那么可能都是设计的结果。 在今后的大学学习过程中，大家会越来越多的涉及到各种非艺术的设计。例 如机械产品设计、电子线路设计、软件设计、市政规划设计。大家工作后，还会 碰到其它的设计问题，组织结构的设计，业务流程的设计，等等。在广告设计中， 设计师常常通过一组有某种关系的图片的组合来传达某种内在的意义（如下图）； 电影是就是导演把各种情节按照一定的顺序组合起来。 大家进大学后，首先就会碰到一个专业课程的设置，这也是一种设计，是老 师们根据自己的经验和知识来确定某个专业的学生将来很可能会碰到什么领域 的知识，来针对性的设置了一系列课程，使得学生在完成学业后可以掌握合适的 知识。 我们每天都在设计。从早上起床开始，我们就需要对一天的生活进行设计。 我们需要根据实际情况，对一系列的生活过程进行设计，以寻求满足约束的一组 过程。我们一天的生活包括：洗脸、刷牙、吃早饭、上课、自修，锻炼等等，先 做哪一件、后做哪一件，哪些事情可以并行做，这些都需要设计。我们从宿舍到 教室，也需要进行规划（设计）：选择什么路线，何种交通工具。例如，我们既 可以走路去教室，还可以骑车去教室，还可以坐巴士去教室，我们还可以选择这
几种方式的组合去教室，例如，走路去巴士站，然后搭巴士去。 1.2什么是设计 设计是人类的有目的的创造性活动，是人类利用知识创造出符合人的某种需 求的人工品(Artefact)的过程。之所以说人工品，是因为它不仅限于大家常见 到的工业产品，还包括艺术品，还有一些满足精神需求的产品，如小说、音乐。 设计的本质过程是对一些设计元素进行有目的的组合，使得组合后的人工体 能实现预定的行为，以满足人类的某种需求。取决于不同的设计对象，设计元素 常常有很大的区别。 对机械产品而言，设计元素是那些机械零部件。以自行车为例，包括轮胎、 钢圈、笼头、链条、脚踏、轮轴、钢丝，等等。对于汽车而言，设计的元素包含 了发动机、车身、轮胎等等，而发动机、车身的设计有包含了更细化的零部件， 如汽缸、活塞、车门等等。 对于电子线路设计而言，设计元素是指各种电子元件，例如导线、电阻、电 容、二级管、三级管、存储器，等等。对于一些高级的电子控制系统，设计元素 甚至还包括PLC(可编程控制器)、微型计算机等 软件设计中的设计元素主要是各种设计语言（如C语言，Basic语言，Pascal 语言，等)所规定的各种基本元素，包括各种变量（整型、，程序逻辑控制标志 (if,then,else,case,for,while等)。 市政规划设计中，涉及的元素包括各种绿化，自来水管道、排污水管道、购 物广场、交通路线，等。 在组织结构设计中，设计的对象包括各种部门，例如金融部门，人力资源部 门、物流部门、仓库、生产部门、销售部门，等等。 在业务流程设计中，需要考虑不同的业务信息在各个不同部门中合理、顺畅 地流动，以满足各种不同的管理需要。 在艺术创作中，美术家为了表现出美，常常采用各种颜料画成的线条、图形 来表现我们生活中的各种元素。 在电影创作中，设计的元素包括人物、事件、场景，等。 在广告设计中，设计师会把多种事物（元素）组合在一起，来表现某种想要
几种方式的组合去教室，例如，走路去巴士站，然后搭巴士去。 1.2 什么是设计 设计是人类的有目的的创造性活动，是人类利用知识创造出符合人的某种需 求的人工品（Artefact）的过程。之所以说人工品，是因为它不仅限于大家常见 到的工业产品，还包括艺术品，还有一些满足精神需求的产品，如小说、音乐。 设计的本质过程是对一些设计元素进行有目的的组合，使得组合后的人工体 能实现预定的行为，以满足人类的某种需求。取决于不同的设计对象，设计元素 常常有很大的区别。 对机械产品而言，设计元素是那些机械零部件。以自行车为例，包括轮胎、 钢圈、笼头、链条、脚踏、轮轴、钢丝，等等。对于汽车而言，设计的元素包含 了发动机、车身、轮胎等等，而发动机、车身的设计有包含了更细化的零部件， 如汽缸、活塞、车门等等。 对于电子线路设计而言，设计元素是指各种电子元件，例如导线、电阻、电 容、二级管、三级管、存储器，等等。对于一些高级的电子控制系统，设计元素 甚至还包括 PLC（可编程控制器）、微型计算机等 软件设计中的设计元素主要是各种设计语言（如 C 语言，Basic 语言，Pascal 语言，等）所规定的各种基本元素，包括各种变量（整型、，程序逻辑控制标志 （if, then, else, case, for, while 等）。 市政规划设计中，涉及的元素包括各种绿化，自来水管道、排污水管道、购 物广场、交通路线，等。 在组织结构设计中，设计的对象包括各种部门，例如金融部门，人力资源部 门、物流部门、仓库、生产部门、销售部门，等等。 在业务流程设计中，需要考虑不同的业务信息在各个不同部门中合理、顺畅 地流动，以满足各种不同的管理需要。 在艺术创作中，美术家为了表现出美，常常采用各种颜料画成的线条、图形 来表现我们生活中的各种元素。 在电影创作中，设计的元素包括人物、事件、场景，等。 在广告设计中，设计师会把多种事物（元素）组合在一起，来表现某种想要
表达的意义。例如，在下图中，设计师为了表示出森林资源的重要性，选择了乱 砍乱伐所逐步造成的后果：从“森”到“林”再到“木”，最后到“十字架”。 森林木七 …g 1.3艺术设计与工程设计 设计可以分为两大类：一类是艺术设计，另一类是工程设计。尽管同属于设 计，艺术设计和工程设计有很大的不同。 首先，从思维方法学的角度来说，艺术设计中非常提倡灵感，因为珍稀艺术 品的创作还难以用逻辑的思维来描述：工程设计则更强调逻辑化，原因在于工程 设计的产品需要更高的可靠性、稳定性，而只有逻辑化的、系统化的方法才能保 证工程设计的产品的质量和可靠性。因此，艺术设计更多被看作是一种人类的神 秘(mysterious)活动，而工程设计则被看作是比较理性的逻辑过程。 其次，从设计的过程来说，艺术设计的过程往往不能再现。例如，人类无法 再现贝多芬的乐曲创作过程，创作时完全是凭着感觉的：同样，人类也无法再现 达芬奇的巨作一一蒙娜丽莎的微笑，即便有一些高度相似的赝品，但赝品终究是 延聘。相反，工程设计的过程则可以再现，而且为了保证设计结果的准确、合理， 工程设计的过程还经常需要被再现，以进行校验。 再次，从设计的结果来说，艺术设计的结果往往不可复制。即便可以复制艺 术品，其复制品也不会具有与原作品相同的价值。人们虽然可以把“蒙娜丽莎的 微笑”变成照片而到处兜售，但原作和照片之间的价值显然不可同日而语。工程 设计通常则是为了满足规模生产的需要而创造的可以复制的工业类产品，原作和 复制品之间的价格一般没有大的差别。 另外，艺术设计的结果（艺术品）往往不需要长期、准确的运转。工程设计
表达的意义。例如，在下图中，设计师为了表示出森林资源的重要性，选择了乱 砍乱伐所逐步造成的后果：从“森”到“林”再到“木”，最后到“十字架”。 1.3 艺术设计与工程设计 设计可以分为两大类：一类是艺术设计，另一类是工程设计。尽管同属于设 计，艺术设计和工程设计有很大的不同。 首先，从思维方法学的角度来说，艺术设计中非常提倡灵感，因为珍稀艺术 品的创作还难以用逻辑的思维来描述；工程设计则更强调逻辑化，原因在于工程 设计的产品需要更高的可靠性、稳定性，而只有逻辑化的、系统化的方法才能保 证工程设计的产品的质量和可靠性。因此，艺术设计更多被看作是一种人类的神 秘(mysterious)活动，而工程设计则被看作是比较理性的逻辑过程。 其次，从设计的过程来说，艺术设计的过程往往不能再现。例如，人类无法 再现贝多芬的乐曲创作过程，创作时完全是凭着感觉的；同样，人类也无法再现 达芬奇的巨作——蒙娜丽莎的微笑，即便有一些高度相似的赝品，但赝品终究是 延聘。相反，工程设计的过程则可以再现，而且为了保证设计结果的准确、合理， 工程设计的过程还经常需要被再现，以进行校验。 再次，从设计的结果来说，艺术设计的结果往往不可复制。即便可以复制艺 术品，其复制品也不会具有与原作品相同的价值。人们虽然可以把“蒙娜丽莎的 微笑”变成照片而到处兜售，但原作和照片之间的价值显然不可同日而语。工程 设计通常则是为了满足规模生产的需要而创造的可以复制的工业类产品，原作和 复制品之间的价格一般没有大的差别。 另外，艺术设计的结果（艺术品）往往不需要长期、准确的运转。工程设计
的结果则不同，一些大型装备（如核电站）常常要求长期、准确的运转。因此， 对于工程设计而言，不仅要考虑其创新性，还要考虑很多其它的因素，如可靠性， 可维护性等。 1.4设计科学与自然科学 一直以来，大家接触的都是自然科学(Natural Science)。设计科学与自然科 学有很大的不同。 自然科学以发现自然界中的新事物、新现象以及新规律为中心。这里的“新” 不是说自然界中不存在这些东西，而是指这些东西以前还没有被人类所认识到。 在英语里，自然科学的成就常常以discover(发现)来阐述。例如，居里夫人的 一个杰出贡献在于发现了一种新的化学元素一一镭，爱因斯坦的一大贡献是发现 了光电效应这一新的物理现象，牛顿的一大贡献在于发现了自由落体运动背后隐 藏的普遍规律一一万有引力，麦克斯韦的一大贡献在于预言了电磁波的存在，等 等。因此，从马克思主义的角度来看，自然科学研究其实是人类的认识自然的活 动。 设计科学是一种人工科学(Artificial Science),它不同于上述大家比较了解 的自然科学(Natural Science)。设计科学以对人类的已有知识进行综合利用为中 心。例如，设计火箭的人只需要以人类已知到的牛顿三大定律为基础进行一些力 学性能的设计，他不需要再重新去探索牛顿三大定律。利用电子元件，设计师可 以设计出各种电子产品，如电脑，手机等，设计师并不需要去探索电子元件本身 所隐含的物理规律。从马克思主义的角度来说，设计科学其实体现的是人的改造 自然的活动。 当然，设计科学和自然科学之间并不互相排斥。一方面，设计科学的知识来 源于自然科学，设计师必须依靠自然科学的发现才能进行设计。例如，正是依靠 物理学家们发现的原子物理学，人们才将原子弹制造出来（但是，造原子弹的那 批人并不一定是最先发现原子放射衰变规律的科学家，例如中国造原子弹的科学 家并不是首次发现原子衰变规律的科学家)。有的时候，自然科学家们当然也可 以是设计师（设计是人类的一种与生俱来的能力，这也是人类作为高级生物的一 种体现)，他们也常常能将最新发现的自然知识用于产品的创新
的结果则不同，一些大型装备（如核电站）常常要求长期、准确的运转。因此， 对于工程设计而言，不仅要考虑其创新性，还要考虑很多其它的因素，如可靠性， 可维护性等。 1.4 设计科学与自然科学 一直以来，大家接触的都是自然科学（Natural Science）。设计科学与自然科 学有很大的不同。 自然科学以发现自然界中的新事物、新现象以及新规律为中心。这里的“新” 不是说自然界中不存在这些东西，而是指这些东西以前还没有被人类所认识到。 在英语里，自然科学的成就常常以 discover（发现）来阐述。例如，居里夫人的 一个杰出贡献在于发现了一种新的化学元素——镭，爱因斯坦的一大贡献是发现 了光电效应这一新的物理现象，牛顿的一大贡献在于发现了自由落体运动背后隐 藏的普遍规律——万有引力，麦克斯韦的一大贡献在于预言了电磁波的存在，等 等。因此，从马克思主义的角度来看，自然科学研究其实是人类的认识自然的活 动。 设计科学是一种人工科学（Artificial Science），它不同于上述大家比较了解 的自然科学（Natural Science）。设计科学以对人类的已有知识进行综合利用为中 心。例如，设计火箭的人只需要以人类已知到的牛顿三大定律为基础进行一些力 学性能的设计，他不需要再重新去探索牛顿三大定律。利用电子元件，设计师可 以设计出各种电子产品，如电脑，手机等，设计师并不需要去探索电子元件本身 所隐含的物理规律。从马克思主义的角度来说，设计科学其实体现的是人的改造 自然的活动。 当然，设计科学和自然科学之间并不互相排斥。一方面，设计科学的知识来 源于自然科学，设计师必须依靠自然科学的发现才能进行设计。例如，正是依靠 物理学家们发现的原子物理学，人们才将原子弹制造出来（但是，造原子弹的那 批人并不一定是最先发现原子放射衰变规律的科学家，例如中国造原子弹的科学 家并不是首次发现原子衰变规律的科学家）。有的时候，自然科学家们当然也可 以是设计师（设计是人类的一种与生俱来的能力，这也是人类作为高级生物的一 种体现），他们也常常能将最新发现的自然知识用于产品的创新
另一方面，设计科学也可以有力的促进自然科学。人们在设计人工品的过程 中，常常会由于对自然界认识的不够，会导致设计出的人工品不能按照预期的行 为工作，这样才会使得人们发现新的问题，从而诱发新的自然科学的出现。这样 的例子屡见不鲜。例如，爱迪生在发明电灯的过程中，发现灯丝很容易融断，因 此产生了寻找高熔点灯丝的需要。最终，他通过无数次的实验，发现了高熔点的 竹灯丝。这种寻找高熔点物质的过程其实就属于自然科学活动，虽然它最终是要 服务于电灯设计这一设计科学活动。 再如，二十世纪，造船业蓬勃发展，但是，在大型船舶完成后，常常会出现 船舶突然从中间断为两截的灾难性事故。这最终导致了固体力学的一个重要分支 一一断裂力学（一种基于裂纹扩展的固体断裂机制的科学）的产生。 因此，自然科学和设计科学一起，体现了人类认识自然和改造自然的统一。 认识自然科学和设计科学之间的差别对大家今后的工作有很大的帮助。有的 人将来搞的工作是自然科学，那就要按自然科学的规律来办事，要用搞自然科学 的方法去工作。有的人将来搞的工作是设计科学，那就要用设计科学的方法来工 作。 2设计的基本概念 在讲概念设计之前，需要澄清设计中的几个重要概念：结构(Structure)、功 能(Function)、作用对象、和约束(Constraint)。 2.1结构 直觉上，结构是指人工品(Artifact)的呈现。 对于技术产品(Product)而言，结构包含了品的物理组成，即由哪些零部件
另一方面，设计科学也可以有力的促进自然科学。人们在设计人工品的过程 中，常常会由于对自然界认识的不够，会导致设计出的人工品不能按照预期的行 为工作，这样才会使得人们发现新的问题，从而诱发新的自然科学的出现。这样 的例子屡见不鲜。例如，爱迪生在发明电灯的过程中，发现灯丝很容易融断，因 此产生了寻找高熔点灯丝的需要。最终，他通过无数次的实验，发现了高熔点的 竹灯丝。这种寻找高熔点物质的过程其实就属于自然科学活动，虽然它最终是要 服务于电灯设计这一设计科学活动。 再如，二十世纪，造船业蓬勃发展，但是，在大型船舶完成后，常常会出现 船舶突然从中间断为两截的灾难性事故。这最终导致了固体力学的一个重要分支 ——断裂力学（一种基于裂纹扩展的固体断裂机制的科学）的产生。 因此，自然科学和设计科学一起，体现了人类认识自然和改造自然的统一。 认识自然科学和设计科学之间的差别对大家今后的工作有很大的帮助。有的 人将来搞的工作是自然科学，那就要按自然科学的规律来办事，要用搞自然科学 的方法去工作。有的人将来搞的工作是设计科学，那就要用设计科学的方法来工 作。 2 设计的基本概念 在讲概念设计之前，需要澄清设计中的几个重要概念：结构（Structure）、功 能（Function）、作用对象、和约束（Constraint）。 2.1 结构 直觉上，结构是指人工品（Artifact）的呈现。 对于技术产品（Product）而言，结构包含了品的物理组成，即由哪些零部件
组成，各零部件的几何外形以及相互之间的关系。例如，对于一台电扇，它由机 壳，叶片，电机，等一系列零部件组成。 对于一些工业过程(Process),结构可以是指一些过程的组成。例如，对于 炼油过程而言，包含了加热、蒸发、冷凝、液化等一系列过程。 对于艺术品，结构主要是指艺术品的外观（包括形状、颜色搭配等）。 对于乐曲，结构是指音符以及它们之间的顺序关系。就像产品中的零部件一 样，音符是乐曲的基本组成元素，而零部件之见的装配关系就像是音符之间的顺 序关系。所不同的是，产品中的装配关系通常以三维空间关系为基础，而音符之 间的顺序是一维的。 对于小说创作，结构不仅包含了其中的人物、场景，还包含了其中所发生的 事件。 2.2功能 功能是设计结构所隐含的设计者的意图（目的）。功能是结构体存在的根本 原因。通常情况下，结构是最直观的，而功能则是隐含的知识。 功能是解决用户需求的物理实现机制的一种概括性描述。我们知道，电风扇 的功能是吹风（移动空气）。在夏天，它所隐含的需求是人需要降低体表的温度。 由于我们知道，蒸发效应可以引起物体表面的温度降低，而空气的速度移动得越 快，蒸发效应也会进行得越快。 在工程设计中，功能通常包含两个部分：一个是作用动词，一个是作用对象。 当描述一个系统（已知的或待设计的）的功能时，其实是在对系统和它所作用的 外部对象之间的作用模式进行描述。在这种描述中，常常包含了主体和客体两个 方面：主体就是系统本身，而作用对象就是客体，主体对客体的作用用动词来表 示。如果说电风扇的功能是吹风，那么“电风扇”就是主体，而“风”（空气的 流动)则是客体，“吹”就是动词。 因此，功能总是和一定的作用对象相关联。这些作用对象是人类真正需要的 事物，也是人类用来满足自身需求的事物，而对这些作用对象进行作用的系统只 是人类为了得到所需要的事物而采取的一种手段。以电风扇为例，人类的需求焦 点并不是要电风扇，而是电风扇工作所能带来的空气流
组成，各零部件的几何外形以及相互之间的关系。例如，对于一台电扇，它由机 壳，叶片，电机，等一系列零部件组成。 对于一些工业过程（Process），结构可以是指一些过程的组成。例如，对于 炼油过程而言，包含了加热、蒸发、冷凝、液化等一系列过程。 对于艺术品，结构主要是指艺术品的外观（包括形状、颜色搭配等）。 对于乐曲，结构是指音符以及它们之间的顺序关系。就像产品中的零部件一 样，音符是乐曲的基本组成元素，而零部件之见的装配关系就像是音符之间的顺 序关系。所不同的是，产品中的装配关系通常以三维空间关系为基础，而音符之 间的顺序是一维的。 对于小说创作，结构不仅包含了其中的人物、场景，还包含了其中所发生的 事件。 2.2 功能 功能是设计结构所隐含的设计者的意图（目的）。功能是结构体存在的根本 原因。通常情况下，结构是最直观的，而功能则是隐含的知识。 功能是解决用户需求的物理实现机制的一种概括性描述。我们知道，电风扇 的功能是吹风（移动空气）。在夏天，它所隐含的需求是人需要降低体表的温度。 由于我们知道，蒸发效应可以引起物体表面的温度降低，而空气的速度移动得越 快，蒸发效应也会进行得越快。 在工程设计中，功能通常包含两个部分：一个是作用动词，一个是作用对象。 当描述一个系统（已知的或待设计的）的功能时，其实是在对系统和它所作用的 外部对象之间的作用模式进行描述。在这种描述中，常常包含了主体和客体两个 方面：主体就是系统本身，而作用对象就是客体，主体对客体的作用用动词来表 示。如果说电风扇的功能是吹风，那么“电风扇”就是主体，而“风”（空气的 流动）则是客体，“吹”就是动词。 因此，功能总是和一定的作用对象相关联。这些作用对象是人类真正需要的 事物，也是人类用来满足自身需求的事物，而对这些作用对象进行作用的系统只 是人类为了得到所需要的事物而采取的一种手段。以电风扇为例，人类的需求焦 点并不是要电风扇，而是电风扇工作所能带来的空气流
在工程系统中，作用对象常常需要经过多次的转换，才能变成最后人类所需 要的东西。这里，我们经常可以看到作用对象在子系统中不断的流动，并发生一 定的转换，因此也通常可以把作用对象叫做“流”。例如，在空调的制冷过程中， 空气首先被风机吸收进空调内部，然后空气又被热交换器进行降低温，最后形成 的冷风才被风机吹到空调外面，以降低室内温度。在这个过程中，可以看出典型 的空气的流动。 在上述空调的例子中，空气的改变仅仅是一些状态变量（地点、温度等）的 变化。作用对象还可能会发生根本性的改变，例如从一种物质变成另外一种物质， 这个在化学工业过程中很常见。 2.3约束 任何一个系统的设计过程中，都要考虑约束。约束源于系统所工作的环境对 系统的限制。在设计过程中，忽略一些重要的约束很可能会有些因素未被及时的 考虑，导致设计反复。 在设计过程中，经常会遇到几何约束的问题。例如，在设计桌子时，一个潜 在的几何约束就是关于桌子的高度，即桌子的高度必须和人的某部门躯体的高度 相适应。再如，在汽车设计过程中，汽车坐椅的高度、倾斜度这些尺寸就必须满 足人体工效学方面的约束。在设计电风扇时，电机的选择也必须符合一定的约束： 由于电风扇的风不能过大，所以电机的功率也不能过大，否则既会造成能源浪费， 也会给用户带来伤害。 对技术系统而言，不仅有技术方面的约束，还可能有人文方面约束。这种人 文方面的约束还常常对技术系统的市场有决定性的影响作用。例如，大家都用过 或者见过活扳手，在国内，活扳手以镀铬的亮色为主；但是，在非洲，由于非洲 人不喜欢过分亮的颜色（可能与他们的肤色有关），所以非洲的活扳手一般都是 以黑色的磷化为主。这种人文方面的审美差异是导致活扳手在非洲以黑色为主的 关键。 2.4延伸阅读
在工程系统中，作用对象常常需要经过多次的转换，才能变成最后人类所需 要的东西。这里，我们经常可以看到作用对象在子系统中不断的流动，并发生一 定的转换，因此也通常可以把作用对象叫做“流”。例如，在空调的制冷过程中， 空气首先被风机吸收进空调内部，然后空气又被热交换器进行降低温，最后形成 的冷风才被风机吹到空调外面，以降低室内温度。在这个过程中，可以看出典型 的空气的流动。 在上述空调的例子中，空气的改变仅仅是一些状态变量（地点、温度等）的 变化。作用对象还可能会发生根本性的改变，例如从一种物质变成另外一种物质， 这个在化学工业过程中很常见。 2.3 约束 任何一个系统的设计过程中，都要考虑约束。约束源于系统所工作的环境对 系统的限制。在设计过程中，忽略一些重要的约束很可能会有些因素未被及时的 考虑，导致设计反复。 在设计过程中，经常会遇到几何约束的问题。例如，在设计桌子时，一个潜 在的几何约束就是关于桌子的高度，即桌子的高度必须和人的某部门躯体的高度 相适应。再如，在汽车设计过程中，汽车坐椅的高度、倾斜度这些尺寸就必须满 足人体工效学方面的约束。在设计电风扇时，电机的选择也必须符合一定的约束： 由于电风扇的风不能过大，所以电机的功率也不能过大，否则既会造成能源浪费， 也会给用户带来伤害。 对技术系统而言，不仅有技术方面的约束，还可能有人文方面约束。这种人 文方面的约束还常常对技术系统的市场有决定性的影响作用。例如，大家都用过 或者见过活扳手，在国内，活扳手以镀铬的亮色为主；但是，在非洲，由于非洲 人不喜欢过分亮的颜色（可能与他们的肤色有关），所以非洲的活扳手一般都是 以黑色的磷化为主。这种人文方面的审美差异是导致活扳手在非洲以黑色为主的 关键。 2.4 延伸阅读
结构和功能这样的概念不仅存在于技术系统的设计过程中，在人文艺术类设 计（创作）中也同样存在。 1)文学作品中的结构和功能 以下是一篇大家都很熟悉的董存瑞的故事（摘自 http://zhidao.baidu.com/question/92699878.html). 结构体： 隆化是承德的屏障，国民党军在这里驻有一个团的兵力，周围筑有40多个 永久性碉堡，由母堡、子堡组成碉堡群。在碉堡群周围，还设有很多副防御工事， 如鹿砦、铁丝网、陷井、梅花桩、外壕等，各碉堡群之间都有火力联系，构成交 叉火网。这些工事与隆化城依托的苔山、龙头山的有利地形结合起来，就形成了 相当坚固的防御体系。因此，国民党认为隆化“固若金汤”。。。。 下午3点30分，第二次总攻开始。六连向隆化中学发起，冲锋。突然，敌人 的机枪像暴雨般横扫过来，把战士们压在一条士坡下面，抬不起头来。原来，这 是隆化中学东北角横跨旱河的一座桥上喷出来的6条火舌。狡猾的敌人，在桥上 修了一个伪装得十分巧妙的暗堡，拦住了我军冲锋的道路。这时，董存瑞和战友 们纷纷向连长请战，要求把这座桥型暗堡炸掉。白刷副连长派出李振德等3名爆破 手去爆破，李振德冲出不远，炸药包就被敌人枪弹打中，李振德牺牲，其余两名 爆破手负了重伤。董存瑞看到战友的伤亡，再次挺身请战。白副连长说：“你已 经几次完成爆破任务了…”不容副连长说完，董存瑞抢着说：“我是共产党员， 我的任务不只是炸几个碉堡。现在隆化还没有解放，怎么能算完成任务呢？就是 只剩下我一个人，也要完成任务。”这时，团部来了紧急命令，要六连火速从中 学东北角插进去，配合已突进中学院内的兄弟部队，迅速解决战斗。白副连长和 郭指导员商量了一下，对董存瑞说：“好，你去吧，千万要注意隐蔽。”董存瑞 紧攥拳头说：“放心吧，不完成任务就不回来！”说着他从衣兜里掏出一个小纸包， 递给指导员说：“如果我牺牲了，这就是我最后的一次党费。”指导员接过小纸 包，紧紧地握住董存瑞的手，深情地望着他说：“你一定要回来，我们都等着你 胜利归来！” 董存瑞挟起炸药包，弯着腰冲了出去。在郅顺义火力掩护下，他一会儿匍匐 前进，一会儿又借着郅顺义扔出的手榴弹的烟雾，站起来一阵猛跑。桥型暗堡里
结构和功能这样的概念不仅存在于技术系统的设计过程中，在人文艺术类设 计（创作）中也同样存在。 1） 文学作品中的结构和功能 以 下 是 一 篇 大 家 都 很 熟 悉 的 董 存 瑞 的 故 事 （ 摘 自 http://zhidao.baidu.com/question/92699878.html）。 结构体： 隆化是承德的屏障，国民党军在这里驻有一个团的兵力，周围筑有 40 多个 永久性碉堡，由母堡、子堡组成碉堡群。在碉堡群周围，还设有很多副防御工事， 如鹿砦、铁丝网、陷井、梅花桩、外壕等，各碉堡群之间都有火力联系，构成交 叉火网。这些工事与隆化城依托的苔山、龙头山的有利地形结合起来，就形成了 相当坚固的防御体系。因此，国民党认为隆化“固若金汤”。。。。。。。 下午 3 点 30 分，第二次总攻开始。六连向隆化中学发起冲锋。突然，敌人 的机枪像暴雨般横扫过来，把战士们压在一条土坡下面，抬不起头来。原来，这 是隆化中学东北角横跨旱河的一座桥上喷出来的 6 条火舌。狡猾的敌人，在桥上 修了一个伪装得十分巧妙的暗堡，拦住了我军冲锋的道路。这时，董存瑞和战友 们纷纷向连长请战，要求把这座桥型暗堡炸掉。白副连长派出李振德等 3 名爆破 手去爆破，李振德冲出不远，炸药包就被敌人枪弹打中，李振德牺牲，其余两名 爆破手负了重伤。董存瑞看到战友的伤亡，再次挺身请战。白副连长说：“你已 经几次完成爆破任务了……”不容副连长说完，董存瑞抢着说：“我是共产党员， 我的任务不只是炸几个碉堡。现在隆化还没有解放，怎么能算完成任务呢?就是 只剩下我一个人，也要完成任务。”这时，团部来了紧急命令，要六连火速从中 学东北角插进去，配合已突进中学院内的兄弟部队，迅速解决战斗。白副连长和 郭指导员商量了一下，对董存瑞说：“好，你去吧，千万要注意隐蔽。”董存瑞 紧攥拳头说：“放心吧，不完成任务就不回来!”说着他从衣兜里掏出一个小纸包， 递给指导员说：“如果我牺牲了，这就是我最后的一次党费。”指导员接过小纸 包，紧紧地握住董存瑞的手，深情地望着他说：“你一定要回来，我们都等着你 胜利归来!” 董存瑞挟起炸药包，弯着腰冲了出去。在郅顺义火力掩护下，他一会儿匍匐 前进，一会儿又借着郅顺义扔出的手榴弹的烟雾，站起来一阵猛跑。桥型暗堡里
敌人的机枪越打越紧，子弹带着尖利的啸声，从他的耳边掠过。在快要冲进开阔 地时，董存瑞指着前面的一个小士堆，对郅顺义说：“你就在这儿掩护”一阵手 榴弹把敌人碉堡前的鹿砦、铁丝网炸了个稀巴烂。董存瑞趁这机会，冲进了开阔 地，敌人的机枪更疯狂地朝这边射击，子弹打得他身边的尘士直冒烟。董存瑞沉 着机智，他忽左忽右地爬着。敌人的机枪打紧了，他就伏下不动。敌人的机枪稍 一停，他就飞也似的向前跃进几米。敌人的机枪又慌忙朝他打过来，突然，董存 瑞扑倒了，郅顺义站起刚要向前冲去，只见他猛然爬起来，一阵快跑跳进旱河沟 里，进入了敌人的火力死角。他的腿受了伤，鲜血直流。他抱着炸药包迅速猛冲 到桥下。这桥离地面有一人多高，两旁是砖石砌的，没沟、没棱，哪儿也没有安 放炸药包的地方。如果把炸药包放在河床上，又炸不着暗堡，河床上又找不到任 何东西代替火药支架。怎么办？郅顺义清清楚楚看着这一切，急得直攥拳头。 突然，身后响起了嘹亮的冲锋号声，总攻的时间到了。惊天动地的喊杀声由远 而近，威震敌胆。大批的后续部队像潮水般地涌了上来。就在这个时候，桥型碉 堡上的砖头一块块被推开了，子弹像急雨一样，“哗哗'地向冲锋部队射去。董 存瑞不动了，他抬头看了看桥顶，又扭头向后望了一眼，略略愣了一下，突然身 子向左一靠，站在桥中央，左手托起炸药包，紧紧贴住桥型暗堡，右手猛地一拉 导火索。导火索“哧哧”地冒着火花和白烟！董存瑞巍然挺立，纹丝不动，像是一 尊雕塑。看到这情景，郅顺义不顾一切地跳下旱河，朝桥下的战友奔去。只听董 存瑞朝他大声喊：“卧倒，快卧”紧接着，就听董存瑞高声喊道：“为了新中国， 冲啊！”突然间，一声巨响，地动山摇。敌人的桥型暗堡被炸得粉碎。 “为了新中国，冲啊”董存瑞的战友们高喊着这震撼山河的口号，冲进了隆化 中学。 功能： 为了表现董存瑞的机智、勇敢、为了革命不怕牺牲的英雄形象。 2)艺术作品中的结构和功能 下图为一幅艺术作品（落日放船好，丰子恺，摘自百度图片网）
敌人的机枪越打越紧，子弹带着尖利的啸声，从他的耳边掠过。在快要冲进开阔 地时，董存瑞指着前面的一个小土堆，对郅顺义说：“你就在这儿掩护!”一阵手 榴弹把敌人碉堡前的鹿砦、铁丝网炸了个稀巴烂。董存瑞趁这机会，冲进了开阔 地，敌人的机枪更疯狂地朝这边射击，子弹打得他身边的尘土直冒烟。董存瑞沉 着机智，他忽左忽右地爬着。敌人的机枪打紧了，他就伏下不动。敌人的机枪稍 一停，他就飞也似的向前跃进几米。敌人的机枪又慌忙朝他打过来，突然，董存 瑞扑倒了，郅顺义站起刚要向前冲去，只见他猛然爬起来，一阵快跑跳进旱河沟 里，进入了敌人的火力死角。他的腿受了伤，鲜血直流。他抱着炸药包迅速猛冲 到桥下。这桥离地面有一人多高，两旁是砖石砌的，没沟、没棱，哪儿也没有安 放炸药包的地方。如果把炸药包放在河床上，又炸不着暗堡，河床上又找不到任 何东西代替火药支架。怎么办?郅顺义清清楚楚看着这一切，急得直攥拳头。 突然，身后响起了嘹亮的冲锋号声，总攻的时间到了。惊天动地的喊杀声由远 而近，威震敌胆。大批的后续部队像潮水般地涌了上来。就在这个时候，桥型碉 堡上的砖头一块块被推开了，子弹像急雨一样，“哗哗”地向冲锋部队射去。董 存瑞不动了，他抬头看了看桥顶，又扭头向后望了一眼，略略愣了一下，突然身 子向左一靠，站在桥中央，左手托起炸药包，紧紧贴住桥型暗堡，右手猛地一拉 导火索。导火索“哧哧”地冒着火花和白烟!董存瑞巍然挺立，纹丝不动，像是一 尊雕塑。看到这情景，郅顺义不顾一切地跳下旱河，朝桥下的战友奔去。只听董 存瑞朝他大声喊：“卧倒，快卧倒!”紧接着，就听董存瑞高声喊道：“为了新中国， 冲啊!”突然间，一声巨响，地动山摇。敌人的桥型暗堡被炸得粉碎。 “为了新中国，冲啊!”董存瑞的战友们高喊着这震撼山河的口号，冲进了隆化 中学。 功能： 为了表现董存瑞的机智、勇敢、为了革命不怕牺牲的英雄形象。 2） 艺术作品中的结构和功能 下图为一幅艺术作品（落日放船好，丰子恺，摘自百度图片网）
在上述作品中，其结构包含了山、水、落日、船、人、水草、树等对象。 它的功能是为了表现出落日下的和谐之美。 结构和功能的体现还可以进一步细化。在上述作品中，艺术家丰子恺为了表 现出山，用了两类有鲜明颜色对比（浅黄色和黑色）的几何图案（近似三角形） 的重复来描述群山绵绵。这里的结构就是这些颜色近似三角形所组成的图案，其 功能就是表现山。再如，艺术家通过采用一些结构元素（一些空白的图案，和一 些弯弯的线条，浮于水上的船，夕阳的倒影，等)所组成的图案来表现出水。 3设计的过程 3.1设计的起点 设计是由需求驱动的，但设计过程往往开始于功能。例如，当人类觉得比较 热的时候，会产生降低体表温度的需求。但是，降低体表温度这一需求可以通过 以下两类功能来得到满足：一个是通过加速蒸发过程，来实现体表热量的加快散 发；另一类是通过热传递过程，直接降低与人的体表接触的空气的温度。这两种
在上述作品中，其结构包含了山、水、落日、船、人、水草、树等对象。 它的功能是为了表现出落日下的和谐之美。 结构和功能的体现还可以进一步细化。在上述作品中，艺术家丰子恺为了表 现出山，用了两类有鲜明颜色对比（浅黄色和黑色）的几何图案（近似三角形） 的重复来描述群山绵绵。这里的结构就是这些颜色近似三角形所组成的图案，其 功能就是表现山。再如，艺术家通过采用一些结构元素（一些空白的图案，和一 些弯弯的线条，浮于水上的船，夕阳的倒影，等）所组成的图案来表现出水。 3 设计的过程 3.1 设计的起点 设计是由需求驱动的，但设计过程往往开始于功能。例如，当人类觉得比较 热的时候，会产生降低体表温度的需求。但是，降低体表温度这一需求可以通过 以下两类功能来得到满足：一个是通过加速蒸发过程，来实现体表热量的加快散 发；另一类是通过热传递过程，直接降低与人的体表接触的空气的温度。这两种
