第二章设计问题描述与解决方法 (初稿，供讨论) 谢友柏 大纲 一、设计的任务和设计的一般过程（不是每一个人都要经过所有的阶段） 二、设计中的知识获取和知识流 三、知识获取需要的资源 四、分布式资源环境 1、知识服务 2、智力资源单元 3、智力资源注册中心 4、知识服务平台 五、全生命周期性能数字样机 一、设计的任务和设计的一般过程 前一章说过，设计是一切制作行为的起点，在这个起点上，要预先估计和规划事物全生 命周期中的际遇和行为。在设计制作一个事物时，总会遇到一些新的需求，也就是要解决一 些过去没有解决过的问题，即使完全重复过去的事物，也会因为际遇不同而需要有不同的对 策。采用新方法解决没有解决过的问题以满足新的需求是设计精髓，所以说创新是设计的灵 魂。但是创新不是目的，创新是竞争取胜的手段。人类制作事物的情况是复杂和多样的，决 定了设计也必然是情况复杂和多样，没有一个一成不变的模式。有时设计的对象规模非常庞 大，系统十分复杂，介入设计的资源单元数目很多，例如欧洲空中客车公司生产的A380客 机（图2-1)就是这样的一个对象，几乎所有欧洲国家都有公司参与这个工程。 A380是目前和将来一个时期中世界上最大的客机，飞机高24米多，长73米，翼展宽 80米。其内部空间比原来最大的客机，美国波音公司的747客机大4%，但重量却比它轻。 航程15000公里，其包机机型可搭载乘客840人，比波音747-400客机多近300人。毫无疑 问，它也是一个非常复杂的技术系统，因为涉及到飞机上所有人员的生命、财产安全和旅行 的舒适、愉快。A380客机由300多万种零件组成， 采用了当今世界最先进的材料、系统和工艺技术。 为完成这个项目，空中客车公司与世界上大约120 个供应商和行业合作伙伴签订了200多份重要合 同。 对于这样庞大和复杂的系统，有这样多的单位 参加设计和制造，作为全生命周期设计，在设计 图2-1、空中客车A380 时不仅要考虑到它的性能，各种约束条件，而且对于制造过程、运输和装配，以及制成以后 的测试，都必须有周密的考虑，特别是要能够保证交付使用后整个生命周期中飞机的使用满 意和可靠性。空中客车公司在欧洲的制造工厂包括在法国的总装工厂和在法国、英国、德国 和西班牙的许多部件装配工厂，这些工厂以近似同步化的方式生产A380客机的各个部件并 将其装配在一起。公司不仅设计了可以将分布设计、制造、调试的部件最后在一地精确地组
第二章 设计问题描述与解决方法 （初稿，供讨论） 谢友柏 大纲 一、设计的任务和设计的一般过程（不是每一个人都要经过所有的阶段） 二、设计中的知识获取和知识流 三、知识获取需要的资源 四、分布式资源环境 1、知识服务 2、智力资源单元 3、智力资源注册中心 4、知识服务平台 五、全生命周期性能数字样机 一、设计的任务和设计的一般过程 前一章说过，设计是一切制作行为的起点，在这个起点上，要预先估计和规划事物全生 命周期中的际遇和行为。在设计制作一个事物时，总会遇到一些新的需求，也就是要解决一 些过去没有解决过的问题，即使完全重复过去的事物，也会因为际遇不同而需要有不同的对 策。采用新方法解决没有解决过的问题以满足新的需求是设计精髓，所以说创新是设计的灵 魂。但是创新不是目的，创新是竞争取胜的手段。人类制作事物的情况是复杂和多样的，决 定了设计也必然是情况复杂和多样，没有一个一成不变的模式。有时设计的对象规模非常庞 大，系统十分复杂，介入设计的资源单元数目很多，例如欧洲空中客车公司生产的A380 客 机 （图 2-1）就是这样的一个对象，几乎所有欧洲国家都有公司参与这个工程。 A380 是目前和将来一个时期中世界上最大的客机，飞机高 24 米多，长 73 米，翼展宽 80 米。其内部空间比原来最大的客机，美国波音公司的 747 客机大 4%，但重量却比它轻。 航程 15000 公里，其包机机型可搭载乘客 840 人，比波音 747-400 客机多近 300 人。毫无疑 问，它也是一个非常复杂的技术系统，因为涉及到飞机上所有人员的生命、财产安全和旅行 的舒适、愉快。A380 客机由 300 多万种零件组成， 采用了当今世界最先进的材料、系统和工艺技术。 为完成这个项目，空中客车公司与世界上大约 120 个供应商和行业合作伙伴签订了 200 多份重要合 同。 对于这样庞大和复杂的系统，有这样多的单位 参加设计和制造，作为全生命周期设计，在设计 时不仅要考虑到它的性能，各种约束条件，而且对于制造过程、运输和装配，以及制成以后 的测试，都必须有周密的考虑，特别是要能够保证交付使用后整个生命周期中飞机的使用满 意和可靠性。空中客车公司在欧洲的制造工厂包括在法国的总装工厂和在法国、英国、德国 和西班牙的许多部件装配工厂，这些工厂以近似同步化的方式生产 A380 客机的各个部件并 将其装配在一起。公司不仅设计了可以将分布设计、制造、调试的部件最后在一地精确地组 图 2-1、 空中客车 A380。 1
装在一起，而且还使用专门设计的利用巨型特制海轮、内河驳船和公路拖车进行运输的全新 的运输模式。专门设计的船作为安全高效的运输方式，将A380客机部件从空中客车公司位 于英国布劳顿，德国汉堡和西班牙波多尔以及法国圣南泽尔的工厂运送到位于法国图卢兹的 总装线。飞机制造的各个阶段，对所制造的各个部件和总成，都要进行严格的测试。所有测 试完成后，飞机飞往汉堡完成飞机总装的剩余工作，即飞机的内饰和喷漆。 当然也有很简单的对象，问题在一个人的脑子里就可以处理完了。例如设计一件衬衫。 正因为对象千差万别，虽然许多书在讨论设计过程时推荐各种各样严格的设计程序，但是本 书在这里宁愿建议设计师可以根据具体情况参考它们来制定自己的程序，而不说一定要按照 什么样的程序或者介绍什么样的程序最好。所要强调的是要牢牢记住设计的任务，即现代设 计一个非常重要的属性：竞争性。设计要完成制造业竞争所赋予的使命，要使所设计的事物 在制成以后，能够和类似产品在市场上竞争取胜，特别是在性能上能够具备现有产品所不能 满足的性能需求，同时设计也要使所设计的事物在整个生命周期中满足所有的约束条件。 如图2-2所示，设计大体上要做三件事：确定设计任务，产生若干个可能的解决方案， 测试、评估、优化和决定最终的解决方案。所有这些过程，都是以知识为基础和以知识获取 为中心。 1、确定设计任务，即确定要设计什么？这是首先要做的事。如果将设计看成仅仅是求 得一个物理上和技术上成立的解，那么这个阶段往往被设计人员轻视，有时就交给营销人员 去做。但是设计的目标是竞争取胜，所以就不能不由设计工程师和营销人员共同来完成这个 任务。 制造企业开发新产品，是为了获 根据市场信惠，确定寻求并选舞引入什么 得更大利润。不过对于如何获得利润， 设计菁要满足什么裹 新技术以去现新性能 有产品所不能满足的并选择采用哪些已有 却有不同的思维方式。一种是努力提 新的性能卫， 技术与新技术肥查。 高产品的价值，吸引更多的用户。而 全生命圆期性能意半样机央决策和或 根帮性能特在 产生 另一种则是尽量降低价格以增加销 和的京特征： 最终设计 测试 售。按照一般规律，产品在开发阶段， 评估 优化 是性能需求驱动的竞争，企业争相用 回调和再设计 最新的技术以获得其他产品所不具备 已有知识和新知讲获取 已有知识和新知识获取 的性能。但是技术发展是比较快的， 第一段1 一第二段-一一- 一一一一第三段一一一一一一 当一个产品采用的技术已经发展到超 W日T? HOW? SURE? 图2-2、设计过程（或子过是）构成及任务 过满足性能需求所需要的程度并已经 为其他企业所掌握，性能驱动的竞争就变成了价格竞争，或者所谓成本驱动的竞争，这就导 致利润下降。这时可能采用的一个措施就是“普产”。于是企业采用标准化、模块化和通 用技术生产，让一些技术水平较低的企业以许可证方式用低端技术（低端技术也在进步）生 产，将制造过程转移到劳动、资源、环境成本比较低的地区和将技术转让给其他还不具备这 种技术、利润要求不高的企业。后者是一批尽量降低价格以追求销售的企业，在竞争中他们 的生产将不得不逐步走向微利而不可能得到更大利润。 前一种企业将在性能竞争阶段和“普产”中积累的资金转向开发下一代产品，力图赋 子产品以更大价值。对于通过赋予产品更大价值追求更大利润的企业和接受“普产”的企业 不同，设计什么的决策和设计的竞争性在这时起着关键作用。接受“普产”的企业则主要关 心怎么做可以获得更多利润，设计对这种企业比较简单，或者说他们对设计的关心真是集中 在物理上和技术上成立，因为任何人都不可能将成本降低到在物理上和技术上不能成立的程 度。开发新产品要引入最新技术（较多是高端技术）以具备现有产品所不能满足的性能需求、 满足所有必须的约束条件和获得最大竞争力从而获得最大可能的利润，设计什么的决策在这 里是非常重要的。为此要做好以下各项工作：研究和选择好设计中所要具备的新的需求（并 2
装在一起，而且还使用专门设计的利用巨型特制海轮、内河驳船和公路拖车进行运输的全新 的运输模式。专门设计的船作为安全高效的运输方式，将 A380 客机部件从空中客车公司位 于英国布劳顿、德国汉堡和西班牙波多尔以及法国圣南泽尔的工厂运送到位于法国图卢兹的 总装线。飞机制造的各个阶段，对所制造的各个部件和总成，都要进行严格的测试。所有测 试完成后，飞机飞往汉堡完成飞机总装的剩余工作，即飞机的内饰和喷漆。 当然也有很简单的对象，问题在一个人的脑子里就可以处理完了。例如设计一件衬衫。 正因为对象千差万别，虽然许多书在讨论设计过程时推荐各种各样严格的设计程序，但是本 书在这里宁愿建议设计师可以根据具体情况参考它们来制定自己的程序，而不说一定要按照 什么样的程序或者介绍什么样的程序最好。所要强调的是要牢牢记住设计的任务，即现代设 计一个非常重要的属性：竞争性。设计要完成制造业竞争所赋予的使命，要使所设计的事物 在制成以后，能够和类似产品在市场上竞争取胜，特别是在性能上能够具备现有产品所不能 满足的性能需求，同时设计也要使所设计的事物在整个生命周期中满足所有的约束条件。 如图 2-2 所示，设计大体上要做三件事：确定设计任务，产生若干个可能的解决方案， 测试、评估、优化和决定最终的解决方案。所有这些过程，都是以知识为基础和以知识获取 为中心。 1、确定设计任务，即确定要设计什么？这是首先要做的事。如果将设计看成仅仅是求 得一个物理上和技术上成立的解，那么这个阶段往往被设计人员轻视，有时就交给营销人员 去做。但是设计的目标是竞争取胜，所以就不能不由设计工程师和营销人员共同来完成这个 任务。 制造企业开发新产品，是为了获 得更大利润。不过对于如何获得利润， 却有不同的思维方式。一种是努力提 高产品的价值，吸引更多的用户。而 另一种则是尽量降低价格以增加销 售。按照一般规律，产品在开发阶段， 是性能需求驱动的竞争，企业争相用 最新的技术以获得其他产品所不具备 的性能。但是技术发展是比较快的， 当一个产品采用的技术已经发展到超 过满足性能需求所需要的程度并已经 为其他企业所掌握，性能驱动的竞争就变成了价格竞争，或者所谓成本驱动的竞争，这就导 致利润下降。这时可能采用的一个措施[1]就是“普产”。于是企业采用标准化、模块化和通 用技术生产，让一些技术水平较低的企业以许可证方式用低端技术（低端技术也在进步）生 产，将制造过程转移到劳动、资源、环境成本比较低的地区和将技术转让给其他还不具备这 种技术、利润要求不高的企业。后者是一批尽量降低价格以追求销售的企业，在竞争中他们 的生产将不得不逐步走向微利而不可能得到更大利润。 根据市场信息，确定 寻求并选择引入什么 设计需要满足什么现 新技术以实现新性能 有产品所不能满足的 并选择采用哪些已有 新的性能需求。 技术与新技术配套。 全生命周期性能数字样机 决策和/或 构造 产生 根据性能特征 产生 任务空间 可能解集合 和约束特征： 最终设计 测试 联想 及 评估 市场信息 相关技术 优化 回溯和再设计 已有知识和新知识获取 已有知识和新知识获取 第一段 第二段 第三段 图 2-2、 设计过程（或子过程）构成及任务。 WHAT？ HOW？ SURE？ 前一种企业将在性能竞争阶段和“普产”中积累的资金转向开发下一代产品，力图赋 予产品以更大价值。对于通过赋予产品更大价值追求更大利润的企业和接受“普产”的企业 不同，设计什么的决策和设计的竞争性在这时起着关键作用。接受“普产”的企业则主要关 心怎么做可以获得更多利润，设计对这种企业比较简单，或者说他们对设计的关心真是集中 在物理上和技术上成立，因为任何人都不可能将成本降低到在物理上和技术上不能成立的程 度。开发新产品要引入最新技术（较多是高端技术）以具备现有产品所不能满足的性能需求、 满足所有必须的约束条件和获得最大竞争力从而获得最大可能的利润，设计什么的决策在这 里是非常重要的。为此要做好以下各项工作：研究和选择好设计中所要具备的新的需求（并 2
不是所有需求都要去满足方初步分析可以选择的新技术（并不是所有需求都能够予以满足） 和评估开发的风险。 研究需求，即研究现有产品所不具备的性能需求以及各方面的约束需求，包括潜在需求和 可诱导需求，就要研究市场，研究生产和生活，研究社会。只研究销售，往往仅能看到量的 需求，仅能看到品种、性能或约束条件细节上的需求，得到推动成本驱动发展的依据。只有 研究生产、生活和人类的社会活动，才有可能对性能需求变化形成比较深远的认识，萌生出 在性能上创新的欲望。许多需求，并不是显式存在的，只能通过对生产、生活和社会未来发 展的预测，才可能看到，所以称为潜在需求。 开发A380客机，实际上是基于对未来长途飞行人群规模增长的估计，基于对更大的飞 机有可能具备更好性能的估计。研制一个新 兼油机 产品需要时间，尤其像A380客机这样复杂 ©)最量共 的产品。在做出决定当时，甚至在飞机研发 订垫电道撞 成功并已经投入商业运行的今天，对于这种 潮滑油越 汝光善 需求也还没有形成共识。也有许多需求，是 由于社会发展阶段或科学技术的限制过去 不能想象，但是在被少数或个别人意识到以 发光二银管 后，通过找到并引入某项过去没有、或没有 光源 蓝电盛投 壁光电池 被用过的技术使之成为可能，并为当前社会 她应黄 光电辆合卷国2-0.壶德脸进及〔一型) 所接受，这就是一种潜在的需求。新产品的 DL 图2-3.全折处遭仪 研发需要一个周期，及早和准确看到潜在需 田2-3、铁谱技术的发晨。 求是竞争取胜的非常重要的因素。也有一些 功能如果能够实现，可以诱发出新的需求，即所谓可诱导的需求。以对健康某个方面有益而 大做广告的补品，特别是宣传可以作为礼品赠送，就是看到社会存在对礼品的需要，诱导产 生不仅仅为自己健康，更多是作为一种礼品的新的价值。认识和选择设计所要满足的新需求， 是设计的出发点，对于所要满足的需求预测是否准确，在设计风险估计中占有重要地位。 举例说明。有一个被称为“铁谱”的技术，如图2-3所示，用于采集润滑油中悬浮颗 粒携带的信息以检测机械装备磨损状态和润滑状态。相应的仪器有分析铁谱仪、直读铁谱仪 等，是美国在上世纪70年代初的专利。分析铁谱仪（图2-3，图2-4）的工作原理是，当润 滑油流经一片斜放在永磁铁上的玻璃片时，油中悬浮的铁磁性颗粒被磁场吸引沉积在玻璃片 上，由倾斜而致的磁场强度差异，使得玻璃片一 端集中较大的颗粒，另一端集中教小的颗粒。分 别用两对光电耦合器原位测量流道上两处沉积 物对玻璃片透光面积的百分覆盖率，称为大磨粒 指数和小磨粒指数，由此间接地、相对地推测润 滑油中悬浮颗粒的多少和大小比例。清洗残油和 固定已经沉积的颗粒后，可以将玻璃片移到光学 显微镜下用肉眼观察放大了的颗粒形状、颗粒表 面纹理和颜色。过去30多年，分析铁谱仪一直 在全世界范围统治这个市场，虽然其间也有不少 仿制和少许改进的产品出现。 图2-4、分析式铁谱仪. 研究上述原理，可以看出这个仪器只能在实验室里操作，工业应用存在以下问题：采 样频率有限，难以及时捕捉到异常状态和对状态变化做出及时反应；样品取样、存储、运输 和处理过程复杂，不能适应大规模应用；取样、存储、运输和处理对人和人的经验的依赖性 大，有许多随机因素，可比性差等等。这些问题限制了铁谱技术大规模推广。上面这一段描
不是所有需求都要去满足）；初步分析可以选择的新技术（并不是所有需求都能够予以满足） 和评估开发的风险。 研究需求，即研究现有产品所不具备的性能需求以及各方面的约束需求，包括潜在需求和 可诱导需求，就要研究市场，研究生产和生活，研究社会。只研究销售，往往仅能看到量的 需求，仅能看到品种、性能或约束条件细节上的需求，得到推动成本驱动发展的依据。只有 研究生产、生活和人类的社会活动，才有可能对性能需求变化形成比较深远的认识，萌生出 在性能上创新的欲望。许多需求，并不是显式存在的，只能通过对生产、生活和社会未来发 展的预测，才可能看到，所以称为潜在需求。 开发 A380 客机，实际上是基于对未来长途飞行人群规模增长的估计，基于对更大的飞 机有可能具备更好性能的估计。研制一个新 产品需要时间，尤其像 A380 客机这样复杂 的产品。在做出决定当时，甚至在飞机研发 成功并已经投入商业运行的今天，对于这种 需求也还没有形成共识。也有许多需求，是 由于社会发展阶段或科学技术的限制过去 不能想象，但是在被少数或个别人意识到以 后，通过找到并引入某项过去没有、或没有 被用过的技术使之成为可能，并为当前社会 所接受，这就是一种潜在的需求。新产品的 研发需要一个周期，及早和准确看到潜在需 求是竞争取胜的非常重要的因素。也有一些 功能如果能够实现，可以诱发出新的需求，即所谓可诱导的需求。以对健康某个方面有益而 大做广告的补品，特别是宣传可以作为礼品赠送，就是看到社会存在对礼品的需要，诱导产 生不仅仅为自己健康，更多是作为一种礼品的新的价值。认识和选择设计所要满足的新需求， 是设计的出发点，对于所要满足的需求预测是否准确，在设计风险估计中占有重要地位。 图 2-3、铁谱技术的发展。 柴油机 摄像头 可控电磁场 润滑油箱 光源 图 2-3c.在 线铁谱仪 （二型） 抽 油 光学显微镜 回油 可控泵 人工取油样、做样、观察 发光二级管 光源 可控电磁场 永磁铁 硅光电池 梯度磁场 光电耦合器 图 2-3b.在 线铁谱仪 （一型） DL DS 图 2-3a. 分析铁谱仪 举例说明。有一个被称为“铁谱”的技术，如图 2-3 所示，用于采集润滑油中悬浮颗 粒携带的信息以检测机械装备磨损状态和润滑状态。相应的仪器有分析铁谱仪、直读铁谱仪 等，是美国在上世纪 70 年代初的专利。分析铁谱仪（图 2-3a,图 2-4）的工作原理是，当润 滑油流经一片斜放在永磁铁上的玻璃片时，油中悬浮的铁磁性颗粒被磁场吸引沉积在玻璃片 上，由倾斜而致的磁场强度差异，使得玻璃片一 端集中较大的颗粒，另一端集中教小的颗粒。分 别用两对光电耦合器原位测量流道上两处沉积 物对玻璃片透光面积的百分覆盖率，称为大磨粒 指数和小磨粒指数，由此间接地、相对地推测润 滑油中悬浮颗粒的多少和大小比例。清洗残油和 固定已经沉积的颗粒后，可以将玻璃片移到光学 显微镜下用肉眼观察放大了的颗粒形状、颗粒表 面纹理和颜色。过去 30 多年，分析铁谱仪一直 在全世界范围统治这个市场，虽然其间也有不少 仿制和少许改进的产品出现。 图 2-4、 分析式铁谱仪。 研究上述原理，可以看出这个仪器只能在实验室里操作，工业应用存在以下问题：采 样频率有限，难以及时捕捉到异常状态和对状态变化做出及时反应；样品取样、存储、运输 和处理过程复杂，不能适应大规模应用；取样、存储、运输和处理对人和人的经验的依赖性 大，有许多随机因素，可比性差等等。这些问题限制了铁谱技术大规模推广。上面这一段描 3
述，包含了尚未能够实现的需求，潜在的需求和对于大规模在线应用的可诱导的需求。 对需求仔细研究以后，就要考虑满足这些需求的技术可能。在技术飞速进步的今天， 能够找到设计上一代产品时还不成熟而现在已经可以采用的技术，不仅不是非常困难，而总 是存在很多机会，但是这种机会要在分布式资源环境中去寻找。因为技术发展的速度大于需 求增长的速度，新技术总是呼唤新的需求，这是设计可以实现已有产品所不具备性能的理论 依据。但是这是针对全世界而言，不是针对一个企业。不愿意赋予设计对象以新的性能，实 际上是观念问题，一个对现代设计竞争性的认识问题，一个关于现代设计对分布式资源环境 依赖性的认识问题，而不是方法和技术问题。当然，不是所有看到的需求都要在设计中予以 满足，只有那些有实现可能并估计能够为产品带来巨大竞争力的需求才能够予以进一步考 虑。此时需要尽力了解可能解决这些过去不能解决问题的新知识、新技术，并对它们的可获 得性和可用性做出初步评估。有一些需求，也许到现在为止仍旧没有合适的技术可以使它们 得到满足；也有的需求，虽然找到可能解决问题的新知识、新技术，但是明显代价太大，也 看不到降低成本的途径；还有一类需求，与满足其他需求存在冲突，或者虽然有解决问题的 技术，但是与其他必须留用的技术无法匹配；以及有的需求与某些必须满足的约束条件冲突， 如环境保护的约束等等。 还是用铁谱技术为例来说明。上面提到的问题都是因为分析铁谱仪是一个在实验室里 使用的仪器，也就是说是一种离线检测技术。这就提出了研发在线铁谱仪的设计任务。实现 在线分析要解决哪些问题？有没有可行的技术可以应用？在线分析必须是无人值守操作。首 先不能为每一次制样更换玻璃片，玻璃片要能够重用，需要在制样前冲洗掉上一次沉积在玻 璃片上的沉积物。这时需要取消磁场，因此磁场需要是可控的。这可以用电磁铁代替永磁铁 构造磁场解决。不能把玻璃片人工拿到显微镜下 佩高提纳增议 去看，摄像技术的发展已经不难解决这个问题， 可以把CMOS或CCD组件和光学镜头做到铁谱仪里 面流道的上方。这就是第一代的一型在线铁谱仪 (图2-3b)。但是由于成本和位置的原因，摄像组 件只能有一个。在显微镜下任意移动谱片、观察 风寸脚相机大小 雪以受款表被润附康 不同位置颗粒（不同位置对应不同磁场强度，不 夏■成府线的 同尺寸大小的颗粒)的需要，可以由任意改变同 爸有纯方 一位置上的电磁场强度以得到不同尺寸大小的颗 图2-5、在线铁谱仪. 粒来实现，将位序变成时序；这时已经不需要用斜放实现不同位置上的不同磁场强度，而是 在一个位置上控制电流来变化磁场强度，这就大大缩短了流道，减小了仪器的尺寸，从而更 容易把仪器安装到检测对像内部，使仪器与对像成为一体，于是又做出了二型在线铁谱仪（图 2-3℃，图2-5)。微处理器技术的发展使得可以将所有的控制功能、数据处理功能、初步的 诊断和报警功能以及数据和图像上传功能都集成在一个芯片上并安置在仪器里。而上传的数 据和图像，可以在现代通信技术支持下在几千公里以外的上位计算机中做任何需要的分析、 研究和判断。这样就产生了市场上过去所没有的在线铁谱仪，图2-5。在线技术的发展和铁 谱仪小型化，产生了由一个试验室有一台铁谱仪变成为每一装备配置一台铁谱仪的可能。这 一技术的发展，也使得过去由于稀疏取样不能准确发现装备状态异常发展到能够根据需要变 换采样频率从而能够掌握每一装备性能衰退规律并产生了估计剩余寿命应用的可能。这些是 可诱导的需求。 最后一个工作是风险评位。在已经有了设计要实现哪些新的性能和可能采取哪些新的 知识和技术的大致想法以后，风险评估已经不是空中楼阁。这时的评估主要包括需求预测错 误的风险，采用新技术失败的风险，采用新技术成本过高的风险和市场回报过低的风险等。 例如，欧洲空中客车公司虽然耗时10年，投入195亿美元，成功地设计和制造了世界
述，包含了尚未能够实现的需求，潜在的需求和对于大规模在线应用的可诱导的需求。 对需求仔细研究以后，就要考虑满足这些需求的技术可能。在技术飞速进步的今天， 能够找到设计上一代产品时还不成熟而现在已经可以采用的技术，不仅不是非常困难，而总 是存在很多机会，但是这种机会要在分布式资源环境中去寻找。因为技术发展的速度大于需 求增长的速度，新技术总是呼唤新的需求，这是设计可以实现已有产品所不具备性能的理论 依据。但是这是针对全世界而言，不是针对一个企业。不愿意赋予设计对象以新的性能，实 际上是观念问题，一个对现代设计竞争性的认识问题，一个关于现代设计对分布式资源环境 依赖性的认识问题，而不是方法和技术问题。当然，不是所有看到的需求都要在设计中予以 满足，只有那些有实现可能并估计能够为产品带来巨大竞争力的需求才能够予以进一步考 虑。此时需要尽力了解可能解决这些过去不能解决问题的新知识、新技术，并对它们的可获 得性和可用性做出初步评估。有一些需求，也许到现在为止仍旧没有合适的技术可以使它们 得到满足；也有的需求，虽然找到可能解决问题的新知识、新技术，但是明显代价太大，也 看不到降低成本的途径；还有一类需求，与满足其他需求存在冲突，或者虽然有解决问题的 技术，但是与其他必须留用的技术无法匹配；以及有的需求与某些必须满足的约束条件冲突， 如环境保护的约束等等。 还是用铁谱技术为例来说明。上面提到的问题都是因为分析铁谱仪是一个在实验室里 使用的仪器，也就是说是一种离线检测技术。这就提出了研发在线铁谱仪的设计任务。实现 在线分析要解决哪些问题？有没有可行的技术可以应用？在线分析必须是无人值守操作。首 先不能为每一次制样更换玻璃片，玻璃片要能够重用，需要在制样前冲洗掉上一次沉积在玻 璃片上的沉积物。这时需要取消磁场，因此磁场需要是可控的。这可以用电磁铁代替永磁铁 构造磁场解决。不能把玻璃片人工拿到显微镜下 去看，摄像技术的发展已经不难解决这个问题， 可以把 CMOS 或 CCD 组件和光学镜头做到铁谱仪里 面流道的上方。这就是第一代的一型在线铁谱仪 （图 2-3b）。但是由于成本和位置的原因，摄像组 件只能有一个。在显微镜下任意移动谱片、观察 不同位置颗粒（不同位置对应不同磁场强度，不 同尺寸大小的颗粒）的需要，可以由任意改变同 一位置上的电磁场强度以得到不同尺寸大小的颗 粒来实现，将位序变成时序；这时已经不需要用斜放实现不同位置上的不同磁场强度，而是 在一个位置上控制电流来变化磁场强度，这就大大缩短了流道，减小了仪器的尺寸，从而更 容易把仪器安装到检测对像内部，使仪器与对像成为一体，于是又做出了二型在线铁谱仪（图 2-3c，图 2-5）。微处理器技术的发展使得可以将所有的控制功能、数据处理功能、初步的 诊断和报警功能以及数据和图像上传功能都集成在一个芯片上并安置在仪器里。而上传的数 据和图像，可以在现代通信技术支持下在几千公里以外的上位计算机中做任何需要的分析、 研究和判断。这样就产生了市场上过去所没有的在线铁谱仪，图 2-5。在线技术的发展和铁 谱仪小型化，产生了由一个试验室有一台铁谱仪变成为每一装备配置一台铁谱仪的可能。这 一技术的发展，也使得过去由于稀疏取样不能准确发现装备状态异常发展到能够根据需要变 换采样频率从而能够掌握每一装备性能衰退规律并产生了估计剩余寿命应用的可能。这些是 可诱导的需求。 可视在线铁谱仪 连续取样 无人值守 无线数据及图像传输 后设计知识建模 尺寸如相机大小 可以置放在被测对象 里面或旁边的 任何地方 图2-5、在线铁谱仪。 最后一个工作是风险评估。在已经有了设计要实现哪些新的性能和可能采取哪些新的 知识和技术的大致想法以后，风险评估已经不是空中楼阁。这时的评估主要包括需求预测错 误的风险，采用新技术失败的风险，采用新技术成本过高的风险和市场回报过低的风险等。 例如，欧洲空中客车公司虽然耗时 10 年，投入 195 亿美元，成功地设计和制造了世界 4
上最大的A380客机，但是市场前景目前仍不明朗。因为在一条航线上是否能够经常保持这 样大的客流，仍旧是许多航空公司（飞机产品的用户）不得不认真考虑的问题。由于采用了 许多新技术，制造和管理上不能很快适应，包括并行进行的静力测试发现在机翼上产生了裂 纹而不得不修改设计，首架飞机交货被推迟了18个月，使得公司的财政和信誉遭受巨大损 失。有人估计，到2010年前由于推迟交货公司将损失62亿美元；为抵消这些损失，公司在 10年内都不会赢利。但是这也并不意味多年后A380客机不会取得商业上的成功。这些都是 风险评估时考虑过，但是直到产品已经投入商业运行时仍然不能确切回答的问题。 在确定设计要实现的现有产品所不能满足的性能需求的同时，当然也要确定还要具备 其他哪些性能，包括现有产品所具备和不具备的，以及在全生命周期中可能存在的所有约束 条件。这些工作，用图2-2中的话来说，统称为构造设计任务空间，或草拟设计任务书，是 回答设计什么的问题。 文献[2]认为，在这个阶段甚至需要做一个经营的规划，包括经营战略、产品战略和经 营计划。不过，前面讲到的需求分析或需求研究实际上已经包括这一方面的内容。前面讲过， 设计对象可以是非常复杂，也可以是非常简单，因此需要做的事情可以分得很细，也可以将 它们归并在一起。 2、接下来要做的事，也就是图2-2中的第二阶段，是产生若干个可能的解决方案。在 确定了设计任务书，对采用什么新知识和新技术来实现现有产品所不能满足的性能要求和其 他要求有一个大致的估计以后，就可以进行产品具体的结构设计，包括方案设计和详细设计。 结构是知识和技术的载体，各种知识和将要采用的技术都集成在这个载体上，产品性能是由 结构的行为实现的，是否满足约束条件也与结构本身和结构的行为有关。这里不准备严格地 区分方案设计和详细设计，因为对于不同规模和不同复杂程度的对象，方案设计和详细设计 的划分可能存在很大不同。所谓详细，可以有不同的粒度。而且在分布式资源环境中，结构 是在不同的企业中形成的，也包括设计。从前面讲的A380客机和在线铁谱仪的设计过程， 就不难理解对于不同对象，粒度划分会差别很大。另外，设计进程常常是反复的，不是一个 单向过程。当一个方案在后续设计中不能通过评估，就要回来重新修改方案或寻求别的方案， 称为回溯。将它们放在一个阶段中讨论，比分成两个阶段更为方便。设计的进程总体上是由 大粒度向小粒度方向发展的，先做大粒度的方案设计，草拟了大粒度的结构以后，再根据大 粒度结构的要求，产生较小粒度的方案和详细结构等等。文献[3]把方案设计的阶段称为功 能域求解（分解和布置Function Requirements-FR),把结构设计称为物理域求解（确定 Design Parameters-DP),可见满足功能需求在设计中起着主导作用。 现代设计理论中有一个性能需求驱动理论，说的是满足性能需求，始终是整个设计过程 的驱动力。但是性能和功能是有区别的，它还包括对全生命周期中功能的偏差的要求。另外 性能也不是全部，在得到一个完整的解决方案时，不能不考虑其他方面的需求和各种约束条 件。所以这里没有如文献[3]的说法那样，而是采用了方案设计和结构设计这两个名词，而 且它们都可以有不同大、小粒度的划分。 例如在线铁谱仪，方案设计可以将上述设想分为功能上独立的5个模块：润滑油通流 模块，电磁场模块，取像模块，计算和控制模块，屏蔽模块。通流模块的基本功能是引导待 测润滑油流经仪器指定部位接受检测。电磁场模块的基本功能是实现可控的磁场，将流经磁 场的润滑油中可以被磁场吸引的颗粒沉积在流道的底部。取像模块是将沉积下来颗粒的百分 覆盖面积和图像变成数字信息。计算模块是完成需要的计算并根据计算结果发出指令控制系 统的行为和上传数据和图像。屏蔽模块是将仪器内部各个模块与外界隔离并固定在规定的位 置上。设计的功能独立公理要求功能划分相互独立。功能独立与结构独立是两个不相同的 问题。可以看到以上各个模块的功能是相互独立的。方案初步确定以后，就可以对每一个功 能模块进行结构设计，并考虑质量和满足约束条件，如润滑油通流模块的结构由泵、油管、 5
上最大的 A380 客机，但是市场前景目前仍不明朗。因为在一条航线上是否能够经常保持这 样大的客流，仍旧是许多航空公司（飞机产品的用户）不得不认真考虑的问题。由于采用了 许多新技术，制造和管理上不能很快适应，包括并行进行的静力测试发现在机翼上产生了裂 纹而不得不修改设计，首架飞机交货被推迟了 18 个月，使得公司的财政和信誉遭受巨大损 失。有人估计，到 2010 年前由于推迟交货公司将损失 62 亿美元；为抵消这些损失，公司在 10 年内都不会赢利。但是这也并不意味多年后 A380 客机不会取得商业上的成功。这些都是 风险评估时考虑过，但是直到产品已经投入商业运行时仍然不能确切回答的问题。 在确定设计要实现的现有产品所不能满足的性能需求的同时，当然也要确定还要具备 其他哪些性能，包括现有产品所具备和不具备的，以及在全生命周期中可能存在的所有约束 条件。这些工作，用图 2-2 中的话来说，统称为构造设计任务空间，或草拟设计任务书，是 回答设计什么的问题。 文献[2]认为，在这个阶段甚至需要做一个经营的规划，包括经营战略、产品战略和经 营计划。不过，前面讲到的需求分析或需求研究实际上已经包括这一方面的内容。前面讲过， 设计对象可以是非常复杂，也可以是非常简单，因此需要做的事情可以分得很细，也可以将 它们归并在一起。 2、接下来要做的事，也就是图 2-2 中的第二阶段，是产生若干个可能的解决方案。在 确定了设计任务书，对采用什么新知识和新技术来实现现有产品所不能满足的性能要求和其 他要求有一个大致的估计以后，就可以进行产品具体的结构设计，包括方案设计和详细设计。 结构是知识和技术的载体，各种知识和将要采用的技术都集成在这个载体上，产品性能是由 结构的行为实现的，是否满足约束条件也与结构本身和结构的行为有关。这里不准备严格地 区分方案设计和详细设计，因为对于不同规模和不同复杂程度的对象，方案设计和详细设计 的划分可能存在很大不同。所谓详细，可以有不同的粒度。而且在分布式资源环境中，结构 是在不同的企业中形成的，也包括设计。从前面讲的 A380 客机和在线铁谱仪的设计过程， 就不难理解对于不同对象，粒度划分会差别很大。另外，设计进程常常是反复的，不是一个 单向过程。当一个方案在后续设计中不能通过评估，就要回来重新修改方案或寻求别的方案， 称为回溯。将它们放在一个阶段中讨论，比分成两个阶段更为方便。设计的进程总体上是由 大粒度向小粒度方向发展的，先做大粒度的方案设计，草拟了大粒度的结构以后，再根据大 粒度结构的要求，产生较小粒度的方案和详细结构等等。文献[3]把方案设计的阶段称为功 能域求解（分解和布置 Function Requirements - FR），把结构设计称为物理域求解（确定 Design Parameters - DP），可见满足功能需求在设计中起着主导作用。 现代设计理论中有一个性能需求驱动理论，说的是满足性能需求，始终是整个设计过程 的驱动力。但是性能和功能是有区别的，它还包括对全生命周期中功能的偏差的要求。另外 性能也不是全部，在得到一个完整的解决方案时，不能不考虑其他方面的需求和各种约束条 件。所以这里没有如文献[3]的说法那样，而是采用了方案设计和结构设计这两个名词，而 且它们都可以有不同大、小粒度的划分。 例如在线铁谱仪，方案设计可以将上述设想分为功能上独立的 5 个模块：润滑油通流 模块，电磁场模块，取像模块，计算和控制模块，屏蔽模块。通流模块的基本功能是引导待 测润滑油流经仪器指定部位接受检测。电磁场模块的基本功能是实现可控的磁场，将流经磁 场的润滑油中可以被磁场吸引的颗粒沉积在流道的底部。取像模块是将沉积下来颗粒的百分 覆盖面积和图像变成数字信息。计算模块是完成需要的计算并根据计算结果发出指令控制系 统的行为和上传数据和图像。屏蔽模块是将仪器内部各个模块与外界隔离并固定在规定的位 置上。设计的功能独立公理[3]要求功能划分相互独立。功能独立与结构独立是两个不相同的 问题。可以看到以上各个模块的功能是相互独立的。方案初步确定以后，就可以对每一个功 能模块进行结构设计，并考虑质量和满足约束条件，如润滑油通流模块的结构由泵、油管、 5
管接头、流道组成。下一步是将泵、油管、管接头、流道的功能细分，并对细分的功能选择 合适的结构以满足各自的性能需求和约束条件。其他模块的做法类推。 这里和下面的所谓“联想”，是一个广义的理解，并不排斥各种有关的理论、方法和计 算机辅助手段，例如模块化方法，公理设计)，TIZ方法，机能质量展开，田口方法 切，等等，它们都是帮助人联想但又不能脱离人的联想，所以可以用“联想”来代表这一切。 联想所根据的素材，一部分是已有知识，另一部分是在形成概念时，发生疑问、请求服务而 获取的知识。 在设计的这个阶段，可以同时产生若干个不同的解决方案以资比较。 3、已经有了若干个解决方案，为确认其满足性能需求、全部约束条件、整个生命周期 中的质量要求和在比较中得到最好的解决方案，要做一系列的测试、评估和优化工作。这就 是图2-2的第三个阶段。实际上，评估、测试和优化是在每一个粒度的设计中都要进行的， 当存在不能满足需求或约束条件的问题而在本步骤中无法解决时，就回溯到上个步骤进行再 设计，包括对原有方案做重大修改甚至完全放弃这个方案。放弃并不等于丢掉，要把从提出 这个方案、做过的所有测试、评估、优化过程和结果，包括放弃的理由都详细记录下来，因 为也许在另一个情况下又会重新采用这个方案。 这个阶段很费资金、时间和人力，只能有很少数经过筛选的可能解决方案进入这个阶 段四。这是一个完整意义上的知识获取阶段，当在第二阶段提出若干个可能解决方案时，人 们并不知道它们是不是在全生命周期中能够满足设计任务书中所规定的全部要求，也不知道 哪一个比较好或者最好。在第3阶段，就要回答这些问题，从不知到知，并做出抉择。 这一系列测试、评估和优化工作，在三个层面上进行。 首先是数字仿真，很多物理现象和技术过程，都已经有了精确的或者粗略的数学模型， 把这些模型离散以后运用数值计算法重现这些物理现象和技术过程是设计中常用的测试、评 估和优化方法。一个更广泛的名称叫做虚拟现实。虚拟现实和数字仿真从字面上讲差不多是 一回事，前者强调效果，后者强调方法。不过从事虚拟现实研究的人更重视人的感知，即所 谓的沉浸感。但是满足产品性能和约束条件的很多物理、化学、生物学和技术方面的表现， 是人不能感知的，只能依靠结果的数学表达描述，这一点在任何时侯都不应当忘记。 数字仿真和虚拟现实在知识获取方面具有巨大的潜力，但绝不是万能的。如果真正要 把数字仿真和虚拟现实当作设计知识获取的一个全面有力的工具，而不是仅仅作为某些狭 窄目标知识获取的工具，那就必需面对如下事实：随着对产品性能要求不断提高和对自然 规律认识不断深化，人们总是处在没有数学模型和有数学模型，旧数学模型和新数学模型 的不断交替的过程之中。所有新发现的现象或新构想从一开始都没有数学模型或没有准确的 数学模型。这里可以说一说“摩擦学设计”。由于一个机械系统的摩擦学性态及行为有强烈 的系统依赖性和时间依赖性，同时它们又是分属于许多不同学科研究的过程综合影响的结 果，所以摩擦学问题的数学建模十分复杂。例如即使是一副简单的试样，在一种系统条件 (例如Timken机)下获得的结果，往往不同于另一系统条件（例如SRV机）下的结果，当然 也不同于待设计的目标系统系统条件下的结果；另外，对于新系统、跑合系统、磨损系统的 结果也不一样。这样为了仿真的需要，我们不仅要有系统行为本身的数学模型（这个模型涉 及到许多不同学科研究的问题)，还要有系统条件转化的模型和时变规律（为全寿命周期设 计服务)的模型。否则仿真所做的预测就不准确。各种特定对象和特定条件下如何确定使用 模型时的边界条件，可以认为是模型的一部分，它们也会影响计算的精度。这个事实一方面 告诉我们，在讨论建立一个无所不包的模型，也包括讨论建立在数学模型基础上的各种优 化研究时，要持慎重态度；另一方面也为我们提供了现代设计研究几乎是无限的领域，因 为产品设计总是要求提供的设计知识越来越逼近真知，给出的预测越来越精确。 优化问题，首先是模型问题，其后才是算法问题。而模型则是人们对所优化的问题的已
管接头、流道组成。下一步是将泵、油管、管接头、流道的功能细分，并对细分的功能选择 合适的结构以满足各自的性能需求和约束条件。其他模块的做法类推。 这里和下面的所谓“联想”，是一个广义的理解，并不排斥各种有关的理论、方法和计 算机辅助手段，例如模块化方法[4]，公理设计[3]，TRIZ 方法[5]，机能质量展开[6]，田口方法 [7]，等等，它们都是帮助人联想但又不能脱离人的联想，所以可以用“联想”来代表这一切。 联想所根据的素材，一部分是已有知识，另一部分是在形成概念时，发生疑问、请求服务而 获取的知识。 在设计的这个阶段，可以同时产生若干个不同的解决方案以资比较。 3、已经有了若干个解决方案，为确认其满足性能需求、全部约束条件、整个生命周期 中的质量要求和在比较中得到最好的解决方案，要做一系列的测试、评估和优化工作。这就 是图 2-2 的第三个阶段。实际上，评估、测试和优化是在每一个粒度的设计中都要进行的， 当存在不能满足需求或约束条件的问题而在本步骤中无法解决时，就回溯到上个步骤进行再 设计，包括对原有方案做重大修改甚至完全放弃这个方案。放弃并不等于丢掉，要把从提出 这个方案、做过的所有测试、评估、优化过程和结果，包括放弃的理由都详细记录下来，因 为也许在另一个情况下又会重新采用这个方案。 这个阶段很费资金、时间和人力，只能有很少数经过筛选的可能解决方案进入这个阶 段[2]。这是一个完整意义上的知识获取阶段，当在第二阶段提出若干个可能解决方案时，人 们并不知道它们是不是在全生命周期中能够满足设计任务书中所规定的全部要求，也不知道 哪一个比较好或者最好。在第 3 阶段，就要回答这些问题，从不知到知，并做出抉择。 这一系列测试、评估和优化工作，在三个层面上进行。 首先是数字仿真，很多物理现象和技术过程，都已经有了精确的或者粗略的数学模型， 把这些模型离散以后运用数值计算法重现这些物理现象和技术过程是设计中常用的测试、评 估和优化方法。一个更广泛的名称叫做虚拟现实。虚拟现实和数字仿真从字面上讲差不多是 一回事，前者强调效果，后者强调方法。不过从事虚拟现实研究的人更重视人的感知，即所 谓的沉浸感。但是满足产品性能和约束条件的很多物理、化学、生物学和技术方面的表现， 是人不能感知的，只能依靠结果的数学表达描述，这一点在任何时候都不应当忘记。 数字仿真和虚拟现实在知识获取方面具有巨大的潜力, 但绝不是万能的。 如果真正要 把数字仿真和虚拟现实当作设计知识获取的一个全面有力的工具, 而不是仅仅作为某些狭 窄目标知识获取的工具, 那就必需面对如下事实: 随着对产品性能要求不断提高和对自然 规律认识不断深化, 人们总是处在没有数学模型和有数学模型, 旧数学模型和新数学模型 的不断交替的过程之中。所有新发现的现象或新构想从一开始都没有数学模型或没有准确的 数学模型。这里可以说一说“摩擦学设计”。由于一个机械系统的摩擦学性态及行为有强烈 的系统依赖性和时间依赖性, 同时它们又是分属于许多不同学科研究的过程综合影响的结 果, 所以摩擦学问题的数学建模十分复杂[8]。例如即使是一副简单的试样, 在一种系统条件 (例如 Timken机) 下获得的结果, 往往不同于另一系统条件 (例如 SRV机) 下的结果, 当然 也不同于待设计的目标系统系统条件下的结果; 另外, 对于新系统、跑合系统、磨损系统的 结果也不一样。这样为了仿真的需要, 我们不仅要有系统行为本身的数学模型 (这个模型涉 及到许多不同学科研究的问题), 还要有系统条件转化的模型和时变规律 (为全寿命周期设 计服务)的模型。否则仿真所做的预测就不准确。各种特定对象和特定条件下如何确定使用 模型时的边界条件，可以认为是模型的一部分，它们也会影响计算的精度。这个事实一方面 告诉我们, 在讨论建立一个无所不包的模型, 也包括讨论建立在数学模型基础上的各种优 化研究时, 要持慎重态度; 另一方面也为我们提供了现代设计研究几乎是无限的领域, 因 为产品设计总是要求提供的设计知识越来越逼近真知, 给出的预测越来越精确。 优化问题, 首先是模型问题, 其后才是算法问题。而模型则是人们对所优化的问题的已 6
有知识的集中表现。知识不断更新，模型也不断发展，没有一成不变的模型。所以优化研究 归根结底也离不开对所研究问题的各种来源的知识获取。采用简单的算例讨论算法，是研究 数学，不是研究设计。如果认为离开知识获取就能够优化设计问题，就是一种误解。 数字仿真不仅仅虚拟对象在某个时刻的功能，还要仿真它在整个生命周期中由于各种原 因而发生的变化。首先是加工制造的过程，选用什 么材料，如何进行成形加工，如何进行热处理，如 何进行切削加工，如何进行装配，等等，都可能影 响全生命周期中功能的稳定性。例如核电站在高 温、高压、强辐射中的结构，选择一种材料、一种 焊接工艺、一种特性的焊条，经过一年以后，材料 的厚度腐蚀掉了多少，焊缝的强度降低了多少，剩 余寿命还有多少？这在设计中就要有预测。又如一 个转子轴承系统，当把滑动轴承或滚动轴承改成主 图2-6、轴承底座的可铸造性仿真。 动电磁轴承，因为增加了许多传感器和导线，铸造的壳体形状和装配过程都变得十分复杂。 设计的壳体在铸造过程中是否会发生裂纹、疵病，以及装配中会发生什么冲突和困难？都要 在设计中有充分的估计。对于前一个问题，可以通过铸造时金属凝固过程的数字仿真进行预 测（图2-6），后一个问题则由仿真装配过程的数字样机（图2-7）来加以优化。常常听到一 种说法：“设计不难，难在做不出来。加工才是当前最大的问题。”这是把设计理解为就是画 图的结果。在纸上画一个形状，当然不难。但是如果设计一个加工不了的东西，或者加工成 本太高，这不是别人的问题，恰恰正是设计工程师的错误。对于持上面这种观点的人来说， 设计就是很困难的工作了。 不仅是加工过程，加工以后的储存、运输、使用条件和人员的素质都会影响设计对象对 性能和约束条件满足程度的变化。全生命周期设计要求设计工程师对设计对象在整个生命周 期中的风险负责。 不管怎样，数字仿真由于它的便捷、省钱， 越来越在工程设计中受到青睐，尤其是作为设计 的先期评估、测试和优化手段。但是，由于上面 0自e 所提到的问题，对于比较重要的零、部件，则需 要进行物理模型试验解决。 第二个层面是物理模型试验，物理模型试验 是在试验台上对实物试件行为的考察，和数字仿 图2-7、虚拟装配评估. 真相比需要更多的时间、人力和物力。试验台有 通用和专用的不同，通用试验台绝大多数已经商品化，例如材料疲劳试验机；专业试验台应 用较多的也已经商品化，例如发动机性能试验台、轴承试验台等等，其他则需要为特定的试 验目的专门设计制造，特别是被试验的试件，总是需要按试验目的专门设计和制造。人通常 在试骏台范围以外操纵试验，有时为了获得人的感受，人也参与其中，成为试验装置的一部 分。所以物理模型试验，即使已经有了试验台，仅仅准备试件，也比数字仿真模型复杂，而 且试验的进程，根据不同目的，可能要花费很长时间和很多资金，一般总是在某个设计解决 方案已经经过数字仿真的初步筛选，只对极少数重要的零件、部件或整机进行。 在数字仿真中，有时很难建立一些行为的数学模型，这时可以用物理模型试验和数字模 型仿真联合工作，称为混合仿真。例如模拟宇宙载人舱，它的运动、载荷和环境可以由数字 仿真实现，而加载、载人仓、仓中的设施和人员则由物理上和生理上真实的仓和人参加试验。 这与发射一个真的载人舱到空间去相比，花费的时间和资金已小得多了，更重要的是风险特 别是关于人的生命的风险降低了很多
有知识的集中表现。知识不断更新, 模型也不断发展, 没有一成不变的模型。所以优化研究 归根结底也离不开对所研究问题的各种来源的知识获取。采用简单的算例讨论算法，是研究 数学，不是研究设计。如果认为离开知识获取就能够优化设计问题，就是一种误解。 数字仿真不仅仅虚拟对象在某个时刻的功能，还要仿真它在整个生命周期中由于各种原 因而发生的变化。首先是加工制造的过程，选用什 么材料，如何进行成形加工，如何进行热处理，如 何进行切削加工，如何进行装配，等等，都可能影 响全生命周期中功能的稳定性。例如核电站在高 温、高压、强辐射中的结构，选择一种材料、一种 焊接工艺、一种特性的焊条，经过一年以后，材料 的厚度腐蚀掉了多少，焊缝的强度降低了多少，剩 余寿命还有多少？这在设计中就要有预测。又如一 个转子轴承系统，当把滑动轴承或滚动轴承改成主 动电磁轴承，因为增加了许多传感器和导线，铸造的壳体形状和装配过程都变得十分复杂。 设计的壳体在铸造过程中是否会发生裂纹、疵病，以及装配中会发生什么冲突和困难？都要 在设计中有充分的估计。对于前一个问题，可以通过铸造时金属凝固过程的数字仿真进行预 测（图 2-6），后一个问题则由仿真装配过程的数字样机（图 2-7）来加以优化。常常听到一 种说法：“设计不难，难在做不出来。加工才是当前最大的问题。”这是把设计理解为就是画 图的结果。在纸上画一个形状，当然不难。但是如果设计一个加工不了的东西，或者加工成 本太高，这不是别人的问题，恰恰正是设计工程师的错误。对于持上面这种观点的人来说， 设计就是很困难的工作了。 图 2-6、轴承底座的可铸造性仿真。 底座优化铸造工艺分析 不仅是加工过程，加工以后的储存、运输、使用条件和人员的素质都会影响设计对象对 性能和约束条件满足程度的变化。全生命周期设计要求设计工程师对设计对象在整个生命周 期中的风险负责。 不管怎样，数字仿真由于它的便捷、省钱， 越来越在工程设计中受到青睐，尤其是作为设计 的先期评估、测试和优化手段。但是，由于上面 所提到的问题，对于比较重要的零、部件，则需 要进行物理模型试验解决。 第二个层面是物理模型试验，物理模型试验 是在试验台上对实物试件行为的考察，和数字仿 真相比需要更多的时间、人力和物力。试验台有 通用和专用的不同，通用试验台绝大多数已经商品化，例如材料疲劳试验机；专业试验台应 用较多的也已经商品化，例如发动机性能试验台、轴承试验台等等，其他则需要为特定的试 验目的专门设计制造，特别是被试验的试件，总是需要按试验目的专门设计和制造。人通常 在试验台范围以外操纵试验，有时为了获得人的感受，人也参与其中，成为试验装置的一部 分。所以物理模型试验，即使已经有了试验台，仅仅准备试件，也比数字仿真模型复杂，而 且试验的进程，根据不同目的，可能要花费很长时间和很多资金，一般总是在某个设计解决 方案已经经过数字仿真的初步筛选，只对极少数重要的零件、部件或整机进行。 图 2-7、虚拟装配评估。 在数字仿真中，有时很难建立一些行为的数学模型，这时可以用物理模型试验和数字模 型仿真联合工作，称为混合仿真。例如模拟宇宙载人舱，它的运动、载荷和环境可以由数字 仿真实现，而加载、载人仓、仓中的设施和人员则由物理上和生理上真实的仓和人参加试验。 这与发射一个真的载人舱到空间去相比,花费的时间和资金已小得多了，更重要的是风险特 别是关于人的生命的风险降低了很多。 7
前面讲过，试件可以是一个单件，是一个部件，也可以是一个整机，但是都是在试验条 件而不是在实际运行条件下进行评估。因为试验条件不同于运行条件，所以说它仍旧是一种 模拟，但是一般比数字仿真更接近实际。 还是用前面的A380客机例子，不算各个单件和小规模部件的试验，A380客机总装完毕 后，在总装配线上要停留将近3个月时间，对飞机所有的基础系统进行全面测试，其中包括 液压系统、起落架系统和电子系统、飞行控制系统以及座舱的压力测试，测试压力超过正常 情况下最大允许压力的33%。为期四周的地面震动测试，大约有900个“加速度传感器”分 别安放于飞机的升力面、舱面、发动机、各种系统和起落架上。超过20个“激振器”迫使 飞机进行震动。首架已经组装好的A380机身和装配同时进行静态测试，该机身将不再用于 飞行。在德国德累斯顿，另一个机身也在进行疲劳试验。这些测试将持续26个月，相当于 经过47,500小时飞行后得出的结果，目的就是为了模拟整个飞行周期，例如飞机在整个服 役期内经过增压和减压后的结果，只不过是在更短的时间内完成而已。 第三个层面是样机试验。对于重要的设计对象，还需要把完全做好的样机放在实际工 作条件下进行评估。首架用于试飞的A380客机在已经基本完成地面测试后，就将移交给空 中客车公司的飞行测试部门，由该部门开始进行1,000小时的飞行测试，以便最终取得飞行 认证。如果是汽车，一般是在专门的试车场中进行。试车场里有各种可能遇到的路面，样车 在这些路面上行驶，设计师可以通过安装在车上的测试仪器了解设计对象的性能和是否满足 各种约束条件。如果没有试车场，就在公路上跑车，例如从中国的哈尔滨跑到海南岛。 在这三个层面上得到的所有信息，经过适当处理，变成评估设计所需要的知识，这些 过程都是对一个可能的设计解决方案，其满足性能需求和约束条件从无知到有知的知识获取 过程，所以说，设计活动是以知识获取为中心。在它们的基础上，可以对方案进行回溯、修 改、优化和再设计，然后确定哪一个解决方案是最终可以接受的。 从以上的描述，可以看到，知识获取需要各种各样的资源，所以知识获取是资源依赖 的。数字仿真需要专门的软件、可以运行这些软件的硬件、安置这些硬件的建筑、环境和辅 助设施。物理模型试验需要试验台、试验件、建筑、环境和辅助设施。样机试验需要试验场 地和性能参数采集、处理仪器，等等。但是资源里面最重要是受过相应教育和训练而能够做 这些工作的人。这些人都是设计不可或缺的组成部分，那种认为设计只不过是画图，只要有 CAD软件把图画出来，就是把设计做成功了的观点，是完全不正确的。 总结起来，如果将设计的一般过程大致分成三个阶段，那么第一阶段是解决设计什么 的问题，第二阶段则要回答如何解决，而第三阶段任务是确认某一个或某几个解决方案可以 提交实施。 实际上，设计知识还有一个重要的来源，那就是同类对象的上一代产品和竞争对手的 产品，对它们进行同样的分析、仿真和试验，知己知彼才能百战不殆。这将在后面详细讨论。 二、设计中的知识获取和知识流 现代设计是以知识为基础，以获取新知识为中心。从某个视角看，设计过程可以看成是 知识在设计的各个节点和各个有关方面之间流动的过程，设计中的知识流动最终服务于设计 知识获取。设计知识是一个复杂的领域，传统的设计理论和方法很少研究这个问题，总是以 一种似乎设计知识对于设计工程师已经存在的姿态来讨论如何设计。如果承认竞争是设计的 一个属性，就会接受设计要通过引入最新知识或技术使设计对象具备现有产品所不能满足的 性能以竞争取胜。往往在开始设计的时侯，设计工程师并不知道这种知识或还没有人掌握这 种知识。如果是众所周知的知识或者技术，那在已有产品上就不会没有得到应用，或者即使 尚未应用，也会有不能应用的原因或者许多人正在想方设法来应用它。现在产品设计竞争的
前面讲过，试件可以是一个单件，是一个部件，也可以是一个整机，但是都是在试验条 件而不是在实际运行条件下进行评估。因为试验条件不同于运行条件，所以说它仍旧是一种 模拟，但是一般比数字仿真更接近实际。 还是用前面的 A380 客机例子，不算各个单件和小规模部件的试验，A380 客机总装完毕 后，在总装配线上要停留将近 3 个月时间，对飞机所有的基础系统进行全面测试，其中包括 液压系统、起落架系统和电子系统、飞行控制系统以及座舱的压力测试，测试压力超过正常 情况下最大允许压力的 33%。为期四周的地面震动测试，大约有 900 个“加速度传感器”分 别安放于飞机的升力面、舱面、发动机、各种系统和起落架上。超过 20 个“激振器”迫使 飞机进行震动。首架已经组装好的 A380 机身和装配同时进行静态测试，该机身将不再用于 飞行。在德国德累斯顿，另一个机身也在进行疲劳试验。这些测试将持续 26 个月，相当于 经过 47,500 小时飞行后得出的结果，目的就是为了模拟整个飞行周期，例如飞机在整个服 役期内经过增压和减压后的结果，只不过是在更短的时间内完成而已。 第三个层面是样机试验。对于重要的设计对象，还需要把完全做好的样机放在实际工 作条件下进行评估。首架用于试飞的 A380 客机在已经基本完成地面测试后，就将移交给空 中客车公司的飞行测试部门，由该部门开始进行 1,000 小时的飞行测试，以便最终取得飞行 认证。如果是汽车，一般是在专门的试车场中进行。试车场里有各种可能遇到的路面，样车 在这些路面上行驶，设计师可以通过安装在车上的测试仪器了解设计对象的性能和是否满足 各种约束条件。如果没有试车场，就在公路上跑车，例如从中国的哈尔滨跑到海南岛。 在这三个层面上得到的所有信息，经过适当处理，变成评估设计所需要的知识，这些 过程都是对一个可能的设计解决方案，其满足性能需求和约束条件从无知到有知的知识获取 过程，所以说，设计活动是以知识获取为中心。在它们的基础上，可以对方案进行回溯、修 改、优化和再设计，然后确定哪一个解决方案是最终可以接受的。 从以上的描述，可以看到，知识获取需要各种各样的资源，所以知识获取是资源依赖 的。数字仿真需要专门的软件、可以运行这些软件的硬件、安置这些硬件的建筑、环境和辅 助设施。物理模型试验需要试验台、试验件、建筑、环境和辅助设施。样机试验需要试验场 地和性能参数采集、处理仪器，等等。但是资源里面最重要是受过相应教育和训练而能够做 这些工作的人。这些人都是设计不可或缺的组成部分，那种认为设计只不过是画图，只要有 CAD 软件把图画出来，就是把设计做成功了的观点，是完全不正确的。 总结起来，如果将设计的一般过程大致分成三个阶段，那么第一阶段是解决设计什么 的问题，第二阶段则要回答如何解决，而第三阶段任务是确认某一个或某几个解决方案可以 提交实施。 实际上，设计知识还有一个重要的来源，那就是同类对象的上一代产品和竞争对手的 产品，对它们进行同样的分析、仿真和试验，知己知彼才能百战不殆。这将在后面详细讨论。 二、设计中的知识获取和知识流 现代设计是以知识为基础，以获取新知识为中心。从某个视角看，设计过程可以看成是 知识在设计的各个节点和各个有关方面之间流动的过程，设计中的知识流动最终服务于设计 知识获取。设计知识是一个复杂的领域，传统的设计理论和方法很少研究这个问题，总是以 一种似乎设计知识对于设计工程师已经存在的姿态来讨论如何设计。如果承认竞争是设计的 一个属性，就会接受设计要通过引入最新知识或技术使设计对象具备现有产品所不能满足的 性能以竞争取胜。往往在开始设计的时候，设计工程师并不知道这种知识或还没有人掌握这 种知识。如果是众所周知的知识或者技术，那在已有产品上就不会没有得到应用，或者即使 尚未应用，也会有不能应用的原因或者许多人正在想方设法来应用它。现在产品设计竞争的 8
焦点就是如何尽快和以最小成本将最新知识或者技术成功地引入到设计中，在分布式智力资 源环境下，企业要进行产品开发，就不能不直接面对如何从知识流获取知识的问题。我国的 制造企业，因为企业内资源相对匮乏而尤其如此。研究知识流实际上也是研究动态的知识， 包括知识分类、知识获取、与设计任务之间的关系、运动机制、流动控制和为以知识获取为 中心的设计活动在知识域上的行为做出清晰描述。不同类型知识用于不同的设计阶段，完成 不同的知识获取任务，在不同的区间上流动，涉及不同类型的知识服务的请求方和提供方， 基于不同的获取机制，运用不同的工具，依赖不同的硬件和软件资源，由不同领域专家操作， 属于同一利益方和不同利益方，在局域网上流动或在互联网上流动，等等。 这里不准备严格地定义和研究“知识”，而仅仅从设计应用知识的角度对知识进行讨论， 以正确处理设计和知识获取的关系。 在知识流理论的讨论中，经常遇到一个问题就是什么是“数据”，什么是“信息”和什 么是“知识”的问题？“数据”通常被认为是符号的集合，而当这个集合被以某种方式（例 如事先约定)赋予特定的意义，说明特定的事实，它就变成为一个信息。当然这里讲的“数 据”是广义的，可以是数字、图形、符号（含文字）等。文献[9]曾经引用过如下的说法： “信息通常是单纯的事实，描述的是对象的某个状态，如红灯亮。知识则是一组事实及其相 互间的关系（因果关系，所属关系，顺序关系等）。而‘红灯亮不允许行人过马路’就是一 条知识。‘红灯亮’和‘行人过马路’都可以被理解为单独的事实，当它们通过‘不允许’ 关系联系起来时，就成了知识。因此，知识是比信息更复杂的概念。”将知识和信息之间做 如上界定，当然只限于在与设计有关的范围使用。根据以上理解，从在分布式资源环境中规 范设计知识服务的考虑，知识应当是对某一个设计问题可以据以做出决定（也可能是暂时的 决定)的事实之间关系的表述。因为信息是关于某一事实的表述，这个事实连同其他事实， 就是获得待求关系的前提，所以知识获取包括信息获取和使信息变成知识两个方面。设计知 识获取还包括例如关于待求关系本身的表述、初始条件、对答案的约束、获得答案的途径等 等信息，所以知识流理论更关心的是未知关系，要研究从未知到已知的过程，而不是研究一 般的信息。 知识有不同的类型，它们是由不同的方法获取。有一类知识是独立于人的意愿的自然规 律或社会规律，在具备适当的数学模型时，可以通过某种算法（含融合或挖掘算法）直接获 取；当还没有数学模型时，则需要通过调查和采集信息，或者设计专门的试验去得到信息， 经过整理、计算和思考，找出事实之间的关系成为知识（含暂时被接受的知识），称为非意 愿知识。但是设计中还需要获取另外一类被称为“共识”的知识，这是需要经过交互过程才 能获取的知识。一种情况是例如甲方给出了A,乙方由A给出B,甲方才由B给出C,等等； 另一种情况是需要多方同时在一起进行多对多讨论得到共识后才能产生的知识。共识知识的 流动总是双向或多向的，包括提出问题和给出答案，都是知识的流动，与第一类反映自然规 律的知识不同，里面往往含有或多或少各个利益方的意愿，这表明设计是一个兼有技术性和 社会性特征的过程。共识知识绝对不仅仅是意愿的产物，每一方无论是提出问题或是给出答 案，都需要得到非意愿知识的支持。这两种知识的获取，在图2-2中的三个阶段里，都有发 生 与需要采取行动去获取的知识不同，还有一类经过前人工作已经存在的知识，称为已有 知识。已有知识通常公开发表在未经整理的书刊、报告、专利资料、互联网上，有不需要经 过授权就可以使用和经过授权才可以使用两类；已有知识还存在于经过整理得到授权就可以 访问和使用的报告集、专利库、数据库、知识库等等中，这类知识称为显性知识。与此不同 还有一类称为隐性知识的，存在于个人的记忆中，只有提出问题，经过思考，才能够给出答 案。如果掌握某种隐性知识的人不是设计工程师本人，要得到这些知识，也需要经过相应的 知识获取过程。 9
焦点就是如何尽快和以最小成本将最新知识或者技术成功地引入到设计中。在分布式智力资 源环境下，企业要进行产品开发，就不能不直接面对如何从知识流获取知识的问题。我国的 制造企业，因为企业内资源相对匮乏而尤其如此。研究知识流实际上也是研究动态的知识， 包括知识分类、知识获取、与设计任务之间的关系、运动机制、流动控制和为以知识获取为 中心的设计活动在知识域上的行为做出清晰描述。不同类型知识用于不同的设计阶段，完成 不同的知识获取任务，在不同的区间上流动，涉及不同类型的知识服务的请求方和提供方， 基于不同的获取机制，运用不同的工具，依赖不同的硬件和软件资源，由不同领域专家操作， 属于同一利益方和不同利益方，在局域网上流动或在互联网上流动，等等。 这里不准备严格地定义和研究“知识”，而仅仅从设计应用知识的角度对知识进行讨论， 以正确处理设计和知识获取的关系。 在知识流理论的讨论中，经常遇到一个问题就是什么是“数据”，什么是“信息”和什 么是“知识”的问题？“数据”通常被认为是符号的集合，而当这个集合被以某种方式（例 如事先约定）赋予特定的意义，说明特定的事实，它就变成为一个信息。当然这里讲的“数 据”是广义的，可以是数字、图形、符号（含文字）等。文献[9]曾经引用过如下的说法： “信息通常是单纯的事实，描述的是对象的某个状态，如红灯亮。知识则是一组事实及其相 互间的关系（因果关系，所属关系，顺序关系等）。而‘红灯亮不允许行人过马路’就是一 条知识。‘红灯亮’和‘行人过马路’都可以被理解为单独的事实，当它们通过‘不允许’ 关系联系起来时，就成了知识。因此，知识是比信息更复杂的概念。”将知识和信息之间做 如上界定，当然只限于在与设计有关的范围使用。根据以上理解，从在分布式资源环境中规 范设计知识服务的考虑，知识应当是对某一个设计问题可以据以做出决定（也可能是暂时的 决定）的事实之间关系的表述。因为信息是关于某一事实的表述，这个事实连同其他事实， 就是获得待求关系的前提，所以知识获取包括信息获取和使信息变成知识两个方面。设计知 识获取还包括例如关于待求关系本身的表述、初始条件、对答案的约束、获得答案的途径等 等信息，所以知识流理论更关心的是未知关系，要研究从未知到已知的过程，而不是研究一 般的信息。 知识有不同的类型，它们是由不同的方法获取。有一类知识是独立于人的意愿的自然规 律或社会规律，在具备适当的数学模型时，可以通过某种算法（含融合或挖掘算法）直接获 取；当还没有数学模型时，则需要通过调查和采集信息，或者设计专门的试验去得到信息， 经过整理、计算和思考，找出事实之间的关系成为知识（含暂时被接受的知识），称为非意 愿知识。但是设计中还需要获取另外一类被称为“共识”的知识，这是需要经过交互过程才 能获取的知识。一种情况是例如甲方给出了 A，乙方由 A 给出 B，甲方才由 B 给出 C，等等； 另一种情况是需要多方同时在一起进行多对多讨论得到共识后才能产生的知识。共识知识的 流动总是双向或多向的，包括提出问题和给出答案，都是知识的流动，与第一类反映自然规 律的知识不同，里面往往含有或多或少各个利益方的意愿，这表明设计是一个兼有技术性和 社会性特征的过程。共识知识绝对不仅仅是意愿的产物，每一方无论是提出问题或是给出答 案，都需要得到非意愿知识的支持。这两种知识的获取，在图 2-2 中的三个阶段里，都有发 生。 与需要采取行动去获取的知识不同，还有一类经过前人工作已经存在的知识，称为已有 知识。已有知识通常公开发表在未经整理的书刊、报告、专利资料、互联网上，有不需要经 过授权就可以使用和经过授权才可以使用两类；已有知识还存在于经过整理得到授权就可以 访问和使用的报告集、专利库、数据库、知识库等等中，这类知识称为显性知识。与此不同 还有一类称为隐性知识的，存在于个人的记忆中，只有提出问题，经过思考，才能够给出答 案。如果掌握某种隐性知识的人不是设计工程师本人，要得到这些知识，也需要经过相应的 知识获取过程。 9
在比较复杂的设计过程中，一个设计任务总是要分解成为若干子任务。不论是任务或者 是子任务，一般都要经历图2-2中的三个阶段。 在设计的第一阶段，要解决“设计什么”的问题，特别是要选择好以哪些现有产品不能 满足的性能需求作为设计的主攻目标，就要了解市场的态势，包括：现有产品的性能，性能 需求，潜在需求和可诱导需求，市场能够提供的有可能解决上述需求问题的新知识和新技术 的知识服务，作为研发成本估计基础的各方面的价格和价格变化趋势，以及自己的竞争对手。 例如，前面提到的A380客机，决定研发的根据是对世界长途航线上旅客数量发展的估计。 如果这个需求旺盛，那么在使用某些新技术后，更大机型的经济性和舒适性，就特别有竞争 力。认识市场态势，其中一部分依靠的是设计实体的已有知识，但是大多数要由市场调查获 得，这种调查可以自己做，也可以请求企业外有关资源单元的知识服务。 图2-2中的第二阶段，则是由已有知识、应用自有的设计工具和请求知识服务联想产生 可能的解决方案。已有知识，与现在知识管理中的“知识重用”有一些不同。设计过程中所 有设计行为及其结果都应当记录并予以保存。即使是失败的行为，可能在另外一种情况下会 发现是有用的，又可以重用。记录、保 存和管理可重用知识是知识流的一个组 使用式塑中青到的加常 成部分。这部分是图2-8中下面许多向 右箭头所表示的知识流的记录、保存和 工此复中得周的与具 管理。已有知识的另外部分则必须有意 工工艺量比 识地去获取，通常称为后设计知识，是 产录计文骨 产事丘文桥产部限响 产体度我理检学 图2-8中上面许多向左箭头所表示的知 识流，需要有从采集、传输、分析、到 图2-8、全生命周期设计对后设计知识的依赖， 保存的控制等等的行为，即不仅仅是管 理问题。后设计知识是关于已经投入市场的一代产品在设计后各个阶段的表现，例如在加工 阶段的表现、存储阶段的表现、运输阶段的表现、特别是在用户手里使用的表现、以及报废 后处理中的表现。加工阶段的表现，需要由加工部门提供；存储、运输阶段的表现，需要由 销售部门提供；比较复杂的是使用中的表现，因为产品是在不同用户手中，而用户及其使用 水平和使用条件又是多种多样的。一般情况下，这是时间最长的一个阶段，是产品从合格交 付到损坏报废的生命衰亡全过程的一个阶段，与产品从设计到合格交付阶段不同，这个阶段 恰恰是表现设计竞争力的阶段，关于产品在这个阶段表现的知识对于设计新一代产品非常重 要，因为关系到企业和品牌的信誉， 改计过程戒子过程 同时也是对已有知识的检讨。设计 墓一类孩型： 乘成就布产业部决方章 实体要得到关于这方面知识，需要 于产品（全部或抽样）交付用户前 任感于任青 决策 任年成于任身的解决方章 在产品中安置必要的信息采集、处 慕二决流致： 清来加汉原年率 理、传输设施，让与生命衰亡有关 视斜如眼务 的信息能够完整、无误、及时传递 资 第三类流塑： 且 体惠+如议 到设计实体，并在处理成知识后保 存下来。这种知识获取，并不限于 墓国夹流数： 自己的产品，也包括自己竞争对手 从其他资漂单无取再 信惠或加汉 的产品，为的是能够比较。获取后 图2-9、设计过程中的知识流。 设计知识是设计实体为设计竞争取 胜所必须要做的工作，但是有时却被认为不是设计工程师的事。后设计知识不仅可以避免重 复失误，而且常常是产生新设计思想的源泉。 由对概念解、或已经形成为比较完整的可能解评估的需要，搜索有关智力资源单元并请 10
在比较复杂的设计过程中，一个设计任务总是要分解成为若干子任务。不论是任务或者 是子任务，一般都要经历图 2-2 中的三个阶段。 在设计的第一阶段，要解决“设计什么”的问题，特别是要选择好以哪些现有产品不能 满足的性能需求作为设计的主攻目标，就要了解市场的态势，包括：现有产品的性能，性能 需求，潜在需求和可诱导需求，市场能够提供的有可能解决上述需求问题的新知识和新技术 的知识服务，作为研发成本估计基础的各方面的价格和价格变化趋势，以及自己的竞争对手。 例如，前面提到的 A380 客机，决定研发的根据是对世界长途航线上旅客数量发展的估计。 如果这个需求旺盛，那么在使用某些新技术后，更大机型的经济性和舒适性，就特别有竞争 力。认识市场态势，其中一部分依靠的是设计实体的已有知识，但是大多数要由市场调查获 得，这种调查可以自己做，也可以请求企业外有关资源单元的知识服务。 图 2-2 中的第二阶段，则是由已有知识、应用自有的设计工具和请求知识服务联想产生 可能的解决方案。已有知识，与现在知识管理中的“知识重用”有一些不同。设计过程中所 有设计行为及其结果都应当记录并予以保存。即使是失败的行为，可能在另外一种情况下会 发现是有用的，又可以重用。记录、保 存和管理可重用知识是知识流的一个组 成部分。这部分是图 2-8 中下面许多向 右箭头所表示的知识流的记录、保存和 管理。已有知识的另外部分则必须有意 识地去获取，通常称为后设计知识，是 图 2-8 中上面许多向左箭头所表示的知 识流，需要有从采集、传输、分析、到 保存的控制等等的行为，即不仅仅是管 理问题。后设计知识是关于已经投入市场的一代产品在设计后各个阶段的表现，例如在加工 阶段的表现、存储阶段的表现、运输阶段的表现、特别是在用户手里使用的表现、以及报废 后处理中的表现。加工阶段的表现，需要由加工部门提供；存储、运输阶段的表现，需要由 销售部门提供；比较复杂的是使用中的表现，因为产品是在不同用户手中，而用户及其使用 水平和使用条件又是多种多样的。一般情况下，这是时间最长的一个阶段，是产品从合格交 付到损坏报废的生命衰亡全过程的一个阶段，与产品从设计到合格交付阶段不同，这个阶段 恰恰是表现设计竞争力的阶段，关于产品在这个阶段表现的知识对于设计新一代产品非常重 要，因为关系到企业和品牌的信誉， 同时也是对已有知识的检讨。设计 实体要得到关于这方面知识，需要 于产品（全部或抽样）交付用户前 在产品中安置必要的信息采集、处 理、传输设施，让与生命衰亡有关 的信息能够完整、无误、及时传递 到设计实体，并在处理成知识后保 存下来。这种知识获取，并不限于 自己的产品，也包括自己竞争对手 的产品，为的是能够比较。获取后 设计知识是设计实体为设计竞争取 胜所必须要做的工作，但是有时却被认为不是设计工程师的事。后设计知识不仅可以避免重 复失误，而且常常是产生新设计思想的源泉。 产品再使用过程中得到的知识 使用过程中得到的知识 最终设计 加工过程中得到的知识 概念 产品设计及 加工 销售、使用、 报废后 设计 加工工艺设计 过程 售后服务等 的处理 产品设计文件 产品加工文件 产品使用说明 产品报废处理指导 产品实现过程中 知识的流动 图 2-8、 全生命周期设计对后设计知识的依赖。 设计过程或子过程 第一类流动： 第二类流动 集成知识和产生解决方案 任务或子任务 决策 任务或子任务的解决方案 ： 第三类流动 信息 知识 请求知识服务和 提供知识服务 资源 资源 资源 资源 ： 第四类流动 单元 A 单元 B 单元 i 单元 N 信息 → 知识 信息 信息 信息 信息 : 从其他资源单元取得 信息或知识 图 2-9、 设计过程中的知识流。 由对概念解、或已经形成为比较完整的可能解评估的需要，搜索有关智力资源单元并请 10