公理设计理论简析.doc

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公理设计理论简析

公理化方法是一门科学发展到成熟阶段后，依照其所提供的理论知识，从中抽取出一些基本概念和不加证明的原始命题作为定义、公理，然后运用逻辑规则演绎出若干条定理，构成理论系统。

作为一种有效的思维方法，“公理化”提供了一种对科学问题处理的普遍技巧，乃是一种在科学领域具有普遍意义的研究方法，公理化思想日益成为各门学科研究的指导思想之一⋯。

公理化方法可以揭示一个学科系统或其分支的内在规律性，使其系统化、逻辑化，从而有利于人们的接收和掌握。

在设计领域里建立类似自然科学的严谨公理化体系，为指导设计过程提供科学的理论依据，对现代设计学的发展具有不可低估的理论和现实意义。

许多科学技术领域把它们的进步归功于公理的存在与发展，它们已经历了从基于经验的实践向采用基于公理的科学理论和方法的应用过渡。

在这种意义上，公理设计实际上是追随着科学技术发展的历史趋势。

科学发展史证明科学公理同许多重大科学理论的发现和建立密切相关，鉴于科学公理对科学技术发展的重大作用，Sub教授认为，设计公理的发现将可能导致设计理论与方法的科学化与设计创新，并在20世纪70年代末提出公理设计概念，他们首先形成12条设计假定，后来经过不断实践和研究，最后归结为2条设计公理，并出版了介绍这些公理及相应理论产生过程的专著——《设计原理》，在工程设计领域引起了广泛关注。

公理设计虽然是在1978年提出的一种产品开发、设计方法，但是到20世纪90年代这种方法才日益受到重视。

公理设计理论通过对大量成功设计实例进行分析归纳，抽象出设计过程本质。

它包含的主要概念：

域、层次结构、映射和两条设计公理及若干条定理和推论口1。

该理论认为设计是一个自顶向下的过程，可以从设计抽象概念的高层次到详细细节的低层次逐步展开，并在各个域中曲折进行设计问题的求解。

它通过之字型展开和映射矩阵的构建，可大大减少方案搜索的随机性，缩短设计中的迭代过程，减弱设计过程之间的耦合，提高设计过程并行度，使设计更具创新性。

域是公理设计中最基本和最重要的概念，贯穿于整个设计过程。

公理设计理论认为，设计问题由4个域组成，分别为：

用户域、功能域、结构域和过程域。

产品的没汁过强实际上就是4个域之间的映射过程。

4个域之间可以建立3种映射关系，建立用户域和功能域之间映射关系的过程相应于产品定义阶段；建立功能域和结构域之间映射的过程相应于产品设计阶段；建立结构域和过程域之间映射关系的过程相应于过程设计阶段。

层级指的是公理设计中某个域的层次结构树，层级的概念表示r在每一个域中自顶向下的层次结构。

公理设计的整个过程就是从功能域到结构域，结构域再到过程域之间的映射、分解过程。

层级展开需要相邻域之间自顶向下地进行“之”字形映射，充分考虑两者之间的相互关系，域问的层级展开具有相互依赖性。

独立公理的基本内涵是保持功能要求之间的独立性。

独立公理表明：

对于一个可接受的设计，在功能要求与设计参数之间的映射是这样的一种关系，即每个n能独立地得到满足而不影响其他的氏。

根据独立公理，各功能要求之间应是相互独立的。

信息公理的基本内涵是在所有满足独立公理的有效解中，最好的设计方案应使所包含的信息为最少。

公理设计的第一步是市场调研，以明确客户的个性化和多样化需求．在机械产品的创新设计过程中，企业针对其产品设计要求拟定一份调查表，通过多种渠道和方式传递给用户，适时记录和统计客户的反馈意见和建议，根据这些信息制定一份市场需求说明书，从而确定用户域的需求元素CA；根据需求说明书分析客户需求，进一步阐明设计任务、产品应具有的各项功能，确定产品的总功能要求FR，形成功能域；在此基础上进行产品结构设计、工艺设计等．分析设计任务时，对新产品设计而言，是分析其主要功能；而对老产品的改进设计，是先找出需改进产品存在且急待解决的问题，利用公理设计理论分析其缺点要素，找出导致产品不完善的原因并采取相应措施加以改进。

以减速器为例，对减速器的功能和设计参数分析完成后，进一步分析其设计分解结果，以确定现有的减速器结构是否满足公理设计的要求．应用公理设计方法评价已有产品的设计合理性，首先应用公理设计的设计框架，对设计产品进行产品功能结构分析，在此基础上，确定产品要满足客户需求所必须具备的产品结构组成．对于已有产品，根据产品分解结构树，设计者要将设计分解得到的叶设计参数和已有产品的各个组成部分联系在一起，判断产品的组成部件是否和各个叶设计参数一一对应，将产品的组成部件添加到设计的框架中，再根据每一级设计矩阵进行设计合理性分析。