(1)设计系统 设计系统是一种信息处理系统。一个系统都可分为全系统、外部系统和内部系统。外部系统是指对内部系统的输入,包括对它的要求(如功能、性能、经费、工期、尺寸等)和约束条件(如环境、材料、资金、信息、技术、法律法规等)。而内部系统对外部系统的输出,则是指在系统内完成后,社会所受到的变化,包括从系统得到的利益和受到的损害,对其他系统的影响,以及所波及的效果。系统工程的特征之一,就是从全系统着眼考虑问题。从全系统出发,决定对内部系统的要求,称为外部设计。完成这个设计之后,才开始着手内部系统的设计。外部设计是系统工程所特有的。例如:汽车设计的内部系统就是汽车本身;外部系统则包括其他汽车、道路、交通管理机构、环境、城市、人、社会等。内部设计则是设计者运用一定的知识和方法通过计算机、试验设备等工具进行设计。随后输出的表现形式是方案、图样、程序、文件等设计结果。设计系统是由时间维、逻辑维、方法维组成的三维系统(图3-17)。传统的设计以改善零部件性能为重点,而对装配技术问题不太重视,缺少综合化的概念。而用系统化的方法则可以达到在没有任何新研制的零件的情况下,通过合理的组合和装配技术,就可能创造出崭新的产品来,例如宇宙飞船。应当指出,随着系统越大越复杂,系统设计的效果越显著。
(2)产品系统分析与综合 系统的分析与综合是系统设计的基本方法。图3-18列示了产品系统分析和综合的基本过程。把设计对象及有关问题看做系统,对这些系统的构成元素的连接关系进行认识和解析,在此基础上进行设计构思,经过反复分析、综合和评价,直至得到满意的结果。系统分析是为使产品设计问题的构成要素能够清晰地展现,而对系统的结构和层次关系进行分解,从而明确系统的特点,取得必要的设计信息和线索。系统分析是解决问题的第一步,其目的是明确任务的本质要求。系统综合是在一定条件下对未知系统寻求解法的创造性过程。根据系统分析的结果,经过评价、整理、改善后,决定事物的构成和特点,确定设计对象的基本方面。在此基础上,应发挥创造性思维设想尽可能多的综合方案,再根据一定的规则进行评价,筛选出最佳的综合方案。
(3)功能结构分析法 系统的各要素之间存在特定的关系,形成一定的结构。结构是系统中各种联系和关系的总和。系统的结构使其成为具有特定功能的整体,功能是系统内部关系和外部关系所表现出来的特性和能力。系统功能是一种整体属性。而功能又要以结构为载体,要根据功能目的来选择和确定结构。从这个意义上说,结构决定了功能。为实现某种功能,可以找到多种技术方法和结构,这就使设计有了优化的可能。图3-19列出了功能结构分析的步骤和方法。
图3-18 产品系统分析和综合的基本过程
图3-19 功能结构分析的步骤和方法(www.xing528.com)
【案例3-6】仍以汽车设计为例说明系统设计的应用
在今天,设计汽车则必须充分考虑到外部系统,首先要明确外部对功能要求的影响(如运载能力、运动性能、停放条件和要求、城市用和农村用的差异等)和约束条件(如车的总量控制、道路、住宅、国民收入、工业发展水平、法规和政策,如节能、环保等)。
汽车本身内部设计,与以往没有什么本质的区别(其构成不外乎发动机、底盘、车身等),只不过发动机要考虑采用新能源(如电动、混合动力等)。但是,随着汽车性能的改善,其应用范围会逐步扩大,如车速和运载能力高的货柜车,越来越显示出在物流中的作用;越野性提高使其更适合娱乐活动(野营、竞赛、驾驶等)并诞生了一些新的生活形态(房车、汽车剧场、自动商店)。此外,还要研究城市交通系统,包括车、道路、信号,上下班的人数、距离、时间范围、职工住宅、交通管理机构等。
内、外部设计之间,有着密切的关联,例如快速公交系统的建立,不是有专用车道就可以实现的,还需要车辆与交通信号灯之间的感应,及红绿灯时间间隔的调整加以配合。
系统设计与零部件设计基本上没有本质的区别,但在具体设计时,由于对象复杂会引起各种难题。其原因有三:一是系统由非常多的零件组成,并且具有复杂的结构;二是影响面大,目标和评价也是多方面的;三是在诸要素中往往包含人的因素和对社会的影响。因此,使系统变得相当复杂。为了便于研究,需要对系统模型化。系统模型化是系统在理论时的表示。作为整体系统模型化相当困难,于是将其简化、分解为若干分系统、子系统来加以模型化。对于汽车本身来说,其发动机就可分为动力源(燃油、电动)系统、点火系统、机械系统(缸体、缸盖、曲轴连杆机构等);底盘则有传动系统、制动系统、转向系统、悬架系统、车架系统等。
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