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设计的目的是为满足一定的功能需求。完成某个特定功能或职能的各个事物的集合，简称为技术系统。技术系统一般包括以下四个组成部分：系统单元、系统结构、边界条件、输入和输出的要素。
系统单元是完成某种功能而无需进一步划分的单元，即系统相互联系和作用的基本组成要素。
系统结构反映着系统内部各个单元之间的关系，即相互联系和作用的连接形式。系统只有通过结构才能实现其总功能。然而，不同的结构既可完成不同的功能，也可完成相同的功能。
边界条件是系统与外部环境的作用界面，通过这种界面可以明确分析设计对象的范围。但是，界面又是相对的，可以因分析研究的具体要求不同而异。确定边界的主要依据是：在所研究的具体条件下，当该单元发生变化时，看是否对系统功能产生决定性影响，看是否应当把某个或某些单元包括在系统的内部。例如，在研究一项工作时，时间、地点、资源条件、人员的工作能力等是系统内部的组成单元；但当考核个人的工作能力时，学历、经验、技术水平等才是系统内部的组成单元，而上述的时间、地点、资源条件等因素则成为外部的环境要素。同时，根据与环境有无一定的联系，系统又可分为封闭的和开放的。封闭系统与环境无联系，开放系统受环境的影响。
系统的行为通常表现为它与其外部环境的相互联系和作用，可以用该系统的输入和输出来表征。
我们分析的都是工程技术系统。一般地说，它的处理对象是能量、物料、信息等。所以，可以用图2-1来表达工程技术系统的示意图。
图2-1 工程技术系统
技术系统可以视为三种流的处理系统，即能量流、物料流和信息流。主要传递信号流的技术系统称为仪器，主要传递能量流与物料流的技术系统称为机器。机器又分为机械和器械，其中机械以能量流和能量变换为主，如电动机、汽轮机；器械以物料流和物料变换为主，如加工中心、管道运输系统等。
作为输入的能量流，可以是机械能、热能、电能、化学能、光能、核能等能量流，也可以是它的某一具体分量，如力流、转矩流、电流等。例如，作为一个技术系统，内燃机的功能是将输入燃料的化学能流转换为机械能流，核电站的功能是将核能流转换为电能流。
作为输入的物质流，可以是气体、液体或各种形式的固体，如毛坯、原材料、半成品零件、部件、成品等，也可能是粉末、磨屑、泥沙之类的待处理物。机械技术系统将对它们实行结合、分离、移动、气相转液相之类相的变化，以及各相之间的混合等转化。如机床实现多余物料从工件上分离，输送带实现物料的搬运等。
作为输入的信息流，可以是各种测量值、输入指令、数据、图像等；信息的载体可以是机械量、电量、化学量等；信息的形式可以是模拟量，也可以是数字量。技术系统将对信息流进行加工、处理或转换。如凸轮机械具有将转动量信息转化为直线运动量信息的功能，计算机能作数据处理，A/D转换器能将模拟量信息转换为数字量信息，数字式电视机能将接收到的数字信息转化为图像信息。
对于一个技术系统有时三流并存，如现代的加工中心和自动生产线，有时只存在能量流与信息流，如电视机。系统在完成功能的过程中，外界将向它输入各种制约和干扰，同时系统也将对外界输出干扰和影响，如振动、噪声、化学排放、热量、废弃物等。
确定技术系统的主要方法包括信息集约、调研预测、可行性分析等。
信息集约旨在对产品相关信息进行搜集整理、分析加工，一般应由企业各部门共同完成，各部门分工如下：
1）情报部门负责产品的技术资料及发展趋势、专利情报、行业技术经济情报等。
2）开发部门负责产品性能试验，新材料、新工艺、新技术，产品性能、规格、造型，各种标准法规、设计方法等。
3）制造部门负责提供生产能力、制造工艺设备、工时及其他相关技术数据等信息。
4）营销部门负责国家产业政策、产品寿命周期分析，市场调查，需求预测，经营销售分析，材料和外购件价格与供应情况，质量与供货能力，老产品用户意见分析，事故与维修情况分析。
5）公关部门负责产品和企业的社会形象，与同行的竞争与联合情况分析等。
6）社会部门负责产品与环境污染、节能、资源、动力供应等的关系，产品进入社会和退出社会、报废、升级换代等的效应分析等。
调研预测一般从市场、技术、社会环境及企业环境4个方面进行。
1）市场调研的内容，包括：
①用户对象，如市场、用户分类、购买力、采购特点等。
②用户需求，如品种规格、数量、质量、价格、交货期、心理与生理特点等。
③产品的市场位置，如质量、品种、规格统计对比，新老产品情况，市场满足率，产品寿命周期等。
④同行状况，如竞争对手分析、销售情况与方法、市场占有率等。
⑤外购件供应，如原材料、元器件供应质量、价格、期限等。
2）技术调研的内容，包括：
①现有产品的水平、特点、系列、结构、造型、使用情况、存在问题和解决方案等。
②有关的新材料、新工艺、新技术的发展水平、动态与趋势。
③适用的相关科技成果。
④标准、法规、专利、情报。
3）社会环境调研的内容，包括：
①国家的计划与政策。
②产品使用环境。
③用户的社会心理与需求。
4）企业环境调研的内容，包括：
①开发能力，如各级管理人员的素质与管理方法，已开发产品的水平与经验教训，技术人员的开发能力，开发的组织管理方法与经验教训，掌握情报资料的能力和手段，情报、试验、研究、设计人员的素质与质量。
②生产能力，如制造工艺水平与经验，动力、设备能力、生产协作能力。
③供应能力，如开辟资源与供货条件的能力，选择材料、外购件和协作单位的能力，信息收集能力，存储与运输手段。
④营销能力，如宣传和开辟市场的能力与经验，联系与服务用户的能力，信息收集能力，存储与运输能力。
可行性分析从20世纪30年代起开始用于美国，现在已发展为一整套系统的科学方法，它包括：
（1）技术分析 技术方案中的创新点和难点以及解决它们的方法和技术路线等分析。
（2）经济分析 成本和性能价格比分析，即如何以最少的人力、物力获得最佳的功能和经济效果的价值优化分析。
（3）社会分析 随着生产的发展和工程项目的综合化、大型化，它们和社会的关系也日益密切。例如，美国在1963年作为国家计划曾决定开发速度为声速三倍的超音速客机。经分析，技术上可行，期望销售500架，其经济效益也很好。但问题是对社会和环境因素分析不足。因为这种超音速飞机高速飞行时，每小时消耗燃料17.18t，燃烧产生的氢氧化合物会在地面上造成对人体有害的光化学烟雾，发热能够使局部小气候的温度升高1～2℃，尤其是冲击波带来的噪声使人无法忍受。因此，纽约市议会决定超音速客机不得在距市中心160km以内的地方起落。以速度为生命的客机不能接近城市便失去了高速的优越性。所以，1973年3月，美国政府不得不做出决定，停止开发此种超音速飞机。
通过技术、经济和社会各方面条件的详细分析和对开发可能性的综合研究，最后应提出产品开发的可行性报告。可行性报告的大致内容有：
1）产品开发的必要性，市场调查和预测情况。
2）有关产品的国内外水平、发展趋势。
3）从技术上预期能达到的水平，经济效益、社会效益的分析。
4）在设计、工艺等方面需要解决的关键问题。
5）投资费用及时间进度计划。
6）现有条件下开发的可能性及准备采取的措施。
功能是对于某一产品的特定工作能力的抽象化描述。每一件产品均具有不同的功能，对于工业产品，使用者购买的主要是实用功能。当人们把机械、设备、仪器看作是一个系统时，功能就是一个技术系统在以实现某种任务为目标时，其输入输出量之间的关系。输入和输出可以抽象为能量、物质和信息三要素。实现预定的能量、物质和信息的转换就体现了机械系统的功能。
机械产品如同人的身体结构。人有头部、胸、腹、四肢等肢体部位，机器有齿轮、轴、连杆、螺钉、机架等组合构件；人有消化、呼吸、血液循环等功能件，机器有动力、传动、执行、控制等功能。机械设计的常规设计是从构件开始，而功能分析是从功能思考开始，不受现有结构的束缚，以便形成新的设计构思，提出创造性方案。
确定总功能，将总功能分解为分功能，并用功能结构来表达分功能之间的相互关系，这一过程称为功能分析。功能分析过程是设计人员初步酝酿功能设计原理设计方案的过程。图2-2描述了利用功能分析法设计原理方案的步骤。
图2-2 原理方案设计
1.总功能分析
一种产品中必然有一种转换是该产品主要使用目的所直接要求的，它就构成了该产品的主要功能，简称主功能。为实现产品主功能服务的、由产品主功能决定的一种手段功能称辅助功能。主功能和辅助功能合称为总功能。
在没有获得具体功能解之前，系统只能用一个抽象的“黑箱”来描述一个不知道具体解的技术系统，可参见图2-1。
图2-1中方框内部为待设计的技术系统，方框即为系统边界，通过系统的输入和输出使系统和环境连接起来。对系统总功能的分析，即是通过研究输入、输出之间的变化，对系统的功能作出准确的描述和定义，从而确定实现系统功能的原理方案。
2.总功能分解
一般可按系统分解的原则进行功能分解与功能定义，并通过较简单的功能元去求解。
例如，挖掘机的总功能是取运物料，可分解为一级分功能取物料与运物料，二级分功能在最末端，为功能元，功能元能直接求解。功能分解可用树状的功能关系图（功能树）表达，如图2-3所示。
图2-3 挖掘机的总功能分解
3.功能元求解
利用各种创造性方法开阔思路以寻解法，或利用解法目录对功能元进行求解。所谓解法目录，是把功能原理和结构综合在一起的一种表格或分类资料。建立各种类型功能元的解法目录不仅便于设计人员作参考，而且也有利于存入计算机进行计算机辅助设计。下面介绍几种方法：
（1）直觉法 直觉法是设计师凭借个人的智慧、经验和创造能力，充分调动设计师的灵感思维，来寻求各种分功能的原理解。
直觉思维是人对设计问题的一种自我判断，往往是非逻辑的、快速的直接抓住问题的实质，但它又不是神秘或无中生有的，而是设计者长期思考而突然获得解决的一种认识上的飞跃。日本富士通用电气公司的职工小野，一次雨后散步，在路旁发现一张湿淋淋的展开的卫生纸，由此激发了他的灵感：晴天时，废纸是一团团的，而被雨水淋湿后，都自动伸展开来。后来，他利用“废纸干湿卷伸原理”，研制成功了“纸型自动控制器”，获得一项日本专利。
（2）调查分析法 设计师要了解当前国内外技术发展状况，大量查阅文献资料和专业书刊、专利资料、学术报告、研究论文等，掌握多种专业门类的最新研究成果。这是解决设计问题的重要源泉。
我们的知识来源于大自然，设计师有意识地研究大自然的形状、结构变化过程，对动植物生态特点深入研究，必将得到更多的启示，诱发出更多新的、可应用的功能解，或技术方案。通过对生物学和工程技术方面的关系的研究，开辟了仿生学或生物工程学科。利用自然现象来解决工程技术问题。例如，机器人的出现就是模仿人的听觉、视觉和部分思维及动作而产生的。
调查分析同类机电产品对其进行功能和结构分析，研究哪些是先进可靠的，哪些是陈旧落后的、需要更新改进的，这都对开发新产品、构思新方案、寻找功能原理解法有益处。
（3）设计目录法 设计目录法是设计工作的一种有效工具，是设计信息的存储器、知识库。它以清晰的表格形式把设计过程中所需的参考解决方案加以分类、排列，供设计者查找和调用。设计目录不同于传统的设计和标准手册，它提供给设计师的不是零件的设计计算方法，而是提供分功能或功能元的原理解，给设计者具体启发，帮助设计者具体构思。
4.求系统原理解
将各功能元解进行组合，就可得到多个系统原理解。
进行功能元解组合的常用方法是形态综合法。它是将系统的功能元列为纵坐标，各功能元的相应解列为横坐标，构成形态学矩阵，见表2-1。从每项功能元中取出一种解进行有机组合，即得到一个系统解。最多可以组合出 N 种方案：
N = n 1 × n 2 ×…× n i × n m
式中 m ——功能元数；
n i ——第 i 个功能元解的个数。
表2-1 系统解的形态学矩阵
例如，运用形态综合法来求解挖掘机设计的原理方案。可列出各功能元及其局部解的形态学矩阵，见表2-2。此系统解的可能方案数为
N =6×5×4×4×3=1440
表2-2 挖掘机的形态学矩阵
5.求最佳系统原理方案
在众多方案中，要寻求出最佳系统原理方案，一般需由粗到细进行方案比较，由定性到定量进行优选。首先进行粗筛选，把与设计要求不符的或各功能元解不相容的方案去除。例如上例挖掘机设计的功能元解的组合，若动力源选电动机，则与液力耦合器、气垫、液压缸传动等功能元解不相容，不能组成可实现的原理方案。定性选取出几个满意的方案后，如 A 1 + B 4 + C 3 + D 2 + E 1 ⇒履带式挖掘机， A 5 + B 5 + C 2 + D 4 + E 2 ⇒液压轮胎式挖掘机。采用科学的评价方法进行定量评价，从中选出符合设计要求的最佳原理方案。