設(shè)計(jì)的約束屬性及其評(píng)價(jià)

李 航 高志棠

（沈陽機(jī)床成套設(shè)備有限責(zé)任公司，遼寧沈陽 110142）

產(chǎn)品:指作為單獨(dú)研究和分別試驗(yàn)對(duì)象的任何元件、設(shè)備或系統(tǒng)，可以是零件、部件，也可以是由它們裝配而成的機(jī)器，或由許多機(jī)器組成的機(jī)組和成套設(shè)備。

工業(yè)產(chǎn)品:工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)所創(chuàng)造的、符合于原定生產(chǎn)目的和用途的直接生產(chǎn)成果，指通過工業(yè)制造方法生產(chǎn)的產(chǎn)品。

工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其制造對(duì)人類生活的各個(gè)方面形成了巨大的推動(dòng)作用，其影響的范圍之廣是空前的，不僅是在傳統(tǒng)的工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，而且在交通、航空航天、軍事、家電等領(lǐng)域進(jìn)一步得到十足的發(fā)展。有鑒于此，產(chǎn)品的規(guī)范設(shè)計(jì)要求人們更加注重環(huán)保，走可持續(xù)發(fā)展的道路。因此，設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)再一次扮演著至關(guān)重要的角色，評(píng)價(jià)的因素正是這些起約束作用的特征屬性。

1 設(shè)計(jì)的約束屬性

一項(xiàng)工業(yè)產(chǎn)品（或工業(yè)工程）的設(shè)計(jì)包含著前提集、規(guī)則集、結(jié)果集。前提集作為設(shè)計(jì)輸入條件又分為強(qiáng)制性和非強(qiáng)制性兩類。而規(guī)則集恰恰與設(shè)計(jì)的約束屬性密切相關(guān)。由于為滿足約束屬性的要求，需要一定的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與之相適應(yīng)。設(shè)計(jì)工作就是要求設(shè)計(jì)者的主觀意愿與強(qiáng)制性和非強(qiáng)制性輸入條件相協(xié)調(diào)。設(shè)計(jì)工作是通過約束屬性的檢驗(yàn)，得出符合規(guī)則的結(jié)果集——即工業(yè)產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)到實(shí)用設(shè)計(jì)的過程。無論采取何種設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)的約束屬性都應(yīng)貫穿始終，這里指設(shè)計(jì)的約束屬性具有普適性。

設(shè)計(jì)的約束屬性有時(shí)候也稱為設(shè)計(jì)原則，它是以每種約束屬性所表征的特征屬性對(duì)設(shè)計(jì)要素進(jìn)行約束，最終形成綜合的設(shè)計(jì)約束條件，使設(shè)計(jì)達(dá)到最佳效果。也就是說，設(shè)計(jì)不是隨隨便便做出的決定，它是技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境、人文等因素綜合的結(jié)果，要求科學(xué)性貫穿始終。每種約束屬性只反映設(shè)計(jì)的一個(gè)側(cè)面，只有綜合約束才能最終做出科學(xué)的判斷。設(shè)計(jì)原則的發(fā)展也隨人類進(jìn)步而提高。過去以滿足物的使用為原則，后來又提出了以人為本的原則，今天，又提出了以環(huán)境為本的原則。所以，設(shè)計(jì)的約束屬性有協(xié)調(diào)性和適應(yīng)性的要求。

關(guān)于設(shè)計(jì)的約束屬性概略地包括:功能性、實(shí)用性、宜人性、維護(hù)性、選擇性、經(jīng)濟(jì)性、工藝性、可行性、合理性、安全性、可靠性、緊湊性、簡潔性、準(zhǔn)確性、完備性、科學(xué)性、先進(jìn)性、時(shí)代性、持久性、適應(yīng)性、協(xié)調(diào)性、合法性等。以下給出這些約束屬性的定義，以便使設(shè)計(jì)者體會(huì)設(shè)計(jì)的不同側(cè)面反映的約束屬性的內(nèi)涵。

功能性:工業(yè)產(chǎn)品的功能性是產(chǎn)品使用應(yīng)具有的最基本的本征屬性;

實(shí)用性:工業(yè)產(chǎn)品在使用方面表現(xiàn)的最實(shí)在的屬性;

宜人性:工業(yè)產(chǎn)品對(duì)使用者而言符合人－機(jī)工程關(guān)系要求的屬性;

維護(hù)性:工業(yè)產(chǎn)品在使用的有效壽命過程中的可維護(hù)的屬性;

選擇性:工業(yè)產(chǎn)品使用的多樣比較可選屬性;

經(jīng)濟(jì)性:工業(yè)產(chǎn)品制造和使用時(shí)消耗成本代價(jià)的屬性;

工藝性:工業(yè)產(chǎn)品制造方法的應(yīng)用屬性;

可行性:工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、使用等一系列工作可開展的屬性;

合理性:工業(yè)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造、使用過程中是否符合情理的屬性;

安全性:工業(yè)產(chǎn)品在使用過程中對(duì)人、機(jī)、環(huán)境是否構(gòu)成傷害、損害的屬性;

可靠性:工業(yè)產(chǎn)品使用過程中在有效壽命期內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行的屬性，可靠性的經(jīng)典定義是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力;

緊湊性:工業(yè)產(chǎn)品在總體尺度及局部尺度上要求最小的屬性;

簡潔性:工業(yè)產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)原理上要求功能系統(tǒng)構(gòu)成最少的屬性;

準(zhǔn)確性:工業(yè)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造、使用過程中符合預(yù)期目標(biāo)的屬性;

完備性:工業(yè)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造、使用過程中是否存在缺陷的屬性;

科學(xué)性:工業(yè)產(chǎn)品在功能、原理、結(jié)構(gòu)、性能等方面是否符合科學(xué)理論的屬性;

先進(jìn)性:工業(yè)產(chǎn)品在同時(shí)期、同類、同行業(yè)的發(fā)展水平中所處地位的屬性;

時(shí)代性:工業(yè)產(chǎn)品具有體現(xiàn)科學(xué)技術(shù)的時(shí)代特征的屬性;

持久性:工業(yè)產(chǎn)品在使用過程中的耐用屬性;

適應(yīng)性:工業(yè)產(chǎn)品在季節(jié)性、區(qū)域性方面與使用環(huán)境相符合的屬性;

協(xié)調(diào)性:工業(yè)產(chǎn)品本身各部分之間及對(duì)環(huán)境的影響屬性;

合法性:工業(yè)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造、使用過程中是否符合法律規(guī)范的屬性。

首先要使大家明白一個(gè)問題，設(shè)計(jì)的約束屬性不會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)者的靈感發(fā)揮和創(chuàng)造精神形成束縛，而只是對(duì)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行規(guī)范和約束。

下面以數(shù)控車床為例，簡略說明某幾個(gè)約束屬性在機(jī)床設(shè)計(jì)中的體現(xiàn)。一般數(shù)控機(jī)床由床身、主軸箱、尾臺(tái)、滑鞍、刀架以及傳動(dòng)系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等部件構(gòu)成。如床身為整體鑄鐵結(jié)構(gòu)，與水平面成45°，考慮了排屑和操作的方便性以及結(jié)構(gòu)的緊湊性，另外，在床身零件的質(zhì)量上也考慮了重力影響的穩(wěn)定性;在電控箱上空調(diào)機(jī)的應(yīng)用以及在液壓工作站上散熱器的應(yīng)用體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的科學(xué)性、可靠性及合理性;在切削區(qū)上集霧器的應(yīng)用體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的宜人性和對(duì)環(huán)保的協(xié)調(diào)性;對(duì)各個(gè)運(yùn)動(dòng)部位的強(qiáng)制潤滑應(yīng)用確保了機(jī)床工作的可靠性以及持久性;對(duì)機(jī)床的完全防護(hù)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的安全性等等。

設(shè)計(jì)的動(dòng)因來自社會(huì)物質(zhì)文化生活的需要，創(chuàng)造活動(dòng)就是為了滿足這種需要而有秩序地開展的。為了判斷設(shè)計(jì)是否合乎約束屬性的要求，客觀上需要進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)這個(gè)過程。也就是說，最終究竟誰說了算、憑什么說了算?

為了符合約束屬性要求，就要考慮強(qiáng)度、剛度、精度等的影響因素。

2 設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)

設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)是指在設(shè)計(jì)過程中，對(duì)解決設(shè)計(jì)問題的方案進(jìn)行比較、評(píng)定，由此確定各方案的價(jià)值，判斷其優(yōu)劣，以便篩選出最佳設(shè)計(jì)方案的過程。按評(píng)價(jià)的性質(zhì)區(qū)分，有定性評(píng)價(jià)和定量評(píng)價(jià)兩種。設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)也是一種科學(xué)決策的過程，科學(xué)的設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)可以避免行政干預(yù)帶來的麻煩，同時(shí)，對(duì)工作進(jìn)度和設(shè)計(jì)質(zhì)量進(jìn)行過程控制。圖1反映了設(shè)計(jì)的多方面多角度評(píng)價(jià)關(guān)系。由此看出:設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)主要由使用性、技術(shù)性、社會(huì)性和創(chuàng)新性4方面構(gòu)成。與其相關(guān)的約束屬性也對(duì)應(yīng)地分為4類。

2．1 評(píng)價(jià)方法—語意區(qū)分評(píng)價(jià)法

設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的方法多種多樣（如表1），這里介紹一種語意區(qū)分評(píng)價(jià)法。語意區(qū)分評(píng)價(jià)法主要用于非定量評(píng)價(jià)。應(yīng)用時(shí)首先要確定評(píng)價(jià)問題的評(píng)價(jià)項(xiàng)目（評(píng)價(jià)目標(biāo)）;其次要選擇評(píng)價(jià)尺度、常用名義尺度（標(biāo)稱尺度）、順序尺度、等距尺度和比例尺度等;最后擬出對(duì)比形容詞進(jìn)行評(píng)判。

若在語意上以軟－硬，冷（酷）－溫（暖）作為兩對(duì)對(duì)比形容詞，則可將有關(guān)的符號(hào)語言概括為4類，如圖2。圖3是所提供的范圍較廣的評(píng)價(jià)語匯，供參考。

表1 評(píng)價(jià)方法的比較

2．2 評(píng)價(jià)原則

評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)遵循優(yōu)勝劣汰、綜合平衡、切合實(shí)際的原則，通過對(duì)約束屬性的綜合評(píng)價(jià)來做出最終選擇。評(píng)價(jià)是嚴(yán)謹(jǐn)慎重的技術(shù)操作過程，科學(xué)性應(yīng)貫穿始終，應(yīng)當(dāng)排除權(quán)威性及行政性的干預(yù)。

2．3 評(píng)價(jià)目標(biāo)

按照約束屬性的要求，擬定總目標(biāo)，再進(jìn)一步逐項(xiàng)列出各要素的目標(biāo)問題。

2．4 評(píng)價(jià)程序

評(píng)價(jià)程序一般可按下列的框圖序列操作（見圖4），通過科學(xué)的評(píng)價(jià)過程，最終形成書面的評(píng)價(jià)結(jié)論，作為最終設(shè)計(jì)的指導(dǎo)文件以及留作備案。

3 約束屬性在工業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)用中的體現(xiàn)

隨著工業(yè)設(shè)計(jì)歷史的發(fā)展，設(shè)計(jì)的約束屬性及設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)也在不斷地完善和改進(jìn)，設(shè)計(jì)理念也隨之發(fā)生轉(zhuǎn)變，人們從早期的樸素型、粗獷型設(shè)計(jì)制造向逐步完善的精益制造和綠色制造以及智能制造方面邁進(jìn)，以滿足當(dāng)今社會(huì)對(duì)工業(yè)產(chǎn)品的需求，并且取得了一定的實(shí)際效果。例如起初機(jī)床的設(shè)計(jì)只注重功能性和實(shí)用性，嚴(yán)重地忽視了機(jī)床的安全性和宜人性以及對(duì)環(huán)境的協(xié)調(diào)性，而如今對(duì)光幕、聯(lián)鎖保護(hù)開關(guān)、吸音板、散熱器、集霧器等的應(yīng)用設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn)了以人和環(huán)境為本的設(shè)計(jì)理念，同時(shí)也減少了對(duì)環(huán)境的污染。

現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)朝著使產(chǎn)品向高速、高精、高效、復(fù)合、柔性、尖端、智能、環(huán)保幾個(gè)方面發(fā)展。因而，引發(fā)出一些新的設(shè)計(jì)、制造觀念。如:為了提高產(chǎn)品的性能，簡化傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了直接傳動(dòng)的觀念，從而研發(fā)直接傳動(dòng)技術(shù)，使直接傳動(dòng)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，并快速投入應(yīng)用;為獲得良好的動(dòng)態(tài)性能，利用重心驅(qū)動(dòng)原理進(jìn)行結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)，從而擴(kuò)大了機(jī)床的工藝范圍;為了提高零件的加工精度，引發(fā)出工藝集成化的觀念，設(shè)計(jì)制造出了各種復(fù)合加工中心機(jī);為了有效利用資源，提高產(chǎn)品的可靠性和壽命，產(chǎn)生了精細(xì)化設(shè)計(jì)與制造觀念;為了提高生產(chǎn)率，擴(kuò)大工藝范圍，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，產(chǎn)生了生產(chǎn)組織集成化的觀念，從而促成了FMS柔性制造系統(tǒng)的應(yīng)用;為了與環(huán)境和諧共處，引發(fā)出環(huán)境保護(hù)觀念，使環(huán)保設(shè)施應(yīng)用到機(jī)床上等等。以上提出的種種新觀念以及新產(chǎn)品的應(yīng)用，正是由于設(shè)計(jì)約束屬性及其評(píng)價(jià)的不斷更新產(chǎn)生的，結(jié)果充分地證明了設(shè)計(jì)的約束屬性不會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)者的靈感發(fā)揮和創(chuàng)造精神形成束縛，只是對(duì)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行規(guī)范和約束，有了這種規(guī)范和約束及設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)，才能為人們創(chuàng)造出更符合時(shí)代要求的產(chǎn)品。

4 結(jié)語

新中國建國以來，最具典型的三門峽水利工程是以梁思成一人反對(duì)，其他與會(huì)者一致通過而建成的，雖然在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮過一定的作用，但在今天看來，它并不是一個(gè)成功的工程，它的失敗就在于不能像小浪底水利工程那樣有效地調(diào)控黃河泥沙。這就是不尊重科學(xué)的典型一例，教訓(xùn)是十分深刻的。本文的初衷就是要求設(shè)計(jì)尊重科學(xué)，真正按規(guī)律辦事。

［1］簡召全．工業(yè)設(shè)計(jì)方法學(xué)［M］．北京:北京理工大學(xué)出版社，2000．