計算機輔助機械產(chǎn)品設(shè)計0901-2.4

1、2.3 機械產(chǎn)品在其形成過程中的表征概要本概要的中心是闡述機械產(chǎn)品的心理、自然與電腦表征，產(chǎn)品特征的認知與處理即思維過程。本節(jié)還是想應(yīng)用基于思維科學(xué)和信息科學(xué)的觀點來談?wù)摍C械設(shè)計問題。就思維對象、信息處理對象等來論及機械產(chǎn)品。就思維過程和信息處理過程來探討機械產(chǎn)品的形成過程（設(shè)計過程）。這樣，機械產(chǎn)品的表征就成為一個關(guān)鍵問題，而表征與思維連續(xù)過程的斷面選取有關(guān)，處理與信息表征的形式有關(guān)。機械產(chǎn)品及形成過程的表征分為兩個部分，一個是機械產(chǎn)品的表征，一個是形成過程的表征。產(chǎn)品的表征涉及到信息載體、工具、特點等。過程的表征涉及到信息加工、傳遞、變換、表達、反饋、理解、評價、協(xié)調(diào)、信息載體與工具的選擇

2、等等?；\統(tǒng)地說來，產(chǎn)品的表征可以有大腦的心理表征、腦外自然的物質(zhì)實體、筆墨紙硯、模型與電腦的虛擬等。當(dāng)然，還與產(chǎn)品各個階段的形態(tài)有關(guān)（參見圖2-5）。過程的表征主要是處理方法與技術(shù)問題。之所以稱為過程，是由于有一系列的行為和連續(xù)不斷的操作。這些操作要依據(jù)信息的特點、載體特點、處理工具的特點、處理目的性等進行變化。多樣性與創(chuàng)新就發(fā)生在這個過程中，發(fā)生在各個環(huán)節(jié)上。由于信息載體、工具、特點的關(guān)系，總會存在各自的優(yōu)點和不足，因此信息互補成為必然，也就是多種信息的交換、多種形式的互換成為必然。這就是設(shè)計的復(fù)雜性問題。在機械產(chǎn)品設(shè)計過程中，需要大量的不同表達方式的信息交換，這便涉及到表達語言，表達方式及

3、其轉(zhuǎn)換等。有必要將這些問題在應(yīng)用計算機運行以前全面的仔細考察，以便能系統(tǒng)的獲得人的行為方式，以尋找計算機最適宜的工作方式。1. 機械產(chǎn)品的表征問題機械產(chǎn)品是人造物，是人類智慧的結(jié)晶，是人們思想意識的物質(zhì)實現(xiàn)，最終表達形式是三維實體而并非語言文字。這是從人們對自然世界的理解與存在形式、處理與表達方式方面指出機械產(chǎn)品的屬性。據(jù)此可以探討機械產(chǎn)品在演變過程中的表征問題，探討機械產(chǎn)品的表達語言、方式與工具（表達對象、目的、內(nèi)容、方法）等。1) 概要 眾所周知，機械產(chǎn)品是由適當(dāng)?shù)牧悴考凑展δ芤髽?gòu)成的三維實體，這個三維實體是圖像或圖形的形式才可以表達的。在機械產(chǎn)品設(shè)計過程中，人們首先是在大腦中對要設(shè)計

4、的產(chǎn)品構(gòu)思成一幅抽象的三維實體，而且這些三維實體是可以運動的，以便人們把握其行為、行為結(jié)果所達到的功能等。要將這些圖像的內(nèi)容進行信息交換、交付給其他人加工制造等，都要應(yīng)用適當(dāng)?shù)姆绞竭M行表述方可實現(xiàn)。而表述方式有口頭的、書面的、文字的、圖形的等。這里先將這些表達形式統(tǒng)稱為語言（或說符號系統(tǒng)）。然而，這種表達不是一開始就可以進行的，需要經(jīng)過一個思考的過程，像圖1-3、圖1-5、圖1-7、圖1-10、圖2-1、圖2-2、圖2-7等所示。在此期間使用的語言形式也是多樣的，它代表了機械產(chǎn)品在不同時期的可理解形態(tài)及其恰當(dāng)?shù)恼Z言表達。2) 自然語言 自然語言是人們最習(xí)以為常的表達思想的工具，這是人的自然天性

5、（大腦構(gòu)造與工作機理）造成的。經(jīng)過生來就有的環(huán)境熏陶、訓(xùn)練、適應(yīng)（雖然是強制性的），人對用自然語言進行理解與表達就形成了一種習(xí)慣定勢。自然語言有漢語、英語、法語、德語、日語等5600多種，最常用的也有100多種。無論應(yīng)用哪種語言，而不用圖形，是無法將機械產(chǎn)品及其設(shè)計過程表達清楚的，需要圖形表征。純粹的圖形也不能將設(shè)計師的意圖表達完全，需要文檔。這里有機械產(chǎn)品設(shè)計及其過程特有的信息交換方式，因此需要將其轉(zhuǎn)換和翻譯。對機械產(chǎn)品的描述純粹使用自然語言往往難以表述清楚的，往往輔以大量的圖形符號、數(shù)學(xué)物理語言、工程語言等，這樣可以使信息交換更充分，更簡潔，效率更高，可解性更好，歧義性更少。因為機械設(shè)計的

6、最終結(jié)果是具有唯一性特點的。大量的涉及計算及其概念的表達是用自然語言的，最終還是要將他們變換成機械產(chǎn)品的零部件參數(shù)特性等，以便構(gòu)成零部件實體。所有這些都會涉及到自然語言及其轉(zhuǎn)換。但是在概念設(shè)計以前的階段，為了能把握產(chǎn)品的本質(zhì)，需要抽象為文字形式的表達，以便進行邏輯思維而把握其實質(zhì)需求。這種應(yīng)用邏輯思維的方式使用言語進行是最合適的。3) 數(shù)學(xué)、物理語言 數(shù)學(xué)物理語言是機械產(chǎn)品設(shè)計過程中參數(shù)表達的基礎(chǔ)語言，是普遍的模型化對象的表述語言。雖然也具有抽象性，但已經(jīng)有了具體的屬性、關(guān)聯(lián)、范圍等限制，比自然語言向具體性的方向進了一步。它主要包括專用術(shù)語、符號、公式、定義、定理等，通常是用自身學(xué)科的可理解性

7、專用語言表達的。如：物理學(xué)中的質(zhì)點、加速度、慣性、彈性、約束、力、點電荷、電阻、電流、電路、光波等。數(shù)學(xué)上的自然數(shù)字、字母、運算符號（±、等）、函數(shù)關(guān)圖2-8 力F 連桿、梁、軸a-b 質(zhì)點m 彈簧k 剛體系、運算法則等。簡約抽象的幾何圖形往往是研究問題本質(zhì)的好工具。用以上的名詞、概念等構(gòu)成的公理、定理、定律等及其數(shù)學(xué)方程都存在著變換問題。參見圖2-8。4) 工程語言 在機械產(chǎn)品設(shè)計及其過程中，機械產(chǎn)品制造用的設(shè)計藍圖是最基本的工程語言。在設(shè)計藍圖上，有大量的專用術(shù)語、符號(粗糙度、配合及精度、加工精度、)等。除此之外，在機械原理、機械零件、機制工藝、金屬材料處理等學(xué)科中，還有大量的

8、專有名詞、術(shù)語、符號等工程語言表示的信息。例如表述機械功能的原理圖、產(chǎn)品加工的技術(shù)要求、設(shè)計說明等，這些也存在著變換問題。參見圖1-3、圖1-8、圖2-5等。5) 計算機語言 在將機械產(chǎn)品設(shè)計及其過程變換為計算機的運行過程時，要將整個過程的各種描述或表達都轉(zhuǎn)換為計算機（高級）語言的描述形式，而在計算機語言的描述形式之前，應(yīng)該用軟件模型及其流程圖從邏輯層次表述清楚，以便提高成功率，減少錯誤。其實，也可以將軟件模型及其流程圖視為一種表述語言。然后再從抽象層次向形象的具體層次圖式表達轉(zhuǎn)換。由于書闡述計算機輔助設(shè)計，因此，詳細地分析在后續(xù)章節(jié)中進行說明。6) 語言的一般形式作為語言，其一般形式是基本符

9、號及其組合，也就是說有詞匯、詞匯的構(gòu)成規(guī)則語法等。自然語言、數(shù)學(xué)物理語言、計算機語言等都有這些特性。可以從這些一般特性來理解機械產(chǎn)品表述語言及其功用。另一方面，在語言表達中，指稱、所指、稱謂等將符號固化下來，并形成習(xí)慣性含義或定義的方式，經(jīng)過了許多年的演化而具有社會性，才會被人們接受、傳承。這些表達形式當(dāng)然與人的理解方式密不可分。7) 圖形語言圖形語言是機械產(chǎn)品設(shè)計的藝術(shù)性特征。圖形語言是符號形式中信息量最大，但自身描述、表達能力最弱的。也就是說，用圖形自身來說明自身是困難的，而自然語言則要方便、強大得多。因此圖形問題主要是生成與變形、變換等方式產(chǎn)生不同的含義來說明問題。這也就造成了極大的多樣

10、性，同時也造成了思維的困難性。況且，圖形一旦被表達出來，通常就具有了確定性，甚至是唯一性。繪畫、雕塑甚至舞蹈等就是例證。越是復(fù)雜的事物、圖形、圖像、情景、環(huán)境等，自然語言描述更顯自然和可理解。但是變換卻要比語言描述來的困難。腦內(nèi)可以快速變換，腦外的輸出由于行為與載體的制約而極大不便。計算機在圖形處理方面已經(jīng)進步很快，但圖形的隨意處理與創(chuàng)新構(gòu)造仍然難以涉及。對于語言、文字與圖形之間的轉(zhuǎn)換仍然困難重重。這就是由語言的抽象性和圖形的具體性這對矛盾所制約的。計算機技術(shù)在參數(shù)化、特征技術(shù)等方面為圖形語言的發(fā)展提供了信息的前景與發(fā)展空間。2. 機械產(chǎn)品設(shè)計過程的表征問題機械產(chǎn)品設(shè)計過程的表達問題，涉及表達

11、的目的性、可理解性、階段性、表達工具與方法等，尤其是表達語言的多樣性、適應(yīng)性、合理性。機械產(chǎn)品作為思維的產(chǎn)物，其思維需要一個過程。該過程是基于思維資源的，由于思維的局限性、表達（形式與符號等）具有多樣性，各種表達需要與其相應(yīng)的處理，從而造成階段性。對于機械產(chǎn)品來說，最終的客觀存在是三維實體，而體現(xiàn)出的內(nèi)在功能實現(xiàn)是通過結(jié)構(gòu)與抽象概念來表達的。因此，思維要有相應(yīng)的表征，而相應(yīng)的表征為對應(yīng)的思維方式打好基礎(chǔ)。形象思維與抽象思維及其轉(zhuǎn)換是必然的、經(jīng)常的。抽象思維處理以邏輯推理為主的設(shè)計問題，形象思維處理以構(gòu)造為主的圖形圖像問題（圖式結(jié)構(gòu)等）。而且這兩種思維是在各個層次與階段同時發(fā)生、交互進行的，是在

12、思維需要的時候瞬間通過所指與關(guān)聯(lián)實現(xiàn)轉(zhuǎn)換的。機械產(chǎn)品設(shè)計過程的最終結(jié)果是三維實體，這個物理實體通常是在人的大腦中形成，經(jīng)過思維過程，最終以制造藍圖的形式表達出來。在將大腦中的圖形與思想變?yōu)檫@個藍圖的過程中，不同階段有不同的表達方式。主要有：自然語言與簡圖，文字與圖形，數(shù)據(jù)及其符號，構(gòu)造原理與零件表達，數(shù)學(xué)物理公式，理論的、試驗的、規(guī)范的圖表與曲線等，而這些表達往往是綜合應(yīng)用的。若用思維關(guān)注點表達，也就是通過橫切、縱切、斜切等方法解決機械產(chǎn)品的信息演變、參數(shù)確定、沖突消解、零部件特性匹配、約束與沖突的前后反饋等。1) 需求分析與表征關(guān)于需求的概念，對于不同的群體會有各自的理解，也就是需求概念的屬

13、性具有多樣性，或說有不同的方面。需求對象現(xiàn)實形式的多樣性，實際上是在浩瀚的信息空間中進行信息識別、提取、歸類、抽象、聚縮、轉(zhuǎn)換、表達等?？梢允褂脭?shù)據(jù)挖掘、統(tǒng)計分析、專項調(diào)查等等方式進行。對信息識別的對象則是客觀世界存在的各種形式，圖像、情景、環(huán)境、語言、文字、數(shù)據(jù)、行業(yè)表征、專業(yè)與非專業(yè)表達等等。這里說的機械產(chǎn)品的需求問題，可以分為市場需求、用戶需求、問題需求、技術(shù)需求、專業(yè)需求、不明確需求等。市場需求是對市場產(chǎn)品及其特點、性能、缺失等等的調(diào)研。問題需求是對產(chǎn)品自身特性的適應(yīng)性、競爭性等問題的調(diào)研。技術(shù)需求是對產(chǎn)品自身特性的優(yōu)化、性能改進等問題的調(diào)研等等。詳細說明可以參見相關(guān)學(xué)科與資料。市場需

14、求被限定在對未知產(chǎn)品、未來產(chǎn)品的探討和預(yù)測方面。因此，需要對客觀世界中存在的、某個領(lǐng)域中的各種機械產(chǎn)品、使用環(huán)境等影像進行收集歸類，需要對與此產(chǎn)品相關(guān)的語言描述、文字表達等形式進行收集歸類，等等。尤其是對非文字語言形式的表達，要轉(zhuǎn)換為文字語言形式的表征，以便進行歸類、抽象、聚類等，從而由屬性的重組而形成新的概念，以便定義市場需求。用戶需求是指有確定的客戶提出的要求，這種要求可以是具體的圖像、圖形、概念、功能、性能、參數(shù)等，也可以是模糊的、信息缺失的或是準確的，也可以是產(chǎn)品的某個屬性或說某個方面。通過再調(diào)研，用圖形、圖像、文字等表征的定義。而這個過程也需要將各種形式的表征都轉(zhuǎn)換、歸類、抽象為語言

15、文字形式，以便可以用大腦理解，集中注意力分辨用戶的最本質(zhì)需求，或說功能、性能的核心。問題需求則指已有產(chǎn)品的個別屬性的新要求。這種需求的提出也可以是某個部件、某個構(gòu)造、某個抽象的性能等。一般說來，需求分析的認知對象的表現(xiàn)形式、存在形式具有多樣性，因此需求分析的核心在于對象識別、對象屬性識別、特征提取、屬性與特征歸類、重構(gòu)等以便生成新的圖形圖像，新的構(gòu)造和概念。在這一方面，計算機的能力缺失較大，最關(guān)鍵的在于計算機對非語言文字信息向語言文字形式的信息表征轉(zhuǎn)換問題。另一方面，在茫茫市場中，識別帶有某個公有屬性的特征也是難點，沒有這種信息挖掘能力與方法，就得不到需求的初級概念。因此有人稱之為某個人的聰明

16、與智慧或說靈性，其實這是長期關(guān)注的結(jié)果。也就是說，大腦中已經(jīng)有了對某個問題的大量信息積累，需要的是整理，或某些信息群之間新的關(guān)聯(lián)，從而構(gòu)成新的結(jié)構(gòu)以表達新意。信息挖掘思想、方法及技術(shù)是大有前途的，原因就在于此。2) 從需求到概念需求得到初步確認后，需要將需求表達的方式轉(zhuǎn)向用機械產(chǎn)品專業(yè)化的表達方法（詞語）描述，功能表達被認為是合適的。功能的獲得是經(jīng)過信息提取、聚縮、概念內(nèi)涵定義，對到底客戶、市場要什么等等問題的理解等來表達的。但功能只是一種期望，是個抽象的思想概念。通過功能表達而轉(zhuǎn)向能實現(xiàn)功能的行為的構(gòu)造，從文字進到圖式表征，邏輯推理的思維過程轉(zhuǎn)向形象思維的圖形構(gòu)造過程，這個過程是由指證與關(guān)聯(lián)

17、完成的。抽象化處理的優(yōu)勢在于簡潔和屬性的一般化，形象思維（圖形輔助）的特點在于構(gòu)造表達問題概念的整體性和形象化，且因為最終的表達要求也就是信息載體要成為三維實體。這個轉(zhuǎn)換過程充滿著可能性。由于是從抽象概念到達行為構(gòu)造，從一般概念到具體化的行為方式，使信息的釋放與擴充，創(chuàng)新便發(fā)生了。也就是說，實現(xiàn)功能的構(gòu)造是多樣的，或說承載功能的構(gòu)造作為抽象概念、對象的實例不是唯一的，機械機構(gòu)的創(chuàng)新性、藝術(shù)性便出現(xiàn)了。有了構(gòu)造，問題遠遠沒有結(jié)束。構(gòu)造能達到所期望功能的接近程度，也就是性能問題還沒解決。性能問題與構(gòu)造的細節(jié)密不可分。除過構(gòu)造的幾何屬性以外，功能的可實現(xiàn)程度與構(gòu)造的行為運行原理、運動過程、動力學(xué)行為

18、等密切相關(guān)。設(shè)計方案的表達通常以表達機械產(chǎn)品的設(shè)計思想為主，因此會使用幾何簡圖表達機械產(chǎn)品的功能原理及其基本結(jié)構(gòu)，附加必要的文字說明。這種表達的精確、信息含量的豐富、人類理解的直接、迅速成為一種自然選擇。在從需求到概念的過程中，大腦不得不應(yīng)用實例（經(jīng)驗中最接近的、成熟的、已被證明是可行的、成功的模式）進行初次分析，以便進行評價，從而最終確定概念產(chǎn)品。如：振動磨機的設(shè)計方案表達。振動磨機是應(yīng)用振動原理實現(xiàn)其磨礦功能的，因此其方案應(yīng)表達出振動原理和粉磨的基本結(jié)構(gòu)，而基本結(jié)構(gòu)主要包含介質(zhì)、磨礦倉、動力系統(tǒng)與支撐。如圖2-9。磨機的工作原理主要是: 工作倉內(nèi)裝有研磨物料的介質(zhì)和被研磨的物料，電機驅(qū)動偏

19、心塊使得工作倉振動，從而迫使倉中的介質(zhì)運動，各介質(zhì)與物料相互碰撞、沖擊、剪切、擠壓、研磨，達到粉磨物料的目的。振幅是由偏心塊的質(zhì)量、工作倉及其運動附件的總質(zhì)量的比值，空氣彈簧的特性及其安裝方式確定的。工作倉的軌跡變化是由傳動軸、滑套及其附件在支架內(nèi)的上下移動調(diào)節(jié)實現(xiàn)的。這樣做的目的是為了適應(yīng)不同工藝要求下的動力學(xué)性能。方案的選擇表現(xiàn)了機器的基本架構(gòu)，而這種架構(gòu)表達出主線（激振軸線）的空間設(shè)置方式造成的破磨方式的變化等。當(dāng)然也可以用斜置等幾何特性變換。圖2-9 振動磨機的設(shè)計方案及表征又如：起重機械的設(shè)計方案表達，如圖2-10。起重機械是應(yīng)用古老的轆轤原理實現(xiàn)其搬移物體的幾何位置變化功能的，其結(jié)

20、構(gòu)會因環(huán)境的變化而改變。因此其方案應(yīng)表達出搬移物體的幾何位置變化的原理和因環(huán)境的變化而造成的基本結(jié)構(gòu)特征，其基本結(jié)構(gòu)主要包含行走方式、力傳遞與支撐。圖2-10 轆轤與電梯 卷揚機 塔式起重機 汽車吊-輪式起重機各類起重機械實例這些方案中表達了卷揚機是最基本的部分，根據(jù)環(huán)境的不同采用固定式（落地式、井架式、塔式等），或移動式（軌輪、輪胎、履帶、船舶等），支撐用箱式結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)、門式結(jié)構(gòu)等，從而造成起重機的用途、名稱、形式的多樣化。3) 從概念到方案表征轉(zhuǎn)換從概念到方案，或說從概念產(chǎn)品到產(chǎn)品方案，設(shè)計者對概念的形成與概念的最終表達是兩個問題。概念的形成是個過程，概念的表達是結(jié)果與手段。顯然，文字

21、表達與圖式表達效果差異很大。文字表達需要聽眾獲得一個還原的情景，這種還原能力與說者的表達能力、聽者的知識儲備量、理解能力等相關(guān)。尤其是說者與聽者對由串行語言文字描述的構(gòu)造問題的重構(gòu)能力。圖式雖然也具有抽象性（簡圖或原理圖等），但可以明確直觀的表達構(gòu)造問題。對抽象化的功能的理解，往往是由構(gòu)造（結(jié)構(gòu)性）形式表征的，由構(gòu)造的行為結(jié)果表明的，而結(jié)構(gòu)問題是用串行的言語文字難以表達準確的。據(jù)此，概念產(chǎn)品與產(chǎn)品方案成為了兩種表達的轉(zhuǎn)換點。參見圖1-5、圖2-1所示。由于抽象與形象、一般與特殊、概念與實例等問題，使得這種轉(zhuǎn)換具有極大的創(chuàng)造性，也就與個人的經(jīng)驗、智慧、靈感、思維處理能力等密不可分。實際上就是需要

22、大量的知識儲備，尤其是需要大量的轉(zhuǎn)換訓(xùn)練，以獲得實質(zhì)性的方法與技巧。方法是一般規(guī)律，技巧是特殊處理（有時稱為感覺、直覺）。表征之間轉(zhuǎn)換的困難是顯而易見的。結(jié)合圖1-1、圖1-3、圖1-5、圖1-7、圖1-11、圖1-13、圖2-1、圖2-2、圖2-4、圖2-7、圖2-9、圖2-10等可見，一般情況下，人的認知理解是從具體的實例開始，從視覺感官開始，并應(yīng)用其它感官（聽覺、觸覺、內(nèi)知覺等）經(jīng)過大量的樣本感知而獲得屬性抽象，經(jīng)過屬性重組獲得高層的更抽象概念。在向上抽象時，會舍棄一些不具有共性的屬性或特征。也就是高層概念會遺棄一些低層、非共性屬性。而當(dāng)反過來求解時，從高層到底層，這些屬性的再恢復(fù)會帶來

23、多樣性、不確定性等。就像數(shù)學(xué)中函數(shù)的解析解那樣具有一般性，而特解則需要新的附加條件來確認。況且，在機械產(chǎn)品從概念向方案的轉(zhuǎn)換中，還存在著從抽象的文字到具體形象的圖形（尤其是圖形構(gòu)造）的轉(zhuǎn)換。這就是基于實例的設(shè)計方法、逆向設(shè)計方法等的思想出發(fā)點。利用所指或指稱、關(guān)聯(lián)、對應(yīng)等思想來解決這個問題，不失為一可行之策?；蛘哂么罅康臄?shù)據(jù)庫（文字、屬性、特征、圖式等）作基礎(chǔ)，經(jīng)過推理評判來解決之。4) 從方案到施工如前所述，方案確定之后，也就是概念轉(zhuǎn)換為圖式的形式之后，功能得到其可預(yù)期的承載構(gòu)造以后，主要的工作就成了性能的分析與處理問題，也就是預(yù)期功能可實現(xiàn)的程度問題。包括技術(shù)可行性、加工可行性、約束（技術(shù)

24、、材料、）與沖突消解等。從方案到施工的過程，最本質(zhì)的工作是對確定方案的約束處理與沖突消解，也就是確定特解的條件及在給定約束下的求解問題。在約束處理與沖突消解中發(fā)現(xiàn)的、不能解決的問題，需要返回到需求與方案階段進行調(diào)解。如是由于方案的問題，則會從根本上進行調(diào)解。一般這種情況應(yīng)較少出現(xiàn)，其原因在于進行方案確認時，人們往往采用案例或?qū)嵗M行變革的方法對方案進行評價確認。這一點從圖2-1、圖2-6、圖2-7等所示的設(shè)計過程中的斜切思維關(guān)注點可以說明。也就是說，人們的概念產(chǎn)生與方案生成中，會含有對概念中涉及到的關(guān)鍵屬性（技術(shù)層、施工層才進行的工作）的成功經(jīng)驗的自然（習(xí)慣性、天然的）運用。例如：圖2-10所

25、示的電梯的方案設(shè)計，依據(jù)噸位和高度，自然會涉及到提升索與主軸的問題，而這一點在設(shè)計者的思維中是有個基本判斷的，這就是人們常說的經(jīng)驗。這個過程涉及到的表征的多樣性與機械工程專業(yè)設(shè)置的科目個個相關(guān)。如：機械制圖、數(shù)學(xué)、物理、工程力學(xué)、機制工藝學(xué)、熱處理、機械零件、機械原理等等。熟悉他們的符號體系及其變換的重要性不言而喻。4.1) 技術(shù)處理技術(shù)處理被單獨列出，原因在它對涉及到產(chǎn)品功能可達到程度的關(guān)聯(lián)度太大。也就是說，它對性能的影響是致命的。首先是最直接表達總功能的構(gòu)造的幾何與運動性能，它是構(gòu)造的行為體現(xiàn)，是所定義功能在行為層面所達到程度的度量。有許多構(gòu)造的幾何與結(jié)合尺寸的微小變化，都會帶來行為的極大

26、波動，也就是功能的達到程度的極大不同。對于哪些由總功能分解為若干子功能的復(fù)雜機械來說，情況更是如此。這個環(huán)節(jié)通常使用稱之為模型（如圖2-9、圖2-10等）的圖式來表征構(gòu)造，用圖式、符號等來表征哪些難于可視化的性能屬性。如：速度、加速度、強度、剛度、穩(wěn)定性、硬度、韌性、運動干涉等等。傳統(tǒng)的以言語和平面載體（紙張、筆墨、黑板等）來表達受到限制，實體模型甚至實物模型被用來檢驗技術(shù)處理的結(jié)果就非常普遍。時間、人力、資金成本等的花費則顯而易見。圖2-11 磨機技術(shù)處理中的表達形式技術(shù)處理的知識基礎(chǔ)是力學(xué)、數(shù)學(xué)（代數(shù)學(xué)、幾何學(xué)等）等古典知識體系，其知識的成熟度、系統(tǒng)性、可理解性、可表征性等特點。尤其是表征

27、符號體系的成熟度與完備性，使得該階段的信息處理內(nèi)容、方法、工具、手段等龐雜而應(yīng)用廣泛。如圖2-11所示。在技術(shù)與施工設(shè)計過程中的表征是非常之多的。也就是技術(shù)設(shè)計的內(nèi)容極其豐富，涉及到的理論、技術(shù)、計算、判斷、選擇等具有多樣性。這些都可以用文字、符號、圖形、公式、數(shù)表、規(guī)范、標準等等表達方法進行歸類。從而使技術(shù)設(shè)計中機械產(chǎn)品的設(shè)計計算、零部件幾何結(jié)構(gòu)、整機構(gòu)造功能與力學(xué)性能、運行狀態(tài)等按照統(tǒng)一的格式來表達機械產(chǎn)品的功能原理及其基本結(jié)構(gòu)。這些表達方法的邏輯關(guān)系、先后順序的連接是技術(shù)設(shè)計階段中表達方法分析的核心問題。力學(xué)性能是技術(shù)設(shè)計的核心與主調(diào)，它涉及到力學(xué)和數(shù)學(xué)著一對雙胞胎學(xué)科。如軸的問題，表現(xiàn)

28、為理想的均勻連續(xù)體使用的材料力學(xué)；帶孔與尖角的非理想形狀的均勻連續(xù)體使用的彈性力學(xué)；高速運轉(zhuǎn)的非剛性（柔性）體的動力學(xué)；帶孔、尖角及其缺陷的非理想均勻連續(xù)體使用的斷裂力學(xué)等等。它們的力學(xué)模型、數(shù)學(xué)模型、計算與結(jié)果表達方式等各自不同。參見圖2-11，這種表達方式顯然比用公式法表達要更利于大腦理解。如：對于軸來說，最簡單的方式是需要確定危險荷載M，P，N；危險界面Mmax，危險點上的和的綜合作用xd。當(dāng)前工科院校的知識傳授還集中在這個階段；當(dāng)前參考文獻與雜志的知識探討也多集中在這個技術(shù)處理階段，設(shè)計部門與生產(chǎn)單位的人力需求也主要的集中在這個階段。4.2) 施工處理加工技術(shù)前面說到，技術(shù)處理處在模型

29、層（后邊解釋），一種接近實際的抽象層。施工處理則轉(zhuǎn)向更接近客觀實在的處理層面，尤其是材料特性、幾何形體的加工等帶來的問題。在概念層及其以前，人的思維實際上已習(xí)慣性的默認了材料的選擇，雖然只是大類（如：金屬、塑料等），但不會產(chǎn)生對當(dāng)時注意力（設(shè)計）的影響。而在技術(shù)與施工處理階段，卻要認真、仔細、具體的確認材料的屬性，確定構(gòu)造的制造加工可能性等。施工設(shè)計表達通常以圖形、加工與裝配關(guān)系為主，輔以必要文字說明和數(shù)據(jù)及其符號。文字的作用（技術(shù)要求、設(shè)計說明）主要是傳遞用圖形不能表達的設(shè)計思想。而使用圖形是由于它直接面對的就是圖形，要表達構(gòu)造問題。其重點不在圖形形態(tài)，而在圖形所表達的實際客觀實體的精確程度

30、及其達到該精度的方法。在于實際安裝時的精確定位與運行的可靠性等。尤其是空間問題，大腦思維是弱項，通常必須通過實體模型及其長期的拆裝經(jīng)歷，才能在思維中建立形象思維的大量精準圖式及其變換方法。人對長度的感覺精度是最差的，這是由人眼球的形狀及其成像原理造成的。參見圖2-12，三圖2-12 施工表達與結(jié)果維表達有助于理解裝配關(guān)系及其干涉等，要替代工程圖，顯然存在內(nèi)部細節(jié)、精確性等問題。3. 模型種種模型的作用是用形象的形式表達抽象的事物、屬性，用簡單的形式表達復(fù)雜的事物及其關(guān)鍵屬性構(gòu)成的構(gòu)造等，用直接的視覺感知代替復(fù)雜冗長的語言文字表述。一般說來，模型是為特定目的，將原型的部分信息簡化歸納、簡約抽象、

31、簡縮提煉而構(gòu)成的原型替代物。它表達了原型的本質(zhì)屬性及其屬性結(jié)構(gòu)（關(guān)聯(lián)與關(guān)聯(lián)方式）?，F(xiàn)實物的本質(zhì)特征是概念的內(nèi)涵，屬性及其關(guān)聯(lián)是結(jié)構(gòu)，替代物是個簡圖，它便于理解，由于具有一定的抽象性而代表了一些普遍原理，具有了應(yīng)用的普遍性。實物模型、物理模型、數(shù)學(xué)模型、原理模型、符號模型、軟件模型等等被廣為應(yīng)用。模型的建立可以遵循一些模式（事物的規(guī)律及其標準形式）來進行。如力學(xué)模型的建立，需要獲得其基本元素及其表達。參見圖2-8、圖2-9等。再通過物理學(xué)原理與規(guī)律建立各元素之間的關(guān)聯(lián)。如：F=M關(guān)聯(lián)了力、質(zhì)量與加速度三個元素之間的關(guān)系。這個關(guān)系的存在的條件是力與加速度同向同直線（矢量要求），力作用在質(zhì)量上，加速

32、度是該質(zhì)量的加速度等。有關(guān)模型的作用、功能、構(gòu)建方法等的詳細描述稍后專門探討。4. 機械產(chǎn)品設(shè)計過程中表征的變換機械產(chǎn)品設(shè)計過程中表征的變換是由表征的內(nèi)容、形式、理解等大腦思維信息處理方式?jīng)Q定的。最根本的還是理解的需要、處理方式的需要。除過前述的概念產(chǎn)品與產(chǎn)品方案的表征轉(zhuǎn)換以外（由于其至關(guān)重要的地位而單獨列出闡述），在設(shè)計的整個過程中，參在著大量的變換，只是由于人大腦思維的習(xí)慣定勢成為自然而被人們忽略。因此，機械產(chǎn)品設(shè)計過程中表征的變換，要解決可理解性與信息處理方法、工具的特性沖突問題等。這里，機械產(chǎn)品設(shè)計過程中的表達轉(zhuǎn)換，主要指機械產(chǎn)品在形成過程中各種“語言”之間的轉(zhuǎn)換。目的是通過各個階段的

33、表達方式及表達連接，達到信息的一致性和思維的連續(xù)性，同時保證轉(zhuǎn)換后所采用表達的思維理解的有效性。轉(zhuǎn)換方法是將數(shù)學(xué)、物理、自然與工程語言中的術(shù)語和符號表達，通過所指、替代、關(guān)聯(lián)等來完成。這種轉(zhuǎn)換的探討，對計算機輔助設(shè)計思想、方法、技術(shù)等問題的研究非常有用。對于設(shè)計思想、概念等可用草圖、模型、公式、數(shù)據(jù)與形狀等表達，以達到對質(zhì)的理解、表述。轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵是對機械產(chǎn)品設(shè)計及其過程中基本概念、基本原理、基本關(guān)系的深刻理解，對表達方式的含意的理解。理解就是得到以事實知識為依據(jù)的基本要素的確認。這里的事實性知識，可以是最基礎(chǔ)的事實性知識（類似于幾何學(xué)的公理）。也可以是由最基礎(chǔ)的事實性知識（這是桌子、哪叫軸等）

34、構(gòu)成的抽象層知識（類似于幾何學(xué)的引理、定理、推論等）或者案例，通過多層的信息聚集，獲得更抽象的概念，以提高思維效率和對更復(fù)雜產(chǎn)品的理解、評判與決策。例如：機械產(chǎn)品設(shè)計過程中的整機與零部件確定時涉及到的數(shù)量抽象、關(guān)系分析與表達，質(zhì)點與剛體的抽象與現(xiàn)實表達，由圓周運動的動力源到實現(xiàn)直線運動的工作機構(gòu)之間的連接表達轉(zhuǎn)換等等均在轉(zhuǎn)換之列。各種表達方式的轉(zhuǎn)換可以用語言翻譯來理解其本質(zhì)。如：等截面直桿、bar、軸、axis、梁、beam等。5. 機械產(chǎn)品設(shè)計過程中的創(chuàng)新創(chuàng)新是機械產(chǎn)品設(shè)計的根本追求，創(chuàng)新發(fā)生在機械產(chǎn)品形成的整個思維過程中。從設(shè)計表征來看，機械產(chǎn)品的表征、設(shè)計過程的表征、各種表征的轉(zhuǎn)換等，都

35、會產(chǎn)生創(chuàng)新。從設(shè)計思維來看，創(chuàng)新的基礎(chǔ)是思維的操作，思維在相應(yīng)的心理表征上的操作，在不同心理表征之間的變換，其間的巧思妙想（構(gòu)思）等為創(chuàng)新提供了廣闊的環(huán)節(jié)與方法。機械產(chǎn)品的產(chǎn)生經(jīng)歷了從模仿自然物的外表，而不具備被模仿自然物的某一方面或許多方面的本質(zhì)特征，到如今的人的因素深入?yún)⑴c某些本質(zhì)特征，而獲得了自然物的一些本質(zhì)特征的過程。這些都源于人對客觀世界的認知與理解、新的構(gòu)思與創(chuàng)造等。任何一個事物都有其許多方面概念外延，也可以說每個事物都是由其屬性的方方面面構(gòu)成的。在問題的處理過程中，或說在機械系統(tǒng)設(shè)計的某個具體問題上，或說在某個具體的思維關(guān)注點上（參見圖2-6、圖2-7），都有其許多方面的因素要考慮。鑒于機械產(chǎn)品的特點，或說關(guān)注點及其關(guān)聯(lián)，則會特別關(guān)注某個方面。而將這些方面可設(shè)計成實現(xiàn)某個關(guān)注點的模塊單元，可避免某方面的考慮不全，想不到、沒想到、沒發(fā)現(xiàn)的問題。將若干的思維關(guān)注點應(yīng)用關(guān)聯(lián)方法（信息融合技術(shù)等）而獲得一個結(jié)構(gòu)。關(guān)注點的數(shù)量、特點與屬性、關(guān)聯(lián)方式等都會使其表達的整體目的、功能、產(chǎn)品、系統(tǒng)等隨之改變，這便是其靈活性。由于使用了點及其構(gòu)造，便于進行概念或?qū)傩缘膮?shù)化、計算機化表征與處理，也為創(chuàng)造于創(chuàng)新帶來便利。通過縱切、橫切、斜切、各個切面的比較關(guān)聯(lián)等發(fā)現(xiàn)問題而消除沖突、產(chǎn)生創(chuàng)新。從設(shè)計管理的角