工程设计的特点和方法

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《工程师手册》第244页（2255字）

工程活动的目标，是运用科学原理去发展对人类社会有用的产品。已经确定需求之后，工程师的责任就是运用工程方法，在社会、经济和时间等的约束范围内，研制出满足要求的产品。虽然这是一种由需求到产品的单向过程，但工程方法中却会存在某些反复，如图1．1－1所示，从特定的需求到制定生产计划的单向路线，以及改进和修正的反向循环。工程方法的中间阶段是概念发展(发明、创造阶段)、设计概念的验证、进行性能预测(分析阶段)和选择最合理的设计概念(决策阶段)。充分认识工程作为科学原理和社会利益之间所起的桥梁作用，决心致力于工程事业，才能激发创造性，才能设计出取得社会效益的好成果。

图1．1－1 工程方法

设计一般是根据已经提出的技术设想，制定出具体明确并可付诸实施的方案、说明。它与研究和开发相比，具有更明确的目标、更多的约束条件和方案选择的余地更大等特点。工程设计的定义，是研究在工程活动中，在以当代技术因素满足社会需要这一目标之下，寻求高效率地完成高质量设计的方法的学问。这里需要强调的三个重要方面是：(1)工程设计是一种有目的的活动；(2)以满足人类社会需要为目标；(3)基于现代技术因素。当工程师接受一项设计课题时，最重要的是全面地理解上述三个方面的含义，寻求高效率地完成高质量设计的方法。

1．工程设计的特点

(1)明确目标。对要求设计的对象，需分清影响目标的主次因素。明确主要目标，就便于选择有效的设计方法，设计出好的方案。

(2)多方案。工程师的责任，就是对同一目标构思出多种形态的方案，然后通过优化的方法确定一个最佳方案，并将其运用于实践。

(3)有约束。方案的选择是受多方面条件限制的，较典型的有：物理、化学和数学方面的基本规律的限制；资金、人力、物力等经济条件的限制；社会和法律因素的限制；生产设施和资料来源的限制；发展演化的限制；随机条件(如市场变化)的限制等。

在研究工程设计过程中，必须综合考虑上述特点，研究怎样采用高效率地完成高质量设计的方法，力求缩短研制周期，给社会带来明显的效益。

2．工程设计的作用

(1)把科学转化为生产的中介作用。科学原理从发现到在生产上得到应用，需要有一个转化过程。工程设计就是这个转化过程中的关键步骤。工程师运用已掌握的科学原理和多年积累的生产经验，通过工程设计可以将它们有机地结合起来，运用于生产。

(2)对工程和生产活动的预见作用。根据社会需要和技术目标所规定的条件，设计出合乎需要的具体技术客体。必要时还可经过部分和整体模型试验，检验和完善初步设计，尽可能地把影响工作质量、成本、安全等问题在施工和加工生产之前予以解决。设计工作的预见性，加强了施工和生产的主动性，避免了盲目性。

(3)系统综合利用作用。工程设计中，要事先对涉及的众多因素进行通盘考虑，系统地综合各个因素，作出最佳选择。由于系统设计和优化设计理论迅速发展，以及电子计算机引进设计领域，从而可能将复杂的和无法考虑的诸多因素综合到技术大系统中加以优化处理，以保证用最经济的方法顺利地进行施工和生产。

(4)组织生产的作用。建立在现代科学基础上的设计是施工和生产的依据，它起着组织生产过程和安排劳动的作用。设备添置及安排，原材料处理和加工，工艺过程和生产线的安排，劳动分配和劳动定额的制定，全部生产技术管理和财务管理，都要以设计文件为主要依据。

3．工程设计的一般方法

工程设计是一个反复求解和决策的过程。设计工作的直接任务就是通过必要的计算，试验和绘图，最终得到拟定中的技术客体，以及实施工艺的各种可能的具体方案。设计的一般方法有：

(1)常规设计法。设计者从已有的设计中，从已知的结构元件组合中，从技术发展的历史中，从新的技术资料及工程试验中，寻求设计课题的新方案。

此外，各工程技术专业的设计手册、设计规范、零部件目录、专利说明书等，都是常规设计的重要工具。

(2)功能设计法。是从满足功能要求出发，考虑用廉价功能机构代替昂贵机构，以达到降低成本，提高价值目的的方法。

此外，还有系统设计法、工效学设计法等。

工程设计活动的全过程是以识别社会需要为起点，经过一系列中间阶段，最后以完成满足社会需要的产品为终点。因此，在完成工程设计之后，还要通过中间试验阶段及小批量试制及调试，并在试验、试制及调试获得成功之后，才能正式投入施工或生产。