2.1 概述

方法是人类思维的宝贵财富，是探索科学真理的钥匙。认识事物、解决问题都需要正确的方法。在产品开发和提高工程设计水平的工作中，科学的设计方法起着重要的作用。

20世纪60年代以来，在工业发达国家中，对设计方法的研究发展迅速。德国的学者和工程技术人员比较着重研究设计的过程、步骤和规律，进行系统化的逻辑分析，并将成熟的设计模式、解法等编成规范供设计人员参考。英、美学派的研究人员则重视创造性设计的研究，在优化、价值工程可靠性设计和计算机辅助设计方面做了许多有益的工作。前苏联学者从数万件发明专利中分析总结了其解决发明课题的方法和措施，从中概括出一些有实用价值的普遍规律，建立了“新设计方法”体系。日本设计方法的发展与新技术的开发相似地经历了从引进消化到独立发展的过程。他们充分利用国内电子技术和计算机的优势，在创造工程学、自动设计、价值工程方面做了有益的探索。虽然各国在研究设计方法的内容上各有侧重，但共同的特点都是总结设计规律、启发创造性，采用现代化的先进理论和方法使设计过程自动化、合理化，其目的是设计出更多功能全、性能好、成本低、外形美的产品，以满足生产的需求和适应日趋激烈的市场竞争形势。

在设计方法研究过程中，发展了设计方法学，它是研究设计程序、设计规律和设计中思维与工作方法的一门新型综合性学科。设计方法学的基础包括系统工程、创造工程、价值工程、优化理论、相似理论、决策学、预测学等现代设计理论。计算机技术的应用使工程设计提高了效率和质量，而设计方法学又为计算机辅助设计系统提供设计数据库、知识库的体系框架，为计算机更好地引入设计各阶段（预测、确定方案、评价、决策、试验等）打下了基础。

2.1.1 设计方法学的产生与发展

设计方法学是一门正在发展和形成的新兴学科，它的定义、研究对象和范畴等，当前尚无确切的、公认的表述，但近年来它的发展速度极快，受到各国及有关学者广泛的关注。

在最早进行设计方法学研究的学者中，应该提到德国的F·Reuleaux，1875年他在《理论运动学》一书中第一次提出了“进程规划”的模型，即对很多机械技术现象中本质上统一的东西进行抽象，在此基础上形成一套综合的步骤。这是最早对程式化设计的探讨，因而有人称他为设计方法学的奠基人。此后，直到20世纪40年代，Katzhach等人相继在程式化设计的发展、设计评价原则、功能原理及设计中的应用等方面开展了一些工作，初步发展了设计方法学研究。

自20世纪60年代初期以来，由于各国经济的高速发展，特别是竞争的加剧，一些主要工业国家往往采取措施来加强设计工作，从而使得设计方法学研究在这一时期取得了飞速发展。许多国家的专家、学者在设计方法学方面或出版专著，或从事专题研究，专题涉及设计目录的制订、有关设计和经济性问题、设计方法研究、产品功能结构及其算法化、设计方法学与CAD等，并开始探讨设计方法学研究的内涵。由于经济文化背景的不同，不同学者的研究各有特点和侧重。如前所述，德国学者比较着重研究设计的进程、步骤和规律，如德国工程师协会制订的有关设计方法学的技术准则VDI2222等；英国学者偏重于分析创造性开发和计算机在设计中的应用；美国在第二次世界大战末期，成立了“工业设计委员会”，到1972年更名为“设计委员会”，1985年9月美国国家科学基金会提出了“设计理论和设计方法研究的目标和优化的项目”的报告，该报告拟订了设计理论与方法学的五个重要研究领域：① 设计中的定量方法和系统方法，② 方案设计（概念设计）和创新，③ 智能系统和以知识为基础的系统，④ 信息、综合和管理，⑤ 设计学的人类学接口问题；日本则充分利用国内电子和计算机的优势，在创造工程学、自动设计、价值工程方面做了不少工作；前苏联和东欧等国家也在宏观设计的基础上提出了“新设计方法”。不少国家在高等学校中开设了有关设计方法学的课程，多方面、多层次地开展培训工作，推进了设计方法学的研究和应用，有效地提高了各自产品的设计质量及其竞争能力。

20世纪70年代末，欧洲出现了由瑞士的V·Huhka博士、丹麦的M·M·Andeasen博士及加拿大的W·E·Eder教授组成的欧洲设计研究组织WDK（Workshop Design-Konstr-uktion）。此后，WDK发起并组织了一系列国际工程设计会议ICED（International Conference on Engineering Design），参加会议的人员和范围逐渐扩大。WDK还组织出版了有关设计方法学的WDK丛书，除各次会议的论文集以外，还包括有关设计方法学的基本理论、名词术语、专家评论和有选择的专著。此外，他们还建立了一批国际性的专题研究小组，如机械零件的程式化设计研究小组，定期开展活动。从此，设计方法学研究明显地从各国自行开展研究发展为国际性的活动，各学派充分交流，互相取长补短，将设计方法学研究及应用推向新的高潮，从而吸引了全世界学者的注意。

1980年前后，由于德国学者、西欧和北欧学者、日本学者及美国学者先后不断地来华讲学，使我国学者开始对西方各学派进行学习与研究。1981年中国机械工程学会机械设计分会首次派代表参加了ICED罗马会议，此后即在国内宣传，并于1983年5月在杭州召开了全国设计方法学讨论会，探讨开展设计方法学研究活动，并成立了设计方法学研究组。有的高校选派人员出国，进行设计方法学研究，此后陆续成立了一些关于设计方法学研究的全国性和地区性学会。这些学会与有关单位合作，组织各种类型的讲习班、培训班，翻译出版了一批专著，开展国内外的学术交流，不少高校已开设了设计方法学课程，编写了自己的教材。不少专业期刊开辟了设计方法学专栏，1994年浙江大学和中国机械工程学会联合主办，德国施普林格出版社和柏林工业大学协办，浙江大学出版社承办，出版了国内设计领域第一本国际合作的科技刊物——《工程设计》，它主要反映了两国在技术系统设计理论、方法和技术方面的研究及其在工业界的设计经验、现状和需要解决的问题。有的技术人员在自己的工作中开始了设计方法学的应用，并初步取得一些成果。和其他国家一样，设计方法学研究在我国正在蓬勃开展。

应特别注意的是，这门学科具有强烈的社会背景，并受社会制度、哲学思想及工业技术现状所制约。若生硬照搬，则必难适应我国国情，难以为现实工程技术人员所接受，因此应博采众家之长，结合我国实际，在现实的基础上向前推进，探索出提高设计质量，提高设计速度，缩短产品换代周期，增强市场竞争能力的系统理论与方法，形成软件支撑，将现实工业设计水平提高一步，使传统的设计概念得到扩展与深化。

2.1.2 设计方法学及其研究对象

由前可知，国内外对设计本质及方法的研究已初步进入实用阶段，出版了一些有代表性的专著，召开了五次国际学术会议，但是有关这门学科的名称并未得到统一，如有科学设计（Science Design）、工程设计（Engineering Design）、设计方法学（Design Methodology）、工程设计原理（Principles of Engineering Design）、设计综合（Design Synthesis）、设计学、机械研究方法论、设计的设计等。名称相近，内容大同小异。

关于什么是设计方法学，不同学者有不同看法，目前比较完整和有一定代表性的是瑞士V·Huhka博士提出的一些观点。他认为设计方法学是研究解决设计问题的进程的一般理论，包括一般设计战略及用于设计工作各个具体部分的战术方法，他还提出了其主要领域及大致结构，包括进程模式、进程规划、进程风格、方法、方法学行动规划、工作方法、工作原则等。

设计方法学具体的研究对象有：

（1）设计对象 设计对象是一个能实现一定技术过程的技术系统。对于一定的生产或生活需要来说，能满足这个需要的技术过程不是唯一的，能实现某个一定的技术过程的技术系统也不是唯一的。影响技术过程和技术系统的因素很多，要全面系统地考虑，研究确定最优技术系统，即设计对象。

（2）设计进程 设定技术过程及规划技术系统的边界，确定技术系统的总功能，包括物质功能和精神功能。总功能可分解为不同层次的分功能。当分功能继续分解到不宜再分时，就构成功能元。功能元求解就是寻求实现某功能元的多种实体结构，即功能载体。利用形态学矩阵来组合分功能解，可得若干个整体方案，从中寻求最优整体方案。

（3）设计评价 优选多个设计方案的方法是，先根据一定的准则和方法对各方案进行评价，然后按正确的原则和步骤进行决策，逐步求得最优方案。

（4）设计思维 设计是一种创新，设计思维应是创造性思维，创造性思维有其本身的特点和规律，并可通过一定的创造技法来激发人们的创造性思维。

（5）设计工具 把分散在不同学科领域的大量设计信息集中起来，按设计方法学的系统程式分类列表，建立各种设计信息库，通过计算机等先进设备方便快速地调用参考。

（6）现代设计理论与方法的应用 把成批涌现且不断发展的各种现代设计理论与方法应用到设计进程中来，使设计方法学更臻完备。

【点评2-1】 设计方法学的作用