李 航 高志棠

（沈陽機床成套設備有限責任公司，遼寧沈陽 110142）

產品:指作為單獨研究和分別試驗對象的任何元件、設備或系統(tǒng)，可以是零件、部件，也可以是由它們裝配而成的機器，或由許多機器組成的機組和成套設備。

工業(yè)產品:工業(yè)企業(yè)生產活動所創(chuàng)造的、符合于原定生產目的和用途的直接生產成果，指通過工業(yè)制造方法生產的產品。

工業(yè)產品設計及其制造對人類生活的各個方面形成了巨大的推動作用，其影響的范圍之廣是空前的，不僅是在傳統(tǒng)的工農業(yè)領域，而且在交通、航空航天、軍事、家電等領域進一步得到十足的發(fā)展。有鑒于此，產品的規(guī)范設計要求人們更加注重環(huán)保，走可持續(xù)發(fā)展的道路。因此，設計評價再一次扮演著至關重要的角色，評價的因素正是這些起約束作用的特征屬性。

1 設計的約束屬性

一項工業(yè)產品（或工業(yè)工程）的設計包含著前提集、規(guī)則集、結果集。前提集作為設計輸入條件又分為強制性和非強制性兩類。而規(guī)則集恰恰與設計的約束屬性密切相關。由于為滿足約束屬性的要求，需要一定的設計準則與之相適應。設計工作就是要求設計者的主觀意愿與強制性和非強制性輸入條件相協(xié)調。設計工作是通過約束屬性的檢驗，得出符合規(guī)則的結果集——即工業(yè)產品的概念設計到實用設計的過程。無論采取何種設計方法，設計的約束屬性都應貫穿始終，這里指設計的約束屬性具有普適性。

設計的約束屬性有時候也稱為設計原則，它是以每種約束屬性所表征的特征屬性對設計要素進行約束，最終形成綜合的設計約束條件，使設計達到最佳效果。也就是說，設計不是隨隨便便做出的決定，它是技術、經濟、社會、環(huán)境、人文等因素綜合的結果，要求科學性貫穿始終。每種約束屬性只反映設計的一個側面，只有綜合約束才能最終做出科學的判斷。設計原則的發(fā)展也隨人類進步而提高。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，設計的約束屬性有協(xié)調性和適應性的要求。

關于設計的約束屬性概略地包括:功能性、實用性、宜人性、維護性、選擇性、經濟性、工藝性、可行性、合理性、安全性、可靠性、緊湊性、簡潔性、準確性、完備性、科學性、先進性、時代性、持久性、適應性、協(xié)調性、合法性等。以下給出這些約束屬性的定義，以便使設計者體會設計的不同側面反映的約束屬性的內涵。

功能性:工業(yè)產品的功能性是產品使用應具有的最基本的本征屬性;

實用性:工業(yè)產品在使用方面表現(xiàn)的最實在的屬性;

宜人性:工業(yè)產品對使用者而言符合人－機工程關系要求的屬性;

維護性:工業(yè)產品在使用的有效壽命過程中的可維護的屬性;

選擇性:工業(yè)產品使用的多樣比較可選屬性;

經濟性:工業(yè)產品制造和使用時消耗成本代價的屬性;

工藝性:工業(yè)產品制造方法的應用屬性;

可行性:工業(yè)產品設計、制造、使用等一系列工作可開展的屬性;

合理性:工業(yè)產品在設計、制造、使用過程中是否符合情理的屬性;

安全性:工業(yè)產品在使用過程中對人、機、環(huán)境是否構成傷害、損害的屬性;

可靠性:工業(yè)產品使用過程中在有效壽命期內穩(wěn)定運行的屬性，可靠性的經典定義是指產品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內完成規(guī)定功能的能力;

緊湊性:工業(yè)產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)產品在結構原理上要求功能系統(tǒng)構成最少的屬性;

準確性:工業(yè)產品在設計、制造、使用過程中符合預期目標的屬性;

完備性:工業(yè)產品在設計、制造、使用過程中是否存在缺陷的屬性;

科學性:工業(yè)產品在功能、原理、結構、性能等方面是否符合科學理論的屬性;

先進性:工業(yè)產品在同時期、同類、同行業(yè)的發(fā)展水平中所處地位的屬性;

時代性:工業(yè)產品具有體現(xiàn)科學技術的時代特征的屬性;

持久性:工業(yè)產品在使用過程中的耐用屬性;

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

協(xié)調性:工業(yè)產品本身各部分之間及對環(huán)境的影響屬性;

合法性:工業(yè)產品在設計、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問題，設計的約束屬性不會對設計者的靈感發(fā)揮和創(chuàng)造精神形成束縛，而只是對設計過程進行規(guī)范和約束。

下面以數控車床為例，簡略說明某幾個約束屬性在機床設計中的體現(xiàn)。一般數控機床由床身、主軸箱、尾臺、滑鞍、刀架以及傳動系統(tǒng)、數控系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等部件構成。如床身為整體鑄鐵結構，與水平面成45°，考慮了排屑和操作的方便性以及結構的緊湊性，另外，在床身零件的質量上也考慮了重力影響的穩(wěn)定性;在電控箱上空調機的應用以及在液壓工作站上散熱器的應用體現(xiàn)了設計的科學性、可靠性及合理性;在切削區(qū)上集霧器的應用體現(xiàn)了設計的宜人性和對環(huán)保的協(xié)調性;對各個運動部位的強制潤滑應用確保了機床工作的可靠性以及持久性;對機床的完全防護設計體現(xiàn)了設計的安全性等等。

設計的動因來自社會物質文化生活的需要，創(chuàng)造活動就是為了滿足這種需要而有秩序地開展的。為了判斷設計是否合乎約束屬性的要求，客觀上需要進行設計評價這個過程。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，就要考慮強度、剛度、精度等的影響因素。

2 設計評價

設計評價是指在設計過程中，對解決設計問題的方案進行比較、評定，由此確定各方案的價值，判斷其優(yōu)劣，以便篩選出最佳設計方案的過程。按評價的性質區(qū)分，有定性評價和定量評價兩種。設計評價也是一種科學決策的過程，科學的設計評價可以避免行政干預帶來的麻煩，同時，對工作進度和設計質量進行過程控制。圖1反映了設計的多方面多角度評價關系。由此看出:設計評價主要由使用性、技術性、社會性和創(chuàng)新性4方面構成。與其相關的約束屬性也對應地分為4類。

2．1 評價方法—語意區(qū)分評價法

設計評價的方法多種多樣（如表1），這里介紹一種語意區(qū)分評價法。語意區(qū)分評價法主要用于非定量評價。應用時首先要確定評價問題的評價項目（評價目標）;其次要選擇評價尺度、常用名義尺度（標稱尺度）、順序尺度、等距尺度和比例尺度等;最后擬出對比形容詞進行評判。

若在語意上以軟－硬，冷（酷）－溫（暖）作為兩對對比形容詞，則可將有關的符號語言概括為4類，如圖2。圖3是所提供的范圍較廣的評價語匯，供參考。

表1 評價方法的比較

2．2 評價原則

評價時應遵循優(yōu)勝劣汰、綜合平衡、切合實際的原則，通過對約束屬性的綜合評價來做出最終選擇。評價是嚴謹慎重的技術操作過程，科學性應貫穿始終，應當排除權威性及行政性的干預。

2．3 評價目標

按照約束屬性的要求，擬定總目標，再進一步逐項列出各要素的目標問題。

2．4 評價程序

評價程序一般可按下列的框圖序列操作（見圖4），通過科學的評價過程，最終形成書面的評價結論，作為最終設計的指導文件以及留作備案。

3 約束屬性在工業(yè)設計應用中的體現(xiàn)

隨著工業(yè)設計歷史的發(fā)展，設計的約束屬性及設計評價也在不斷地完善和改進，設計理念也隨之發(fā)生轉變，人們從早期的樸素型、粗獷型設計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，以滿足當今社會對工業(yè)產品的需求，并且取得了一定的實際效果。例如起初機床的設計只注重功能性和實用性，嚴重地忽視了機床的安全性和宜人性以及對環(huán)境的協(xié)調性，而如今對光幕、聯(lián)鎖保護開關、吸音板、散熱器、集霧器等的應用設計，充分體現(xiàn)了以人和環(huán)境為本的設計理念，同時也減少了對環(huán)境的污染。

現(xiàn)代產品設計朝著使產品向高速、高精、高效、復合、柔性、尖端、智能、環(huán)保幾個方面發(fā)展。因而，引發(fā)出一些新的設計、制造觀念。如:為了提高產品的性能，簡化傳動結構，產生了直接傳動的觀念，從而研發(fā)直接傳動技術，使直接傳動變?yōu)楝F(xiàn)實，并快速投入應用;為獲得良好的動態(tài)性能，利用重心驅動原理進行結構布局設計，從而擴大了機床的工藝范圍;為了提高零件的加工精度，引發(fā)出工藝集成化的觀念，設計制造出了各種復合加工中心機;為了有效利用資源，提高產品的可靠性和壽命，產生了精細化設計與制造觀念;為了提高生產率，擴大工藝范圍，降低勞動強度，產生了生產組織集成化的觀念，從而促成了FMS柔性制造系統(tǒng)的應用;為了與環(huán)境和諧共處，引發(fā)出環(huán)境保護觀念，使環(huán)保設施應用到機床上等等。以上提出的種種新觀念以及新產品的應用，正是由于設計約束屬性及其評價的不斷更新產生的，結果充分地證明了設計的約束屬性不會對設計者的靈感發(fā)揮和創(chuàng)造精神形成束縛，只是對設計過程進行規(guī)范和約束，有了這種規(guī)范和約束及設計評價，才能為人們創(chuàng)造出更符合時代要求的產品。

4 結語

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，其他與會者一致通過而建成的，雖然在工農業(yè)生產中發(fā)揮過一定的作用，但在今天看來，它并不是一個成功的工程，它的失敗就在于不能像小浪底水利工程那樣有效地調控黃河泥沙。這就是不尊重科學的典型一例，教訓是十分深刻的。本文的初衷就是要求設計尊重科學，真正按規(guī)律辦事。

［1］簡召全．工業(yè)設計方法學［M］．北京:北京理工大學出版社，2000．