公理化设计理论与产品概念设计

公理化设计的方法公理化设计是指在工程设计中采用一种基于公理的方法来进行系统的设计。

公理化设计的目标是通过明确的公理和规则来定义和构建设计，以确保设计的合理性和可行性。

公理化设计的方法包括以下几个步骤：1. 确定设计的目标和要求：在进行公理化设计之前，首先需要明确设计的目标和要求。

这包括确定设计的功能、性能、质量、成本和时间等方面的要求。

只有明确了设计的目标和要求，才能进行下一步的公理化设计。

2. 确定设计的基本原理和假设：在进行公理化设计时，需要确定一些基本原理和假设。

这些基本原理和假设是设计的基础，用来推导和验证设计的合理性和可行性。

通过明确基本原理和假设，可以使设计更加明确和规范。

3. 构建设计模型：在进行公理化设计时，需要构建一个设计模型。

设计模型是对设计进行形式化建模的工具，可以用来描述设计的结构和行为。

设计模型可以采用不同的形式化方法，如数学模型、图形模型、逻辑模型等。

通过构建设计模型，可以对设计进行系统化和细致的分析。

4. 推导设计规则和算法：在进行公理化设计时，根据设计模型可以推导出一些设计规则和算法。

设计规则是对设计的约束和要求的形式化描述，用来指导设计的实施。

设计算法是设计的计算过程，用来求解设计问题。

通过推导设计规则和算法，可以使设计更加规范和高效。

5. 验证和优化设计：在进行公理化设计之后，需要对设计进行验证和优化。

设计的验证是指检验设计是否满足设计的目标和要求。

设计的优化是指对设计进行改进，以获得更好的性能和效果。

通过验证和优化设计，可以对设计进行全面的评价和改进。

公理化设计的方法具有以下优点：1. 系统性：公理化设计采用系统性的方法来进行设计，能够使设计更加规范和系统化。

通过系统化的设计，可以提高设计的质量和效率。

2. 可验证性：公理化设计明确了设计的公理和规则，使设计更加透明和可验证。

通过验证设计，可以确定设计的合理性和可行性。

3. 可复用性：公理化设计将设计的基本原理和假设明确化，使设计更具有可复用性。

第30卷第2期2013年2月机械设计JOURNAL OF MACHINE DESIGNVol．30No．2Feb．2013公理设计在产品设计中的研究综述*刘悦，容芷君，但斌斌（武汉科技大学机械自动化学院，湖北武汉430081）摘要：设计理论与方法在产品设计开发中起着十分重要的作用，是产品创新设计的根本和基础。

在众多设计理论与方法中，公理设计(Axiomatic Design，AD)是目前产品设计方法学中的一个研究热点。

在AD基本概念描述的基础上，对两条设计公理的具体应用进行了归纳;总结了AD方法在需求分析、概念设计、设计决策和工艺设计各设计阶段的应用;综述了AD与QFD，TRIZ，DSM，模块化设计、创新设计、并行设计、优化设计、可靠性设计、稳健设计及多种设计理论与方法的集成研究，展开了细致深入的分析;最后陈述了AD的优势与劣势，展望了AD在未来产品设计领域中的发展趋势。

关键词：公理设计;应用分析;公理设计扩展;发展趋势中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1001－2354（2013）02－0001－09众所周知，公理是自明的事实或基本的事实，没有反证或例外［1］。

一个公理是不能由其他的自然界定律或原理推导出来的。

历史表明，希腊人最先使用公理。

这些公理曾对制造业、航海业及与科学技术领域相关的现代数学基础的诞生起到重大作用。

在现代产品设计中，应用质量功能扩展（QFD）、稳健设计等强有力的设计方法能使产品在有限的生命周期中发挥最大的功效。

但是，对于每一个产品需要实现的功能需求、所设计的方案能否满足产品的功能需求和满足功能需求的程度如何等这些问题，一般性的设计工具与方法没有能够给出确切的原则和判断标准。

因此，美国麻省理工学院机械系的Suh教授提出了AD理论［1－2］，它是一种设计者在设计初期建立自己设计思路的工具。

AD的目标有多方面：（1）为设计领域创造了一个科学基础，使人类设计师更具有创造性，随机搜索过程减少，迭代试错过程缩短；（2）在提交的诸设计中，确定最佳设计并赋予计算机的创造力；（3）为设计者提供一个逻辑与理性的思维过程从而来改进设计活动［3］。

公理化设计理论公理化设计方法是指存在着能够指导设计过程的基本公理，以及由公理指导的设计方法。

它是美国麻省理工学院(MIT) Nam P Suh教授于1990在《The Principles of Design》一书中正式提出的。

公理化设计理论是设计领域内的科学准则，通过指导设计者在设计过程中做出正确的决策，为创新设计或改善已有的设计提供良好的思维方法。

一、公理化设计的四个“域”域是不同设计活动的界限线。

公理化设计将设计过程分为四个域，即用户域（Customer domain）、功能域（Functional domain）、结构域（Physical domain）、工艺域（Process domain）。

域的结构及域间的关系如图1所示。

相邻的两个域中，左边的域是“要达到的什么目标（what）”，而右边的域是“选择什么方法来实现左边域的要求（how）”。

四个域中的元素分别为：顾客需求项（customer needs）,表示顾客使用产品的目的；功能需求项（functional requirements），表示在功能层次上对产品设计目标的说明；设计参数（design parameters），表示实现功能的载体；过程变量（process variables）表示制造过程所涉及的主要因素。

图 1域的结构及域间关系在公理化设计中，功能域和结构域之间是直接的“之”字映射关系，如图2所示，即把某个功能与某个（些）结构直接对应起来，这种直接映射只是表明了“载体具有的功能”的关系，而没有说明“功能被载体实现”的原因。

图 2功能域向结构域映射原理二、公理化设计理论的基本公理公理化设计是一种结构性设计方法，其目的是通过建立评估潜在的设计活动的准则，并提供实现这些准则的手段来改进设计行为。

这些准则便是：独立性公理和信息最小公理。

1.独立性公理独立性公理是指保持FRs的独立性，同时指明了FRs与DPs之间应有的关系。

这就是说，设计方案必须满足每一个相互独立的功能需求，而不影响其他的功能需求，即DPs不能与其他的FRs存在牵连关系。

产品概念设计产品概念设计是一个关于产品的初步构想和设计方案的过程。

它是将产品理念和形式进行整合和表达的阶段。

在产品概念设计中，需要考虑产品的功能、外观、用户体验等因素，以满足用户的需求和提供有竞争力的产品。

一个成功的产品概念设计需要考虑许多因素。

首先，需要明确产品的目标市场和目标用户群体，了解他们的需求和偏好，以便根据这些信息对产品进行定位和设计。

其次，需要对竞争对手进行分析和调研，了解他们的产品特点和市场占有率，以便在设计中找到差异化的竞争优势。

此外，还需要考虑技术可行性、成本控制和市场趋势等因素。

在产品概念设计中，外观设计是非常重要的一环。

产品的外观设计要与目标用户群体的审美和品味相符合，以提升产品的吸引力和竞争力。

外观设计要考虑产品的形状、色彩、材质等因素，以创造出令人印象深刻的外观效果。

此外，用户体验也是产品概念设计中的重要考虑因素。

产品的使用体验应该简单、顺畅、易学易用，以提升用户的满意度和忠诚度。

在产品概念设计中，可以考虑引入一些创新的交互方式和功能，以提升用户体验和产品竞争力。

市场营销策略也是产品概念设计中的重要内容。

要想将产品成功推向市场，需要考虑如何进行品牌推广、渠道选择、定价策略等方面的问题。

市场营销策略的制定应该根据目标市场的特点和竞争态势来制定，以确保产品能够在市场中占据一席之地。

最后，产品概念设计需要进行市场验证和用户测试。

市场验证可以通过进行市场调研、问卷调查等方式来获取用户的反馈和意见，以了解产品的市场潜力和改进空间。

用户测试可以通过邀请用户参与产品试用，收集他们的使用体验和意见，以对产品进行优化和改进。

产品概念设计是产品开发的重要环节。

一个成功的产品概念设计可以为产品的后续开发和推广提供基础和方向。

在产品概念设计中，需要考虑产品的功能、外观、用户体验和市场营销策略等方面的问题，以确保产品能够满足用户需求并在市场中获得成功。

产品设计理论概述作者：杨逢俭来源：《中国科技博览》2013年第26期摘要：本文对产品设计理论的相关研究内容做了概述，主要从几个典型的方面入手进行论述，还对未来产品设计理论的发展趋势做了总结，最后就企业怎样选择设计理论提出了建议。

关键词：产品设计设计理论设计方法中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-574-011 前言“设计”的起源应该追溯到遥远的古代，人类开始制造工具时开始。

它是根据已掌握的知识去解决困难和创造新事物，是人类高等思维发展的结果，是人类历史中非常重要的活动。

20世纪60年代之后，某些发达国家的学者提出了一些新的思想，开始领导设计学从艺术领域步入到科学领域。

自20世纪70年代末以来，各国成立了许多产品设计研究相关的组织（如WDK）、发行了许多相关的刊物（如《Design Studies》）、开了一些重要的会议（如ICED、DTM），其中许多都延续至今。

在产品生命周期中，产品设计有着不可撼动的重要地位。

决定产品的竞争力大小的最重要的因素是功能及质量，而产品设计又是影响这两个因素的主要过程。

现在制造技术和设备都很先进，产品制造质量产生的差距并没有以前那么大，所以产品设计的水平就起到了关键的作用，制造企业之间的竞争焦点就成为了产品设计的竞争。

而且就成本考量，产品设计阶段所花费的成本大概占到总成本的七成，制造和其他阶段所花费的成本只占了总成本的三成左右。

种种结果说明，提高产品设计水平能够有效加强企业竞争力。

所以，现在对产品设计理论的研究，越来越得到设计人员、研究人员、企业等的重视。

2现代设计理论的相关研究2.1 公理化设计理论（Axiomatic Design Theory）该理论主要包括顾客域、功能域、物理域、工艺域和独立性公理、信息公理[1]。

四个域之间是映射关系；进行映射时，设计解需要符合独立性原理；如果产生多解，就要根据信息公理进行选择；信息公理的作用是最小化设计信息、衡量成功的可能性、评估解决方案在指定范围的满足程度等。

基于公理化设计的产品模块化设计毛熔波1，刘伟2，杨正书21.重庆大学机械学院，重庆（400044）2.重庆大学经济与工商管理学院，重庆（400044）E-mail：mrb-0228@摘要：产品模块化设计是实现大规模定制模式的关键技术之一。

本文对公理化设计理论进行了深入的分析，提出了公理化设计的概念及数学模型，并将公理化设计原理应用到产品模块化设计过程中。

最后以工程设计领域中的摩托车离合器设计为例，在公理化设计理论指导下对其进行设计，取得了好的设计结果。

关键词：大规模定制，产品模块化设计，公理化设计，摩托车离合器设计大规模定制模式[1-2]下的产品设计是一个基于产品平台的多产品变量的产品族的开发；大规模定制对时间、成本和质量的要求使得产品的开发模式应是基于网络的并行的、协同的产品设计过程。

利用模块化的优点进行产品设计可以提高产品设计的速度、增加产品制造的敏捷性、降低产品生产的成本和增加产品的多样化，是实现大规模定制生产的有效方式之一，但是与传统生产方式下的产品模块化设计不同，它的实现需要解决大规模定制对时间、成本和多样化的要求，需要新的设计技术和方法的支持，下面就产品模块化设计过程中的公理化设计方法进行研究。

1. 公理化设计的基本概念Suh 教授提出的公理化设计 AD（Axiomatic Design）理论[3]的出发点，是将传统的以经验为基础的设计活动转变为以科学公理、法则为基础的设计公理体系。

公理化设计理论认为，在设计过程中设计问题可分为四个域，即：用户域（Customer Domain）、功能域（Functional Domain）、结构域（Physical Domain）和工艺域（Process Domain）。

每个域中有各自的元素，即用户需求（Custom Needs）、功能要求（Function Requirements）、设计参数（Design Parameters）和工艺变量（Process Variables）。