1.4.2 科学哲学原理是提升设计创新的有力手段

设计过程是一个充满哲学原理的过程，不懂得哲学原理就不可能完美地解决设计问题。

将设计提高到哲学高度来思考、来解决，无疑能够推动设计向深度、广度发展。重视设计哲学就可以提升设计的创新程度。

图1-31展示了设计的哲学原理，下面分别对这几个原理进行详细介绍。

1)不断发展原理

客观世界是充满变化、不断发展的，静止的观点、一成不变的观点都是违反科学哲学原理的。同样，人们对一个问题的认识是不断深化的。真理的相对性说明事物的发展变化是无穷无尽的。绝对的观点、静止不动的观点、一劳永逸的观点都会影响我们去探索、发现真理，从而使我们停止不前。那种思维定势、无所作为的思想就是违反事物发展变化的哲学原理。同样，超越客观规律、不顾客观条件来进行设计也是不可取的。例如，十几年前某国在汽车展上展出“中国未来三口之家概念车”有3个座位，车子很小。但是时隔不到10年，这种概念车已无人问津，这就是设计者没有以发展的观点看问题。

2)对立统一的原理

客观世界是一个充满矛盾的世界，对立是客观世界存在的唯一方式。老子曾说过：“有无相生，难易相成，长短相较，高下相倾，音声相和，前后相随”。万物都是由对立面所构成的，对立面既对立又统一的矛盾运动衍生了客观世界的运动发展。人为系统(包括各种软、硬系统)的概念设计所处理的“系统”内各部分是对立和统一的，“系统”与环境是对立和统一的。利用对立统一的原理，我们可以分析问题，并解决问题。例如马来西亚吉隆坡国际机场，提出丛林中有机场、机场中有丛林，能较好地解决“机场”和“环境”的协调、和谐的问题。

懂得对立统一的原理就可妥善解决矛盾的统一体，就能创造出具有新颖性、和谐性、协调性的人为事物。

3)否定之否定原理

任何事物的内容都有肯定和否定两个方面，但这两方面并不矛盾。对已经产生并且已过时的现存思维的否定，思维本身具有继承性，但这种继承是批判地继承。也就是说，对原有某些部分的否定，可以得到创新方案。不断否定旧的观念和旧的事物，人为事物的设计也就推向前进。任何墨守成规的思想不利于设计的创新性，最近建立在上海芦潮港广袤滩腹地的海港新城中央采用了人工造湖的设计方案，这个方案是由德国汉堡GMP设计公司以其代表完美圆形的滴水湖带出整座城市的总体设计理念成为首选。这是对旧的海滨新城设计理念否定的结果。

否定之否定也是一种创新设计的理念。设计对于某些被否定的理念在一定条件下，加以肯定也不乏为一种创新方法。例如衣服的设计均力求避免不对称，不对称成为一种被否定的设计方法，但现在不少人反其道而行之，创新了不对称衣服，给人一种奇特的美感。又如，十几年前某国展出一辆概念车认为小巧紧凑是满足中国三口之家的关键，但近来情况大变，设计车型要考虑舒适、宽大，这不也成了否定之否定。

4)精神与物质的相互作用

科学的哲学认为存在决定意识，物质第一性、精神第二性。但同时认为意识可以反作用于存在，精神可以转变成物质。在设计时应充分应用这一哲学原理。

超前思维是一种行之有效的创新设计方案，透过存在看到事物的本质。超前思维是对物质的积极、能动的反映。它可以得到科学预见，把握事物发展趋势。因而正确把握好意识对存在的能动性、精神对物质的反作用，将对设计的创新性有很大的作用。

从现代设计学的观点来看，最高层次的设计理论是设计哲学。科学哲学原理是设计哲学的基础。设计哲理是用哲学的高度来概括设计思想、设计理论和设计方法。

1.4.3 用系统科学原理寻求设计整体综合最优

人为系统，包括产品、工程、管理、施政等，从广义上讲均是一个系统。它们的设计均应充分应用系统科学和系统工程的原理。

任何人为系统都是由有规则的相互作用、相互依存的形式组成的诸要素的集合体。一个系统是由许多要素所构成的一个整体，但从系统功能来看，它又是一个不可分割的整体，如果硬把一个系统分割开，那么它将失去其原来的性质。一般地说，系统的性质是由要素决定的，有什么样的要素就有什么样的系统。系统的性质取决于要素的结构，结构的好坏是直接由要素之间的协调作用体现出来的。了解系统的基本特征将有利于对系统进行分析和设计。

系统的基本特征(图1-32)有以下几点。

①整体性。系统是由两个或两个以上的可以相互区别的要素构成的统一体。一个系统的好坏最终体现在它的效能上。因此，必须从整体效能的优劣来判断系统的好坏。整体性也就是统一性和协调性。

②相关性。组成系统的要素是相互联系、相互作用的，这就是系统的相关性。相关性就是系统各要素之间的特定关系。系统的相关性是通过相互联系的方式来实现的。要素间一切联系方式的总和称为系统的结构。系统的相关性是通过结构来体现的。

③层次性。系统作为一个相互作用的诸要素的总体，它可以分解为一系列的子系统，并存在一定的层次结构。在系统层次结构中表达了在不同层次子系统之间的从属关系或相互作用关系。在不同的层次结构中存在着动态的信息流和物质流，构成了系统的运动特性，为深入研究系统层次之间的控制与细节提供了条件。

④目的性。系统的价值体现在实现的功能上，完成特定功能是系统存在的目的。系统的目的一般用更具体的目标来体现。它一般用一个指标体系来描述系统的目标。在指标体现中，各指标之间有时是相互矛盾，有时是互为消长。为此，要设法在矛盾的目标之间做好协调工作，寻求平衡点，取得综合最优的方案。

⑤环境适应性。不能适应外部环境变化的系统是没有生命力的，而能够经常与外部环境保持最优适应状态的系统，才是理想的系统。

在设计过程中，特别是方案设计时必须深入了解所设计的人为系统的基本特性。用系统分析和设计方法来解决方案设计问题，才能得到全局最优的系统设计方案，同时能得到富有创造性的设计。

1.4.4 人文科学是拓展概念设计思路的重要途径

设计成功与否，与人文科学的运用好坏有着密切的关联。设计的结果要满足社会的需要，应该与所在社会的历史渊源、文化背景密切相关。

1)历史渊源促进设计合理的继承和发展

人为事物的设计应该充分考虑本国的历史渊源和历史特点。割断历史、无视历史特点和历史的影响，也就无法在设计中吸取过去的精华，进行合理的充分发展，也就难以充分满足社会的需求。对于“软”系统的设计和“硬”系统的设计均应充分考虑本国历史渊源的影响和历史特点所带来的深刻影响。例如一个城市的建设如果没有历史的继承，缺乏本国特色，就难以与过去的建筑融合起来，也就会产生格格不入、不伦不类的效果。历史反映了一个国家的特色，特色在设计中是难能可贵的。又如，文化与艺术这一类属于“软”系统，它的发展也是与本国的历史发展相衔接，把历史上精华的东西吸收进来发展自己的文化与艺术。  2)传统文化精粹是设计中的宝贵财富

人为事物的设计应充分考虑本国传统的文化精粹、文化氛围。例如金茂大厦，虽然是由外国人设计的，但是设计师的设计理念还是与中国的传统文化一脉相承，整个大厦远远看去既像竹，又像塔。竹与塔的文化在中国有很深的渊源，博得了许多中国人的喜爱和赞赏。又如，江南新园林“静思园”，既继承了具有特定文化含义的中国园林建筑的各个元素——桥、廊、石、山、水、亭、阁等，又具有创新性。

3)融合民族习俗使设计更具特色

任何一件人为事物都离不开本国的民族风俗、习惯，只有融合民族习俗的设计，才能更具生命力，更有特色。

1.4.5 美学知识使设计协调和完美

马克思指出：“社会的进步就是人类对美的追求的结晶”。美的内涵是十分广泛的，它包括精神美和物质美、内在美和外表美。美不但表现在对设计在感官上的愉悦，而且表现在对设计在伦理判断上的好感。美的内涵存在于各种具体的审美对象中，具有丰富生动的各种形态。人为事物的设计同样需要美学的指导，美具体表现在外形美、内部协调美、效果美。

对于“硬系统”设计中要体现外形美、色彩美、结构合理、人机协调、性能优良，要给人一种和谐、协调、愉悦的感觉。这对一台机器、一座建筑、一辆汽车等均是如此。

对于“软系统”设计中要体现伦理判断美、内部协调美、工作和谐美、效果优良美，同样应给人一种和谐、协调、愉悦的感觉。缺乏美的系统会给人格格不入的感觉。

在设计中追求符合美学原理，充分应用美学思想和原理，使未来的人为事物达到尽善尽美、美轮美奂的程度，这是设计应该追求的目标，也是体现设计水平的要求。

由以上论述看来，设计不是一般程序和步骤的设计，设计的内涵和基础要比我们想象的更加广泛、更加深刻、更具创造性。我们应该如此来理解设计，才有可能把设计提高到一个新的层次。P19-23

前言

第1章 创造和创新人类文明的火车头——设计

 1.1 设计是什么？

1.1.1 设计是创新

1.1.2 设计是构思

1.1.3 设计是谋划

1.1.4 设计是人为事物的前期工作过程

 1.2 设计创造了人类文明

1.2.1 人为事物的设计与构思比人为事物的构建更重要

1.2.2 设计创造创新了人类的一切文明

1.2.3 设计是推动社会发展的生产力

 1.3 设计是普遍存在的

1.3.1 什么是人为事物？

1.3.2 设计的类型

1.3.3 硬设计

1.3.4 软设计

1.3.5 人为事和人为物设计具有共同的特征

 1.4 知识和经验是设计的基石

1.4.1 创造性思维能力是设计创新的驱动力

1.4.2 科学哲学原理是提升设计创新的有力手段

1.4.3 用系统科学原理寻求设计整体综合最优

1.4.4 人文科学是拓展概念设计思路的重要途径

1.4.5 美学知识使设计协调和完美

 1.5 现代设计仍然需要直觉和经验

1.5.1 什么是直觉设计？

1.5.2 什么是经验？

 1.6 从古到今都有设计

1.6.1 远古时期的设计

1.6.2 古代的设计

1.6.3 近代的设计

1.6.4 现代的设计

 1.7 何处不在的设计

1.7.1 航空航天领域的设计

1.7.2 智能机器人的成功设计

1.7.3 设计出划时代的标志性建筑

1.7.4 日常生活用具的优秀设计改善了家庭生活

 1.8 本书的基本框架体系和基本内容概括

1.8.1 编写本书的基本指导思想

1.8.2 本书内容的框架体系

1.8.3 本书主要内容的简介

 参考文献

第2章 设计发展的启示——直觉、经验和科学

 2.1 设计是怎样产生的？

2.1.1 黑猩猩能设计吗？

2.1.2 原始人类的奇思妙想

2.1.3 璀璨的史前玉器

2.1.4 设计在人类进化中的作用

 2.2 古代设计的发展

2.2.1 埃及金字塔是不是人类之作？

2.2.2 鲁班与墨子

2.2.3 秦人的箭镞有现代人的智慧？

2.2.4 宏伟的故宫

2.2.5 张衡设计的浑天仪是否有图纸？

 2.3 工业时代的设计

2.3.1 文艺复兴与新科学兴起

2.3.2 新艺术运动与设计

2.3.3 新建筑运动与设计

2.3.4 让人目不暇接的世博会

 2.4 新设计时代

2.4.1 现代设计理论、方法与工具

2.4.2 后现代主义设计

2.4.3 设计科学

 2.5 设计的直觉、经验与科学

2.5.1 设计不是一种突发奇想

2.5.2 设计中的直觉魅力

2.5.3 直觉、经验与科学的有机结合

2.5.4 走进设计的理想国

 参考文献

第3章 设计的动力——满足需求

 3.1 衣食住行

3.1.1 巧夺天工

3.1.2 生米成熟饭

3.1.3 车水马龙

3.1.4 万语千言

 3.2 有的放矢

3.2.1 宝马香车

3.2.2 以人为主

 3.3 无形的设计

3.3.1 再识“抬举”

3.3.2 管理也是设计

 3.4 潜在的需求

3.4.1 模糊和多样化

3.4.2 懂得取舍

3.4.3 预见与发掘

 3.5 无穷尽的设计

3.5.1 需求重定位

3.5.2 功能新拓展

3.5.3 创新是源泉

 参考文献

第4章 创意的基础——创新思维和方法

 4.1 哪些基石支撑了设计创新？

4.1.1 从圆珠笔、鸿运扇和阿波罗登月飞船谈起

4.1.2 设计创新的6块基石

4.1.3 人人都能拥有创新能力

 4.2 走进创新思维

4.2.1 认识我们的大脑

4.2.2 奇特的创新思维

4.2.3 学会科学地运用大脑

 4.3 学一点设计创新方法

4.3.1 “三个臭皮匠，赛过一个诸葛亮”，一智力激励法

4.3.2 创新从提出问题开始——设问探求法

4.3.3 从已存在的事物中寻求灵感——联系类比法

4.3.4 搭积木的启示——组合创新法

 4.4 产品设计创新的实现——功能原理的创新

4.4.1 产品功能的准确描述

4.4.2 复杂产品的功能分解

4.4.3 实现产品功能的功能原理设计

参考文献

第5章 体现创新理念——概念设计

 5.1 概念设计的基本特征

 5.2 设计理念与异想天开的创新思维

 5.3 概念设计与创造性智慧的体现

 5.4 身边的概念设计

5.4.1 需求设计

5.4.2 功能设计

5.4.3 原理设计

5.4.4 构形设计

 参考文献

第6章 构建和谐人机环境系统——工业设计

 6.1 工业设计与其多重特征

6.1.1 什么是工业设计？

6.1.2 工业设计的内容

6.1.3 工业设计的目标和评价要素

6.1.4 工业设计的程序

6.1.5 人因素与工业设计

6.1.6 社会因素与工业设计

6.1.7 经济因素与工业设计

6.1.8 技术因素与工业设计

6.1.9 文化因素与工业设计

6.1.10 情感因素与工业设计

 6.2 工业设计的主要方向

6.2.1 面向产品的工业设计

6.2.2 视觉传达的设计

6.2.3 环境的设计

 6.3 当今工业设计探讨的主要设计议题

6.3.1 情感化设计

6.3.2 绿色设计

6.3.3 社会响应设计

6.3.4 为交互而设计

第7章 计算机辅助推动创新设计

 7.1 计算机真的能参与设计工作吗？

 7.2 计算机何以能辅助人进行设计？

7.2.1 计算机辅助设计系统硬件的组成

7.2.2 计算机辅助设计软件的组成

 7.3 计算机设计，巧夺天工

7.3.1 从波音777飞机的设计谈起

7.3.2 计算机辅助设计中的几何建模

7.3.3 特征技术和特征建模

 7.4 计算机设计神通广大，创新无穷！

7.4.1 计算机辅助绘图

7.4.2 产品变型设计——鼠标轻轻点，小猪变小熊！

7.4.3 机构运动仿真

7.4.4 有限元分析和数值仿真

 参考文献

第8章 追求完美——优化设计

 8.1 何为优化？

 8.2 华罗庚的优选法故事

 8.3 最短路径问题

 8.4 建厂风险分析的多阶段决策

 8.5 有数量折扣的采购优化

 8.6 从洗衣机的发展看设计优化

8.6.1 洗衣动力设计的优化

8.6.2 洗衣方式的优化

8.6.3 洗衣功能控制的优化

8.6.4 洗衣机使用人性化

 8.7 对优化设计的思考

8.7.1 寻找最优的方法和思路

8.7.2 优选的流程

 参考文献

第9章 提高设计性能——计算机辅助工程

 9.1 从功能设计到性能设计

9.1.1 性能设计的重要性

9.1.2 设计是功能和性能的结合

9.1.3 性能评估和改进

 9.2 追求高性能的计算机辅助工程技术

9.2.1 有限元技术的产生和发展

9.2.2 有限元技术的方法

9.2.3 计算机辅助工程技术的分类

 9.3 现代产品设计流程

9.3.1 汽车设计流程

9.3.2 现代产品设计流程的特点

9.3.3 计算机辅助工程技术的应用

 9.4 基于结构优化技术的创新设计

9.4.1 拓扑优化技术

9.4.2 创新设计案例

9.4.3 自主创新设计

 9.5 小结

第10章 高逼真的设计——虚拟设计

 10.1 “虚拟”不虚

 10.2 虚拟设计的五脏六腑

10.2.1 虚拟设计的心脏——虚拟现实技术

10.2.2 虚拟设计的大脑——多领域建模与仿真

10.2.3 虚拟设计的五官——虚拟辅助设备

10.2.4 虚拟现实系统的分类

 10.3 虚拟设计在汽车设计中的应用

10.3.1 在产品设计中的应用

10.3.2 在汽车制造中的应用

 10.4 虚拟设计在飞机设计中的应用

10.4.1 “梦想飞机”的下线仪式

10.4.2 虚拟装配与飞机设计

10.4.3 飞行模拟器

 10.5 月球探索中的虚拟设计技术

10.5.1 虚拟月面

10.5.2 虚拟月球车

10.5.3 运动学与动力学仿真

10.5.4 路径规划

 10.6 小结

参考文献

人类社会，大千世界，林林总总，多姿多态。人们创造了物质文明和精神文明，也在享受着这些物质文明和精神文明，这些文明都是经过人类的设计与构思，并构建出来的。设计是人类文明的起点，它承载了人类的创造和创新；设计是人类文明的火车头，它推动了历史的车轮滚滚向前。因此，我们应该充分认识设计真谛，用设计来创造人类的未来。

设计是无所不在的，表示它是无时不在，又是无处不在的。

设计无时不在，从古代发展到现在，这使人类的文明从低级发展到高级，人类的文明史就是一部设计史，只有重视设计才能加快人类文明的发展。

设计是无处不在的，从满足细小的日常生活需要一直延伸到探索宇宙奥秘的追求，到处都有设计，到处都在设计。这些形形色色的设计使人类的生活更美好，使人类与自然更融洽，使人类对自然有更深刻的认识。

设计造就了各个领域的物质财富和精神财富，改善了人类生存的环境和生态条件。

设计是推动人类发展的生产力，设计是创造财富的手段，其本身就是人类的财富。

设计是什么？我们可以概括来说，设计是创新、是构思、是谋划，设计也是创造任何人为事物的前期工作过程。只有充分认识设计的重要性，才会有利于造就一代具有创新意识的新人，才能使我国真正走上自主创新的道路。

在以往的一些著作中，人类的设计被划分为直觉设计、经验设计、半理论半经验设计和现代设计4个阶段。人们往往把直觉设计和经验设计看成低级的，而把现代设计看成高级的。但是从设计主要是一种构思的观点来看，上述看法也有片面之处。在设计构思中，直觉设计和经验设计还是起着十分重要的作用。直觉也好，经验也好，随着科学技术的发展和人们创造性思维能力的增强，往往都是不能被忽略的。

现代设计方法也有近百种之多，它们是人们进行创新设计的手段，但无法代替人们的创新。

本书共有10章，它的总框架如下：

第1章为总论，详细阐述了设计的基本概念和设计重要性。

第2章、第3章和第4章是设计的基础知识，帮助我们深入认识设计、了解设计的本质。

其余6章分别阐述了概念设计、工业设计、计算机辅助设计、优化设计、计算机辅助工程设计和虚拟设计，帮助人们去了解现代设计中最关键的设计原理和方法，构建起设计的大致框架。

本书是一本并不多见的关于设计的科普著作，我们力求通俗、易懂、有趣，希望它能得到大家的喜欢。

本书由上海市现代设计法研究会组织编写。本书的作者有：第1章上海交通大学邹慧君；第2章上海交通大学明新国、孔繁斌；第3章上海理工大学甘屹；第4章上海电机学院宋又廉；第5章东华大学唐林；第6章上海交通大学张立群；第7章同济大学齐从谦；第8章上海交通大学蒋祖华；第9章上海沃汰尔工程软件有限公司戚国焕、洪清泉；第10章上海交通大学鲍劲松。由邹慧君、蒋祖华负责主编及统稿。

本书的编写得到上海沃汰尔工程软件有限公司的大力支持，对此表示深深的感谢！

同时感谢华奇科技有限公司的多媒体制作。

限于作者水平，本书在内容、编写风格等方面难免有不足之处，敬请读者批评指正。

编者

2010年3月

设计无所不在是说设计无时不在和无处不在。无所不在的设计创造了人类的物质文明和精神文明。本书以通俗易懂和有趣生动的图文将读者引入形形色色的设计中。本书共分10章，分别为创造和创新人类文明的火车头——设计，设计发展的启示——直觉、经验和科学，设计的动力——满足需求，创意的基础——创新思维和方法，体现创新理念——概念设计，构建和谐人机环境系统——工业设计，计算机辅助设计——推动产品详细设计，追求完美——优化设计，提高设计性能——计算机辅助工程，高逼真的设计——虚拟设计。

本书适合作为青少年科技素质教学的教材和课外读物，同时可用作高等院校相关专业教学的参考教材。

设计是什么？我们可以概括来说，设计是创新、是构思、是谋划，设计也是创造任何人为事物的前期工作过程。本书是一本并不多见的关于设计的科普著作，力求通俗、易懂、有趣！

本书共有10章，它的总框架如下：第1章为总论，详细阐述了设计的基本概念和设计重要性。第2章、第3章和第4章是设计的基础知识，帮助我们深入认识设计、了解设计的本质。其余6章分别阐述了概念设计、工业设计、计算机辅助设计、优化设计、计算机辅助工程设计和虚拟设计，帮助人们去了解现代设计中最关键的设计原理和方法，构建起设计的大致框架。