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摘要：本文从认知哲学的角度指出，设计师一种创造模型的思维活动，机制简图符号则是思维运动中的“抽象规定”，由这些符号进行机构综合分析即时“由抽象的规定到思维的具体”的过程，所得到的机构简图即是反映机器本质属性的“概念规模”，并从科学抽象对思维运动的作用论述了机构简图符号在分析建模和设计建模中的重要作用。
关键词：系统分析；系统设计；符号语言；机构简图；概念模型
中图分类号：TP391.72 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2013） 02-0000-02
机构简图及其组成要素是《机械原理》和《机械设计基础》课程的重要内容，是构思机械系统设计方案的重要符号语言。用符号语言在科学设计方案是一种科学抽象，认识符号语言在科学抽象中的作用，掌握工程设计中的科学抽象方法，对于培养学生抽象思维能力至关重要。
人类历史上曾有过因对符号的作用认识不够，而影响科学技术发展的例子。例如，牛顿和莱布尼兹同时创立了微积分，并各自提出了进行抽象数学思维和推演的微分符号和积分符号。当时英国人没有认真考虑莱布尼兹微积分符号的科学性，而盲目的采用了牛顿提出的微积分符号，这一选择严重阻碍了当时英伦三岛数学研究的发展，因此最终英国人不得不放弃牛顿提出的微积分符号而采用莱布尼兹提出的微分符号和积分符号。如今人们普遍采用莱布尼兹和拉格朗日提出的微分和积分符号，而忘却了牛顿所提出的微分符号和积分符号。一代科学巨人所提出的微积分符号被否认的历史，是说明科学符号重要性的最有力例子。
1 工程设计的概念的任务
工程设计师用模型来描述目标系统的活动。
对于设计来说，设计师们为了能制造某种新东西，事先会为它创造一种模式，模型或概念结构的动作，由人类社会需求提出的，以满足人类社会需求为宗旨这就是工程设计的任务。因为工程设计首先是运用科学抽象的成果---概念，符号和概念模型所进行的认知活动（认识需求，描述需求，最终根据需求完成设计）。所以工程设计的所有活动就是根据人类社会需求建立目标系统模型，评价模型，修改并完善模型的过程。采用概念模型认识问题，描述问题，是主体把握客体本质的认知活动和认知过程。
2 科学符号在工程设计中的作用
科学符号是建模的工具。
2.1 反映设计方案的概念模型必须借助物质性的，可感知的符号来描述
科学思维必须通过概念等基本的思维形式进行，但概念是一种无定型的精神性的东西，它是要借助物质性的，可感知的符号来描述。借助这些符号，工程设计中思维运动的飞跃才能实现，构思才能变成概念设计，抽象的规定到思维的具体的转变才能得以实现。设计师们在工程设计的不同的阶段，分别采用了不同抽象级别的符号语言来描述系统的模型，这样就得到了机械工程中所使用的机构运动简图，零件图，总成图和装配图这些不同抽象级别的模型，以及在这些模型生成过程中所使用的数学，力学模型。
2.2 “机构简图”是一种反应极其本质属性的概念模型。极其设计需要满足的要求有许多，但首先必须满足的要求有两点：所设计的机器要能实现预定的运动，完成帮人做事甚至替人做事的功能的实现。这两条满足了，才谈得上满足其他需求，这两大需求反映了极其的两大基本属性。那么，怎样通过设计来实现这两条最基本需求呢？由于机械系统综合分析的需要，机构学抽象出了构件，运动副和机构等概念，由运动副将构件连接成机构，由一个或若干构件组成机器，机构学用机构简图来描述这种由若干个构件通过运动副连接而成的物系作为机器的概念模型。利用机构简图这种概念模型，可以清晰地描述机器的组成及各组成部分之间的相互关系，确定各构件之间的相对运动，检验预定运动的实现，并可直接借助它建立数学，力学模型，对机器进行运动，动力分析，求解各构件上所受的力。所有這些，为零件盒构件材料的选择，为零件，构件结构尺寸的设计和承载能力的校核奠定了基础。
3 机械系统的建模过程
为了反映机械设计过程的建模本质，本文按系统分析和系统设计来划分机械设计阶段，软件工程就是这样划分的。
3.1 系统分析阶段。它包括传统划分方法中需求分析、方案设计两个阶段，所用到的描述工具都是机构简图符号。工作目标是获得机器系统的概念模型，具体如下：（1）构思满足用户需求的、可能的设计方案，这个工作在机构学中称为机构综合；（2）对所有可能的设计方案按需求进行可行性分析，最终得到一个最优的设计方案；（3）可借助机构简图建立数学，力学模型对机械系统进行运动、动力分析、得到机器最终的概念模型。
3.2 系统设计阶段。这一阶段包括机器零件工作能力设计，部件装配草图及总装配草图设计以及主要零件校核几个阶段。简单地认为，系统设计就是将概念模型转换成具有物理性能和几何结构尺寸的模型，也就是将机器简图转化为可用于加工制作的机械施工图的过程，将抽象的概念变成具体的可操作的过程。
机器系统分析和系统设计各阶段是一个连续的设计、评价、再设计过程。所以在这二个方面一定要保证问题空间与解空间描叙方法的一致性，要不违反了机械设计过程的建模本质，违反了软件工程设计思想设计理念。
4 机构简图适应了“设计-评价-再设计”规律，满足了设计各阶段模型转换的需求
在设计活动中，认识需求分析，构思设计方案，并最终能形成一个可行性产品是一个循序渐进的过程，这个过程它遵循‘设计-评价-再设计’的规律。系统分析阶段主要是形成用概念模型所描叙的机器方案 ，这各个阶段虽然经过了仔细的、科学的论证，但是仍然难以保证在后续的系统设计中会出现与未曾预料到的约束条件发生冲突，这就需要对原先的设计方案进行修改，进行优化最终得到一个可行的优化的设计方案。为此，这就需要保证系统分析与系统设计描述方法的一致性。
“机构简图”这种概念模型，它不仅很容易生成可用于加工制作的机械模型，而且当发现这些模型难以满足某些需求指标时，又能方便地从这些模型退回到用简单符号所描述的概念模型进行方案的再设计。这与软件工程所用的自顶向下设计的数据流图理念不一样，因为用数据流图来描述系统概念模型的方法与软件设计时所采用的层次模型方法不一致，所以软件工程要淘汰用数据流图进行系统分析。
5 结束语
在思维运动中对同类事物淘汰其现象的、次要的方面，抽取其共同的、主要的方面，从而做到从个别中把握一般，从现象中把握本质的认知过程和思维方法叫做科学的抽象。“机构简图”它就是经过工程和科学用几百年的时间逐步发展起来的符号语言，借助这些符号，工程设计中思维运动的飞跃才得以实现， 构思才能变成概念设计的方案。科学的抽象过程充满了飞跃，在这一过程中它除了要运用逻辑思维之外，还特别需要形象思维，直觉思维的积极参与；既需要“思维的自由创造”也需要直觉对经验总体的“共鸣”。因此，从分析建模与设计建模的高度来看待机构简图，从抽象思维的层次方面出发，按系统分析和系统设计的秩序组织机械设计学的教学，对于培养学生的创造性思维至关重要。
参考文献：
[1]国家教委社会科学研究与艺术教育司，自然辩证法概论[M].高等教育车版设，1991.
[2]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].高等教育出版社，2006.
关键词：系统分析；系统设计；符号语言；机构简图；概念模型
中图分类号：TP391.72 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2013） 02-0000-02
机构简图及其组成要素是《机械原理》和《机械设计基础》课程的重要内容，是构思机械系统设计方案的重要符号语言。用符号语言在科学设计方案是一种科学抽象，认识符号语言在科学抽象中的作用，掌握工程设计中的科学抽象方法，对于培养学生抽象思维能力至关重要。
人类历史上曾有过因对符号的作用认识不够，而影响科学技术发展的例子。例如，牛顿和莱布尼兹同时创立了微积分，并各自提出了进行抽象数学思维和推演的微分符号和积分符号。当时英国人没有认真考虑莱布尼兹微积分符号的科学性，而盲目的采用了牛顿提出的微积分符号，这一选择严重阻碍了当时英伦三岛数学研究的发展，因此最终英国人不得不放弃牛顿提出的微积分符号而采用莱布尼兹提出的微分符号和积分符号。如今人们普遍采用莱布尼兹和拉格朗日提出的微分和积分符号，而忘却了牛顿所提出的微分符号和积分符号。一代科学巨人所提出的微积分符号被否认的历史，是说明科学符号重要性的最有力例子。
1 工程设计的概念的任务
工程设计师用模型来描述目标系统的活动。
对于设计来说，设计师们为了能制造某种新东西，事先会为它创造一种模式，模型或概念结构的动作，由人类社会需求提出的，以满足人类社会需求为宗旨这就是工程设计的任务。因为工程设计首先是运用科学抽象的成果---概念，符号和概念模型所进行的认知活动（认识需求，描述需求，最终根据需求完成设计）。所以工程设计的所有活动就是根据人类社会需求建立目标系统模型，评价模型，修改并完善模型的过程。采用概念模型认识问题，描述问题，是主体把握客体本质的认知活动和认知过程。
2 科学符号在工程设计中的作用
科学符号是建模的工具。
2.1 反映设计方案的概念模型必须借助物质性的，可感知的符号来描述
科学思维必须通过概念等基本的思维形式进行，但概念是一种无定型的精神性的东西，它是要借助物质性的，可感知的符号来描述。借助这些符号，工程设计中思维运动的飞跃才能实现，构思才能变成概念设计，抽象的规定到思维的具体的转变才能得以实现。设计师们在工程设计的不同的阶段，分别采用了不同抽象级别的符号语言来描述系统的模型，这样就得到了机械工程中所使用的机构运动简图，零件图，总成图和装配图这些不同抽象级别的模型，以及在这些模型生成过程中所使用的数学，力学模型。
2.2 “机构简图”是一种反应极其本质属性的概念模型。极其设计需要满足的要求有许多，但首先必须满足的要求有两点：所设计的机器要能实现预定的运动，完成帮人做事甚至替人做事的功能的实现。这两条满足了，才谈得上满足其他需求，这两大需求反映了极其的两大基本属性。那么，怎样通过设计来实现这两条最基本需求呢？由于机械系统综合分析的需要，机构学抽象出了构件，运动副和机构等概念，由运动副将构件连接成机构，由一个或若干构件组成机器，机构学用机构简图来描述这种由若干个构件通过运动副连接而成的物系作为机器的概念模型。利用机构简图这种概念模型，可以清晰地描述机器的组成及各组成部分之间的相互关系，确定各构件之间的相对运动，检验预定运动的实现，并可直接借助它建立数学，力学模型，对机器进行运动，动力分析，求解各构件上所受的力。所有這些，为零件盒构件材料的选择，为零件，构件结构尺寸的设计和承载能力的校核奠定了基础。
3 机械系统的建模过程
为了反映机械设计过程的建模本质，本文按系统分析和系统设计来划分机械设计阶段，软件工程就是这样划分的。
3.1 系统分析阶段。它包括传统划分方法中需求分析、方案设计两个阶段，所用到的描述工具都是机构简图符号。工作目标是获得机器系统的概念模型，具体如下：（1）构思满足用户需求的、可能的设计方案，这个工作在机构学中称为机构综合；（2）对所有可能的设计方案按需求进行可行性分析，最终得到一个最优的设计方案；（3）可借助机构简图建立数学，力学模型对机械系统进行运动、动力分析、得到机器最终的概念模型。
3.2 系统设计阶段。这一阶段包括机器零件工作能力设计，部件装配草图及总装配草图设计以及主要零件校核几个阶段。简单地认为，系统设计就是将概念模型转换成具有物理性能和几何结构尺寸的模型，也就是将机器简图转化为可用于加工制作的机械施工图的过程，将抽象的概念变成具体的可操作的过程。
机器系统分析和系统设计各阶段是一个连续的设计、评价、再设计过程。所以在这二个方面一定要保证问题空间与解空间描叙方法的一致性，要不违反了机械设计过程的建模本质，违反了软件工程设计思想设计理念。
4 机构简图适应了“设计-评价-再设计”规律，满足了设计各阶段模型转换的需求
在设计活动中，认识需求分析，构思设计方案，并最终能形成一个可行性产品是一个循序渐进的过程，这个过程它遵循‘设计-评价-再设计’的规律。系统分析阶段主要是形成用概念模型所描叙的机器方案 ，这各个阶段虽然经过了仔细的、科学的论证，但是仍然难以保证在后续的系统设计中会出现与未曾预料到的约束条件发生冲突，这就需要对原先的设计方案进行修改，进行优化最终得到一个可行的优化的设计方案。为此，这就需要保证系统分析与系统设计描述方法的一致性。
“机构简图”这种概念模型，它不仅很容易生成可用于加工制作的机械模型，而且当发现这些模型难以满足某些需求指标时，又能方便地从这些模型退回到用简单符号所描述的概念模型进行方案的再设计。这与软件工程所用的自顶向下设计的数据流图理念不一样，因为用数据流图来描述系统概念模型的方法与软件设计时所采用的层次模型方法不一致，所以软件工程要淘汰用数据流图进行系统分析。
5 结束语
在思维运动中对同类事物淘汰其现象的、次要的方面，抽取其共同的、主要的方面，从而做到从个别中把握一般，从现象中把握本质的认知过程和思维方法叫做科学的抽象。“机构简图”它就是经过工程和科学用几百年的时间逐步发展起来的符号语言，借助这些符号，工程设计中思维运动的飞跃才得以实现， 构思才能变成概念设计的方案。科学的抽象过程充满了飞跃，在这一过程中它除了要运用逻辑思维之外，还特别需要形象思维，直觉思维的积极参与；既需要“思维的自由创造”也需要直觉对经验总体的“共鸣”。因此，从分析建模与设计建模的高度来看待机构简图，从抽象思维的层次方面出发，按系统分析和系统设计的秩序组织机械设计学的教学，对于培养学生的创造性思维至关重要。
参考文献：
[1]国家教委社会科学研究与艺术教育司，自然辩证法概论[M].高等教育车版设，1991.
[2]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].高等教育出版社，2006.