5、工程设计：从创意到成品的全流程解析

工程设计：从创意到成品的全流程解析

1. 设计的本质与重要性

设计是一项以目标为导向的问题解决活动，通常需要多次迭代。以小型货车为例，克莱斯勒推出首款小型货车后，其他汽车制造商纷纷跟进并不断改进，如今的小型货车相比最初版本有了显著提升。在设计过程中，关键是在产品最终制造或建造之前，开发并测试其描述性模型。对于制造产品，描述性模型通常包括三维计算机模型、工程草图和图纸，可能还有快速原型；对于土木工程，描述性模型包括图纸、规格说明，有时还有木制或塑料比例模型。

工程师与科学家的区别在于，工程师设计并创造解决世界上众多技术问题的方案，而科学家研究问题并在文献中报告他们的发现。例如，环境科学家发现汽车尾气排放导致空气污染严重，工程师们则设计出更省油、污染更少的汽车，还在研究太阳能、电动和氢燃料电池汽车以及生物燃料的应用。

工程是一个以设计为导向的职业，工程师负责设计设备或系统，并考虑如何大规模生产、包装和运输它们。设计是工程师的核心职能，贯穿整个工程职业生涯。

2. 设计中的考虑因素

在设计设备或系统时，工程师需要考虑多个因素，主要与系统的功能和成本相关。对于可持续设计，生命周期分析和环境影响尤为重要。以汽车设计为例，工程师在选择车身材料时，需要在金属、复合材料和塑料之间权衡利弊。钢材坚固且有韧性，但易腐蚀、重量大，会降低燃油效率并增加污染；复合材料强度高、能吸收大量能量，但可能易碎且成本较高；塑料易于成型、耐腐蚀，但相对较弱，安全是一个重要问题。因此，工程师需要在成本、安全和环境影响之间进行权衡，设计出既安全、价格合理又排放低的汽车。

不同工程学科对设计的看法有所不同。化学工程师的设计包括确定正确的化学品和材料组合、搅拌、