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公理设计笔记(1)

一个夏日的上午,我在图书馆里闲逛(据@cxqn 说这是有闲阶级才能做的事情),偶遇一本《公理设计》,看书名觉得好奇于是拿出来翻了翻,觉得内容不错。网上还可以找到一篇文献《公理设计理论及其应用》 做了一些基本介绍。

但看起来这是一门课了,所以估计会有公开课来讲解。于是上网搜了一下,还真是找到了MFE 594 An Introduction to Axiomatic Design,有4节课,大约一共4个多小时,花了两天看完,再回来翻翻书,有一些收获,决定写一点笔记。

首先从1862年11月13日的一场海战讲起。这场海战“标志着蒸汽动力铁甲舰新时代的到来。”

南方C.S.S的Virginia号战舰,体型庞大,非常凶悍。已经击沉了两艘联邦军舰。北方U.S.S派出了Monitor号,一艘小得多的军舰。

图片来自https://www.battlefields.org/learn/galleries/battle-hampton-roads

USS Monitor CSS Virginia V : M
长度 173.00ft 262.75 ft 1.52
宽度 41.33 ft 51.16 ft 1.24
排水量 987 tons 3,200 tons 3.25
船员 52 350 6.73
火炮 2 12 6

这个比例看起来就是大雄vs胖虎之战。

CSS Virginia的特点除了大,还有就是都是固定炮塔,两侧和首尾有很多门炮。而USS Monitor有一个可以旋转的炮台。

一条战舰需要满足两个功能:

  • 调整航行方向
  • 调整炮击方向

对于CSS Virginia,这两个功能需求是“耦合”couple 的,要改变炮击方向,就需要将船只转向。而对于USS Monitor,这两个功能需求则是“解耦合”decouple 的,航行方向与炮击方向无关,炮击方向可以独立调整。

于是Monitor一直尽量守在Virginia的射击死角攻击,而Virginia则必须不断绕开,于是就不断绕圈。这两条船打了4个小时,Virginia撤退了。

这是视频公开课上老师讲的一个有趣的例子。老师在课上讲解的时候说Virginia被Monitor给neutralize了,所谓neutralize,军事上解释为 make incapable of military action,丧失军事能力。但按照history.com的记录,Virginia只是撤退了,毕竟Monitor只有两门炮,而Virginia还有很厚的铁甲。但大雄把胖虎打到先撤退跑了,如果再来一艘结果就不一定了。

可以引出设计公理的第一条:

满足功能需求(Functional Requirements, FRs)的参数设计(Design Parameter, DPs) 应当要解耦合(decouple)