Engineering system design -- whether mechatronic, control, or embedded -- often proceeds in an ad hoc manner, with requirements left implicit and traceability from intent to parameters largely absent. Existing specification-driven and systematic design methods mostly target software, and AI-assisted tools tend to enter the workflow at solution generation rather than at problem framing. Human--AI collaboration in the design of physical systems remains underexplored. This paper presents Design-OS, a lightweight, specification-driven workflow for engineering system design organized in five stages: concept definition, literature survey, conceptual design, requirements definition, and design definition. Specifications serve as the shared contract between human designers and AI agents; each stage produces structured artifacts that maintain traceability and support agent-augmented execution. We position Design-OS relative to requirements-driven design, systematic design frameworks, and AI-assisted design pipelines, and demonstrate it on a control systems design case using two rotary inverted pendulum platforms -- an open-source SimpleFOC reaction wheel and a commercial Quanser Furuta pendulum -- showing how the same specification-driven workflow accommodates fundamentally different implementations. A blank template and the full design-case artifacts are shared in a public repository to support reproducibility and reuse. The workflow makes the design process visible and auditable, and extends specification-driven orchestration of AI from software to physical engineering system design.


翻译:工程系统设计——无论是机电、控制还是嵌入式系统——往往以临时方式推进,需求隐含不显,从设计意图到参数的追溯性基本缺失。现有的规约驱动和系统性设计方法主要针对软件领域,而AI辅助工具通常在设计工作流的方案生成阶段而非问题构建阶段介入。物理系统设计中的人机协作仍是一个未被充分探索的领域。本文提出Design-OS,一种轻量级、规约驱动的工程系统设计工作流,包含五个阶段:概念定义、文献调研、概念设计、需求定义和设计定义。规约作为人类设计师与AI智能体之间的共享契约;每个阶段产出结构化工件,以保持可追溯性并支持智能体增强执行。我们将Design-OS置于需求驱动设计、系统性设计框架和AI辅助设计管线的背景中进行定位,并通过两个旋转倒立摆平台(一个开源的SimpleFOC反应轮和一个商业化的Quanser Furuta摆)的控制系统设计案例进行演示,展示了同一套规约驱动工作流如何适应本质不同的实现方案。空白模板及完整的设计案例工件已共享于公共仓库,以支持可复现性与复用。该工作流使设计过程可视化且可审计,并将规约驱动的AI编排从软件领域扩展至物理工程系统设计。

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