产品创新的概念设计研究

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1、产品创新的概念设计研究内容提要：分别阐述了产品概念设计领域的研究现状；指出前者的根本缺陷在于缺乏设计方法学的支持，未能从产品创新着眼、体现整个设计过程，后者往往局限于设计的理论层次，仅从设计艺术的角度进行研究，缺乏可实现性和操作性。本文针对上述不足，总结了概念设计过程中五个方面的产品创新，提出了遵循设计思维、面向产品创新的概念设计的基本思路、支撑技术和实现方法，并进一步研制了实验系统加以验证。0．引言产品概念设计是设计过程的初始阶段，其目标是获得产品的基本形式或形状。广义上的概念设计（如图1所示）是指从产品的需求分析之后，到详

2、细设计之前这一阶段的设计过程。它主要包括功能设计、原理设计、布局设计、形状设计和初步的结构设计等五部分。这几个部分虽存在一定的阶段性和相互独立性，但在实际的设计过程中，由于设计类型的不同，往往具有侧重性，而且互相依赖，相互影响。  概念设计是产品整个设计过程中一个非常重要的阶段。这一阶段的工作高度地体现了设计的艺术性、创造性、综合性以及设计师的经验性。实践表明，一旦概念设计被确定，产品设计的60％－70％也就被确定了；然而，概念设计阶段所花费的成本和时间在总的开发成本和设计周期中占的比例通常都在20％以下。   当前，由于工业

3、产品由传统的机械产品向机电一体化产品、电子产品方向发展，市场竞争日趋激烈，消费观念不断变化，从而导致一个产品的功能已不再是消费者决定购买的最主要因素。产品的创新性、外观造型、宜人性等因素愈来愈受到重视，在竞争中占据着突出地位。这种趋势促使企业在着手进行新产品开发时把面向产品的创新性、外观造型、人机工程学的设计提到一个新的高度，从而也迫切要求对产品概念设计的研究能有进一步的突破，以提高产品的设计水平和市场竞争力。图1 概念设计的定义1．概念设计的研究现状概念设计在产品的整个设计开发过程有着无可替代的作用。因而，对这一过程的研究一

4、直以来都是CAD／CAM、CIMS等领域的热点。特别是近年来，随着计算机图形学、虚拟现实、敏捷设计、多媒体等技术的发展和CAD／CAM应用的深入，产品概念设计的研究也有了新的进展。   从工程设计的研究角度，概念设计包括了产品的功能设计、原理设计、方案设计及初步的结构设计等内容。不少学者从工程设计学出发，提出了层次概念设计模型、工程设计概念模型、基于功率键图的概念设计等概念设计建模方法。   从工业设计的研究角度，概念设计主要是指考虑功能、结构、人机工程以及制造等因素在内的产品外观形态的设计。不少学者从产品设计方法学出发，提出

5、了造型文法、色彩文法、形状文法等产品概念设计原理、原则与方法。   另外，从技术的应用角度，有学者从智能辅助的角度提出了基于多层推理机制的概念设计、概念设计专家系统等概念设计方法和机制；也有学者从虚拟现实的应用角度提出了基于虚拟界面的概念形状设计、基于多通道用户界面的概念设计等等。  从上述现状可看到：对概念设计的认识和研究目前还处于一个分离的局面。从工程设计角度进行的研究往往以产品的功能原理为出发点，将概念设计看成是功能原理方案的草图实现过程，而计算机辅助概念设计（ComputerAidedConceptualDesign，

6、以下简称CACD）则是提供一个产品的草图绘制和三维重建工具。因而很少从概念设计本身和设计思维的角度进行研究；从工业设计角度进行研究的学者则往往从产品的外观造型出发，他们擅长设计理论，但不了解计算机的辅助能力。因而其理论很难通过程序形式加以实现。   另外，当前一些大型CAD／CAM／CAE商品化软件系统如EDS Unigraphics、Pro/Engineer等也提供了概念设计／工业设计模块，其设计结果能直接传递给系统中其他模块进行后续设计。但根本的问题在于：   ① 这些模块提供的基本上是一个在设计方案基本定型之后的概念化／

7、草图化绘图工具而非设计工具。它缺乏设计方法学的支持；   ② 整个模块基本上没有体现概念设计的设计过程，设计流程没能从概念设计师的角度出发，与设计思维不能很好融合；   ③ 这些模块没有从产品的创新性着眼，难以体现概念设计过程中的创新设计。   事实上，从设计方法学的角度看，概念设计包含了功能设计与形式设计两大部分。但由于种种历史的原因，一个统一的设计工作被分离为功能设计与形式设计两个侧面，分别由不同领域的设计师承担工作。功能设计师即工程设计师，形式设计师即工业设计师（如图2所示）。图2 概念设计的统一当前，产品设计与制造朝着

8、数字化、网络化、集成化的方向发展，同时随着并行设计、协同设计、全生命周期工程设计（Life-CycleEngineeringDesign）思想的逐步深入和运用，产品的概念设计也必将走向统一化，最终形成一个既相互分工又紧密合作的并行式协同设计过程。1．概念设计中的产品创新在概念