产品设计概论范文精选

摘要：工业设计不仅仅是一门富于“行”的学科，更是富于“思”的学科。在感性的工学产品设计中，不仅仅要谈设计程序与设计方法等涉及“怎么做”这一“行”的方法论问题，更要论“为什么要这么做”。往往背离目的的设计活动无论在其后的设计实践中如何精彩与动人，都是失败的。本文对工学产品造型设计中的概念设计从其本质、特性做了一一阐述，最后讲述如何进行概念设计的前期构思与创作，提出探索未来设计的各种可能。

关键词：感性工学 产品造型 概念设计

一、工业设计中的概念设计

工业设计是由英文“Industrial Design”翻译而来，由美国艺术家约瑟夫・西奈尔于1919年首次提出的，是国际上公认的学术用语。1970年国际工业设计学会理事会为工业设计下了一个完整的定义：“工业设计，是一种根据产业状况以决定制作物品之适应特质的创造活动。适应物品特质，不单单指物品的结构，而是兼顾使用者和生产者双方的观点，使抽象的概念系统化，完成统一而具体化的物品形象，即着眼于根本的结构与机能间的相互关系，其根据工业生产的条件扩大了人类环境的局面。”

概念设计起源于德国学者Pahl和Beitz，1984年他们在《Engineering Design》一书中提出了“概念设计”的概念，将概念设计描述为：在确定设计任务之后，通过抽象化，拟定功能结构，寻求适当的作用原理及其组合等，确定出基本求解途径，得出求解方案，一部分的设计工作叫做概念设计。在其之后，英国Lancaster大学French教授也在他的《Conceptual Design of Engineers》一书中提到了概念设计，他认为概念设计首先要弄清楚设计的要求和条件，再利用简图形式来表达广义解。

二、概念设计的前期构思与创作

设计理论和方法的研究对概念设计的研究起指导性作用。产品概念设计通常是针对产品的功能、行为和结构。功能是产品实现的用途，行为是产品的工作原理或功能实现方法，结构是产品的构成要素及其组成关系。功能―行为―结构―映射过程是设计信息逐层处理、设计活动逐步细化的过程，这一过程构成了概念设计活动的主要特征，但由于产品概念设计问题的复杂性、产品的多样性和概念设计阶段信息的不完备性，使得这一过程不可避免地遇到两个关键的问题：其一，产品各方面信息及其相互作用的表达或描述（建模问题）；其二，可行方案的生成和选择（推理问题）。

1、建模问题

一、贝塔朗菲的系统论对产品包装设计的影响

微观系统是狭义上的概念，针对开发对象而言，是一个系统的基础部分所必须的，不可或缺的系统元素。如包装的诸元素：LOGO、品牌名称、图形图像、版式设计、包装结构、材料、POP设计等。它们是构成系统的必须的基础元素，没有这些组合元素，也不会产生系统的设计。宏观系统是广义上的内容，考虑到与社会经济、环境等有关联的因素，这个系统体现了包装设计体系巨大作用，很大程度上决定了其发展空间。在产品包装设计过程中，设计主题，设计概念和设计思想都是组成该设计系统中的一个元素。不存在没有元素的系统，也没有脱离系统的元素。因此，不能把分割的部分拼为整体，必须考虑在包装设计中各个子系统和系统之间的关系才能了解各部分的行为。系列化包装设计是将包装的形态、色彩、品名、牌号、组合方式、选用具有共性的材质材料等做成系列，成为一个系统化的群包装。同时在市场和环境的宏观系统中，包装扮演了销售员的角色，其销售环境和绿色环境将决定其优势所在。包装作为企业系统形象，在重视品牌的前提下，它是品牌文化的延伸，人们可以获得品牌和产品的各种信息，从而使企业品牌形象得以在消费者内心确立，并在企业的更新与发展中向着一个系统规划的优化方向发展和前进，并对消费者购买产品的观念和环境意识产生深刻的影响。这里体现了“总体功能大于各部分之和”的系统思想。包装设计所体现出来的是视觉和内涵的系统概念所在，并且体现它所涵盖的设计价值和全部功能性价值。

二、系统化在包装系统环境中的作用

系统化的概念，需要设计师着眼寻求最优目标，树立全局思想，搞好局部，使功能得到最大的发挥。如今，市场是一个由经济链相互联系起来的一个系统，包装产品本身的物质体现和精神追求，影响着人们的消费心理和消费方式，进而也对市场、经济和环境产生一定的积极作用。

（一）新时代包装设计师对系统设计的意义

设计师在设计过程中，需要具备系统思想。包装设计的不断发展和提升，需要设计师在设计的道路上不断思考、寻求一种全新的设计理念，同时也是企业追求的全新模式。系统论概念给产品包装设计提供了一个优化设计方向。在新的层次中探寻吸收、咀嚼消化、赋予实践的设计行为。在包装系统计划中，设计师需要以迭代思维设计有价值的里程碑，来考量设计创作等同于雕琢的过程的迭代，而不是增量过程对应的简单堆砌。把握和运用系统设计思维激发设计师的系统化设计理念和潜能将会提升包装设计在新阶段再设计的新高度，同时更好的提升设计的创造能力。设计师为产品做包装设计时，当完成画面上的元素的系统化设计后，并没有达到系统化设计的要求。在包装设计中，以系统的角度思考设计、做设计、看设计将会使我们更深入设计本源应该带给设计师、客户以及市场需要的层面，同时也是对设计师的更高挑战和要求，更是成功的产品包装设计的必然趋势。在这个系统中，设计师必须充分发挥组织能力，将设计的各个部分组合、重建成一个符合该系统的优化结构，达到设计的系统化和最优化。这种设计理念将是当今和未来设计师必须具备的设计能力和综合素质。

（二）系统设计与市场营销

系统化设计的来源是商业需求，而商业追求利益最大化，在设计中加入新的特征，符合时代的特征，不断创造出新的生机。包装的系统化设计在系列包装设计、等级包装设计、附赠包装设计中都体现了很强的系统化销售的概念，对经济的增长有一定的促进作用。作为传播元素中的一种方式。产品包装设计在品牌推广和宣传上是最具说服力的方式，是与消费者直接对话的一种宣传形式，在各大商场，大多数商品的包装设计都在寻求一种能更好销售的方式，因此销售的成功与否也与环境等因素存在密切联系。从包装装饰到使用功能的延伸；从品牌概念到市场环境；从纯视觉到对材料的深入探究；从单个包装到包装组合效果的立体扩展，无一不在体现着系统设计在营销环境中的作用与市场价值。包装的设计概念也随着市场的动态发展而在系统化设计中得以实施。包装系统语言的传达给市场提供更大的空间，同时将经济利益提升到一个新高度。因此，包装系统化设计的内涵对商业的提升价值上升至一个新阶层。在进行产品包装系统设计中，如包装的性能(Performance)、可扩展性(Scalability)，包装的整个系统的更新(Update)和可维护性(Maintainability)，可用性(Usability)以及用户体验(Userexperience)也是重要的部分。设计本身就在输入、执行和输出中体现它源于思想又高于思想的艺术性。在设计的前进道路上，必须实现包装系统的优化状态以满足企业的高度需求和市场化。

摘要：随着微电子技术的迅猛发展以及机械工程领域的不断需求，这都极大地促进了机电一体化产品概念设计理论的研究，相比较863计划的初始阶段都有很大的发展，，还出现了“机电光”与“机电液”相关领域的结合。在未来，我相信机电系统可以相互组合，灵活裁剪，实现多系统之间的相互配合和密切联系，同时，更加注重机电一体化产品和使用者的关联，使产品朝着智能化微型化系统化和环保化方向发展，机电一体化及相关领域还会成为我们机械电子工程技术革命主战场。

关键词:中国制造2025；机电一体化；现状；展望；863计划

1当前机电一体化产品概念设计国内外研究现状

1.1国内研究现状

我国机电一体化的研究主要伴随着“863项目计划”而开展，我国的智能机器人等项目也在该计划的支持下取得突飞猛进的发展，目前我国的工业化整体处于“工业3.0”左右的阶段。（1）数控技术方面：截止2016年，我国数控技术经历58年，目前国产数控机床可供品种达2000左右多种，船舶制造、航空航天等行业的发展拉动高端数控机床的发展，进而推动机电一体化进程。（2）工业机器人方面:目前，国内机器人销量以百分之四十五以上速度增长，并且我国计划有系统地攻关，在原有的良好基础上更上一层，后期能立于世界先进行列之中。（3）激光术方面：近年来，激光技术发展很快，我国自1985年以来，更以每年25%以上速度增长，最近又扩大了紧凑型的高功率激光器的应用的范围，例如，用于激光制造、汽车发动机的发展或用于空间探索的推进器系统改造。（4）互联网应用方面：推行互联网思维下的智能制造，苏州纽威阀门有限公司和三一集团有限公司分别运用CAX系统和SPC工具进行智能制造，提高了效率，建立了一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。通过这几方面可以看出机电一体化产品概念设计有着很大发展，但是离德国、美国等欧美国家还有一定的差距。

1.2国外研究现状

机电一体化的相关研究在国外最早在上个世纪60年代开始，在九十年代后期机电一体化进入深入发展阶段，并出现了“机电液”和“机电光”等一些新的分支，现阶段以德国和美国为代表的发达国家工业化发展已经达到了“工业4.0”，并在国际上处于领先地位。

2未来建立机电一体化的产品概念设计理论与方法的意义

【摘 要】阐述了产品可靠性的定义及分析电子产品可靠性的常见指标。提出了设计电子产品可靠性应遵循的基本原则，并重点介绍了降额设计、热设计、电磁兼容性设计等可靠性设计的技术方法。

【关键词】可靠性；故障率；可靠性设计

随着市场经济的发展，人们对产品的使用性能要求不断提高，同时也更加重视产品的可靠性和安全性。我国在20世纪70年代在电子工业和航空工业中初步形成可靠性研究体系，并应用于军工产品，与先进国家差距20～30年。目前我国在用的可靠性标准是国家军用标准《GJBZ299C-2006电子设备可靠性预计手册》，此标准为电子设备和系统的可靠性预计提供了基本数据和方法。本文简述电子产品可靠性预计理论，对电子产品的可靠性设计方法提出参考性建议。

1.可靠性的技术指标

产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力称为可靠性。“规定条件”指使用时的环境条件和工作条件；“规定时间”指产品规定的任务时间；“规定功能”指产品规定的必须具备的功能及其技术指标。

衡量产品可靠性水平标准有定量的，也有定性的，最常用的有可靠度、可靠寿命、故障率（失效率）λ（t）、有效寿命与平均寿命、平均无故障工作时间MTBF，本文只介绍常用的两种评价方式。

1.1平均无故障时间MTBF

在规定条件下、规定时间内完成规定功能的概率；平均故障间隔时间MTBF的计算方法有两种。

1相关工作

当前，已经存在很多关于形状建模技术的工作，本文主要针对建模技术在设计过程中的应用，因此交互式建模技术为本文主要关注对象．为了更好地辅助设计，用户（设计师）参与已经广泛地被应用于CAD系统中．通过与用户合作，基于用户智能知识，建模技术能够承担大范围模型建立项目，例如交互式街道建模框架［9］．新的用户输入设备也被用来提高用户与系统之间的交流．FreeDrawer［10］是一款草图系统，能够采用基于样条曲线的自由曲面的绘制．用户通过磁性笔在虚拟的环境内绘制曲线，所绘制的图像能够被系统及时接收和显示．SurfaceDrawing［11］是一款根据手的运动路径来产生有机三维形状的软件．操作手的行为能够通过磁性装置被系统感知并用来产生几何形状．ScanModeling系统采用名为“Wakucon”的输入设备通过扫描真实物体进行三维形状生成．通过高科技设备，用户?设计师们能够在虚拟真实的环境内进行交互式的绘制和建模工作．和这些研究相比，本文更关注设计信息的双向交互．也就是当设计师运用本文提出的方法完成设计时，其设计知识能够被系统感知并保存下来，通过自动化衍生机制进行设计探索．与其他类似研究不同的是，设计知识不是由工程人员或研究人员后期分析产生，而是直接获取自设计师的设计过程中．本文提出的方法可以自动完成设计知识获取和转化过程．形状文法能够通过语法系统将设计表示为2D?3D的可视化形状（shape）及迭代算法过程（rule）［13］．基于规则的框架结构能够给用户提供设计知识和可视化之间的接口．CGA形状［14］采用过程建模方法应用于建筑领域，允许用户通过指定建模模块进行细节设计．壮族形状文法［15］采用基于网格的形式表示自由、平滑的形状．通过2D图案生成表达用户的主观感受［16］．衍生设计方法结合形状文法已经应用于电话衍生设计中．在上述研究的基础上，本文对传统形状文法进行了改进，提出3种类别的规则并用来在设计过程中对设计信息进行表示和传递．

2动态形状表示

在设计方案产生之前，设计过程充满了变数．设计师通过其行为表达他们的设计思想，并用来建立设计概念模型．为了更加接近这一自然设计过程，本文介绍了一种新的形状表示法———DSR．DSR形状通过基本设计行为对目标形状进行描述和表示．形状文法通过其定义的规则集对设计目标进行描绘．规则可以表示为：AB，即，形状A被替换为形状B或B的任意形状子集．一次规则的应用表示一次形状由A到B的替换．但是，在这一规则中，形状如何由A变为B的过程是无法体现的．换句话说，形状由A变为B的过程被其结果所表示．如果能够表示变化过程而不仅仅是变化结果，其动态的过程信息就可以被用在不同的初始形状A′中，来产生更多的新形状｛B1，B2，…，Bn｝．这也就是本文提出DSR形状的基本思想．本文定义了9个类别的基本形状规则———ElementalRule［3］（简称ER）．通过对于三维形状操作的研究［18］，9类ER群体能够基本覆盖所有的形状操作需求，例如Add（添加）、Delete（删除）、Cutvertices（部分删除）和Cutedges（部分删除）．通过上述4类基本形状操作，本文选用矩形和球作为基本图元，可以产生9种不同种类的ER规则［3］．大多数形状都可以通过这些ER规则的结合使用进行表示．除了正交的形状，对于具有曲线表面的形状，可以通过球体作为基本图元进行生成．定义1．DSR形状．DSR形状是一种有限的形状元素集，通过以特定顺序应用ER规则进行生成．一个DSR形状可以被形式化表示为形状元素集与有序的ER规则应用序列，｛S＊｜ER（i1），ER（i2），…，ER（in）｝．S＊［19］表示初始形状或其任意的子集，一般被用来表示ER规则的左半部分．传统的规则应用方法为形状替代［15］，这在基于ER规则应用过程中，会对具有光滑曲面特征的形状的外观造成破坏［3］．因此，本文提出一种新的规则应用模式———行为捕获模式（actioncapturemode，ACM）．定义2．行为捕捉模式（ACM）．行为捕捉模式能够在保证原有形状外观不被破坏的前提下，保留规则变化意图．基于物体最小包围盒，生成物体的形状为目标形状与规则右边形状的布尔交运算（SObject＿Left∩SRule＿Right）．通过ACM应用模式，DSR形状能够表示一个规则应用后的形状变化过程（从规则的左半部分变为右半部分）．这确保规则的应用可以不受目标形状的几何复杂性约束．换句话说，当产生一个DSR形状规则后，它可以被应用到不同的初始形状，从而产生不同效果．这与设计过程的模糊性相吻合．这里通过一个案例展示应用ACM模式后的形状变化．本文邀请一位设计师设计了一个概念化的椅子模型，如图1所示．简洁和造型的流畅性是唯一对于该造型的前期要求．通过DSR规则，椅子的概念模型可以通过DSR形状进行表示．通过图1所示的DSR规则可以清楚地看到，椅子模型是由一个立方体变化产生．基于ACM应用模式，可以将图1所示的DSR规则应用到不同初始形状上，例如杯子形、圆柱体、苹果形状和平头截体，如图2所示．因为DSR形状能够以动态的形式表示，即形状的产生过程可以记录在DSR形状中．因此，基于DSR的规则能够应用到不同的初始形状从而产生更多的新设计模型．如上面案例所示，设计行为（从一个实体产生一把椅子）通过DSR形状保存了下来．在ACM模式的应用下，该设计行为能够应用到不同的初始群体，产生不同效果的椅子模型．下面通过一个小规模的问卷调查，对新设计模型的效果进行评价．200位侯选者被选来进行关于新模型效果的问卷调查．其中有170位年龄在20～30岁之间的学生，以及30位具有3～5年专业设计经验的设计师．问卷调查包括4个问题：1）请比较图1与图2中的椅子模型是否相似？2）图2中的椅子能否由图1中的椅子经过推理得到？3）请根据图1中的椅子形状，根据自己的理解进行模型再现．请通过草图的形式对设计过程进行可视化．4）请分别从审美、新颖和舒适度3方面对上述5个椅子模型进行评价．在访问调查过程中，仅将图1和图2中规则的右半部分展现给问卷参与者．调查结果显示：对于问题1），136人认为相似而52人认为不相似，其余没有意见．对于问题2），超过60％的参与者认为可以通过推理的方式获得，并表示这些椅子具有某些潜在的关联．对于问题3），虽然面对相同的椅子模型，不同的参与者给出了多种多样的生成方法．换句话说，虽然最终模型相同，但是生成的过程却是多种多样的．“自顶向下”的设计模式被广泛采用．对于问题4），“苹果型”的椅子被多数人认为最好看和有新意，图2中的椅子模型被认为最舒适．调查后，当参与者知道4个新椅子模型是由同一模型推理产生时，都在不同程度上表示了惊讶．他们表示：从同一个模型推理出全部4个新模型对他们来说是非常困难的．这也从侧面表现出DSR形状的提出能够反映出设计过程中的突发性特征．目前，通过ER规则库和ACM应用模式，能够产生多种多样的三维设计模型，如图3所示．

3DSR形状文法设计语言

定义3．DSR形状文法．DSR形状文法是一个四元集｛S，L，R，I｝，其中：1）S是DSR形状的有限集合；2）L是标签的有限集合，用于控制形状文法在时间和空间上的推进；3）R是DSR规则的有限集合；4）I是一个自由实体，作为形状文法应用的起点，称为初始形状．在DSR形状文法中，设计过程能够通过形状集和规则集进行表示，进而形成设计语言［20］．由于DSR形状可以表示动态设计信息（设计行为），因此该设计语言可以表现设计师有意识的行为和思想．在工程设计中，设计过程开始自包含设计问题分析、设计解空间解析、设计表达和结果可视化在内的多个循环．因此在DSR设计文法中，本文建立了有结构的规则系统来表示设计思路。在DSR形状文法中包括3种类型的规则：DSR规则、辅助规则（auxiliaryrule）和布局规则（layoutrule）．DSR规则是用来在设计过程中产生形状变化．物理方面的形状变化可以被DSR形状表示并保存．辅助规则主要是用来处理通用的三维模型操作：‘拉伸’、‘缩放’、‘旋转’、‘扭曲’等．在设计过程中，设计师会在最终方案确定之前不停地做出决定，关于当前设计模型的评价和接下来的修改会对整体设计产生什么影响？通常来说，对于整体设计产生的影响将会起到主要作用．因此，这种决定将会一直循环，直至满意的设计方案产生．类似于真实的设计过程，布局规则主要用于指定当前形状和整体模型的关联和影响．2类特殊的功能规则被采用：“SliceRule”和“CombineRule”．通过这2个功能规则，模型可以被分解、合并为任意的子形状用来承载DSR规则和辅助规则的运用．因为设计过程不是直线型推进，而是螺旋型推进的，本文提出针对布局规则的3种关系。图5a所示的‘梯子’关系表示设计过程中的因果关系：Step2发生是由于Step1引起的，后面步骤的产生是由于其前面步骤而产生的．在设计中，前后的因果关系并不仅仅具有线性继承和相邻继承，也就是说，前面n代的步骤都会对第n＋1代的产生具有影响．并且，其影响并不是随着相隔代数的增加而减少（设计突发性）．图5b所示的交叉关系体现了设计过程中的选择性．在上一步的布局行为产生后，有可能会产生多种潜在的设计推进方法（Step2～Stepn）．图5c所示的平行关系体现的是设计过程中的分离行为，即设计步骤A1，A2与B1，B2之间的推进是弱连通的，之间没有必然的联系．当然，在设计过程中，每一种类型并不具有清晰的分割，而常常是多种关系交错发生在同一设计过程中的．本文将图1所示的椅子概念的设计作为案例来表现DSR形状文法的应用之一．通过上述调查问卷，作者邀请了很多职业设计师对相同的椅子模型（图1）应用本文所提出的方法进行重现设计．因此通过DSR形状文法能够得到很多不同设计语言．其中，3种设计语言被选取作为本文案例，展示3种规则对于设计知识的保存和应用．在图6中，设计语言A共有6步．其中，Step1和Step4为布局规则．Step2将立方体分割为3部分用来产生扶手—椅子主体—扶手．Step4将椅子主体设计分为上下2部分．Step3，Step5，Step6属于DSR规则，用来对相应选取的形状进行物理外观的变化．在该设计语言中，Step2和Step4之间属于‘阶梯’关系，因为如果没有Step2，Step4就不会发生．图6中设计语言B分为7步．其中，Step2和Step4为布局规则，其余为DSR规则．Step2和Step4之间属于‘交叉’关系．在Step2后，以后的操作具有2个选择．而Step3和Step5属于‘平行’关系，也就是说，它们之间没有必然的先后顺序，属于弱连通．图6中设计语言C包括4步．其中Step2为布局规则，其余为DSR规则．‘平行’关系在该设计语言中得到了体现。上述3个设计语言的获取都由系统自动完成的．设计师被邀请来使用本文建立的3D交互式建模引擎，通过可视化界面和窗口控件交互操作，他们可以像在常规3D建模软件中一样进行工作．与此同时，系统能够根据其设计操作对整个设计过程通过DSR形状文法进行获取和保存，继而产生设计语言．本系统采用ACIS技术，在Windows平台下运用C＋＋语言实现的。将3个不同的设计语言应用到衍生式设计框架中，在系统内可以快速地产生3种不同的设计方案群体，如图8所示．图8a所示模型是根据设计语言A衍生而来的，体现了椅子主体的一体化设计和悬空椅子扶手的思想．图8b所示模型是根据设计语言B衍生而来的，体现了椅子上下部分不同的设计风格．图8c所示的模型是根据设计语言C产生的，体现了扶手和椅子主体的一体化风格．每一个新椅子都能够通过DSR形状进行表示和存储．也就是说，它们都可以做到图2中类似的衍生式变换．当作者将新的设计模型给3位设计语言的设计者观看时，他们都非常感兴趣．他们表示，其原始设计思路是在本文的3D建模系统中花费了1～2h不等的时间完成的．然而，所有的衍生设计模型都是在1min内通过基于系统自动产生的．这大大节约了设计周期．从美观和创新价值方面，新产生的模型都比较令人满意．虽然，这些新模型还不能直接作为设计方案进入产品设计流程，但它们都表现出原始设计方案的设计思想，并且在设计效果上有了较大的不同，给予设计者感官上直接的冲击和新颖的刺激，能够有助于其设计知识的扩展和设计构思的产生．

4结论

本文提出动态形状表示法———DSR形状，其能够表示形状变化的动态信息．在DSR形状的基础上，DSR形状文法的提出和3种类型规则的引入能够满足在设计过程中获取设计知识的目的．通过案例研究，作者邀请设计师对于相同的设计模型进行设计再现．通过衍生式设计机制，将获取的设计语言应用到算法系统中，能够产生出多个不同的设计群体．经过后期的反馈调查，每个群体都能够体现原始设计语言的设计思路．本文中，无论设计语言的生成、设计语言的保存，还是新设计种群的衍生设计全部都是系统自动完成的．这样能够确保设计知识在由定性信息转化为定量信息时，信息缺失尽可能地降低．通过前期实验结果显示，基于动态表示的DSR形状文法能够在设计过程中获取设计师的设计意图．从设计师方的反馈来看，这种方法适合于产品概念设计阶段的构思过程．本文工作还有很多需要进一步完善的地方．当前仅基本形状图元（立方体、球体）被考虑．针对复杂的形状建模，例如自由曲面形状建模，还不能完全支持．因此，如何进一步扩展ER规则库以适应复杂模需求成为了将来研究的重点之一．当前，在设计语言方面，简单的设计过程已经进行了实验．但真实的设计过程往往更为复杂，本文的方法针对复杂的设计过程是否还能保持相同的实验效果，还有待于进一步验证．最后，经过设计师的反馈，新产生出的模型在设计风格方面略有改变．如何通过衍生机制产生大量新颖设计方案的同时，能够尽可能地保持设计风格等设计固有属性，也成为将来的研究方向．

作者：万延见李彦李文强闫喜强单位：四川大学制造科学与工程学院

总的来说，当前基于产品自身进化思想的研究大多还都停留在理论探索阶段，相应的计算机辅助创新（ComputerAidedInnovation，CAI）软件也十分匮乏，更加限制了设计理论的应用与发展。因此，本文在Jacob、Ma.GL等的研究基础上，通过引入系统功能分析的方法，并综合考虑功能、结构两方面因素的作用，提出了一种从多个角度进行激励分析的功能需求内生式产品创新设计方法。并在课题组开发的原型系统中实现了该功能模块，体系化、导向性地辅助设计者较好地进行产品概念设计。

内生功能驱动产品创新设计模式

1功能驱动产品创新机理

产品是基于一定物理及几何结构，在相应技术条件支撑下，实现所需功能集合的有机体。其与生俱来就是市场信息的折射，且任何产品都在按照一定规律不断的发展和进化。类似于“适者生存”的过程，在市场因素的作用下，产品也在不断的优胜劣汰。随着时间的推移，一些市场特性就逐渐被“映射”或“编码”到存活产品中，内化为产品功能或结构的一部分。正是这些蕴含于产品自身的进化特性信息为需求信息提供了一个较为高效、可靠的获取渠道。发现这些特性并使之向更优的方向转变，就可以带动产品进化，感知并满足新的市场需求。

基于这一思想，本文从功能演化角度构建了一种基于内生功能驱动的产品创新设计模式。主要通过功能演化的形式拉动结构、市场等特性进化，进而实现产品全面进化，如图1所示（功能、结构、市场等特性的进化，均是技术系统进步的反映）。其创新机理在于暂时摆脱现有技术和市场对产品设计的束缚，从产品自身出发，运用一定的功能激励策略对其进行功能改进操作，以激励产生更多新功能需求信息，实现功能进化；并针对这些功能需求进行概念求解，带动产品结构也向更适于功能实现的方向演进，进而开拓出新的市场应用空间，实现产品全面进化。

2功能激励分析策略

产品作为一个有机体，与生物体相类似，也是由功能及承载功能的结构载体组成的系统。借鉴系统功能分析的方法，结合已有产品对其加以功能结构分解，并根据其功能-组件间的链式关系及组件间的隶属关系进行系统功能建模，构建相应的基础功能模型——功能-组件链图，如图2所示。功能是产品存在的目的，功能的实现除了与产品自身结构有关外，还与超系统内其它关联组件相关。为了较好地实现对产品自身蕴含的进化特性信息的挖掘，本文提出的方法正是在系统功能建模基础上，从超系统和技术系统两个方面对已有产品进行较为全面的功能激励分析。进行技术系统分析，是为了实现其自身功能结构特性优化，增进其理想化水平。而引入超系统分析，其目的在于实现技术系统特性向超系统特性进化，进而实现超系统进化反向促进技术系统进化的作用。技术系统分析是功能激励的主要内容，超系统分析是其有益补充。

随着我们需求的增多，用来满足我们需求的新产品也随之增多。这也就是概念设计的基本流程，最终目标都是开发出新的产品。概念设计所寻求的新产品是通过深入挖掘用户的需求来实现的，只是用户的需求在当今复杂的市场条件下很难轻易地被挖掘出来，用户所需要的产品为虚，但是其需要的所能达到其想要的生活方式为真。因此，这种客户所需产品的不确定性就导致了市场中的一些产品被淘汰，而有的达到了用户需求留存了下来。像这种没有把握好用户需求的产品企业注定功亏一篑。所以企业要把风险降至最低，就要有合理的检验用户需求的办法。一般用户的需求分为两类，一种是可以通过市场的数据分析、用户调研所得出的，叫做显性需求；另一种则是隐性需求，客户并不知道他具体需要什么，但是又向往有更好的生活方式。对于后者，企业便可以通过建立模型去验证，不仅降低了风险，还能挖掘更好的市场需求。用户需求转化为虚构模型的过程和方法。

（1）虚构模型的产生阶段

由于并行工程等设计方法和手段的进步，产品概念设计与设计研发中的其他步骤相互串联、反复、交错，但就产品设计前期的概念开发工作而言，产品概念设计依然是一个相对独立的过程。产品概念设计的相对独立性决定了其具有一个较完整的设计过程。从各种方式的调查研究或寻找新科技，得到初步的想法，把想法整理成清晰的要解决的问题。对这些问题提出创造性的解决方案，得到众多的解决方案，即概念设计方案，这时提出的可行的概念越多越好。

（2）虚构模型的选择阶段

制定评判标准，从产生的众多概念中，选择出最好、最可行的方案。概念选择是产品概念设计中非常重要的一个环节。在这一过程中，新产品开发小组中各专业人员要共同工作，并努力达成一致意见。前面步骤产生的众多概念，每个概念从表面上看似乎都能满足要求，但我们必须从中选择出最有发展潜力的概念，进行接下去的设计工作。概念的选择将决定以后工作的方向，正确的方向可以节省时间和开支，而错误的决定则导致时间、人力、财力等资源的浪费。概念的选择是概念的产生和概念的验证密切相关的重复的过程。概念选择进行时可能会激发新的概念产生，对这些新产生的概念，也应该像前面产生的概念一样进行概念选择。

（3）虚构模型的实现阶段

把选择出来的概念细化，做出概念产品或模型。概念的实现是概念设计的第三个步骤。对于企业，产品概念设计一般以概念产品的出现而结束。对于个人或学生由于技术及财力方面的原因要做到这一步就比较困难，往往只能做到概念模型或动画演示，以及对概念设计的详细说明。

（4）虚构模型的评价阶段

[摘 要]机电一体化作为一门独立的学科，是机械装置结合电子化设计，运用软件程序控制机械设备，使机械结构、机械动力等等控制功能实现整合。在机电一体化的创新设计理论中，产品概念设计理论研究是不同忽视的。本论文针对机电一体化产品概念设计理论研究现状以及发展展望进行探讨。

[关键词]机电一体化 概念设计 理论研究

中图分类号：T9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）10-0047-01

机电一体化技术是以其产品为载体而体现出来，是机电一体化技术发展至今的技术水平体现。机电一体化产品设计人员，要使产品设计符合机电一体化技术要求，并富于时代感，就要对于产品设计技术以掌握，并具备多种技术融合的技术能力。面对机电一体化产品的技术先进性和复杂性，就要将符合当代机电一体化技术发展的产品设计理论建立起来。

一、机电一体化产品概念设计理论构建的意义

在机电一体化产品设计中，概念设计对于产品质量起到至关重要的作用。作为产品设计中的重要阶段，对于产品质量的决定程度可以达到70%以上。要获得性能优异的机电一体化产品，就要将机电一体化产品概念确定下来，制定出相应的设计方案和设计技术方法。概念设计理论首先是基于概念设计思想而建立起来的，在其基础上还先后出现了多种阶段性设计理论，如TRIZ设计、公理化设计QFD设计理论等等，对于机电一体化技术发展进程中所获得的创新设计成果发挥了重要的推动作用。

在机械工程研究领域中，这些理论被运用于其中，进行组合设计而形成了技术综合性较强的设计产品，由此而促进了机电一体化系统的多种学科交叉。系统的继承性决定了其设计的复杂性，多门科学技术的融合，使得原有的单一化设计理论不再适应目前的科技发展需求。那么，在机电一体化产品概念设计理论研究中，就要从机电一体化系统自身的性能出发，结合设计目标而建立起完整的概念设计理论，以对创新设计的机电一体化产品以指导。与此同时，还要在机电一体化产品设计概念理论建立起来之后，结合相关学科，以使理论研究逐渐扩展。

二、机电一体化产品概念设计理论研究现状

作者：龚志伟陈静成阳刘黎单位：桂林理工大学信息科学与工程学院桂林理工大学机械与控制工程学

院

基于本体概念设计产品信息模型

1功能模型

1.1功能的表示

采用功能黑箱表达功能，功能黑箱的功能语义表示如图2所示。

1.2功能本体的构建

采用概念设计产品的功能本体模型对产品的功能语义进行描述，构建功能本体模型如图3所示。功能本体模型主要包括三个类:“功能”、“功能输入输出关系”和“功能间关系”。

论文关键词:天人合一　太极产品设计

论文摘要:“天人合一”的思怒最初源于我国传统的太极，对我国的很多领域都产生了深远的影响，其中包括生活中不可缺少的设计及制作领域。“天人合一”对工具领域的影响随之转移到对产品的影响。产品设计已成为商家竟争的有力式器。

1传统艺术与现代文化的关系

设计，是文化艺术与科学技术结合的产物，而艺术与科技，又同属于广义的文化范畴。文化是人类社会历史实践过程中所创造的物质文明与精神文明的总和，具有不可逆的传承性。虽然一代又一代的艺术家与设计师，总是企图摆脱传统文化的阴影，创造属于他们自己的艺术里程碑，但传统文化还是如影随形，到处可见。因此，我们可以说，任何传统文化，都必然对艺术与科技的发展，产生非常深刻的影响，并且通过艺术与科技，或者直接，或者间接，都对现代设计产生连带的巨大影响。

传统文化对于一个民族，一个国家，也是这个道理，你不可能把她全部消亡。如果一个民族、一个国家的传统文化，被这个民族，这个国家彻底消亡了，那么，这个民族，这个国家，也就在世界上消亡了。反过来，一个民族，一个国家，可以消亡，但他们所创造的文化与艺术却会以种种方式，流传在世界上。当然，这种传承，不是一成不变的模仿，而是一种发展中的求舍，传承中的扬弃。扬弃，即批判地吸收，是马克思主义历史唯物论的观点，它的确符合人类社会发展规律。

2传统文化中太极的理念

太极一词最早见于《易传系辞上》。之后太极逐步被理解成阐明宇宙从无极而太极，以至万物化生的过程。这里的“太极”是派生万物的本原，本原生万物，万物合一，天人合一，乃太极的境界。上述中“天人合一”的思想从人与自然和谐共生的理论视角，提出了现代产品设计思想相吻合自然观，提出了人与自然与产品三者和谐共生的价值目标，为现代的产品设计找到了最好的切入点。

3设计中的“天人合一”