通信學(xué)論文-工程領(lǐng)域中的概念設(shè)計及創(chuàng)新 .doc

通信學(xué)論文-工程領(lǐng)域中的概念設(shè)計及創(chuàng)新摘要：本文論述了工程領(lǐng)域中的概念設(shè)計的主要原理和功能；闡述了概念設(shè)計與創(chuàng)造性思維和技術(shù)創(chuàng)新的內(nèi)在聯(lián)系；舉出了各種創(chuàng)造性思維的形式并分析了其特點；強調(diào)技術(shù)創(chuàng)新在概念設(shè)計中的重要的作用；根據(jù)作者本人所在的設(shè)計群體多年來的設(shè)計經(jīng)驗和體會總結(jié)出一系列的創(chuàng)新技法，并結(jié)合工程設(shè)計領(lǐng)域中的概念設(shè)計創(chuàng)新實踐，列舉了若干種含有技術(shù)創(chuàng)新的產(chǎn)品概念設(shè)計范例。關(guān)鍵詞：工程設(shè)計，概念設(shè)計，創(chuàng)造性思維，創(chuàng)新1工程領(lǐng)域中的概念設(shè)計現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展，尤其是微電子、信息、新材料及集成技術(shù)的進展，使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生了革命性的變化，機電一體化、模塊化已成為工程產(chǎn)品的發(fā)展趨勢；計算機技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，深刻的影響著設(shè)計開發(fā)過程、制造過程、營銷和售后服務(wù)過程，并改變著產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能；先進工藝技術(shù)和先進制造技術(shù)為現(xiàn)代工程設(shè)計提供了前所未有的工藝技術(shù)手段和社會化制造體系。這些變化都深刻地影響著工程設(shè)計的發(fā)展。工程設(shè)計是人們運用科技知識和方法，有目標(biāo)地創(chuàng)造工程產(chǎn)品構(gòu)思和計劃的過程，幾乎涉及到人類活動的全部領(lǐng)域。工程設(shè)計的費用往往只占最終產(chǎn)品成本的一小部分（815%），然而它對產(chǎn)品的先進性和競爭能力卻起著決定性的影響,并往往決定7080%的制造成本和營銷服務(wù)成本。所以說工程設(shè)計是現(xiàn)代社會工業(yè)文明的最重要的支柱，是工業(yè)創(chuàng)新的核心環(huán)節(jié)，也是現(xiàn)代社會生產(chǎn)力的龍頭。工程設(shè)計的水平和能力是一個國家和地區(qū)工業(yè)創(chuàng)新能力和競爭能力的決定性因素之一。工程設(shè)計的全過程就是不斷建立各種模型，并不斷進行綜合和分析的過程，即反復(fù)地創(chuàng)造模型和評價模型的過程。工程設(shè)計的內(nèi)容大致可分為兩類：一類是數(shù)值計算型的工作，包括大量的計算、分析、繪圖、編寫說明書和填寫各種表格；另一類是符號推理性的工作，主要是方案設(shè)計工作。在設(shè)計方法學(xué)中，前者稱之為細(xì)節(jié)設(shè)計，后者稱之為概念設(shè)計。概念設(shè)計主要包括功能設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計兩大部分。其作用主要體現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計的早期階段，把主設(shè)計師根據(jù)產(chǎn)品功能的需求而萌發(fā)出來的原始構(gòu)思和沖動形成產(chǎn)品的主體框架，及它應(yīng)包括的各主要模塊和組件，以完成整體布局和外型初步設(shè)計。然后進行評估和優(yōu)化，確定整體設(shè)計方案。再由各責(zé)任設(shè)計師把總設(shè)計師的設(shè)計思想落實到具體設(shè)計中去，實現(xiàn)細(xì)節(jié)設(shè)計。可見概念設(shè)計是個創(chuàng)造性過程，它要求設(shè)計者能綜合運用許多學(xué)科的專門知識和豐富的實踐經(jīng)驗，并通過廣泛的調(diào)查研究而占有大量的信息資料，再經(jīng)過反復(fù)思考、推理和決策，才能創(chuàng)造出與眾不同的、滿足用戶要求的設(shè)計方案來。在工程設(shè)計領(lǐng)域中存在這樣一個誤區(qū)：設(shè)計、構(gòu)思的原始沖動是三維概念，最終設(shè)計實施之結(jié)果即產(chǎn)品也是三維形體?？墒嵌嗄陙硪远S繪圖為基礎(chǔ)的產(chǎn)品設(shè)計、制造模式嚴(yán)重地束縛了工程技術(shù)人員的創(chuàng)造力和想象力，成為創(chuàng)新的桎枯。三維建模技術(shù)的崛起以及虛擬制造技術(shù)的出現(xiàn)為概念設(shè)計和創(chuàng)新提供了一種極好的工作平臺，設(shè)計師們可以直接從三維概念和構(gòu)思入手，進行概念設(shè)計，形成產(chǎn)品的初步框架，然后進一步通過工程分析、數(shù)字仿真、虛擬現(xiàn)實等高新技術(shù)手段來分析和評價設(shè)計方案的可行性及未來產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性。這種設(shè)計方法尤其能充分發(fā)揮自頂向下的設(shè)計過程中,設(shè)計者的智慧和創(chuàng)新能力，不必拘泥于平面圖紙的限制和束縛，而把主要精力聚焦于創(chuàng)造性的勞動創(chuàng)新。2概念設(shè)計與創(chuàng)造性思維和技術(shù)創(chuàng)新2.1創(chuàng)造性思維及其特點要設(shè)計就要有創(chuàng)新，而創(chuàng)新正是設(shè)計人員進行創(chuàng)造性思維的結(jié)果。設(shè)計人員要打破習(xí)慣性思維，變換角度，開闊視野，才能使自己的創(chuàng)造力得到更充分的發(fā)揮。創(chuàng)造性思維是指有創(chuàng)建的思維，即通過思維，不僅能揭示事物的本質(zhì)，而且能在此基礎(chǔ)上提供新的、具有社會價值的產(chǎn)物。創(chuàng)造性思維有擴散思維和集中思維、邏輯思維和形象思維、直覺思維和靈感思維等多種形式。在工程設(shè)計的概念設(shè)計中，要努力發(fā)掘創(chuàng)造性思維的能力，充分注意擴散思維和集中思維的辨證統(tǒng)一，準(zhǔn)確把握邏輯思維和形象思維的巧妙結(jié)合，善于捕捉直覺思維和靈感思維的“閃光和亮點”，這樣才有可能設(shè)計出新穎、獨特、有創(chuàng)意的產(chǎn)品。創(chuàng)造性思維具有如下一些特點：（1）獨創(chuàng)性：創(chuàng)造性思維所要解決的問題是不能用常規(guī)、傳統(tǒng)的方式解決的問題。它要求重新組織觀念，以便產(chǎn)生某種至少以前在思維者頭腦中不存在的、新穎的、獨特的思維。這就是它的獨創(chuàng)性。獨創(chuàng)性要求人們敢于對司空見慣或“完美無缺”的事物提出懷疑，敢于向傳統(tǒng)的陳規(guī)舊習(xí)挑戰(zhàn)，敢于否定自己思想上的“框框”,從新的角度分析問題、認(rèn)識問題。（2）連動性：創(chuàng)造性思維又是一種連動思維，它引導(dǎo)人們由已知探索未知，開拓思路。連動思維表現(xiàn)為縱向、橫向和逆向連動?？v向連動針對某現(xiàn)象或問題進行縱深思考，探詢其本質(zhì)而得到新的啟發(fā)。橫向連動則通過某一現(xiàn)象聯(lián)想到特點與它相似或相關(guān)的事物，從而得到該現(xiàn)象的新應(yīng)用。逆向連動則是針對現(xiàn)象、問題或解法，分析其相反的方面，從順推到逆推，從另一角度探索新的途徑。（3）多向性：創(chuàng)造性思維要求向多個方向發(fā)展，尋求新的思路。可以從一點向多個方向擴散；也可以從不同角度對同一個問題進行思考、解決。（4）善于想象：創(chuàng)造性思維要求思維者善于想象，善于結(jié)合以往的知識和經(jīng)驗在頭腦里形成新的形象，善于把觀念的東西形象化。愛因斯坦有一句名言：“想象力比知識更重要，因為知識是有限的，而想象力概括著世界上的一切，推動著進步，并且是知識進化的源泉。”只有善于想象，才有可能跳出現(xiàn)有事實的圈子，才有可能創(chuàng)新。（5）突變性：直覺思維、靈感思維是在創(chuàng)造性思維中出現(xiàn)的一種突如其來的領(lǐng)悟或理解。它往往表現(xiàn)為思維邏輯的中斷，出現(xiàn)思想的飛躍，突然閃現(xiàn)出一種新設(shè)想、新觀念，使對問題的思考突破原有的框架，從而使問題得以解決。2.2概念設(shè)計呼喚技術(shù)創(chuàng)新技術(shù)創(chuàng)新在概念設(shè)計中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。概念設(shè)計中技術(shù)創(chuàng)新的本質(zhì)就是要在工程設(shè)計領(lǐng)域中發(fā)現(xiàn)某種新事物、提出某種新思想，在很多情況下是因為現(xiàn)有的產(chǎn)品不能滿足社會（用戶）的需求而激發(fā)出的新穎構(gòu)思和創(chuàng)見。技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)是知識的積累和靈感的迸發(fā)，是設(shè)計人員進行創(chuàng)造性思維的結(jié)果。創(chuàng)新本身就意味著不拘一格，不局限也不依賴于某種特定的模式，以下諸多方面都是孕育技術(shù)創(chuàng)新的土壤：（1）多項現(xiàn)有技術(shù)的有機結(jié)合或綜合運用往往會產(chǎn)生意想不到的效果；（2）對已有知識的創(chuàng)造性總結(jié)和應(yīng)用常常帶來重大的科技突破；（3）突發(fā)奇想但經(jīng)過科學(xué)論證或?qū)嶒炞C明所產(chǎn)生的新思路、新方法、新技術(shù)；（4）新知識與現(xiàn)有知識的合理嫁接；（5）產(chǎn)品功能上的兼收并蓄和去粗取精；（6）學(xué)科間的交叉、交融和借鑒；（7）新技術(shù)、新材料、新工藝的有機結(jié)合及應(yīng)用；（8）科學(xué)研究中的新發(fā)現(xiàn)和新成果應(yīng)用于工程實踐。由此可以進一總結(jié)出多種行之有效的創(chuàng)新技法：l智力激勵法：又稱集智法、智暴法。即通過集會讓設(shè)計人員用口頭或書面交流的方法暢所欲言、互相啟發(fā)進行集智或激智，引起創(chuàng)造性思維的連鎖反應(yīng)；l提問追溯法：根據(jù)研究對象系統(tǒng)地列出有關(guān)問題，逐個核對討論，從中獲得解決問題的辦法和創(chuàng)造性發(fā)明的設(shè)想，或是針對新開發(fā)產(chǎn)品的希望點（或缺點），逐點深入分析，尋找解決問題的新途徑；l聯(lián)想類推法：通過相似、相近、對比幾種聯(lián)想的交叉使用以及在比較之中找出同中之異、異中之同，從而產(chǎn)生創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新的方案；l反向探求法：采用背離慣常的思考方法，通過逆向思維、轉(zhuǎn)換構(gòu)思，從功能反轉(zhuǎn)、結(jié)構(gòu)反轉(zhuǎn)、因果反轉(zhuǎn)等方面尋求解決問題的新途徑；l系統(tǒng)搜索法：從一個初始狀態(tài)開始，分析影響系統(tǒng)的各個參量，逐步向前搜索，或采用孤立因素、更換參數(shù)等方法獲取系統(tǒng)的多種解法并求得最優(yōu)解；l組（綜）合創(chuàng)新法：將現(xiàn)有的技術(shù)或產(chǎn)品通過功能原理、構(gòu)造方法的組合變化，或者通過已知的東西作媒介，將毫無關(guān)聯(lián)的不同知識要素結(jié)合起來，攝取各種產(chǎn)品的長處使之綜合在一起，形成具有創(chuàng)新性的設(shè)計技術(shù)思想或新產(chǎn)品；l知識鏈接法：創(chuàng)新是一個動態(tài)的和復(fù)雜的作用過程和知識流，它包括知識的產(chǎn)生、開發(fā)、轉(zhuǎn)移和應(yīng)用，這四個階段構(gòu)成一條“知識供應(yīng)鏈”并按照下述原則進行管理：把技術(shù)創(chuàng)新過程作為一個集成化的系統(tǒng)，只有將所有涉及該過程的伙伴捆綁在一起，才能發(fā)揮最大作用，這些伙伴都應(yīng)明確什么知識內(nèi)容才能滿足用戶最大需求，知識轉(zhuǎn)移的特征和形式是什么，最終用戶是誰，他們何時需要使用這些知識？涉及創(chuàng)新的所有信息流和通信流對全體伙伴都是開放的，在每個知識供應(yīng)者和知識使用者之間建立信息反饋，使信息交換更為有效，知識供應(yīng)鏈中每一個伙伴能夠感受到整個系統(tǒng)和他們自己都從中獲得巨大利益，認(rèn)識到自己是鏈中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。該方法適于更大范圍內(nèi)、更高層面上的技術(shù)創(chuàng)新。3工程設(shè)計領(lǐng)域中的概念設(shè)計技術(shù)創(chuàng)新實踐基于上述分析，我們提出了若干種含有技術(shù)創(chuàng)新的產(chǎn)品概念設(shè)計范例：（1）采用先進的控制、驅(qū)動和定位系統(tǒng)，由局部小畫面組成整體大畫面的可變畫面巨型燈箱廣告機的設(shè)計；（2）時速超過運七飛機的高速鐵路機車車身外型設(shè)計，既要滿足空氣動力學(xué)性能，又要有美觀的外型，三維CAD建模技術(shù)和NURBS曲線面理論的應(yīng)用；（3）適應(yīng)于多彎道和小半徑城市軌道交通環(huán)境下的擺式列車車身及減振轉(zhuǎn)向架的設(shè)計；（4）反求工程已廣泛應(yīng)用于一些具有復(fù)雜曲面的實物模型（如模具）的三維數(shù)據(jù)重構(gòu)，不妨借鑒用來對生物醫(yī)學(xué)圖象進行數(shù)字圖象處理，為醫(yī)務(wù)人員的臨床診斷和治療提供更逼真的三維模型和實體模型；（5）基于電動機發(fā)電機可逆原理的新型電動自行車的設(shè)計，把（下坡時）車輪轉(zhuǎn)動的動能所轉(zhuǎn)化成的電能再回充給蓄電池，從而增加電動自行車蓄電池一次充電使用的續(xù)行距離；（6）加工中心自動換刀功能的擴展，用于東風(fēng)4（11）型內(nèi)燃機車發(fā)動機端面多軸孔加工的自動換箱多軸箱設(shè)計；（7）把列車檢修工人的豐富經(jīng)驗升華為專家系統(tǒng)基于加速度傳感器和單片機控制的智能式檢振錘的設(shè)計；（8）虛擬軸機床（并聯(lián)機床）的概念設(shè)計。這里以鐵路機車車身設(shè)計為例，對概念設(shè)計及創(chuàng)新的過程加以說明。時速300公里以上的高速列車在歐美、日本等發(fā)達國家得到廣泛應(yīng)用。我國已通過論證并計劃在下世紀(jì)初建設(shè)第一條（京滬）高速鐵路。當(dāng)我們看到法國TGV（TraindelaGrandeVitesse）實驗車速達到515.25公里小時時，我們知道這已經(jīng)超過了我國“運八”飛機的時速，設(shè)計師的頭腦中自然應(yīng)該產(chǎn)生這樣的概念：時速300公里的鐵路機車車頭的外型也應(yīng)該像飛機那樣