產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)

產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)

1.1產(chǎn)品創(chuàng)新的核心一一產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)

中國(guó)差不多成為工業(yè)生產(chǎn)的大國(guó)，但還不是工業(yè)生產(chǎn)的強(qiáng)國(guó)。我國(guó)的

產(chǎn)品大多以O(shè)EM貼牌加工的方式變成了外國(guó)的貨品，而即使是我們自有品

牌的出口，也因?yàn)樵O(shè)計(jì)的粗陋使得中國(guó)制造的產(chǎn)品成了低質(zhì)低價(jià)的代名詞,

過(guò)于注重仿照與引進(jìn)，不注重自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)是我國(guó)多數(shù)產(chǎn)

品的通病。一個(gè)專門聞名的提法是，中國(guó)要成為世界產(chǎn)品的“生產(chǎn)車間”，

但與那些跨國(guó)企業(yè)生產(chǎn)的造型新穎、工藝考究的產(chǎn)品賺取的成倍利潤(rùn)相比,

那個(gè)生產(chǎn)車間為自己制造的利潤(rùn)只有1%?2%。

惟有創(chuàng)新，才能令中國(guó)企業(yè)走上自強(qiáng)之路；惟有重視設(shè)計(jì)，才能令中

國(guó)由“制造大國(guó)”走向“制造強(qiáng)國(guó)”。

中國(guó)工程院院士、浙江大學(xué)校長(zhǎng)潘云鶴教授在談到產(chǎn)品創(chuàng)新時(shí)講，創(chuàng)

新有兩類：第一類是原理上的改變，如從無(wú)到有的創(chuàng)新，例如科技發(fā)明；

第二類創(chuàng)新是在第一類的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，這類改進(jìn)更符合使用者的行為

適應(yīng)和個(gè)性需求。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，能集中體現(xiàn)這兩類創(chuàng)新的工作確實(shí)

是產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)。

產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)作為設(shè)計(jì)過(guò)程的早期時(shí)期，其核心就在于產(chǎn)品創(chuàng)新。一

旦概念設(shè)計(jì)被確定，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的60%?70%也就確定了，而概念設(shè)計(jì)時(shí)期所

花費(fèi)的成本和時(shí)刻在總的開發(fā)成本和設(shè)計(jì)周期中占的比例通常都在60%以

下，同時(shí)專門難或不能在詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)期糾正產(chǎn)品設(shè)計(jì)的缺陷。因此產(chǎn)品概

念設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率不僅對(duì)產(chǎn)品的創(chuàng)新性、功能的合理性、使用的宜人性和

外觀造型的美觀性等起著決定性的作用，同時(shí)也直截了當(dāng)阻礙到整個(gè)產(chǎn)品

的開發(fā)周期、上市時(shí)刻、生產(chǎn)成本等重要因素。

1.1.1產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)展歷程與趨勢(shì)

縱觀產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的進(jìn)展歷程和趨勢(shì)，大致可分成如圖1-1所示的4

個(gè)進(jìn)展時(shí)期。

1.第一時(shí)期（20世紀(jì)六七十年代）

這一時(shí)期把設(shè)計(jì)過(guò)程劃分為功能設(shè)計(jì)（闡明任務(wù)書）、原理設(shè)計(jì)（方案

設(shè)計(jì)）和技術(shù)設(shè)計(jì)（結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）三大時(shí)期。在那個(gè)時(shí)期，運(yùn)算機(jī)輔助技術(shù)

要緊局限于工程設(shè)計(jì)繪圖的層次，并沒有打破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程劃分。制造

過(guò)程也要緊是基于傳統(tǒng)的“制造裝配一實(shí)樣試驗(yàn)一批量生產(chǎn)”的流程。

2.第二時(shí)期（20世紀(jì)八九十年代）

隨著運(yùn)算機(jī)圖形學(xué)專門是三維CAD系統(tǒng)的迅速進(jìn)展，這一時(shí)期的產(chǎn)品

設(shè)計(jì)過(guò)程開始在相當(dāng)大的程度上依靠于運(yùn)算機(jī)的輔助。設(shè)計(jì)過(guò)程一樣被分

為概念設(shè)計(jì)、方案設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)3個(gè)時(shí)期。其中，概念設(shè)計(jì)是制造性設(shè)

計(jì)思維時(shí)期，方案設(shè)計(jì)是概念設(shè)計(jì)與詳細(xì)設(shè)計(jì)的過(guò)渡時(shí)期，包括功構(gòu)映射、

初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、方案布置設(shè)計(jì)等，詳細(xì)設(shè)計(jì)則要緊是在CAD系統(tǒng)的支持下

確定產(chǎn)品各類參數(shù)的過(guò)程。在這一時(shí)期，一些新的制造模式如運(yùn)算機(jī)集成

制造系統(tǒng)（CIMS）、并行工程（CE）等得到了深入研究并逐步應(yīng)用于企業(yè)

的生產(chǎn)實(shí)踐。

3.第三時(shí)期（20世紀(jì)九十年代后期）

這一時(shí)期，由于真實(shí)感顯示、多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）等技術(shù)的進(jìn)展

以及CAD系統(tǒng)的逐步完善和廣泛應(yīng)用，設(shè)計(jì)過(guò)程變得更加緊湊、簡(jiǎn)捷，概

念設(shè)計(jì)的內(nèi)涵和范疇逐步擴(kuò)大,一樣就分成概念設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)兩個(gè)時(shí)期。

第一時(shí)期第二時(shí)期第三時(shí)期第四時(shí)期

各時(shí)期目標(biāo)也更為明確。其中,概念謾計(jì)是指產(chǎn)品捱計(jì)早期的制造性設(shè)計(jì)

需求分析1Cj.需求分析一需求分析_需求分析

母屣于實(shí)現(xiàn):

時(shí)期,IPWo度計(jì)要緊是口配和制造，將概

功能設(shè)計(jì)I概念設(shè)計(jì)II-

念設(shè)（闡明任務(wù)書）的概舂設(shè)計(jì)1

細(xì)11ip,,

、［詳細(xì)設(shè)計(jì)

U..方案設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)

原理設(shè)計(jì)節(jié)，而且也應(yīng)用于

（方案設(shè)計(jì)）

產(chǎn)品的物配、檢測(cè)彳詳薪計(jì)］如虛虛擬裝配IVirtuA虛擬制造e）、虛擬裝配（V

技術(shù)設(shè)計(jì)虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)管理

irhialj結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）y）可°（V產(chǎn)品生產(chǎn)duct）守。此切、,顯現(xiàn)了一些新

CIMS、CE—VM----

制造裝配實(shí)樣試驗(yàn).,105

的制數(shù)字批量生至gital_M^ock~up,）、靈令［制造（AgileMan

實(shí)樣試驗(yàn)VK

批量生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步

ufaclon寸。3DMASTER

2D

圖1-1產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的進(jìn)展歷程與趨勢(shì)

4.第四時(shí)期（21世紀(jì)初期）

到了這一時(shí)期，產(chǎn)品的制造模式將發(fā)生全然性的變化，差不多上達(dá)到

虛擬制造(VirtualManufacturing,VM),甚至靈敏制造的水平。設(shè)計(jì)過(guò)程

高度集成化，概念設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)幾乎并行進(jìn)行。先進(jìn)的CAD系統(tǒng)提供了

一個(gè)數(shù)字化、集成化、協(xié)同化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。

1.1.2產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)內(nèi)涵

從產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的進(jìn)展歷程可看到，隨著設(shè)計(jì)過(guò)程的逐步緊湊、目標(biāo)

分化以及CAD技術(shù)的逐步進(jìn)展和應(yīng)用，概念設(shè)計(jì)的內(nèi)涵也在持續(xù)地發(fā)生變

化。為能對(duì)概念設(shè)計(jì)作一個(gè)全面的形式化定義，針對(duì)其進(jìn)展?fàn)顩r，從以下3

個(gè)方面加以考慮：

(1)定位的完整性

從設(shè)計(jì)方法學(xué)的角度看，完整意義上的概念設(shè)計(jì)包含了工程設(shè)計(jì)與工

業(yè)設(shè)計(jì)兩大部分，兩者密不可分。但由于歷史的緣故，它們一直處于分裂

的局面，前者要緊由工程師完成，后者則由工業(yè)設(shè)計(jì)師完成。

工程設(shè)計(jì)界將概念設(shè)計(jì)界定為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的制造性設(shè)計(jì)思維時(shí)期，目的

在于求得滿足功能需求的原明白得，即產(chǎn)品的功能設(shè)計(jì)、原理設(shè)計(jì)以及初

步的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。許多學(xué)者從工程設(shè)計(jì)學(xué)動(dòng)身，提出了層次概念設(shè)計(jì)模型、

工程設(shè)計(jì)概念模型、基于功率鍵圖的概念設(shè)計(jì)等概念設(shè)計(jì)建模方法。

工業(yè)設(shè)計(jì)界則將其定義為在功能、原理差不多確定的情形下，考慮產(chǎn)

品結(jié)構(gòu)、人機(jī)工程、形狀、色彩、制造以及成本等因素在內(nèi)的產(chǎn)品外觀造

型的設(shè)計(jì)，即產(chǎn)品的形狀設(shè)計(jì)、色彩設(shè)計(jì)、布局設(shè)計(jì)與人機(jī)工程設(shè)計(jì)。許

多學(xué)者從產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法學(xué)動(dòng)身，提出了造型文法、色彩文法、形狀文法等

產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)原理、原則與方法。

此外，由于需求設(shè)計(jì)與概念設(shè)計(jì)之間高度耦合，迭代專門頻繁，因此

有時(shí)候也能夠把需求分析納入概念設(shè)計(jì)的研究范疇。

(2)運(yùn)算機(jī)的支持

在信息技術(shù)迅猛進(jìn)展的今天，產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)已離不開運(yùn)算機(jī)的支持。

概念設(shè)計(jì)內(nèi)涵的持續(xù)變化，其最大的驅(qū)動(dòng)因素就在于運(yùn)算機(jī)技術(shù)的持續(xù)進(jìn)

展。

當(dāng)前，運(yùn)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)(Computer-AidedConceptualDesign,CA

CD)的研究已受到眾多學(xué)者的關(guān)注。CACD系統(tǒng)能滿足概念設(shè)計(jì)師的各類

專門需求，更為簡(jiǎn)捷地生成設(shè)計(jì)對(duì)象，有效地提升概念設(shè)計(jì)的質(zhì)量，可幸

免因設(shè)計(jì)失敗而造成開發(fā)成本的白費(fèi)，并提供了一個(gè)進(jìn)行信息交流和對(duì)象

評(píng)判的更好的平臺(tái)。

(3)產(chǎn)品創(chuàng)新為目的

具

有

競(jìng)

片工程概念設(shè)計(jì)/工業(yè)概念設(shè)計(jì)

；面向創(chuàng)新的概念設(shè)計(jì)而概念設(shè)計(jì)是產(chǎn)

—

中

品設(shè)計(jì)過(guò)程仲"

；這在于追

最

—

品

門

結(jié)

色

布

功

人

形

—I

構(gòu)

彩

局

能

機(jī)

態(tài)

義

設(shè)

設(shè)

設(shè)

設(shè)

設(shè)

設(shè)n

計(jì)

計(jì)

計(jì)

計(jì)

計(jì)

計(jì)

I創(chuàng)AJ

:

聽

的

示

面-

_

設(shè)計(jì)師+傳統(tǒng)CAD設(shè)計(jì)師+CACD系統(tǒng)

圖1-2概念設(shè)計(jì)新內(nèi)涵

①功能設(shè)計(jì)：將需求分析轉(zhuǎn)化為功能設(shè)計(jì)任務(wù)書，并針對(duì)市場(chǎng)需求進(jìn)

行功能上的改進(jìn)或創(chuàng)新的過(guò)程。

②原理設(shè)計(jì)：按照功能設(shè)計(jì)講明書，進(jìn)行產(chǎn)品原明白得的求取和創(chuàng)

新的過(guò)程。

③形狀設(shè)計(jì)：包括各部件的形狀、材料、工藝、表面造型、肌理在內(nèi)

的產(chǎn)品形狀創(chuàng)新過(guò)程。

④色彩設(shè)計(jì)：在功能、材料、批量生產(chǎn)的加工手段、時(shí)尚、生理、人

機(jī)工程學(xué)等條件的制約下，對(duì)設(shè)計(jì)的形體給予色彩。

⑤布局設(shè)計(jì)：按照排列方式、配置方式、尺寸比例等要素進(jìn)行產(chǎn)品布

局。

⑥人機(jī)設(shè)計(jì)：考慮產(chǎn)品與人以及環(huán)境的全部聯(lián)系，全面分析人在系統(tǒng)

中的具體作用，明確人與產(chǎn)品的關(guān)系，確定人與產(chǎn)品關(guān)系中各部分的特性

及人機(jī)工程學(xué)要求設(shè)計(jì)的內(nèi)容。

⑦結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：包括尺寸、結(jié)構(gòu)、部件之間連接關(guān)系在內(nèi)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

創(chuàng)新過(guò)程。

圖1-3描述了概念設(shè)計(jì)中7個(gè)方面的產(chǎn)品創(chuàng)新。其中，以功能創(chuàng)新和原

理創(chuàng)新為主的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)往往是制造性設(shè)計(jì)，而以布局創(chuàng)新、形狀創(chuàng)新、

色彩創(chuàng)新、人機(jī)工程創(chuàng)新和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新為主的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)要緊是變型性設(shè)

計(jì)。它們雖存在一定的相互獨(dú)立性，但在實(shí)際的概念設(shè)計(jì)過(guò)程中往往相互

阻礙，相互制約。

1.1.3產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)特點(diǎn)

概念設(shè)計(jì)時(shí)期的工作高度體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的藝術(shù)性、制造性、綜合性。隨

著時(shí)代的進(jìn)步，設(shè)計(jì)的難度日益增大，專門難全面準(zhǔn)確地捕捉市場(chǎng)現(xiàn)實(shí)和

潛在的需求，也專門難把握眾多有關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的進(jìn)展。整體而言，概念設(shè)

計(jì)具有如下特性：

系統(tǒng)創(chuàng)新法：系統(tǒng)設(shè)問(wèn)法、系統(tǒng)列舉法

組合創(chuàng)新法：性能組合、功能組合、原理組合、結(jié)構(gòu)組合、系統(tǒng)組合、模塊組合

聯(lián)想類比法：聯(lián)想發(fā)明、綜攝類比

創(chuàng)新技法_=--------一

支撐系統(tǒng)：集成信息管理系統(tǒng)、智能系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同環(huán)境

支撐系統(tǒng)創(chuàng)新工具：形態(tài)學(xué)求解工具、協(xié)同學(xué)求解工具、構(gòu)思激勵(lì)工具、

和創(chuàng)第工具模型化交換工具、組合化求解工具

圖1-3概念設(shè)計(jì)中的產(chǎn)品創(chuàng)新

(1)創(chuàng)新性一一創(chuàng)新是概念設(shè)計(jì)的靈魂。只有創(chuàng)新才有可能得到用戶

最需要、最適用、最中意的新產(chǎn)品。那個(gè)地點(diǎn)的創(chuàng)新能夠是多層次的，如,

從結(jié)構(gòu)修改與替換、布局變換的低層次創(chuàng)新工作到工作原理更換、功能修

改和增加、形狀變異、人機(jī)約束滿足等高層次的創(chuàng)新活動(dòng)看，都屬于概念

設(shè)計(jì)的范疇。一個(gè)新產(chǎn)品在功能、原理、形狀、色彩、布局、結(jié)構(gòu)、人機(jī)

工程、材質(zhì)、工藝等任一方面的創(chuàng)新，都會(huì)直截了當(dāng)阻礙產(chǎn)品的整體特性,

阻礙產(chǎn)品的最終質(zhì)量和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

(2)多樣性一一概念設(shè)計(jì)的多樣性要緊體現(xiàn)在其設(shè)計(jì)路徑的多樣化和

設(shè)計(jì)方案的多樣化。不同的市場(chǎng)需求，不同的功能定義、分解，不同的工

作原理，不同的產(chǎn)品形狀，不同的布局形式等，都會(huì)產(chǎn)生完全不同的設(shè)計(jì)

思路和設(shè)計(jì)方法，從而在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)中產(chǎn)生完全不同的解決方案。

1.2運(yùn)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)

1.2.1進(jìn)展由來(lái)

概念設(shè)計(jì)是一個(gè)制造性設(shè)計(jì)的過(guò)程。但目前以CAD為核心的運(yùn)算機(jī)輔

助工具要緊應(yīng)用在詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)期，如Pro/Engineer、EDSUnigraphics等，

這些系統(tǒng)的著眼點(diǎn)要緊是“設(shè)計(jì)表達(dá)”，雖能生成復(fù)雜、精確、完整的三維

造型，但由于其本身并不是為概念設(shè)計(jì)而開發(fā)的，存在許多約束限制，不

承諾快速輸入和再現(xiàn)不完備的概念造型，從而導(dǎo)致其差不多上是一個(gè)在設(shè)

計(jì)方案差不多定型之后的概念化(草圖化)繪圖工具，而非輔助設(shè)計(jì)工具。

針對(duì)上述情形，CACD的研究以及CACD系統(tǒng)的開發(fā)就應(yīng)運(yùn)而生了。

CACD系統(tǒng)的全然目的就在于能有效支持產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

在設(shè)計(jì)早期應(yīng)用CACD系統(tǒng)至少有如下優(yōu)勢(shì)：

(1)它能滿足概念設(shè)計(jì)師的各類專門需求；

(2)它能有效地提升概念設(shè)計(jì)的質(zhì)量；

(3)它能更為簡(jiǎn)捷地生成設(shè)計(jì)對(duì)象；

(4)它提供了一個(gè)進(jìn)行信息交流和對(duì)象評(píng)判的更好的平臺(tái)；

(5)它能夠幸免因設(shè)計(jì)失敗而造成的開發(fā)成本的白費(fèi)。

1.2.2差不多內(nèi)容

CACD,即通過(guò)運(yùn)算機(jī)技術(shù)的輔助來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)，以達(dá)到產(chǎn)品

創(chuàng)新的目的。它是CAD領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。

概念設(shè)計(jì)不僅與需求分析、詳細(xì)設(shè)計(jì)緊密相連，其內(nèi)部的各個(gè)環(huán)節(jié)也

相互依靠，互為驅(qū)動(dòng)，因而概念設(shè)計(jì)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程。一個(gè)好的設(shè)

計(jì)方案既要有合理的功能結(jié)構(gòu)、美觀的造型、簡(jiǎn)便的操作，同時(shí)還要富有

創(chuàng)新性。CACD涉及到了設(shè)計(jì)方法學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、人工智能、CAD以及

認(rèn)知與思維科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的方法與技術(shù)。因此，運(yùn)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)的

研究，就需要去研究概念設(shè)計(jì)方法學(xué)。

概念設(shè)計(jì)過(guò)程如此復(fù)雜，內(nèi)容這么豐富，隨著信息技術(shù)的進(jìn)展，該如

何依靠運(yùn)算機(jī)實(shí)現(xiàn)從需求分析到方案求解的概念設(shè)計(jì)全過(guò)程呢？謝友

柏院士曾提出設(shè)計(jì)理論和方法要緊應(yīng)當(dāng)研究?jī)蓚€(gè)咨詢題：求解的方法論和

知識(shí)基礎(chǔ)。這應(yīng)該是目前CACD又一需要解決的要緊內(nèi)容。

由于目前已有的許多CAD系統(tǒng)的著眼點(diǎn)要緊是“設(shè)計(jì)表達(dá)”，存在許

多約束限制，從而導(dǎo)致其差不多上是一個(gè)在設(shè)計(jì)方案差不多定型之后的概

念化(草圖化)繪圖工具，而非輔助設(shè)計(jì)工具，因此如何運(yùn)用運(yùn)算機(jī)輔助

設(shè)計(jì)技術(shù)研制出運(yùn)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)系統(tǒng)，支持從需求分析到方案求解的

概念設(shè)計(jì)全過(guò)程，就成為CACD需要解決的另外一個(gè)要緊咨詢題。隨著C

ACD系統(tǒng)功能的逐步強(qiáng)大，運(yùn)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)系統(tǒng)必定越來(lái)越受到概念

設(shè)計(jì)師的歡迎，從而在概念設(shè)計(jì)過(guò)程最終替代傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)。

基于以上認(rèn)識(shí)，目前CACD的研究?jī)?nèi)容要緊有以下3方面：

(1)概念設(shè)計(jì)方法學(xué)的研究；

(2)產(chǎn)品信息模型及基于該模型的概念設(shè)計(jì)求解方法的研究;

(3)應(yīng)用CACD技術(shù)開發(fā)CACD系統(tǒng)。

1.2.3研究現(xiàn)狀

由杭州市人民政府、浙江大學(xué)、中國(guó)運(yùn)算機(jī)學(xué)會(huì)CAD&CG專業(yè)委員會(huì)、

中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)工業(yè)設(shè)計(jì)分會(huì)以及浙江省運(yùn)算機(jī)學(xué)會(huì)共同主辦的第五屆

國(guó)際運(yùn)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)與概念設(shè)計(jì)會(huì)議(the5thInternationalConferenc

eonComputer-AidedIndustrialDesignandConceptualDesign,CAID&C

D)于2003年10月19日至20日在中國(guó)杭州召開。此前，第一、二、三、

四屆國(guó)際運(yùn)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)與概念設(shè)計(jì)會(huì)議分不在中國(guó)桂林、泰國(guó)曼谷、

中國(guó)香港和中國(guó)濟(jì)南召開。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)運(yùn)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究都比較重視，設(shè)置了

有關(guān)的研究打算，如MITAILAB的DesignRationale項(xiàng)目，MITCADL

AB的CAID、DOME,CMUComputationalDesignResearchGroup開展的

幾何建模、并行設(shè)計(jì)、智能推理的工作，CMU在DesignProcessManage

ment方面開發(fā)的Odyssey系統(tǒng)，普林斯頓大學(xué)開發(fā)的3DModelSearchEn

gine,加州大學(xué)伯克利分校專家系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室開展的“運(yùn)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)概

念庫(kù)的建立及其在機(jī)械中的應(yīng)用”等。在國(guó)內(nèi)，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)

資助了專門多項(xiàng)目，如“基于可拓學(xué)理論的智能化概念設(shè)計(jì)方法研究”、“產(chǎn)

品進(jìn)化過(guò)程驅(qū)動(dòng)的概念設(shè)計(jì)模型研究”、“基于演化的概念設(shè)計(jì)生物建模理

論與方法的研究”、“機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)智能化平臺(tái)的研究”、“產(chǎn)品概

念設(shè)計(jì)中對(duì)立創(chuàng)新模型的研究”等。此外，國(guó)家863打算為此還在“現(xiàn)代

集成制造系統(tǒng)技術(shù)”主題里設(shè)置了“數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造”專題。運(yùn)算機(jī)輔

助概念設(shè)計(jì)差不多成為許多專家學(xué)者所關(guān)注的研究方向。

由于設(shè)計(jì)過(guò)程中制造性思維所具有的獨(dú)立性、連動(dòng)性、多面性、跨過(guò)

性、綜合性等特性，加上概念設(shè)計(jì)過(guò)程本身的復(fù)雜性以及客觀條件的局限

性，國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界在CACD領(lǐng)域的研究起步較晚，進(jìn)展也相對(duì)遲緩，還有諸

多關(guān)鍵技術(shù)咨詢題有待解決，在各方面專門是CACD技術(shù)的應(yīng)用研究上，

與國(guó)際上發(fā)達(dá)國(guó)家還存在相當(dāng)大的差距。

1.概念設(shè)計(jì)方法學(xué)

概念設(shè)計(jì)的本質(zhì)在于設(shè)計(jì)的人性化和創(chuàng)新性，概念設(shè)計(jì)方法學(xué)的研究

也要體現(xiàn)這兩個(gè)本質(zhì)特性。近來(lái)涌現(xiàn)的諸如綠色設(shè)計(jì)、定制設(shè)計(jì)、靈敏設(shè)

計(jì)、并行設(shè)計(jì)、全生命周期設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)等方法，其本質(zhì)目的也在于通

過(guò)設(shè)計(jì)營(yíng)造一個(gè)人性化的環(huán)境，滿足人們個(gè)性化和多樣化的需求。如綠色

設(shè)計(jì)所提出的4R原則：減量(Reduction)、復(fù)用(Reuse)、回收(Recycli

ng)和再生(Regeneration),其著眼點(diǎn)在于全人類以后總體的生存和進(jìn)展;

定制設(shè)計(jì)所提出的個(gè)性化定降服務(wù)，則更加細(xì)致地體現(xiàn)個(gè)人的專門需要；

創(chuàng)新設(shè)計(jì)的研究則要緊在于創(chuàng)新技法的研究，如“功能變換式創(chuàng)新”、“技

術(shù)融合式創(chuàng)新”、“品種外拓式創(chuàng)新”、“產(chǎn)品剔弊式創(chuàng)新”和“設(shè)計(jì)改型式

創(chuàng)新”等。

從概念設(shè)計(jì)的參與者來(lái)看，目前企業(yè)讓用戶參與設(shè)計(jì)有兩種方式：一

是企業(yè)為用戶設(shè)計(jì)產(chǎn)品，二是將用戶的產(chǎn)品需求融入產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)中，然

后由設(shè)計(jì)師進(jìn)行設(shè)計(jì)。這兩種方式，差不多上在產(chǎn)品設(shè)計(jì)前端將用戶需求

引入設(shè)計(jì)流程，如此專門可能會(huì)因時(shí)滯效應(yīng)而在新產(chǎn)品推向市場(chǎng)時(shí)就已落

后于用戶的需求。因而今后概念設(shè)計(jì)方法學(xué)的研究還應(yīng)關(guān)注一些新的設(shè)計(jì)

模式如“用戶愿望設(shè)計(jì)模式”等。

2.產(chǎn)品信息模型及求解方法

(1)產(chǎn)品信息模型

在產(chǎn)品信息模型方面，目前常見的產(chǎn)品信息模型有3大類：

①面向幾何的產(chǎn)品信息模型

這一類模型要緊由線、框、面、實(shí)體和混合模型表示，它著重于產(chǎn)品

完整和明確的幾何構(gòu)成數(shù)據(jù)，不能表達(dá)功能、布局、原理、用戶需求、設(shè)

計(jì)師風(fēng)格、材料等非幾何信息，無(wú)法支撐抽象、復(fù)雜的概念設(shè)計(jì)求解過(guò)程。

②面向特點(diǎn)的產(chǎn)品信息模型

目前有許多專家學(xué)者提出了如基于特點(diǎn)技術(shù)的智能產(chǎn)品信息模型、特

點(diǎn)關(guān)聯(lián)語(yǔ)義模型、基于變動(dòng)特點(diǎn)的模型、特點(diǎn)精練模型等，然而這一類模

型一樣只支持產(chǎn)品設(shè)計(jì)的后期時(shí)期，且存在著產(chǎn)品信息關(guān)聯(lián)性差、信息不

完全、特點(diǎn)定義不一致、特點(diǎn)識(shí)不困難等咨詢題。

③集成產(chǎn)品信息模型

以基于STEP標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品功能信息模型、基于圖元對(duì)象的工程產(chǎn)品CA

D信息集成模型等為代表的集成產(chǎn)品信息模型，推廣了特點(diǎn)的含義，包含

了產(chǎn)品生命周期內(nèi)多種特點(diǎn)信息，解決了CAD/CAPP/CAM集成化中數(shù)據(jù)

共享和一致性、信息不完全等咨詢題。然而這些模型大部分是面向制造的，

開放性差，無(wú)法清晰而簡(jiǎn)潔地模擬客觀的設(shè)計(jì)過(guò)程。另外一類集成產(chǎn)品信

息模型，如組件特點(diǎn)模型等，盡管立足于面向產(chǎn)品級(jí)的特點(diǎn)內(nèi)涵，但也未

考慮到用戶對(duì)概念設(shè)計(jì)全過(guò)程的阻礙，難以支持用戶全程參與概念設(shè)計(jì)、

設(shè)計(jì)師超越用戶導(dǎo)向的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)過(guò)程。

（2）概念設(shè)計(jì)求解方法

概念設(shè)計(jì)的求解是指從需求分析到方案求解的推理過(guò)程，其目的是為

了產(chǎn)品創(chuàng)新。在概念設(shè)計(jì)創(chuàng)新技法方面，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者先后提出了發(fā)明

制造的科學(xué)方法TRIZ、基于系統(tǒng)綜合方法的產(chǎn)品制造性設(shè)計(jì)理論TIPS、組

合制造方法等。在機(jī)械產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)求解方法方面，Stugres通過(guò)定義功能

之間的關(guān)系，使功能圖的語(yǔ)義更加完善來(lái)制造新思想；馮培恩等研究了復(fù)

合功能原理方案設(shè)計(jì)特點(diǎn)模型及其求解過(guò)程。另外，還有許多專家學(xué)者嘗

試著以進(jìn)化模型、多級(jí)菱形思維模型等獲得概念設(shè)計(jì)方案。

上述這些方法對(duì)概念設(shè)計(jì)求解進(jìn)行了一些有意義的探究工作，然而由

于人腦中的求解方法具有運(yùn)算機(jī)所無(wú)可比擬的廣泛性、自適應(yīng)性和更新速

度，因此妄圖以通過(guò)記錄人的求解方法、找出其中的規(guī)律并將它們給予運(yùn)

算機(jī)的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到有用時(shí)期。

3.運(yùn)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)技術(shù)

(1)智能概念設(shè)計(jì)技術(shù)

智能概念設(shè)計(jì)技術(shù)目前的研究要緊包括以下內(nèi)容：①概念設(shè)計(jì)中創(chuàng)新

思維的模擬；②智能設(shè)計(jì)方法的研究；③智能概念設(shè)計(jì)平臺(tái)的研制。

在第四屆國(guó)際CAID&CD學(xué)術(shù)會(huì)議上，香港理工大學(xué)的JohnFrazer教

授展現(xiàn)了其將遺傳算法應(yīng)用于玻璃杯設(shè)計(jì)的成果；加拿大國(guó)家工程中心的S

hen教授展現(xiàn)了基于WEB的多智能體技術(shù)在PDA產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)過(guò)程中的

應(yīng)用成果。

目前，國(guó)內(nèi)外許多專家對(duì)上述3個(gè)方面內(nèi)容的研究也進(jìn)行了大量的工

作，如以可拓學(xué)為基礎(chǔ)的方案設(shè)計(jì)方法，基于遺傳算法的工程設(shè)計(jì)，用于

設(shè)計(jì)環(huán)境的模糊系統(tǒng)Xfiizzy,基于synectics技術(shù)的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)，不確定

推理模型，概念設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)等。然而由于概念設(shè)計(jì)過(guò)程中制造性思維所

具有的獨(dú)立性、連動(dòng)性、多面性、跨過(guò)性、綜合性等特性，加上概念設(shè)計(jì)

過(guò)程本身的復(fù)雜性，因此目前該領(lǐng)域的研究陷入了以下逆境：①運(yùn)算機(jī)輔

助設(shè)計(jì)以限制概念設(shè)計(jì)的創(chuàng)新空間為代價(jià)換取設(shè)計(jì)信息的數(shù)字化和推理過(guò)

程的自動(dòng)化；②求解方法的研究過(guò)于依靠運(yùn)算機(jī)，不注重產(chǎn)品信息模型即

知識(shí)基礎(chǔ)的研究。

2001年在北京召開的中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)第九屆全國(guó)學(xué)術(shù)年會(huì)中許多學(xué)

者提出的“廣義人工智能論”、“泛邏輯學(xué)”、“準(zhǔn)全息論”等或許能夠?qū)?/p>

本領(lǐng)域的研究帶來(lái)突破性的進(jìn)展。

(2)協(xié)同概念設(shè)計(jì)技術(shù)

運(yùn)算機(jī)支持的協(xié)同概念設(shè)計(jì)(ComputerSupportedCooperativeConcep

tualDesign)是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的概念設(shè)計(jì)主體，應(yīng)用CSCW理論和技

術(shù)通過(guò)一定的信息交換和協(xié)同機(jī)制，共同完成某一概念設(shè)計(jì)目標(biāo)的過(guò)程。

目前協(xié)同概念設(shè)計(jì)要緊研究?jī)?nèi)容有以下幾點(diǎn)：①協(xié)同概念設(shè)計(jì)求解模型；

②協(xié)同概念設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)的研制；③協(xié)同概念設(shè)計(jì)沖突消解方法

的研究。

在第四屆國(guó)際CAID&CD學(xué)術(shù)會(huì)議上，中科院運(yùn)算所林宗楷研究員介

紹了國(guó)內(nèi)外在CSCW方面的研究狀況，其中包括通過(guò)任務(wù)分配實(shí)現(xiàn)異

地同時(shí)設(shè)計(jì)、通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上溝通與寫作、沖突解決機(jī)制的制定及實(shí)施

等；英國(guó)NottinghamTrent大學(xué)的Prof.Su結(jié)合自己研究的成果以及在運(yùn)

算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，介紹了網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同機(jī)制、人機(jī)交互等內(nèi)容。

在協(xié)同概念設(shè)計(jì)求解模型方面，ThomasKvan提出了3種協(xié)同概念設(shè)

計(jì)方式：相互協(xié)同(Mutualcollaboration)>分散協(xié)同(Exclusivecollaborat

ion)>集中協(xié)同(Dictatorcollaboration)；Taura提出了形狀比較、設(shè)計(jì)過(guò)程

展現(xiàn)這兩種協(xié)同形狀設(shè)計(jì)的方法；ByongGLee提出了主動(dòng)標(biāo)識(shí)方法模型

來(lái)支持協(xié)同工作。

協(xié)同概念設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研制要緊保證以下幾點(diǎn)：①同步和異步交互；②

任務(wù)和諧；③遠(yuǎn)程交互和操縱；④數(shù)據(jù)可視化和易用性；⑤數(shù)據(jù)共享。

LeslieM.分析了典型的集成產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)系統(tǒng)，如圖1-4所示，在

那個(gè)系統(tǒng)中，各個(gè)設(shè)計(jì)小組能夠進(jìn)行方案評(píng)估，提出創(chuàng)新性設(shè)計(jì)和改良性

設(shè)計(jì)。LeslieM.同時(shí)還指出了該體系結(jié)構(gòu)所必須具備的功能：①通用的訪

咨詢接口；②基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程訪咨詢；③設(shè)計(jì)活動(dòng)的集中調(diào)度；④文檔

的統(tǒng)一治理；⑤集成的在線規(guī)劃和分析工具；⑥配置和治理方便?；?/p>

這些功能要求，LeslieM.提出了一個(gè)面向集成產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)的虛擬CSC

W架構(gòu)，如圖1-5所示。該體系架構(gòu)中要緊集成了三大要緊部件：①在線

決策支持工具；②WEB服務(wù)器和掃瞄器；③協(xié)作工作組。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)

點(diǎn)在于：①縮短設(shè)計(jì)周期；②設(shè)計(jì)方案能夠及時(shí)更新；③各設(shè)計(jì)小組通

信暢通；④能快速有效地使用產(chǎn)品信息模型數(shù)據(jù)；⑤設(shè)計(jì)方案質(zhì)量得到

提升。

圖1-4典型的集成產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)系統(tǒng)圖1-5虛擬CSCW體系架構(gòu)

目前代表性的沖突消解方法要緊包括：基于共享數(shù)據(jù)庫(kù)的協(xié)作事物模

型、基于約束的沖突消解方法、基于知識(shí)的沖突消解方法、沖突分層消解

策略、基于經(jīng)濟(jì)效用協(xié)議的消解策略、基于多Agent的沖突檢測(cè)和消解模

型、基于協(xié)商的沖突消解策略、基于集成的沖突消解策略等。

以上這些協(xié)同設(shè)計(jì)求解模型、體系架構(gòu)、沖突消解方法等要緊是針對(duì)

設(shè)計(jì)師與設(shè)計(jì)師之間的協(xié)同概念設(shè)計(jì)。與這一類協(xié)同設(shè)計(jì)相比，用戶和設(shè)

計(jì)師有著更為獨(dú)立的知識(shí)結(jié)構(gòu)和咨詢題求解策略，因而他們之間的協(xié)同將

更為復(fù)雜，沖突將更為明顯，今后有必要研究適合于用戶和設(shè)計(jì)師共同參

與產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的協(xié)同求解模型、體系架構(gòu)以及沖突消解方法。

（3）虛擬概念設(shè)計(jì)技術(shù)

隨著與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有關(guān)的硬件和軟件技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，在虛擬環(huán)境

下將產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)計(jì)、評(píng)判一體化差不多成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的一個(gè)熱點(diǎn)

咨詢題。例如，美國(guó)的JohnDeere公司，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)新產(chǎn)品反鏟

裝載機(jī)的3個(gè)技術(shù)方案進(jìn)行建仿照真，結(jié)果否定了其中的兩個(gè)方案，節(jié)約

了大量的研制經(jīng)費(fèi)。在第四屆國(guó)際CAID&CD學(xué)術(shù)會(huì)議上，許多專家提出

了基于Internet的虛擬設(shè)計(jì)、虛擬展現(xiàn)及電子商務(wù)等研究與應(yīng)用咨詢題。香

港理工大學(xué)的TangMingxi博士闡述了全球虛擬設(shè)計(jì)中心(GlobalVirtual

DesignStudio)在世界范疇內(nèi)的研究及應(yīng)用情形，并實(shí)時(shí)展現(xiàn)了其虛擬設(shè)

計(jì)漫游系統(tǒng)，其中包括演示、設(shè)計(jì)、協(xié)同及互動(dòng)過(guò)程，還介紹了該系統(tǒng)的

研究方法，包括虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、協(xié)同技術(shù)、視覺和虛擬規(guī)劃過(guò)

程等。

目前虛擬概念設(shè)計(jì)技術(shù)要緊研究以下3個(gè)咨詢題：①VR環(huán)境下的概

念可視化；②VR環(huán)境下的概念產(chǎn)品評(píng)判模型；③VR環(huán)境下的人機(jī)交互

界面。

概念可視化是指設(shè)計(jì)師透過(guò)圖面或模型，將市場(chǎng)的需求轉(zhuǎn)換成可視化

的具體形狀。概念設(shè)計(jì)是否能符合目標(biāo)用戶的需求、引導(dǎo)消費(fèi)流行的趨勢(shì),

用“眼見為憑”的圖面或模型表現(xiàn)是最為方便的方法。要緊包括兩方面內(nèi)

容的研究：一是物體/場(chǎng)景的建模，二是產(chǎn)品概念的可視化。目前二維的建

模方法差不多較為成熟，MITMediaLab提出了基于真實(shí)圖像序列且用于

場(chǎng)景建模的全景圖像的自動(dòng)/半自動(dòng)鑲嵌技術(shù)；FrankA.提出了采納幾何約

束方法的基于單幅圖像的三維物體的二維真實(shí)感建模技術(shù)；三維物體/場(chǎng)景

建模方法是進(jìn)一步建立真實(shí)感環(huán)境模型的熱點(diǎn)，DavidSarnoff研究中心的

H.S.Sawhney和S.Ayer在視頻的分層表示(LayeredRepresentation)方面

提出了能夠?qū)⑦\(yùn)動(dòng)物體和靜止的背景分開的2D/3D主運(yùn)動(dòng)分析法以及多個(gè)

運(yùn)動(dòng)估量的方法。在產(chǎn)品概念可視化方面，H.Masuda等人提出了3DCA

D模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；M.Weyrich等研制了一個(gè)應(yīng)用于虛擬概念設(shè)計(jì)的“虛

擬工作臺(tái)”，為設(shè)計(jì)師提供了類似于畫板的工具。

在概念產(chǎn)品評(píng)判模型的研究中，D.Thompson提出了一套新穎的協(xié)同

虛擬評(píng)判系統(tǒng)；KadeforsRoland從人機(jī)工程角度動(dòng)身，提出了一種基于視

頻交互的評(píng)判模型。然而這些評(píng)判模型都未能充分利用虛擬現(xiàn)實(shí)的31的差

不多特點(diǎn)，無(wú)法真正讓評(píng)判者進(jìn)入沉醉狀態(tài)，通過(guò)真實(shí)的交互進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)

判或者構(gòu)想。因此，以后理想的VR環(huán)境下的概念產(chǎn)品評(píng)判模型應(yīng)該是一種

多角度的、協(xié)同的、自然的評(píng)判模型。

VR技術(shù)的進(jìn)展提供了一種新的人機(jī)交互方式。三維交互、觸覺感知、

語(yǔ)音識(shí)不、手勢(shì)識(shí)不等技術(shù)均能夠應(yīng)用在概念設(shè)計(jì)當(dāng)中，提供一個(gè)多通道

的CACD系統(tǒng)的界面。浙江大學(xué)從人機(jī)工程學(xué)那個(gè)大背景動(dòng)身，提出自然

人機(jī)交互模式是以直截了當(dāng)操縱為主的、與命令語(yǔ)言專門是與自然語(yǔ)言共

存的人機(jī)交互形式。

(4)需求驅(qū)動(dòng)概念設(shè)計(jì)技術(shù)

在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)中考慮顧客的需求由來(lái)已久。美國(guó)人本主義心理學(xué)家

A.B.馬斯洛于1943年提出的“需要層次論”為人的需求的理論研究奠定了

基礎(chǔ)。20世紀(jì)80年代提出的需求工程更是用心于研究用戶需求與產(chǎn)品概念

設(shè)計(jì)的關(guān)系，至今已顯現(xiàn)了面向本體的需求分析、面向需求產(chǎn)品的需求分

析、面向并行設(shè)計(jì)的需求分析等。但由于這些研究源于需求分析，沒有真

正或者未完全將用戶引入一個(gè)開放的循環(huán)設(shè)計(jì)過(guò)程，勢(shì)必造成以下咨詢題:

①不明確的需求導(dǎo)致不當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品概念設(shè)計(jì)；②延時(shí)的需求導(dǎo)致滯后的產(chǎn)

品設(shè)計(jì)；③有效的市場(chǎng)反饋無(wú)法及時(shí)作用于產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)中，難以按照用

戶因素的變化調(diào)整、完善產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)。差不多有學(xué)者提出了“概念預(yù)設(shè)

計(jì)”(ConceptualPre-design)的概念，并基于它改進(jìn)了一個(gè)語(yǔ)義模型KCP

M來(lái)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)從自然語(yǔ)言描述的用戶需求中提煉出規(guī)范的需求分析術(shù)語(yǔ)，

還提出一種自動(dòng)實(shí)現(xiàn)從概念預(yù)設(shè)計(jì)到概念設(shè)計(jì)輸入的轉(zhuǎn)化方法。此外如Xu

Zhigang等也提出了以產(chǎn)品為方向或者用戶為中心的設(shè)計(jì)工具“SmartDes

ign”。這些研究從一個(gè)側(cè)面驗(yàn)證了用戶參與概念設(shè)計(jì)全過(guò)程的必要性和可能

性，體現(xiàn)了概念設(shè)計(jì)的人本特點(diǎn)和創(chuàng)新特點(diǎn)，為概念設(shè)計(jì)技術(shù)的研究進(jìn)行

了新的探究。

4.商品化軟件中的CACD技術(shù)

目前，世界上大型的CAD/CAM/CAE軟件系統(tǒng)如Pro/Engineer、EDS

Unigraphics、EUCLID>Autodesk,SolidWorksAlias、Softimage等都提供

了有關(guān)產(chǎn)品早期設(shè)計(jì)的系統(tǒng)模塊，它們稱之為工業(yè)設(shè)計(jì)模塊、概念設(shè)計(jì)模

塊或草圖設(shè)計(jì)模塊等。

(1)Pro/Engineer

Pro/Engineer包含一個(gè)工業(yè)設(shè)計(jì)模塊Pro/Design,用于支持自上而

下的投影設(shè)計(jì)，以及在復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中所包含的許多復(fù)雜任務(wù)的自動(dòng)設(shè)

計(jì)。此模塊工具包括概念設(shè)計(jì)的二維非參數(shù)化的裝配布局編輯器，用于概

念分析的二維參數(shù)模型的布局，以及用于組件的三維布局編輯器。

(2)EDSUnigraphics

EDSUnigraphics從V13版本后推出了概念設(shè)計(jì)WAVE(What-if

AlternativeValueEngineering)技術(shù)。WAVE為協(xié)同概念設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的

技術(shù)支持。它可使不同部門的工程師在概念設(shè)計(jì)時(shí)期，站在系統(tǒng)工程的角

度，同時(shí)針對(duì)多種可選的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)估。通過(guò)將設(shè)計(jì)意圖組織到一個(gè)

有關(guān)操縱結(jié)構(gòu)(associativecontrolstructure)中去,可使概念設(shè)計(jì)師十分有

效地操縱各種設(shè)計(jì)的變更。此外，WAVE也支持“概念設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)工

程”(concept-to-detailengineering),即先做出設(shè)計(jì)決策，然后設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。

5.運(yùn)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)其他關(guān)鍵技術(shù)

(1)運(yùn)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù)

產(chǎn)品創(chuàng)新是概念設(shè)計(jì)的全然目的，產(chǎn)品在功能、原理、外觀形狀、人

機(jī)操作、制造工藝、材料等各方面的創(chuàng)新，都會(huì)直截了當(dāng)阻礙產(chǎn)品的整體

特性，直至產(chǎn)品的最終質(zhì)量。

概念設(shè)計(jì)時(shí)期，是產(chǎn)品創(chuàng)新表現(xiàn)最為突出、最為集中的一個(gè)時(shí)期。實(shí)

踐表明，產(chǎn)品創(chuàng)新性要緊來(lái)自概念設(shè)計(jì)時(shí)期所涉及的功能、原理、形狀、

色彩、人機(jī)工程、布局和結(jié)構(gòu)等方面。

許多學(xué)者從人工智能角度動(dòng)身，對(duì)產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入研究。

圖1-6是CACD系統(tǒng)輔助創(chuàng)新工具的總體結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)的輔助創(chuàng)新工具由

一個(gè)創(chuàng)新差不多操作模型和功能原理、形狀、色彩、人機(jī)工程、布局、結(jié)

構(gòu)、多方案創(chuàng)新工具等構(gòu)成。組件特點(diǎn)錄入工具、方案顯現(xiàn)工具和評(píng)判工

具則為輔助創(chuàng)新提供了一個(gè)差不多的操作平臺(tái)。

此外，產(chǎn)品的創(chuàng)新作為一種系統(tǒng)性的求解咨詢題，有著其應(yīng)遵循的差

不多原理。如各類創(chuàng)新技法，設(shè)計(jì)規(guī)范、創(chuàng)新變換中的各種法則以及生成

方案的評(píng)判準(zhǔn)則等。

（2）運(yùn)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)人機(jī)交互技術(shù)

CACD系統(tǒng)要能有效完成概念設(shè)計(jì)的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新的目的，其

人機(jī)交互技術(shù)必須在傳統(tǒng)的以鍵盤和鼠標(biāo)為主的交互手段的基礎(chǔ)上有新的

突破。

圖1-6CACD系統(tǒng)輔助創(chuàng)新工具總體結(jié)構(gòu)

目前，關(guān)于概念設(shè)計(jì)人機(jī)交互技術(shù)的研究，要緊集中在以VR、多通道

等為代概念設(shè)計(jì)師t的應(yīng)用研系統(tǒng)是CACD系統(tǒng)的人機(jī)交互界面

is_」左」、M、二b孑由工____________:幾々“出

不總概念設(shè)計(jì)過(guò)程中的信息傳遞

?虛擬界面(VRInterface)?數(shù)據(jù)傳遞(DataTransmit)

?多通道(Multimodal)?命令發(fā)送(CommandSending)

和發(fā)?視線跟蹤?操作本現(xiàn)在各類數(shù)據(jù)的傳遞、各

?語(yǔ)音識(shí)別?繪制

種性?手勢(shì)輸入?對(duì)象評(píng)價(jià)(ObjectEvaluation)I設(shè)計(jì)對(duì)象的評(píng)判等過(guò)程。

圖1-7CACD系統(tǒng)的人機(jī)交互界面

(3)設(shè)計(jì)治理技術(shù)

設(shè)計(jì)治理(DesignManagement)的運(yùn)用和研究在國(guó)內(nèi)還處于剛剛起步

的時(shí)期，而在韓國(guó)、日本等國(guó)家已成為企業(yè)開發(fā)治理的核心之一。通過(guò)設(shè)

計(jì)治理，能夠?qū)⑵髽I(yè)的創(chuàng)新開發(fā)納入更加規(guī)范、科學(xué)的治理系統(tǒng)；能夠?qū)?/p>

企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)、品牌戰(zhàn)略、企業(yè)治理結(jié)合在一起，建立完善的治理體系,

以提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

設(shè)計(jì)治理是指以使用者為中心，對(duì)特定的產(chǎn)品、界面和環(huán)境進(jìn)行資源

的開發(fā)、組織、打算和操縱。設(shè)計(jì)治理要緊包括設(shè)計(jì)戰(zhàn)略、設(shè)計(jì)流程、設(shè)

計(jì)人員、設(shè)計(jì)項(xiàng)目的治理以及對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)踐也確實(shí)是運(yùn)作的治理。

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的白熱化，企業(yè)建立科學(xué)的、有價(jià)值的、長(zhǎng)期的產(chǎn)品開

發(fā)戰(zhàn)略導(dǎo)向和規(guī)劃是極其必要的。設(shè)計(jì)治理不但能夠關(guān)心企業(yè)確立整體進(jìn)

展戰(zhàn)略，還能將進(jìn)展戰(zhàn)略轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的產(chǎn)品開發(fā)程序，有效鼓舞和規(guī)范

設(shè)計(jì)師在既定目標(biāo)指引下進(jìn)行新產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)，并和諧設(shè)計(jì)部門與其他

部門之間的合作與溝通，達(dá)到資源共享與互相促進(jìn)的目的。

1.2.4進(jìn)展趨勢(shì)

設(shè)計(jì)流程與實(shí)踐

需概念形成概第概念生成概第詳

*藍(lán),__________r\念二匚「〉細(xì)

1)1>設(shè)階1/設(shè)

析計(jì)段計(jì)段計(jì)

問(wèn)題概念化概念實(shí)體化

三二￡

計(jì)算機(jī)應(yīng)用層W概念

設(shè)封應(yīng)用技術(shù)層『法學(xué)、

產(chǎn)品需求驅(qū)動(dòng)概念設(shè)計(jì)技術(shù)協(xié)同概念設(shè)計(jì)技術(shù)智能概念設(shè)計(jì)技術(shù)虛擬概念設(shè)計(jì)技術(shù)口運(yùn)算

II

機(jī)軸