產品創新設計理論概述及發展趨勢

一、概述

  產品創新設計理論、方法與工具是基于現代設計理論和方法，應用微電子、信息、管理等現代科學技術，以提高產品質量、用戶滿意的價格和款式（造型色彩）、提高產品的功能、縮短產品開發周期為目的的一切設計技術的總稱。產品創新理論、方法與工具技術研究的宗旨是從產品的工作特性和功能目標出發，在特定技術、經濟和社會等具體條件下，根據相鄰學科的原理，創造性地設計產品，并使它在技術及經濟上達到佳水平。該技術鼓勵設計人員，從原來固有的常規設計模式中跳出來，用新觀點、新原理、新方法來設計新產品。在發明了新產品后，在技術的有利條件下，將該技術領域擴展，并形成此方面的技術優勢。

  產品創新設計理論、方法與工具的研究范圍大體可分為：產品創新設計、降低成本設計、快速設計、仿真與虛擬設計、智能設計、廣義優化設計等設計技術。

  二、現狀及國內外發展趨勢

  二戰以后的幾十年來，各主要發達工業國家先后開始重視起對設計技術的研究，如英國從60年代開始，就以國家政策和財力來支持發展與推廣設計新技術；德國提出“設計就是科學”，且其設計學的發展已初具規模；美國成立有“設計委員會”。日本同樣也非常重視設計技術的發展，將設計看作是技術、經濟、美學和人機學的一體化整體，并極力推廣和采用新技術，從而大大提高了機械產品在市場的競爭力。近年來，在上每年召開一次與設計有拳會議，探討設計的新理論和新方法。

  我國工業產品設計的發展經歷了一個曲折的過程。以前都是憑借設計者的經驗，以模仿為主，故局限性大。從60年代開始，加強了新產品的開發設計與實驗研究工作，從而使設計從仿制和經驗設計逐漸走向實驗研究和計算分析階段。到了80年代，開始在國內介紹一些上的先進技術與方法。同時將計算機引入設計領域，對設計工作的發展起了很大的推動作用。

  但是，我國在設計領域中仍存在很大問題，主要是對設計研究不夠，已有的成果得不到有效的推廣和應用，資金投入少，人員培訓工作跟不上發展的需要，一直沒形成開發新產品或更新老產品的設計和應變能力，對引進的先進技術和產品，更沒有從設計的角度進行消化。

  在創新設計方面，隨著科技和經濟的迅速發展，計算機在設計領域的應用已越來越廣闊，創新也由原來的仿生法、智爆法、聯想法、形象思維法和陣列法等基于認知的方法（Cognitive Approach）過渡向基于系統的方法（System Approach）方向發展，對設計進程和設計對象進行建模、模擬人類的認知思維模式，極大地推進了創新設計的自動化，并且利用系統論和信息論的研究成果，創新設計開始向智能化發展。

  在降低成本設計方面，國內外專家對成本估算及降低成本的方法進行了大量的研究。德國學者提出了成本結構和分類，用相對成本概念來實現不同設計方案之間的對比評價，同時利用設計方法學和控制成本的設計思想研究成本特征與設計特征之間的轉化，提出了面向用戶的目標成本核算法；美國學者（在面向報價方面）對已有或生產過的產品作回歸統計的結果，建立了成本模型；日本、瑞士、英國等學者也均對制造階段的成本估算進行了較多的研究。國內的許多學者也對這一課題進行了數年的研究，但由于工廠數據可靠性較差，研究經費和人力不足，工作量和難度大等原因，進展緩慢，從上述可看出對產品降低成本的設計長期以來還一直停留地局部階段的理論分析和計算，尚未把它納入到貫穿設計全過程一體化的CAD系統中，且分析結果大多是定性的，少數定量分析又是基于統計分析基礎上的，因此，建立支持設計全過程尤其是原理方案和總體結構設計階段的成本信息模型已成為實現低成本設計的關鍵和迫切需要解決的難題。

  在快速設計方面，1992年6月，在東京會議上正式提出并行工程技術，在此基礎上發展成旨在縮短產品設計周期的快速設計技術（Rapid Design Technology, RDT），目前上在針對快速設計的并行設計技術、快速原型技術、系列化模塊化技術和虛擬制造技術等發展均較為迅速。

  在仿真與虛擬設計技術方面，國內外的研究均較為活躍，在機械產品設計的仿真建模中，目前應用廣泛的包括有限元方法（FEM），有限差分法等。在一些實際應用領域，希望從仿真系統中得到在真實世界中無法親身體驗到的感受，從而能突破物理空間和時間的限制，也就是說需要仿真系統具有超越現實的虛擬性，這些客觀需求推動了一種新興的技術——虛擬現實（VR-Virtual Reality）技術的發展；同時，在計算機虛擬現實系統（VRS）環境中的虛擬設計（Virtual Deign-VD）技術方面的研究也越來虎受到人們的重視。

  在智能設計技術方面，各主要工業發達國家正從傳統的CAD技術不斷向智能CAD（ICAD）和人機智能化設計系統方向發展，對設計型專家系統的研究也正逐漸走向縱深，智能設計技術向著不但提供知識處理自動化，而且實現決策自動化，以支持大規模的多學科多領域知識集成設計全過程的自動化。

  廣義優化設計方面，國內的數值優化技術約在70年代初應用于工程設計，且目前離形和隨機變量優化、結構優化、智能優化、優化建模和復雜系統優化方法學等領域的研究已取得具有相當水平的理論和應用成果，但對向前擴展到建立模型、處理模型，向后擴展到優化結果顯示的全過程的研究還很不夠，與主要工業發達國家有著一定差距。
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