创新设计与产品设计

1、创新设计与产品设计    编者按：本文主要从创新的内涵；创新方法的发展；机械产品创新设计的研究；机械产品创新设计存在的问题及展望，对创新设计与产品设计进行讲述。其中，主要包括：创新设计是一种创造性的智力活动,是设计者充分发挥自己的创造力,利用人类已有的科学技术成果,进行创新构思,应用新技术新原理新方法进行产品分析和设计的过程、创新是人类驾驭形象思维与逻辑思维发散思维与收敛思维的过程、最初的创新研究侧重于人的创造性思维,总结出一些具有指导意义的规律,形成各种创新技法,如:头脑风暴法联想法类比法侧向思考仿生法等、创新设计过程的集成化技术研究创新设计过程的集成

2、化技术的重点在于概念设计的集成化实现,主要是指产品的原理方案创新与结构方案创新的集成、设计理论研究与设计工具开发存在严重脱节人们对于设计理论及创新问题进行了大量研究,但是理论研究与设计工具,特别是产品的结构设计工具存在严重的脱节、创新设计本质过程的研究这实际上也是对设计的创新本质的认识、最初的创新研究侧重于人的创造性思维,总结出一些具有指导意义的规律,形成各种创新技法,如:头脑风暴法联想法类比法侧向思考仿生法等，等。具体材料详见：摘要:指出创新实践在社会发展中的重要性,系统分析了创新设计方法学的发展历程,并针对机械产品创新设计,总结了其研究概况在此基础上,分析了创新设计研究中有待于解决的关键问

3、题及其发展趋势关键词:创新设计;设计方法;产品设计创新设计是现代产品设计理论的重要内容之一随着知识经济时代的到来,社会的进步与经济的发展更加依赖于人类的创新实践活动开展创新设计的研究对于建设创新型国家有重要意义1创新的内涵20世纪初,全球社会生产力的发展中只有5%是依靠技术创新取得的,而现在发达国家中的40%是依靠技术创新取得的美籍奥裔经济学家熊彼特(JosephA.Schumpeter)于1912年在其著作经济发展理论中将“创新”作为一个经济学概念首次提出熊彼特认为创新是发明的第一次商品化,也就是说,把发明引入生产体系并为商业化生产服务的过程就是创新,它意味着建立新的生产函数或供应函数,是在

4、生产体系中引进一种生产要素和生产条件的新的组合而发明实际上就是一个产品创新的过程,其关键是设计的创新,设计创新是实现产品创新的根本基础因此,创新设计的重要性就显而易见了创新设计是一种创造性的智力活动,是设计者充分发挥自己的创造力,利用人类已有的科学技术成果,进行创新构思,应用新技术新原理新方法进行产品分析和设计的过程2创新方法的发展创新是一个及其复杂的过程,人类对创新本质的认识与研究还远远达不到科学的层次但是众多创新学者,经数十年的研究发现,科学技术的发明创造有一定的规律可循,他们大多是以原则诀窍思路形式指导人们克服心理和思维的障碍,改善思维的灵活性的过程自20世纪30年代至80年代,世界上出

5、现了300多种创新技法,10多种创造原理这些创新技法,各自从不同的角度在一定程度上突破了制约创新的相关因素的限制所谓创新技法就是在创造心理创造性思维方法和认识规律基础上的技巧这些创新技法不存在科学的逻辑关系,大多数目前在理论上处于“初生期”,还远远未达到纯粹的科学水平从思维的角度,创新是人类驾驭形象思维与逻辑思维发散思维与收敛思维的过程经过数十年的发展,在掌握已有创新技法的基础上,结合认知科学人工智能设计方法学科学技术哲学等前沿学科,创新设计方法已成为一门独立且有待于开发的新的设计技术和方法创新设计方法的发展历程如图1所示最初的创新研究侧重于人的创造性思维,总结出一些具有指导意义的规律,形成各

6、种创新技法,如:头脑风暴法联想法类比法侧向思考仿生法等后来,创新方法的研究开始注重以知识(专利)为基础,通过对专利的分析与研究,总结创造活动所遵循的创新原理,该阶段的典型创新方法是TRIZ理论随着计算机技术的发展,创新方法的研究也出现新的趋势,在现阶段,各种成熟的创新设计方法开始集成化研究与应用,并与计算机(包括网络)技术相结合,形成计算机辅助创新(CAI:ComputerAidedInnovation)技术,如:QFD可靠性设计网络协同创新技术有限元分析等各种成熟的技术和方法开始融入到创新设计过程中3机械产品创新设计的研究机械产品创新设计的研究对于提高机械产品的设计水平提高产品的竞争力有着重

7、大的意义,受到世界各个国家的普遍重视机械创新设计是指充分发挥设计者的创造力,利用人类己有的相关科学技术成果(含理论方法技术原理等),进行创新构思,应用新技术新原理新方法进行产品的分析和设计,设计出具有新颖性创造性及实用性的机构或机械产品(装置)的一种实践活动一般来说,创新设计包括全新设计和适应型创新设计两类需要指出的是,创新设计和概念设计并不是同一个概念,概念设计的核心是进行设计创新,而创新设计并不尽限于概念设计阶段在产品设计的各个阶段均有创新设计的问题,但是最主要的是在概念设计阶段进行创新国内外学者针对机械产品创新设计,分别从设计的本质设计的过程以及设计的方法等不同方面,做了大量的研究工作创

8、新设计理论和方法的研究现状见表14机械产品创新设计存在的问题及展望通过上述文献的研究可以看出,尽管人们从不同角度对创新设计进行了数十年的研究,取得了一些成果,但是产品创新设计过程中还有一些问题仍没有解决,成为今后研究的重点(1)创新设计本质过程的研究这实际上也是对设计的创新本质的认识尽管人们从思维方法设计手段等多方面对创新问题进行探索,现在对创新的实质过程仍没有一个统一的深层次的认识,无法形成一个完整的理论去指导创新实践在这方面我们仍需要做大量的工作(2)创新设计中知识的表达与应用首先,产品创新过程涉及多学科多种技术,如何将设计知识组织管理,满足设计主体对知识的需求是今后的研究重点其次,为创新

9、设计过程建立科学的产品模型,结合现代CAD技术,支持创新方案的快速表达,对于提高设计效率有重要意义(3)设计理论研究与设计工具开发存在严重脱节人们对于设计理论及创新问题进行了大量研究,但是理论研究与设计工具,特别是产品的结构设计工具存在严重的脱节一方面某些机械结构设计理论和方法的研究较少考虑计算机实现的问题;另一方面设计工具开发时,又没有适合计算机进行的结构设计自动化和智能化理论需要深入研究机械产品设计中功构映射的本质规律(4)创新设计过程的集成化技术研究创新设计过程的集成化技术的重点在于概念设计的集成化实现,主要是指产品的原理方案创新与结构方案创新的集成现有的设计理论或设计工具多是从不同的角

10、度,考虑某阶段的创新实现问题,如:TechOptimizer可以辅助实现产品原理方案的创新,但需要其他CAD系统完成结构的设计工作;一些大型的CAD/CAE/CAM商品化软件,如:UGPro/E等均开发出了支持概念设计的工业设计模块或草图设计模块,但是这些模块基本上仍是计算机辅助绘图的工具,几乎不支持原理方案的创新缺乏统一的创新设计理论指导创新设计过程,是造成原理方案创新与结构方案创新的集成度低的主要原因参考文献1孙林夫.现代产品设计技术及其发展J.中国制造业信息化,2003,32(1):3740.2约瑟夫.熊彼特.经济发展理论M.北京:商务印书馆.1990.3沈惠平.机械创新设计及其研究J.

11、机械科学与技术,1997,16(5):791795.4张武城.创造创新方略M.北京:机械工业出版社,2005.5刘莹,艾红.创新设计思维与技法M.北京:机械工业出版社,2004.6高常青,黄克正,王国峰.由TRIZ理论的通用解求问题的特殊解J.中国机械工程,2006,17(1):8488.7邹慧君,张青,郭为忠.广义概念设计的普遍性内涵及理论基础的探索J.机械设计与研究,2004,20(3):1014.8约翰逊PC(陆国贤等译).机械设计综合一创造性设计与最优化M.北京:机械工业出版社,1987.9檀润华.创新设计-TRIZ:发明问题解决理论M.北京:机械工业出版社.2002年2月第1版.10I.Rivin.UseoftheTheoryofInventiveProblemSolving(TRIZ)inDesignCurriculumJ.TRIZJournal,http:/www.triz-,February,1998.11G.S.Altshuller.AndsuddenlytheinventorappearedM.TechnicalInnovationCenter,INC,Worcester,1996.12牛占文,徐燕申,林岳.实现产品