产品设计过程与设计方法

1、产品设计过程与设计方法浅谈主题基本概念产品设计的一般过程设计方法及发展总结Basic conceptsThe general process of product designDesign method and developmentSummary设计（Design）主要指设想、规划、计划、构思等，其含义非常宽泛，而且其定义也是众说纷纭，莫衷一是。 什么是设计？l 在朗文英汉双解词典中，对设计的解释有：作为动词有绘制、计划、谋划、预定的意思；作为名词有计划、设计图、图样、图案、图样设计、美术工艺品的设计、装饰图案的含义。l 在实用英汉词典中，对设计的解释有：作为动词有立意和计划等；作为名词有计

2、划、草图、图案、风格和心中的计划等意思。l 在维基百科中，对设计的解释是：“设想和计划，设想是目的，计划是过程安排”，通常指有目标和计划的创作行为、活动。l 在人类理性与设计科学中（杨砾、徐立新著），列举了关于艺术设计11条定义，其中，有一条认为：设计是“使人造物产生变化的活动”。一、基 本 概 念一、基 本 概 念l 设计是人类满足一定的需求而进行的一种有意识、有目的的创造性思维实践活动。l 设计是一种创造性活动，其目的是为物品、过程、服务以及它们在整个生命周期中构成的系统建立起多方面的品质。l Creatively proposing an idea, so as to enable yo

3、urself or others to make an artifact according to the idea。l 设计是为人类有目的活动规划实施结果的面貌和实施的路径。所谓规划实施结果的面貌，就是描绘那个要做的事、物做成后的最终形态，所谓规划实施的路径，就是确定怎么去达到这个最终面貌。 什么是设计？一、基 本 概 念l 设计是人类满足一定的需求而进行的一种有意识、有目的的创造性思维实践活动。l 设计是一种创造性活动，其目的是为物品、过程、服务以及它们在整个生命周期中构成的系统建立起多方面的品质。l Creatively proposing an idea, so as to enabl

4、e yourself or others to make an artifact according to the idea。l 设计是为人类有目的活动规划实施结果的面貌和实施的路径。所谓规划实施结果的面貌，就是描绘那个要做的事、物做成后的最终形态，所谓规划实施的路径，就是确定怎么去达到这个最终面貌。 什么是设计？12345创造性?因此，从这个角度可以看出，设计包含物的设计（如产品设计）、精神文化设计（如艺术设计）、社会事务设计（如制度设计）。一、基 本 概 念 产品设计是一个充满着工程方面风险和机遇的完整活动体系，目标是对产品的功能、结构、外观造型等方面进行综合性的设计，以便生产出符合人们需

5、求的实用、经济、美观的产品。产品设计分类：工程设计、消费品设计。产品设计主要特征：复杂性、目的性、创新性和不确定性。产品设计过程是在很大程度上包括了一系列脑力的、有组织的，而非自然的步骤或活动，它将产品的市场需求映射成产品的功能需求，并将功能需求转换成能实现该功能要求的产品工程结构的过程。该过程把“我们希望得到什么（what）”映射为“我们如何得到它（how）”，如下图所示。二、产品设计的一般过程从宏观上，产品设计是一个由分析到综合的反复迭代过程，主要由需求分析、概念设计以及详细设计三个阶段组成。二、产品设计的一般过程 宏观上的产品设计在需求分析阶段，主要设计活动是识别和获取用户需求，然后将用

6、户需求转化为以技术术语(比如功能基、感性词汇等)为描述载体的产品规格说明。完全实现完全不实现非常满意非常不满意兴奋需求基本需求功能需求*顾客满意度的KANO模型二、产品设计的一般过程*基于存在和表述的需求获取方法概念设计是一个伴随着创造性问题解决和概念生成的阶段，设计者需要深入探索在功能、造型、特性等方面满足用户需求的产品概念空间，并对不同产品概念进行分析和逐步筛选，以确定符合顾客愿景、具备市场前景的产品概念方案。*某种概念车方案草图二、产品设计的一般过程设计需求库设计需求库产品信息库产品信息库问题描述问题描述功能提取功能提取特征知识库特征知识库功能元功能元行为元行为元载体元载体元设计约束设计

7、约束基本特征映射类型基本特征映射类型基本映射转换策略基本映射转换策略FEBSFMMSL 映射过程映射过程控制控制搜素搜素反馈反馈设计过程分解载体树设计过程分解载体树映射拓扑关系矩阵映射拓扑关系矩阵映射邻接关系矩阵映射邻接关系矩阵方案评价方案评价设计结果设计结果问题提取问题提取功能求解功能求解 方案确定方案确定*基于FMMSL功能求解模型的概念设计过程在详细设计阶段，设计者定义和建立产品体系，并将产品分解为子系统、组件以及关键部件，然后确定产品所需要的标准件以及非标准件的几何尺寸、材料和公差等，最后输出零件及其制造工装图纸、标准件技术要求、材料清单以及产品制造装配的工艺过程文档。*计算机辅助制造

8、二、产品设计的一般过程*某机构工程图二、产品设计的一般过程补充：1、概念设计是分析用户需求到生成概念解决方案的阶段，详细设计是由概念解决方案转化为可用于生产制造的产品技术体系的阶段；其中，概念设计阶段最为关键，它包括了一个生成可供选择产品概念的发散过程、以及一个评估和选择合适产品概念方案的收敛过程。2、概念设计包括以下阶段： 问题定义； 功能设计； 行为设计； 结构设计； 方案选择与评价。3、概念设计现有研究方向： (1)基于心理学的创造性思维研究；(2)基于认知科学的概念设计研究； (3)基于工程技术规律的发明问题研究； (4)基于知识的概念设计研究。4、针对不同类型设计对象，产品设计过程中

9、对概念空间的探索方向各有不同。比如，工程设计关注的是产品的功能、性能等方面；消费品设计关注于用户体验、产品内在意义以及产品性能与产品内在意义之间的关系。补充：二、产品设计的一般过程5、对于机电领域来说，相关产品设计往往以考虑功能、性能以及可靠性的工程设计为主。因此，机电产品设计过程可以具体地细分为需求建模、功能建模、概念设计、具体设计以及详细设计。二、产品设计的一般过程从微观上，产品设计过程可以表达如下：（谢友柏，现代设计理论和方法的研究，2004） 微观上的产品设计确认需求扫描技术可能产生矛盾统一设想经济、技术分析设想的优选和确认结构的优选和确认材料的优选和确认加工过程的优选和确认综合评价

10、产生和表述最终解二、产品设计的一般过程*设计过程构成及任务二、产品设计的一般过程明确设计任务产品规划任务调查研究可行性分析明确设计任务方案设计总功能分析功能分解功能元求解功能元解组合系统原理-多个试验评价最佳原理方案技术设计总体设计结构设计价值设计结构方案-多个试验评价最佳结构方案造型设计构型选材料定尺寸提高性能降低成本施工设计零件装配图技术条件试制投入生产机械产品的典型设计过程三、设计方法及发展产品设计方法学是一门研究设计对象、设计思维、设计规划、设计目标、设计环境、设计内容、设计进程和步骤、设计方法和工具、设计评价以及它们之间相互联系的一门学科，贯穿于产品设计的整个周期。美国麻省理工学院（

11、MIT）公理设计组的Tate博士通过对世界著名流派的设计理论进行分析时所指出的：“尽管设计理论的研究已有100多年的历史，很多研究成果已在工业界得到应用，但设计理论并未成熟，目前仍处于准理论阶段”。目前为止，还没有一种被公认的最好或最适合于工业界应用的设计理论和方法。完善已有的设计理论，提出更有应用前景的设计理论，在工业界推广已有的设计理论等一直是设计理论界的重要课题。 产品设计方法学三、设计方法及发展l 直觉设计阶段：17世纪以前，设计过程凭借当事人的智力和灵感，在实践中不断摸索而自发进行；l 经验设计阶段：到了17世纪，力学和数学得到了很大发展并建立了密切联系，人们开始利用经验公式来解决设

12、计中的一些问题，并开始按图纸制造。 l 半理论半经验设计阶段：20世纪初以来，由于试验技术与测试技术的迅速发展和应用，人们对产品采用局部试验、模拟试验等作为设计辅助手段。l 现代设计阶段：近50年来，随着科学技术的迅猛发展，设计工作所需的理论基础和手段有了很大进步，特别是电子计算机技术的发展和普遍应用，为进行有关设计中的理论分析、数值计算和物理模拟等提供了极为有利的条件。 设计活动发展的四个阶段三、设计方法及发展l 传统设计：静态的、经验的、手工的方法，在设计过程中被动地重复分析产品的性能；l 现代设计：动态的、科学的、计算机化的方法，在设计过程中主动地设计产品参数。 传统设计与现代设计比较三

13、、设计方法及发展尺寸计算、三维可视化建模强度计算、动力学分析疲劳、磨损和破坏等的量化优化设计，选择最优结果自动化和智能化l 产品结构分析的定量化l 产品工况分析的动态化l 产品质量分析的可靠性化l 产品设计结果的最优化l 设计过程的高效化和计算机化现代设计方法 传统设计方法+计算机+现代设计理念。现代设计主要特点：(1)系统性、(2)社会性、(3)创造性、(4)宜人性、(5)最优化、(6)动态化、(7)设计过程智能化、(8)设计手段数字化、(9)设计和制造一体化。 现代设计发生以下转变三、设计方法及发展现代设计理论与方法的体系结构由设计理论基础层、设计工具和支持技术平台层、设计实施技术方法群等

14、三大部分内容所组成。来源：殷国富，面向信息时代的机械产品现代设计理论与方法研究进展，2006 现代设计理论与方法的体系结构三、设计方法及发展来源：闻邦椿， 产品设计方法学，2012三、设计方法及发展计算机辅助设计现代设计方法示例工业造型设计虚拟设计价值工程模块化设计反求工程设计健壮性设计优化设计可靠性设计绿色设计有限元法三、设计方法及发展来源：闻邦椿， 产品设计方法学，2012三、设计方法及发展 现代设计方法的未来发展研究非确定性变量的数学描述和数学建模设计过程的自动化和智能化研究动态多变量优化和工程不确定模型优化网络化并行设计及协同设计技术、方法及软件的研究虚拟设计和仿真虚拟试验及快速成形技

15、术的深入研究普及、推广与发展CAD技术的应用研究面向集成制造和分布式经营管理的设计方法研究微型机电系统的设计理论及设计方法和技术的研究面向生态环境的绿色设计理论与方法的研究注重基础性设计理论及共性设计技术的深层次研究四、总 结 产品设计、充满机会与挑战需求分析：理解终端用户未得到满足的和未表达出来的潜在需求，这种需求需要设计师利用同理心，即站在用户角度来感同身受地进行观察、分析和诠释。关注“人与物”之间关系，演变到探索“人与人”之间的关系。概念设计：现有研究只是停留在依靠本地知识或有限的在线知识来支撑对概念设计逻辑推理过程的模拟（知识系统、专家系统、以神经网络为基础的机器学习模型）。未来的人工智能如何模