第十章-概念设计系统要点课件

第十章概念设计面向产品创新的计算机辅助概念设计技术面向产品概念设计的形态设计面向产品概念设计的色彩设计基于组件特征模型的产品布局方案设计第一页面向产品创新的计算机辅助概念设计技术面向产品创新的广义概念设计体系基于切割组合原理的概念设计创新技术产品概念设计系统——PCDSI计算机辅助概念设计技术研究发展趋势第二页面向产品创新的广义概念设计体系产品设计过程发展历程与趋势面向产品创新的广义概念设计内涵面向产品创新的广义概念设计体系广义概念设计体系中的CACD支撑技术第三页产品设计过程发展历程与趋势（I）（1）第一阶段（六七十年代）第四页产品设计过程发展历程与趋势（II）（2）第二阶段（八九十年代）设计过程一般被分为概念设计、方案设计和详细设计三个阶段。一些新的制造模式如计算机集成制造（CIMS）、并行工程（CE）等得到了深入研究并逐步应用于企业的生产实践。（3）第三阶段（九十年代后期）一般就分成概念设计和详细设计两阶段。各阶段目标也更为明确。概念设计是指产品设计早期的创造性设计阶段，目的就在于实现产品创新。详细设计主要是指面向装配和制造，将概念设计方案详细化、精确化，同时修正存在的不妥之处。（4）第四阶段（21世纪初期）设计过程高度集成化，概念设计和详细设计并行进行。先进的CAD系统提供了一个数字化、集成化、协同化、智能化、网络化的设计开发环境。第五页面向产品创新的广义概念设计内涵概念设计的定位广义概念设计内涵第六页概念设计的定位第七页广义概念设计内涵（I）（1）定位的完整性现在概念设计应该是指从需求到概念最终生成这一过程，具体包括需求的采集、分析以及提取、概念的产生、选择、表达、优化等，同时要研究相关的支撑手段、方法以及工具等。

（2）计算机的支持第八页（3）产品创新为目的广义概念设计内涵（II）第九页广义概念设计内涵（III）•功能创新设计将需求分析转化为功能设计任务书，并针对市场需求进行功能上的改进或创新的过程；•原理创新设计按照功能设计说明书，进行产品原理解的求取和创新的过程；•布局创新设计根据排列方式、配置方式、尺寸比例等布局变素进行产品布局的创新过程；•形状创新设计包括各部件的形状、材料、工艺、表面造型、肌理在内的产品形状创新过程；•结构创新设计包括尺寸、结构、部件之间连接关系在内的产品结构创新过程。第十页面向产品创新的广义概念设计体系广义概念设计中的产品创新广义概念设计体系的基本内容产品的统一设计过程第十一页广义概念设计中的产品创新第十二页广义概念设计体系中的CACD支撑技术从系统的实现角度看，要实现上述设计过程，开发一套广义CACD系统和工具，必须解决如下几项关键技术。广义CACD系统支撑技术网络技术产品建模技术产品创新技术虚拟现实技术标准化接口技术协同技术人机交互技术智能技术第十三页设计过程中的约束驱动机制立面图形的生成机制中建立了一个统一的、面向对象的约束模型，包括了设计信息中几何约束和语义约束。设计过程中的约束驱动流程如下图所示。第十四页基于切割组合原理的概念设计创新技术本文提出了产品创新的切割组合原理、基于切割组合原理的创新方法；然后，探讨了概念设计中的切割组合创新；最后，本章以咖啡壶为例，分析了其设计过程中的切割组合创新。产品创新的切割组合原理概念设计中的切割组合创新切割组合创新实例分析第十五页产品创新中的切割组合原理切割组合原理的基本概念基于切割组合原理的创新方法切割组合创新方法的实现第十六页切割组合原理的基本概念第十七页基于切割组合原理的创新方法（I）依据切割组合的简繁、难易程度，可把基于切割组合原理的创新方法分为三大层次，如下图所示。第十八页基于切割组合原理的创新方法（II）（1）基干基本信息特征层次的创新方法（2）基于知识和实例层次的创新方法（3）基于经验和思维层次的创新方法第十九页切割组合创新方法的实现第二十页概念设计中的切割组合创新第二十一页切割组合创新实例分析第二十二页产品概念设计系统——PCDSI下文全面介绍了产品概念设计系统——PCDSI。阐述了PCDSI的系统框架、总体模块构成，并介绍了PCDSI的辅助创新工具包。最后，介绍了该系统目前实现的功能，并指出了PCDSI的进一步发展方向。

PCDSI的系统框架

PCDSI的总体模块构成

PCDSI辅助创新工具包目前实现的功能进一步发展方向第二十三页PCDSI系统框架

PCDSI从系统开发和技术支撑角度来看，它可分为人机交互、创新工具、三维造型、库管理等四个组成部分，它们需要概念设计方法学、创新技法、三维图形显示规范和工具（VRML，OpenGL）、数据库系统（MSSQLServer）的支持。同时PCDSI不是一个孤立的系统，它与其他CAD／CAM系统是紧密相连、密切合作的。同时PCDSI为基于Internet/WEB的协同设计，基于三维的网上浏览提供了接口。下图描述了PCDSI的系统框架。第二十四页PCDSI总体模块构成

下图描述了PCDSI的组成模块。第二十五页PCDSI辅助创新工具包

PCDSI包含了一个基于切割组合原理和信息特征模型的辅助创新工具包。右图是该工具包的集成界面。其中，左上角是产品方案的三维实时显示窗口，右上角画面是组合方案的展示平台。左下角是纹理库，右下角是基本信息特征库。第二十六页目前实现的功能目前PCDSI的实现功能包括：（1）系统的集成界面系统的集成界面主要包括：创新设计平台，实时显示平台，基本组件特征、纹理库的可视化选择平台等内容。画面之间采用DockView技术，各个画面大小一。可以随意调整和关闭/打开，符合当前CAD/CAM软件的风格。（2）VRML文件的三维显示模块在OpenGL三维图形开发包的基础上，根据VRML2.0语言标准，完成了常用结点的显示。基本组件特征就是基于VRML的。（3）VRML文件三维测览器（OCX插件）系统中链接了VRML三维浏览器的OCX插件，可对VRML文件进行浏览。（4）辅助创新工具包模块以产品的布局为重点，建立了辅助创新工具包。第二十七页进一步发展方向根据上面的论述，PCDSI的进一步发展方向包括如下几个方面：（1）协同设计模式的实现——PCDSI要能提供一个协同设计平台，各种角色的设计师可以进行有效的协同化的设计。（2）智能设计模块的实现——PCDSI要能全面提供一个智能化的设计环境，可以给予设计师在信息查询、设计咨询、设计操作推理、设计冲突检测、设计评价等各个方面、各个层次的智能服务。（3）创新工具的进一步强化——PCDSI要能提供一个比较完善的辅助创新工具包。包括在功能、原理、形态、布局、结构。等各方面的创新工具，能有效地模拟一些常用的创新技法。（4）统一产品建模方法的实现——PCDSI要进一步往统一的产品建模方向发展，其内部的产品模型能具有较好的通用性、完备性和扩充性，以便为与后续设计过程的融合奠定基础。（5）系统的进一步实用化——PCDSI作为一个产品概念设计系统，目前还停留在实验性的阶段。必须要为系统的实用化作大量的工作。第二十八页产品创新概念设计产品创新设计的思维方法有机聚合进行产品创新基于新技术的产品创新基于人本性的产品创新实例说明：微电子产品开创新型生活形态第二十九页产品创新设计的思维方法创新思维创造性设计方法举例第三十页创新思维——灵感灵感源点灵感灵感灵感灵感灵感灵感灵感灵感延展性灵感思路中心思路中心方案方案方案（共同）方案方案方案方案爆炸性灵感第三十一页创新思维的简明过程精华性创新最初创新提炼过程第三十二页创造性设计方法举例头脑风暴法组合创新法类比方法缺点逆用法第三十三页基于新技术的产品创新新技术不断开创产品的未来以高指标的技术函数进行产品创新从技术缝隙中构造新产品综合各种高新技术成果进行产品创新第三十四页新技术不断开创产品的未来

以新技术不断开创产品的未来，是用新技术的原理和特性勾画产品的新型可靠性概念。如，用人工智能技术勾画现代家庭办公系统的概念，用微电子技术开拓超薄型电视机的新概念，用不同增塑剂的复合材料开发现代家具的概念，等等。依靠新技术，用其原理和特性主导产品构成中的某些决定性因素，以新技术的数理规律确立产品的新型构成，必然将新技术融化成具备新型内涵特性的产品形象。近几年的家庭影院系列产品、个人电脑、低能耗的汽车、高精度的影象器材等产品，都充分展示出了以新技术开发产品的成绩。在产品开发当中，只有始终以新技术为动力型“驱动器”，才能不断开创出产品创新的一个新的前景。例子：瑞士蓝牙手表第三十五页以高指标的技术函数进行产品创新以更高指标的技术函数进行产品创新，是永保产品旺盛生命力的有力措施。任何产品在更高指标的技术函数上开发，都能将产品推向新的顶峰，从而形成新的产品。例如，照相机的快门速度从原来最高的1/2000秒创新为1/10000秒，甚至更高，拍摄选择从单一机械手动式创新为人工智能任意选择性的光圈先决、速度先决、全自动和手动选择控制的四种模式；电视机的解像度从700线向1000线迈进；原来家庭式的电视机已开拓出超宽屏幕和个人携带式电视机等等。

以更高指标的技术函数进行产品创新，首先要对技术指标中的各个函数作具体分析，其中哪些函数对产品功能特性的进化发挥关键作用，哪个系数在其发展过程中最具前途和可行性。例如，电冰箱除了压缩机外，直接体现功能特性的是电冰箱内部各层冷藏和冷冻的保温、恒温装置；轿车除了发动机的动力性能外，驾驶室的安全装置也提到了一定的高度；当各种装饰材料不断丰富人们的家居装饰时，人类对材料的环保和健康要求也越来越“苛刻”。这些问题都涉及到各个产品前途的技术函数，在产品设计中抓住这些具体的技术函数进行创新，不仅把原有指标函数推进一层，更能以最新的高指标技术函数创造出新的生命力。一项产品在基于新技术的开发中，要以现实技术函数的基础为起点，不断向着与它连贯发展的一个个新的函数点开发，而并不是一步跨越的。第三十六页NOKIA手机系列—高技术指标函数3210825051106210第三十七页从技术缝隙中构造新产品

透过我们的日常生活、工作中涉及到的产品的每一个构成因素，不难发现许多技术性构成中的缝隙，这些技术缝隙也是进行产品创新一个重要来源。例如，在家用轿车和摩托车之间，有无一种具备各项保护性能的轻便式单人车型；在钢化玻璃茶杯与陶瓷茶杯之间，能否开发出一种兼强度和透明细腻、质地华丽的装饰图案为一体的茶杯；在各种自动照相机中，能否开发出操作不多于一个动作的自控操作式照相机等等。在同一技术缝隙中，主要以型号、规格、主要技术组合、功能烦简程度等进行产品创新；在不同技术缝隙中，主要以两种以上技术的新颖特性和有机构成的可行性为依据。例子：智能啤酒盖第三十八页综合各种高技术成果进行产品创新综合各种高新技术成果开发产品，一是要把握各种高新技术的发展趋势，二是要及时将高新技术转化成产品构成的主要发展因素，三是要在产品总体设计中以高新技术显示产品的新型特性。如，微电子技术曾带来了电子记事薄、袖珍电视机、家用智能终端、可视电话等新一代产品。例子：加入蓝牙技术的扬声器第三十