产品创新设计

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产品创新设计范文第1篇

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｡

创新设计理论和方法的研究现状见表1｡

4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:UG､Pro/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

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产品创新设计范文第2篇

在企业的经营发展中进行创新设计，有利于提高企业的市场竞争力，并且促进企业的长远发展。针对现代陶瓷卫浴企业，在日益变化的市场环境中，只有掌握创新性设计，提高用户满意度，才能提高企业的经济效益及市场竞争力。对现代陶瓷卫浴产品进行创新性设计可以起到延长产品生命周期，不断降低产品的生产成本，完善产品的生产工艺，提升市场效应的目的。现代陶瓷卫浴产品的创新设计也具有提高产品审美价值的意义。随着人们对生活品质的要求逐渐提高，将现代陶瓷卫浴产品作为一种时尚的物品，也展现出家庭的文化内涵。通过创新设计使得现代陶瓷卫浴产品朝个性化和多样化的方向发展，并且不断提高当前的市场占有率，也为我国的陶瓷产业健康发展打下坚实的基础。通过创新设计来增强客户信任度，不断提高现代陶瓷卫浴产品的附加值。

2现代陶瓷卫浴产品创新设计的具体内容

2．1基于节能减排及环保理念的功能创新。基于节能减排及环保理念进行现代陶瓷卫浴产品的设计创新一直是设计师们坚持的主题，随着科技的进步，现代陶瓷卫浴产品可以提高利用率，满足循环发展的使用要求。将环保型材料应用于现代陶瓷卫浴产品中，保证产品环保的同时也要提高产品的耐用程度。基于节能减排及环保的理念，进行现代陶瓷卫浴产品功能创新设计时，需要设计和推广使用节水型的卫浴产品。在满足使用要求的前提下，降低冲水马桶的用水量，可以设计出两段式省水马桶，与淋浴产品实现统一，全面提高卫浴产品的节水功能。需要重视卫浴环境的清洁，降低卫浴产品藏污纳垢的几率，提高家庭生活的品质。创新设计时可选择抗菌性陶瓷，其具有对细菌细胞分解功能，能够有效地消灭卫浴产品在使用过程中产生的细菌。选用现代化的卫生陶瓷，提高卫浴空间内的负离子浓度，进而达到净化空气的效果。现代陶瓷制品具有强大的环保属性，确保卫浴产品在使用和闲置状态下均可处于节能状态。基于节能减排及环保理念创新设计现代陶瓷卫浴产品的功能，提高产品功能的使用合理性。例如：通过将卫浴空间内的烘干器与水龙头有机结合，吹风机与浴霸有机结合等方式，提高产品的功能属性，进而提升卫浴产品的利用效率，实现降低资源消耗的效果。功能性创新需要做到以人为本，保证人们能够在轻松的环境中享受现代陶瓷卫浴产品提供的便利，以此提高客户的满意度，达到提高销量且创造经济效益的目的。例如：我国当今的家庭结构以子孙三代共同居住为主，在卫浴产品的创新设计过程中，需要考虑到老人及小孩的实际需要，通过安装坐便器把手、自由调节马桶高度等功能性创新设计来提高现代陶瓷卫浴产品的实用性。2．2重视文化内涵的造型创新。现代陶瓷卫浴产品与人们的生活和工作是息息相关的，其创新设计应遵循生活和精神文化内涵，这样有利于打下良好的客户基础。对现代陶瓷卫浴产品进行造型创新需要重视本土的生活文化，考虑到国人的使用习惯，在造型创新中体现出人文关怀，根据南北方人生活习惯的差异性，进行造型创新设计时，需要考虑到陶瓷面盆的尺寸、坐便器高度、淋浴头大小等问题。由于中国人的洗衣习惯为先手洗再机洗，所以在设计陶瓷洗衣板及面盆时需要考虑此类传统习惯。重视精神文化内容的产品表达，基于人们对生活品质的追求，创新设计现代陶瓷卫浴产品时需要从精神文化层面与用户产生共鸣，将含蓄、自然、圆润等造型设计融入其中，表现出国人低调柔和的美观感。在现代陶瓷卫浴产品的造型创新设计中可以引入传统的图案表示美好的寓意，并充分展现出别具一格的各品牌特色。产品的造型曲线需要注意美感的表达，以此激发用户的购买欲。设计工作者应充分了解中国民族的传统文化，将其巧妙地应用于产品设计中，突显本民族的文化内涵。设计创新是各行业、各领域需要重视的问题，只有不断推陈出新，才能在激烈的市场竞争中站稳脚跟。现代陶瓷卫浴产品进行创新设计可以立足于本民族文化，重视文化内涵，将地方特色放入造型创新设计中，以此扩大受众面。学习西方的先进设计经验，实现与本土设计的有机统一，通过饱含民族文化内涵的现代陶瓷卫浴产品来达到创新设计造型的目的，进而起到推动企业经济发展的目的。2．3满足空间环境的色彩创新。对现代陶瓷卫浴产品进行色彩创新需要满足空间环境的条件要求。家居空间环境中，卫浴产品的设计需要与整体的空间环境形成协调统一。基于室内空间的大小，来设计现代陶瓷卫浴产品，当室内空间较小时，可通过创新现代陶瓷卫浴产品的色彩设计，使得空间看上去宽敞明亮，满足用户的户型需求。随着时代的发展，纯白色的室内设计及卫浴空间设计已经难以满足现代人的审美需要，通过色彩创新设计，为现代陶瓷卫浴产品打造出丰富的装饰，营造出全新的视觉空间。在进行现代陶瓷卫浴产品色彩创新设计的过程中，不能过于使用单色调的，需要结合室内整体的设计风格，以主题为基准，进行格调创新，通过局部的色彩装饰，为用户提供富有美感的视觉享受。现代陶瓷卫浴产品的色彩创新设计，需要满足空间环境的实际条件，根据用户的心理特征需求，打造出舒适的卫浴环境。例如：自然主题的卫浴空间环境中，传达出大海的自由情怀，现代陶瓷卫浴产品在进行色彩创新设计时，需要结合空间整体环境设计感，通过海浪及蓝白色系的元素进行设计，突显其与室内空间的整体融合感。当家庭整体设计风格为民族风时，可以从传统的民族图案入手，采用柔和的色彩，突出产品的实用，并传达出美好的祝愿，满足空间环境的色彩创新设计，无论室内空间的整体风格是高贵典雅的还是现代复古的，都需要运用好色彩的搭配及装饰，充分展现出卫浴空间的独特风格。用户在选择现代陶瓷卫浴产品时，也期望能够与家庭其他空间内的设计形成统一，享受整体化及创新性的家庭设计氛围。

3结语

对现代陶瓷卫浴产品进行创新设计需要立足于当前的设计理念，把握未来的设计趋势，通过富有灵魂的设计为人们的工作生活提供便利。随着人们生活水平的提高，在越来越高的生活品质要求下，只有创新设计现代陶瓷卫浴产品才能满足人们的生产生活的需求。对现代陶瓷卫浴产品进行创新设计，可以基于环保理念的功能创新、重视文化内涵的造型创新、满足空间环境的色彩创新，从产品结构、功能应用、造型风格、色彩装饰等角度出发，通过富有创新精神的现代陶瓷卫浴产品来提升现代人的家居格调。现代陶瓷卫浴产品的创新设计也符合陶瓷卫浴产品企业的发展需要，通过创新性设计在激烈的市场竞争中占据主动，并不断提高用户信任度，以较高的客户满意度来提高企业的经济效益及企业竞争力，促进陶瓷卫浴产品企业的可持续发展。

参考文献

1郑铭磊．浅析现代陶瓷卫浴产品设计．美术大观，2014，27（9）：117～117

2张子晖．浅谈人性化设计在室内环境艺术设计中的应用研究．现代装饰（理论），2016，5（11）：40～41

3，汪洲．陶瓷装饰艺术初探．景德镇陶瓷，2005（1）：15～17

产品创新设计范文第3篇

设计其实就是人类把自己的意志加在自然界之上，用以创造人类文明的一种广泛活动。人类史就是在自然的基础上不断发现形态、抽象形态、创造形态的历史。人们现在所使用的所有产品都是人造的，所生活的环境是通过自然再造的一个人造世界。在这纷繁复杂的人造世界里，如何创造新的形态是产品设计必须解决的问题。产品设计中形态创意思维的产生依赖于创造性的富于联想思维模式的建立，在认识自然中融入人的知觉审美，实现人类的造物活动[3]。从理论上说，一款产品的形态设计方案是无穷的，可能性太多很难把握，但如果能够从形态创意的源头上掌握形态构成规律，找到形态创造的方法，便能够将这种设计的偶然性变为必然性，做到产品形态的不断创新。把具本元性的最初的自然形态抽象改造为一个新的人造系统，把自然形态变为人造形态，实现从自然到抽象到人工化的形态转化，这个过程便是设计，便是创造，因此，设计究其本元性来讲，是认知自然，然后改造自然，设计使形态具有了生殖性[4]。产品形态设计所需要解决的问题，实际上就是“怎样创造好的形态”的问题。从形态的概念上看，形态分为“形”和“态”两个方面。产品形态设计首先必须基于形态的选取，在选定好目标元形态之后就是对形态的认知与分析，将元形态的“形”抽象得到的目标形态再进行人工化、意象化的融合，便有了产品的“态”，形态的人工物化的过程是从普通形态向产品形态转化的关键，这里涉及到产品相关的主客观意象元素的形态融入，完成了这样的蜕变，才是“形神兼具”的完整的产品形态。产品作为人造物品，其形态设计必然是各种可能形态的人工物化的结果，不仅要实现“形似”，更要表达出“神似”，因此，这里涉及到“形”的创意和“态”的意象化结合这两个重要的部分。值得注意的是，“形”与“态”二者密不可分，在产品形态创意中做到“形”中有“态”，“态”要贯穿于整个“形”的创作过程，这两个环节紧密相扣又相互渗透，共同影响产品形态的构成。

2目标元形态的选取

被誉为设计界达芬奇的德国著名设计大师路易吉·卡拉尼曾说：“设计的基础应来自诞生于大自然的生命所呈现的真理之中。”由此可见，自然界蕴藏了无尽的设计天机，是产品形态创意的灵感源泉[5]。产品设计是设计师的一种主观创造性活动，带有明显的主观意愿的痕迹，虽然是从自然界中寻找灵感和设计元形态，但这个过程不是漫无目的的，必须选择与设计相关的形态为创意灵感源，即元形态的选取，这就是所说的仿生设计。仿生设计的侧重点是利用生物的合理结构，找到设计中合理的物理结构以作为产品重力的支点[6]。产品形态设计中元形态的选取，必须与目标产品存在一定的关联性，即存在着值得仿生、模拟的价值和主观模仿的需要，可以是与其形态、结构、功能相关，也可以是与元形态本身的美感和意象象征性相关，使元形态的基本特征融入产品的形态之中，并与产品功能及意象象征性完美契合。在具体的设计中可以将设计相关联的所有词语列出，列出与之相关的所有元形态，然后再开始下一步形态创意。AJORí调味瓶见图1，是西班牙工业设计师PhotoAlquimia的一款创意设计作品。整套调味瓶的外观设计灵感，来源于大蒜这种被人们拿来调味的草本植物造型，与“调味”的产品基本功能设计意图相契合，该设计合理地利用了蒜的自身结构和外形特点，不但使每个“蒜瓣”的单体造型流畅而且使用方便，整体看上去也与餐桌和用餐环境相和谐。

3从元形态到产品形态设计

产品形态创意源自对目标元形态的认知，通过形态分析、形态抽象、形态语意到最终实现产品形态设计这一完整的结构体系，实现从具象到抽象再到具象的产品形态设计过程。对丰富多彩的具象自然形态的二次创造，既是产品创新的需要，也是人类对现实世界的好奇心和对反映现实世界形象的执着追求。由于模拟形态创新的领域相当广泛，可以从多维度进行思考，因此具有多样化特点。同一元形态处理的方法不同，对产品的最终形态会产生明显的影响。根据形态抽象程度的不同，可以归纳为以下3种形态模拟创新方法。一是浅度抽象模拟，对具象形态的局部或整体形态特征进行归纳；二是深度抽象模拟，对自然界科学合理的结构功能的抽象提炼；三是完全抽象重构，将自然形态完全抽象为最基本的几何元素然后重构。3.1形态的浅度抽象模拟浅度抽象模拟最重要的是对目标自然形态表面特征的归纳、提炼，通过适当变形、夸张的手法完成产品形态的雏形。所创造的形态源于自然，但不是对自然的完全照搬，是对其高度概括提炼的抽象结果，这种抽象的程度不够完全，是对形体表面秩序和特征的归纳提炼，在抽象的同时仍然保留了形态原本的主要特征要素，与元形态具有一定的相似度，因此，在美感和意象上保留了自然形态本身的特性，更突出简化后的“形似”，强调形态的逼真性。意大利设计师MarioMazzer为意大利Bonaldo公司设计的这款树形衣帽架，见图2，造型源自自然界的树的形态，但设计师没有照搬具象形，而是将其抽象提炼，将抽象后的形态结构合理地承担其功能部位的同时，产品形态外观同样显得清新、简洁、美观，放在房间里不仅可以作为常规的衣帽架用，也可以作为室内装饰品。形态的浅度抽象模拟创造的过程，是对自然形态本身进行系统化的观察和研究之后，运用视觉、触觉及其他所有感官功能，依赖从生理到心理的感觉和直觉经验，从自然形态本身的常态和非常态进行认知和分析的过程。通过对元形态的主、客观性进行多层面、多角度开展的同时，以目标产品设计的主、客观要求为目的，进行分析并抽象、融合，这样才能更好地提炼出更多、更独特、更有设计价值的自然形态特征，这是从自然形态到产品形态认知、分析以及进一步抽象、设计的基础和重要方法。3.2形态的深度抽象模拟产品形态的模拟源自具象形态，是对自然界具象形态再创造的过程，而不是简单的模仿。创新形态除了对具象形态类型的外表特征进行全方位的认知外，还应该透彻地剖析目标形态特征的构成、美感规律及意象内涵，可以由外而内、由表及里、去伪存真，把握目标形态的本质特征，并且分析其特征构成要素与关系，为特征演化打好基础，因此，形态的深度抽象解构是对自然形态内部生理结构或深层形态意象的深度模拟与抽象概括。丹麦设计师PoulHenningsen设计的PH系列灯见图3，它是经典结构仿生设计的产品之一。PH系列灯具的核心就是把自然界中的等角螺线的特性应用在灯罩的形状上，将光线导向正确的方向，以提高照明工具的效率。PH灯对于光线的反射和扩散，完全遵循照明工学的逻辑，它的灯泡钨丝置于等角螺线的焦点上，眩光不容易直接进入眼睛，光源正好落在螺线的中央。3.3形态的完全抽象重构在人造世界里没有绝对的具象也没有绝对的抽象。抽象形态是在自然形态的基础上演变而来的，它来源于自然形态又不相同于自然形态[7]。抽象是个有多种含义的概念，也是哲学范畴的名词，一般是指具体事物的本质和关系，是从许多的事物中舍弃个别的、非本质的属性，抽出共同的、本质的属性，是对目标对象筛查、裁剪的过程，这也是抽象思维的过程[8]。抽象是具象的概括与提炼，是其本质内因的体现；具象是抽象的自然呈现，是抽象的外因存在方式。具象与抽象相互依存、相互关联，因此，形态的完全抽象重构是自然形态的全面提炼，是具象形态实现从解构到重构的物化过程。事物是自然的，概念元素是人抽象提取的，人工创造是概念的一个演化和延伸。设计师需要根据产品的具体要求，对原始的几何形体进行进一步的变动和改进，通过对元形态进行切割、组合、变异等造型手法，构建出完全不同的、开放的、现代的抽象几何形态特征系统、美感意识与意象群体[9]。这些特征与意象表现出更突出的包容性与更丰富的内涵，并且表现出更强的传达力与沟通能力，这种完全抽象重构后的形态设计使产品形态超越了绝对的抽象，而带有一定的具象特征和象征性的文化内涵。由WangLi-Hsin和WuChi-Hua设计的“能自我清洁的水龙头”，见图4，造型虽然源自抽象几何形态，但更具有古时竹筒引水的形态通感联想。

4结语

产品创新设计范文第4篇

关键词：希望点；创新设计；产品设计；创意目标

创新是产品推陈出新的重要手段，是产品设计的核心，如何在产品设计时打破思维定势，产生新的方案，成为了设计人员关注的重要问题。产品创新既无法，也有法，说其无法，在于产品创新思维的灵活性、自由性；说其有法，在于产品创新也有其一定的规律可循，可以在某些方法的指引下进行创新设计活动。希望点列举法是产品创新设计中的方法之一，它是对目标消费群体进行调查或通过动脑会议的方式，收集他们对于产品的期许，对调查结果进行列表分析，找到希望点比较集中的功能和特征，并在所开发的新产品中尽可能地满足消费者的这些希望点。希望点列举法是一种主动的设计方法，可以不受现有产品的束缚，对产品的改革往往是最大胆的，最易产生新的创意，无论在产品造型创新，还是在功能创新上，往往具有引导性、前瞻性，在产品设计实践中应用非常广泛。本文着重从希望点列举法在产品创新中的重要性展开，分析了希望点列举法实施的步骤及关键，以期有效指导设计实践。采用希望点列举法进行产品创新设计包括确定产品设计主题、希望点设想、设想评价筛选、方案构思、效果图制作等。其中，希望点设想和评价筛选环节是运用该设计方法的核心和关键，在确定的设计主题下，不拘泥于现有的技术、结构、功能实现方式及使用方式等，大胆设想，想法越多越好，并将这些想法用文字或简图的形式记录在纸上，集中进行分析评价，找到合理的设计方向。比如，“设计一款鞋子”时，它可不可以是一次性的，可否发出声音，可否两人同时穿一双鞋，可否扫地，可否自身杀菌消毒等。针对用户提出的设想进行汇总分析及设想排序，筛选出排序靠前且评价具有合理性的设想，之后进行设计定位和后续的方案创作。对设想进行评价筛选可以从以下3个角度展开分析。

1从功能合理性角度分析

功能是产品之所以成为产品的本质属性，能够被用户接受和认可的产品一定具有相应的功用，但具有相应功能的产品不一定都能被用户所接受，这就要看产品的功能是否具有合理性，是否符合人们使用的要求和行为习惯，当采用希望点列举法进行产品设想时，要在目标设想评价阶段，从用户的生理机能和心理性格特点入手，系统、全面地分析设想之产品概念的功能是否具有合理性，以此为依据判断该设想是否有深入的必要。

2从满足或引导人们生活方式的角度分析

设计是为了给人提供更加合理的生活方式，设计不仅要满足人们现有的需求，更要具有引导人们未来生活方向的作用。提出的设想是否具有实施创新设计的必要性，就要分析该设想能否满足或引导人们未来的生活，是否是人们梦寐以求希望获得的产品形式。当设想与人们对未来产品追求的目标相契合时，该设想便具有了深入设计的群众基础，也具有了其存在的合理性，在设计实践中便可以以此为切入点展开设计。

3从技术未来发展趋势的角度分析

产品创新设计范文第5篇

【关键词】产品设计 创新 想象力 功能 原理 结构

【中图分类号】G640 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)08-0185-02

1 引言

人类的一切文明都是设计的产物。工程产品设计就是利用科学研究得到的原理,发明现实世界里还没有的人造装置,以满足人类在生活和生产中的各种各样的需求,从而创造出更美好的新世界。文学家雨果曾说过“想象是伟大的潜水者。”[1,2]创作新的作品需要想象,同样科学技术研究也需要创新性的想象与想象力培养。中国的大学教育传统上以文学和政论为主,强调修身、齐家、治国平天下[3]。近代以来,西方的以分析精神为代表的现代科学教育进入中国,并且已成为理工农医科学教育的核心[4]。根据中国教育的长期教育历史和目前建设创新型国家的要求,当前有必要强调创新教育。前文从产品设计、想象与想象力和想象力培养三个方面着重讨论了想象力在产品创新设计中作用[5]。表1列出的是发明家所需具备的主要素质[6],由数据可见,想象力和坚持性是迈向成功的两个主要素质,因此,在科技人才的培养方面应注重这两方面能力的锻炼。只有不断地在学习和工作中,主动地学习想象的方法,积极想象新的功能、原理和结构,才能更好地设计新产品。

机械产品、机电产品的设计也需要培养设计者的想象力,可以说,没有想象,就没有创造,只会是骥尾之蝇,亦步亦趋的步人后尘。我国政府倡导建设创新型国家,在一些领域要与国际先进水平并驾齐驱,这需要科技工作者与技术工人的共同努力。在新产品的创造过程中,需要设计者创新性的构思新产品、技术工程师设计新产品和制造工艺以及技术工人加工新产品。工人从事产品制造加工,技术人员从事产品设计和加工工艺编制,科学技术工作者从事产品创新思路研究与产品原型研制。想象力与坚韧不拔是创新工作者应注重培养和训练的优秀素质。本文拟讨论从事机电产品创新所需要注意的几个问题。

2 功能设计的想象

产品是指生产出来的物品,对人类具有一定的功能。“顾客购买的不是产品本身,而是产品所具有的功能。”社会上流通的产品对其生产厂商是获得经济效益的产品,而对使用者来说,他人提供的产品就是自己的工具。西方的阿里士多德和培根曾对工具论作了阐述,与机械工业化革命相对应,工具论对机械工业革命、电气化工业革命、信息化工业革命和生物技术革命都产生了显著的作用。笛卡儿提出数学描述的方法论,后来牛顿、达尔文和哥白尼等分别提出了自然科学不同学科的基本原理。机械产品设计依据机械原理,1970年德国科学界提出的功能原理的产品设计,特别注重功能原理解。功能是产品购买者购买商品的原因,因此产品的设计就是实现某些产品功能。

在人类社会的前期发展过程中,工程科学一直沿用师傅带徒弟的方式传承手工技艺,有的的技艺还是家族传递下来,由于战争等灾难因素,其中有的技术已经失传。近代科学以伽利略为其开端的代表人物,将数学原理用于物理知识的表达和分析,开启了近代工程科学。另一方面,知识的传播也由学校完成,高等教育蓬勃发展,形成机械、电气、土木、化工、计算机、信息和生物组成的现代工程科学体系。机械工程的历史悠久,而且其原理知识渗透到各个工程技术领域,并没有随新型工程技术的发展而消亡,而是成为工程产品设计的基础。例:现代的航天工业、生命技术和核能工业都离不开机械工程知识的支持。机械产品与信息科学、生命科学的结合,出现了数控加工机床、机器人和靶向药物等一系列技术产品,人类的制造能力大幅度提高。近年来,随着数字化设计和协同设计技术的发展,人们设计新产品的能力也将得到显著提高,计算分析软件包的开发与使用,必将对产品设计的方式和方法产生巨大影响,新产品的设计周期将大大缩短。

要设计出新的产品,就是设计出新的功能或功能组合。要实现产品的创新设计就是要在设计初始阶段想象出新的功能或功能组合,向用户提供新的功能。一般常用的想象方式是通过市场调研或用户反馈的意见,提出产品功能的改进,新的产品功能很多是根据使用者需要而想象出来的。革命性的系列化产品都是依据新的科学原理,或变换原理或变换结构所想象出来的。例,从双卡收录机到卡式随身听,再到电子技术的MP4,前者使用相同的磁记录原理,但变换了结构与功能组合,获得了便携的功能。后者采用新的磁记录原理,利用巨磁阻效应设计出新的技术手段,实现播放声音和图像媒体的功能。

功能设计有分解和综合方法,原理设计有集成、转用和逆向等方法。产品的功能创新设计不一定是设计出前所未有的产品,随着各个领域知识的融合和技术革命,很多产品的设计采用新的知识原理来更换以前产品所采用的原理,获得更低的成本、更方便的制造或使用。

功能设计的创新过程中需要形象,例如人类想象出了飞机、电视机和收音机等,在设计这些产品前,人们就已经幻想象鸟一样飞行,千里眼和顺风耳,在古代的小说中就有这样的文学想象,后来的技术革命用技术手段实现了人们以前的想象。要实现对新功能产品的想象,就必须解决其依托的核心功能原理,例如流体力学原理、无线信号传递等原理。物理原理、化学原理和生物原理是设计新型产品的基础知识,近200年来,人们主动采用各种基本原理设计出许多种新产品,而且这一趋势仍将继续下去。

3 原理设计的想象

设计产品需要依据一定的功能原理,功能原理的创新就非常重要,机械原理知识仅仅是机械产品原理设计的基础。有时很复杂的机械产品,如果用电子控制技术来实现,其结构就非常简单。例上面所述的随身听。机械科学的原理并不多,常用的有杠杆、滑轮、啮合传动、摩擦传动、滚动支承、滑动支承、电磁支承、凸轮、连杆、螺旋等十几种。常用的电子原理有加、减、乘、除、微分、积分、反馈等。现在基本的机械元件和电子元件都已有基本的单元销售,已有专业化生产厂家生产这些标准化的元器件。复杂机电产品的设计并不是将机电单元简单的堆砌在一起,而是有机的组合、有目的的组合基本单元,来实现其使用功能。

产品的制造工艺原理也十分重要,它们决定了产品设计是否可以物化、是否可行。常用的机械产品的加工工艺有车、铣、磨、刨、镗、铸造、焊接、热处理,新的加工工艺有电子束焊接、激光表面处理、离子注入、化学气相沉积、物理气相沉积、腐蚀、键合等等,这些加工工艺都已在机械产品加工中得到广泛应用。利用新的物理、化学或生物原理来发明新的机械产品或电子产品的加工工艺,这是目前和今后发展的方向之一。在知识教学中,更应培养学生的触类旁通、获取知识的能力。

现代的机电产品,在构思整体设计时就要分析其功能原理形态矩阵,比较优化得到最优的技术原理方案,并且择善而从地详细分析最佳方案。设计原理的选择,不仅要考虑技术的先进性,还要分析其成本、环境的友好性和可持续发展的前景。对产品功能原理的优化软件在近20年时间内得到了很大发展,例:TRIZ等。但,产品的成本分析和环境友好性分析仍无相应的设计软件,这也是今后的发展方向之一。

随着数字化设计、虚拟加工和虚拟装配技术的发展,例:Unigraphics软件包,机械产品的设计和制造过程也发生了很大变化,运用虚拟软件设计来设计和制造产品的成本比试样产品的制造,成本大大降低。数字设计、数字制造和数字管理技术的发展,依托于信息技术,对机械工业已经产生了变革性的影响。协同设计、协同制造和协同管理技术在最近几年仍然会得到快速的发展。机电产品的原理设计有集成、转用和逆向等方法。例如汽车内燃机集成了连杆传动、轴承支承、凸轮传动等。冲压机和汽车发动机就是曲柄滑块机构的转用。鞋底防滑花纹的设计是摩擦学中理论应用的反问题。

4 结构设计的想象

要将设计原理实体化,获取设计者设计的产品功能,就必须进行产品的结构设计。常用的结构设计方法有放大、缩小、转用和变结构等。在机械系统的结构设计方面,俄罗斯的学者非常重视,而德国和日本的学者重视原理的设计和设计方法。我国的机械产品设计在1978年以前学习俄罗斯的结构设计,在80年代学习德国的功能设计理念、日本的二次设计方法。结构设计中常用的零件结构已经标准化。

从1960年来人们研究的仿生设计思路,为结构设计者提供了一条途径。基于流体力学的飞机结构设计,基于固体力学的齿轮和滚动轴承设计,基于动量守恒原理的喷气机设计,基于光学的鹰眼、蛙眼设计,基于红外原理的制导设计等等。在固体材料结构方面有仿生陶瓷、仿生的复合材料,多层涂层设计模仿竹、海螺壳等结构,今后在有机材料的设计方面人们更加依赖于对自然材料的仿生。

结构的标准化、新材料的开发与应用将对机械结构的设计产生重大影响。前人的石器时代、青铜时代、铁器时代和半导体时代以及今后的生物材料时代,都已经对产品的设计原理、设计方法产生了巨大影响,而且产品的结构也发生了很大变化。例:古代利用细绳作为锯子,今天利用合金材料和电力驱动的电锯,今后的激光切割等。新的原理、新的方法和新材料决定了那个时代的产品的技术含量和经济效益。

现代机电系统向复杂化和微纳化两个方向发展。复杂机电产品集成了机械原理、电路原理和控制原理等。例如,盾构机械和大飞机等,复杂机电产品的结构比简单机械要复杂100～10000倍,因此其设计制造是一个国家的机电产品设计制造能力的集中体现。复杂机电产品的设计过程中一般都采用数字化协同设计的组织方式,充分发挥各个设计单位的优势,团队的协作有助于缩短设计周期、提高设计效率和优化产品的性能。我国的机械工程教学中过分强调单元课程的学习,可喜的是近来组织机械设计大奖赛的竞赛,这有助于培养设计复杂机电产品的能力。

微纳机电产品,以微纳微型、微纳传感器和芯片等技术为代表,在近10年内取得了一系列突破。化学原理和生物原理也逐渐应用到这类微纳机械产品的设计,例如生物传感器和生物芯片等。未来的机械应该是生物机械,传统的机械原理、机械设计和机械制造技术都日臻成熟,21世纪的机械是生物机械,这一点上大多数人已有共识。我们现在大学里培养的人才,今后的21世纪的机电产品创新必定依靠现在的青年人,因此有必要开设系统论、生物原理等课程,这一点仍有欠缺,也未达成共识,作者认为应从未来机械发展的高度,布局现在的机电产品设计人才的知识结构,以利于他们今后更有创造性、更好地创造出新的产品。

关于微纳机电产品的设计,目前有两种技术路线。其一,是将以前的机构、机械结构和电子元器件缩小,在微米级加工微型齿轮、连杆和轴承等。另一种思路是抛弃传统的机械原理和机械零件设计,依据生物物理和生物化学的基本原理来构造微纳系统,例如仿葵花的转动机械等。作者认为第二种思路是更好的,因为机械原理和零件的设计应该随时俱进,不应保守的依据毫米级的机械原理和零件,而应该结合生物科学的发展,将生物物理和生物化学与机械科学结合起来,创造出更多更好的微纳机械系统。

5 结语

(1)功能、原理和结构的思路是德国科学家提出的别具一格的产品设计整体框架,本文从功能、原理和结构三方面再次讨论产品创新设计中“想象力”的作用。

(2)未来机电产品的发展向复杂化和微纳化两个方向发展,今天我们在本科教育阶段应该缩减单元知识的教学,增加系统论和生物原理的知识传授。

(3)对于研究生的创新能力培养,学生的课题研究不应竭泽而渔,而应结合研究生的论文主题,在讨论课上各抒己见,培养同学的提出问题、分析问题、解决问题和总结问题的能力。

参考文献

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