产品设计概念

前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇产品设计概念范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。

产品设计概念范文第1篇

关键词：概念；消费电子产品；设计；创意；用户体验

概念型电子产品是现代消费电子企业对未来系列产品谋划研究的重点。概念性产品设计代表了未来消费电子产品发展的方向，揭示了未来的潮流和流行趋势。无论是在企业的设计开发部门还是高校设计院所都将概念型产品设计作为启发设计师思考，研究未来消费电子产品发展趋势的依据。

由于概念型产品往往是基于很多尚未实现或是尚未投入实际应用的技术原理来设计的，因此在设计师对概念型产品的功能进行构思时往往会出现过于理想化的空想或是过于保守而创新性不足。要探讨如何解决针对概念型电子产品功能设计的构思问题，那么必须要对概念型电子产品的相关要素做必要的分析研究。根据以往的概念型产品开发原则，主要可以将其大致分为：功能创新型、造型创新型、体验创新型等。这三个方面相互联系制约，任何一款消费电子的开发都离不开这三个方面的创新应用。针对这三个方面对产品设计的影响我们可以分别进行分析。

功能创新型功能创新性设计主要针对消费电子产品提供的功能进行创意构思，这些相对先进的功能基本都是由未来的或者是目前尚未投入应用的先进技术。因此对于这类型的设计需要对消费电子产品的相关技术领域作进一步的研究，了解整个技术发展的潮流和趋势，把握未来功能的改进点和创新要素。

索尼爱立信公司曾经在2008年过一款实验概念手机――x5，该手机应用了透明显示技术，实现了手机显示屏透明可视化效果，在正反两面都可以看见显示内容。虽然和目前主流的智能手机800×600分辨率SUPER AMOLED显示屏相比，这款手机的色彩显示能力以及对比度、响应速度等技术指标相当低下，但是它应用了最新的透明显示技术，彻底颠覆了人们对于传统手机显示屏只能单面显示的惯性思维，也为未来的手机的显示模块设计提供了新的开发思路。

但是时至今日，这款手机已经上市3年甚至已经退市，而透明显示技术仍未能大量投入应用，我们在目前的手机中几乎找不到类似的设计，说明这款产品的创新点相对于行业主流的技术水准显现的过于超前。不过也许这种尝试仅仅是一个开端，在手机3D显示技术大行其道的今天，也许透明的显示屏幕再加入3D显示技术，这种混合型的显示模块才是手机显示技术的未来，那么对于手机显示模块的概念化设计还是应该多从新技术手段的可行性应用角度去考虑。

造型创新型

造型创新型主要围绕消费电子的美学外观进行创意设计，那些标新立异、时尚美观的造型设计往往都是由先进的材料和加工工艺提供的，当然也包括美学造型流行趋势的影响。这需要积极地了解和把握未来的色彩流行趋势、图形语义和形态构成语言，以及业内的材料和工艺的技术发展。同时也要不断的调查和研究消费者的审美心理。苹果的iPhone系列手机依靠极简主义设计及独特的用户体验席卷全球，它的极简主义之风几乎主导了整个消费电子产品设计风格的走向，这点连90年代崇尚工业极简主义的索尼公司都没有做到。消费电子产品的造型设计从五花八门的风格逐渐淘汰进化成了大一统的极简主义之风。硬边、素色、几何构成了造型语言的基本元素。我们似乎很难从消费电子产品的本身去寻找造型元素的灵感。对于造型创新，无论是建筑还是工业产品都会有风格上的交叉和借鉴，我们可以尝试从建筑或者其它一些工业产品中寻找未来的概念化造型风格元素。比如现代汽车的“流体雕塑”造型设计，这是2007年的概念车上应用的造型元素，由设计大师安德鲁・哈德森主导，推出以后广泛受到好评。现代汽车将自己整个产品线全部更新为“流体雕塑”式的造型风格，从低端的小车到高端的中大型轿车均采用此设计风格，也使得在车身造型设计的传统风格――“流线型”风格有了革命性的全新发展空间。作为流线型造型风格的一个发展，“流体雕塑”风格极有可能作为目前极简主义风格大环境下的一缕清风。

体验创新型

体验创新型主要是根据消费电子产品的使用特征来进行创意开发的。消费电子产品从诞生之日起就为用户提供了功能应用和体验应用两大产品特征，同样地功能不同的体验方式和体验效果会带来截然不同的产品形态。

影响体验创新的因素非常多，包括硬件、软件、用户服务、市场营销等方面。涉及产品用户体验，尤其是消费电子产品，基本的功能和外观以及内置的软件和服务都是和用户体验紧密相连，在体验上有所创新也是概念型消费电子产品创新的又一大突破口。

首先就是产品的软件环节，如何优化软件的功能的操作体验，这是关系到产品用户体验成败的关键；谷歌公司的手机操作系统――Andriod安卓，虽然很多评论家认为这是模仿苹果的iOS手机操作系统的产物，无论是从操作风格上还是界面美化效果上都有明显的苹果风格痕迹，但是不可否认的是安卓系统做到了苹果没有做到得一点――系统开源，任何一家公司都可以针对安卓系统开发免费的软件，相对于苹果的App Store动辄几美金一个的软件购买费用，安卓下的大部分应用软件都是免费使用的。而且从软件的体验上，配合安卓手机的超大电容触摸屏以及屏幕下方设计的物理按键，都可以快速准确地操作手机。无论是应用还是游戏都能得到绚丽畅快的使用体验。

产品设计概念范文第2篇

工业设计在现代企业在生产制造过程中占据重要地位，其设计质量高低直接影响到后续企业产品生产质量。相较于国外的工业设计研究，我国起步较晚，无论是在理论层面还是技术方面，均存在很大的不足和劣势，尤其是在工业设计中产品概念设计，代表性的科研成果仍然缺少。由此看来，加强工业设计中产品的概念设计是十分有必要的，有助于赋予产品更为新鲜的元素，提升企业市场竞争力。本文主要就工业设计中产品概念设计进行分析，客观阐述工业设计中产品概念设计要素以及设计方法，以求为后续理论研究和实践工作开展提供参考价值。

关键词：

工业设计 产品概念设计 设计方法 色彩因素 形态因素

现代科学技术的快速发展，大量先进技术逐渐广泛应用在各个行业领域，对于工业产品设计而言，在一定程度上促使产品结构出现了根本性的变革。总的说来，工业产品设计主要是人们通过现代科学技术和理论知识，有意识地构思产品设计流程，其中包括人类活动的众多领域内容。可以说，工业设计水平高低直接影响到一个地区或者国家市场竞争能力大小，具有较为深远的意义。工业产品设计中产品概念设计需要设计师具备较高的专业素质以及设计经验，能够结合实际设计需求，将更多新鲜元素融入其中，设计出一个总体框架，在这个框架基础上，运用专业知识以及加工工艺，赋予工业产品更深次的内涵和性能，以求更好地满足消费者的个性化需求。

一、工业设计中产品概念设计概述

产品概念设计主要是指在明确任务目标后，通过一系列抽象化的功能结构，寻求适合的作用原理，寻求最为合理的设计方案，这一过程称为概念设计。而工业设计中产品概念设计是指从产品缺口到建立模型的过程中，不断进行分析和整合，对模型进行创造性的评价。总的说来，工业设计中一方面包含了大量数值计算性的工作，诸如计算分析、绘图以及填写表格等，另一方面是概念设计工作，主要是创造产品设计具体方案。概念设计贯穿于产品设计的各个环节，从市场缺口、到产品定位的模糊前期再到结构设计以及功能设计。在产品设计早期阶段，根据社会条件形成的市场需要和经济技术条件确定产品的模糊前期（sET因素），形成产品开发的模糊概念和定性分析，根据前期定位将产品功能需求和设计思路进行细化和求解，将内容展现为大致的设计框架，组成框架的模块和组件，来完成产品的设计方案。而设计师的概念设计贯穿整个过程，并对初步设计完成的设计方案进行造型构思，最后结合实际条件需求形成最终的设计方案。随后，将设计完成的方案分配到具体设计中，对方案中具体细节进行推敲，在这个过程中，需要充分考虑设计者的创造能力，自身学科知识储备以及设计经验的丰富，以及是否能够结合资料数据进行推理和决策，这样才能创造出更符合消费者个性化的设计需求。

概念设计并非是简单的传统意义上的方案设计，其内涵更为广泛、有深度，根据产品生命周期对产品功能进行创造、分解以及结构设计，是一个设计创造过程，同时也是一个实验求解过程，从而满足各项设计需求和指标，从多项设计方案中选择最为合理的设计方案。概念设计过程中，设计人员需要具备较高的专业知识和设计经验，能够与时俱进采用更为先进的设计方法和商用运作知识，才能更为全面地应对消费者个性化的设计需求。

二、工业设计中产品概念设计特性

其一，创新性。无论是工业产品设计还是其他产品设计，最突出的特点就是追求创新性，作为设计的核心要素，只有不断地进行创新才能得到性能优良，更富有竞争力的工业产品，从多种设计方案中选择一种最为合理的设计方案，吸收其他方案的优点，形成一种创新型设计方案。

其二，多样性。工业设计中产品概念设计的多样性特点主要表现在设计结果的多样化，以及设计思路多样化。根据设计事理学方法论，同一产品因其人、事、物、场的不同会形成不同的功能需求，因此在概念设计时会产生完全不同的设计思路，选择的设计方法同样存在明显差异。诸如在椅子的设计中，室内椅、室外椅、交通工具座椅、咖啡馆椅的设计概念会因椅子所处的环境和使用者的不同形成不同的解决思路。

其三，层次性。对工业设计中的产品概念设计主要反映在功能、载体结构方面，产品的功能定义和功能分解反映在功能层，结构修改和变异作用在结构层，将两种层面连接起来，从而形成产品的设计层次。无论是功能层还是结构层，自身具有一定的层次关系，层层递进，不同层次功能对应不同的层次结构。

三、工业设计中产品概念设计的一般方法和设计因素

（一）工业设计中产品概念设计的一般方法

产品概念设计时选择合理的设计方法，对于设计价值提升有着较为突出的作用，同时也能够体现出设计师自身的综合设计能力。一般情况下，工业设计中产品概念设计方法主要包括以下几个方面：其一，联想法，在工业产品开发过程中，可以在原有产品性能以及技术基础上进行联想，构思新产品的功能和形态，从而完成工业产品设计，同样可以在其他领域产品基础上进行联想，为工业产品设计提供构思基础；其二，仿生学法，通过对自然界的感悟来寻求设计灵感，观察某一种生物的结构和形态，将此类元素融入到工业产品设计中；其三，缩小和扩大法，将工业产品的局部设计点；其四，逆向思维法，设计师在设计过程中，主要是采用传统设计思维，可以通过对逆向思考产品原有的顺序或者设计方法，来获得设计灵感；其五，类比法，就某种产品而言，一经推出，市场可能会出现众多类似产品，通过对产品的设计比较，能够发现其他产品中创新的思维和方法，完善自身，设计出更为新颖的工业产品。

（二）工业设计中产品概念设计需要考虑的因素

功能因素。工业产品概念设计时需要充分考虑到产品的功能，只有功能得到创新才能吸引更多的消费者。功能是产品的实质性要求，消费者购买的并非是产品本身，而是产品所提供的功能。所以，在产品设计时以产品功能因素为核心，进行优化设计，提供可行的功能设计方案。

构成因素。产品概念设计需要考虑到产品构成要素，对这些构成要素进行分解和组合，取得最为优秀的产品，将其称之为优化过程。设计师在对各种元素进行优化组合，结合实际工业产品设计需求，形成最为合理的设计方案。由此看来，对产品构成要素进行设计有助于实现产品的优化。

形态因素。工业设计中产品概念设计过程中需要运用多种学科理论，涉及层面较广，结合实际设计需求进行设计，总的说来，设计师在产品概念设计过程中需要协调不同形态因素之间的关系，合理配置形态因素和知识，实现产品形态最优。

色彩因素。作为产品构成中不可或缺的组成部分，色彩因素的合理搭配往往能够带给人们更为强烈的视觉冲击，无形中影响着人们对于工业产品的客观评价。在工业设计中产品概念设计时，充分考量色彩因素，结合实际设计需求进行配置，有助于借助色彩来刺激消费者内心感知，感悟工业产品设计中的内涵，同设计师产生灵魂的共鸣，直观地感受到设计师想要通过工业产品来传递的思想和内容，为产品带来附加值，激发消费者购买欲望，赢得消费者的青睐，提升产品经济效益。

四、工业设计中产品概念设计

（一）概念设计阶段

工业设计中产品概念设计主要可以分为三个阶段，其一是概念产生阶段、选择阶段以及实现阶段，其中概念的产生阶段主要是指通过分析趋势、创新技术、经济条件等调研获得产品开发方向，形成模糊的产品设计方向，将所有设计思路梳理清楚，明确有待解决的问题，合适的设计方法。对于其中存在的问题有针对性的提出解决方案，在众多解决方案中选择最优的解决方案，即概念设计方案。其二，概念选择阶段，确立评判标准，从众多概念中选择切实可行的方案，其主要选择方式有外部决策、多数表决以及辩论等，在实际应用中较为切实有效。其三。概念实现阶段，将选择出来的概念设计方案制作出模型或者实际产品，实现概念设计。

（二）概念设计关键点

创造性思维。工业设计中产品概念设计中融入创造性思维是必不可少的，同时也是设计的灵魂关键，需要设计人员进行创造性思考，获得创新。所以，应注重强化培养设计人员创造性思维能力，不断完善自身专业设计能力和工作经验，将逻辑思维和形象思维巧妙结合在一起，创造出更为新颖独特的工业产品。

技术创新。在工业设计中产品概念设计中，技术创新具有至关重要的作用，其本质就是挖掘新鲜事物，提出更为新颖的设计理念，但是在多数情况下设计的产品无法满足人们日益增长的需求。技术创新是知识的积累和灵感的勃发，单一的技术创新并不具备实际应用价值，只有将创新技术实际应用在产品设计中，这种技术突破性创新才富有实际意义，提升产品经济效益。

应用虚拟现实技术。虚拟现实技术应用在工业产品概念设计中，有助于概念设计更好而满足市场需求，趋于市场化发展。为了能够更好地满足市场需求，虚拟现实技术能够为工业产品概念设计带来更大优势，当消费者面对一种虚拟的富有故事情境的产品，能够带给消费者一种直观的互动感受，加强设计师同消费者之间的共鸣，带来别样的感受。此外，这样的产品设计能够大大降低市场风险，为企业决策人提供更好的发展依据，提升市场竞争力。

产品设计概念范文第3篇

【关键词】 产品概念设计 质量工程 形态矩阵分析 多属性决策矩阵 不确定优化模型

一、引言

产品质量通常被描述成为满足顾客需求的程度，而产品满足顾客需求的程度通常又是由产品的质量和成本所决定的。对于一个新产品，早期的概念设计阶段对于产品的质量和成本的形成有着重要的影响。一个差的产品概念设计方案通常会对产品的后续拓展造成重大的不良影响。据不完全估计，一个新产品大约75%的产品周期成本发生在产品概念设计阶段。而业界通常又流传着一个大家普遍接受的至理名言“好的产品不是检验出来的，而是设计出来的”。因此，产品概念设计便成为开发新产品的一个重要阶段。

概念设计阶段是一个定义目标产品，确定其功能需求，生成其概念以及对该概念进行评价及选择的阶段。产品概念设计是一个耗时耗力的过程，不可能一次便形成一个最好的方案。通常来讲，一个好的概念设计方案应该能为产品概念设计者提供一个全局的产品设计视角，并且尽可能减少由于设计的失败而导致的开发成本。

产品概念设计的最终目标是从所有的可行方案中选择一个最具发展前景的方案。过去，我们常采用因子分析法、概念设计筛选和得分法来对各方案进行选择与评价。但是，这些方法在对各方案进行评价时并没有从一个整体的角度来对各基本特征进行考虑。此外，尽管目前已经提出了许多关于产品概念设计的方法，但是仍然存在着巨大的改善空间。首先，大多数的概念设计方法并没有将概念的可行性考虑在内。其次，许多方法在形成产品概念设计时并没有考虑到顾客的喜好与偏爱度。为了克服以上的问题，本文提出了一种基于质量工程的产品概念设计方法。该方法包括产品定义、技术生成、技术评价以及技术选择等阶段。在考虑到产品设计的初级阶段开发成本的不确定性时，本文引用了不确定性分布函数，建立了一个数学模型将顾客的相对偏好重要度整合到不确定性的优化模型的产品概念设计中。相对于以往的确定性优化模型，不确定性优化模型能为设计者提供更多和更有效的信息。

二、方法简介

上文提到的基于质量工程的产品概念设计方法主要包括产品定义、技术生成、方法评价（技术评价，成本评价）以及方法选择等，具体如图1所示。

1、产品定义

在这一阶段，通常根据顾客的需求（CRS）来确定产品并且还要确定出顾客需求的相对重要度（wi）。目前，可以根据层次分析法、模糊推论法以及熵权法来确定出顾客需求的相对重要度。在质量功能展开（QFD）中，顾客的需求通常需要转换成为工程技术特性（ECs），而顾客需求的相对重要度又影响着工程技术特性的重要度。

质量功能展开（QFD）起源于日本，它是一种将顾客之音（voice of customer）转换成为工程技术特性的有效工具。而质量功能展开中所采用的核心工具便是质量屋（HOQ）。质量屋是一个系统性的图解方法，它通常包含了三个矩阵：WHATS矩阵、HOWS矩阵以及相关关系矩阵。WHATS矩阵中包含了顾客的需求（CRS），主要告诉设计者应该做什么。HOWS矩阵中包含了工程技术特性（ECS），主要告诉设计者该怎么做。而相关关系矩阵则包含了顾客需求的相关关系以及工程技术特性之间的相关关系，产品设计者根据顾客的需求来设计工程技术特性。通常，每一个顾客需求可能对应几个工程技术特性，反过来，一个工程技术特性也有可能影响几个顾客需求。因此，顾客需求的重要度也影响着工程技术特性的重要度，它们之间的相关系数可以用rij来表示。rij可以采用1-9量表法来求得。工程技术特性的相对重要度（vj）可以采用以下方法来求得：

vj=，j=1，2，……，n （1）

2、技术生成

一旦产品定义完成后，产品设计者就必须根据自己的经验、知识以及直觉，借助形态矩阵，尽可能的生成多种可行概念设计方案来实现定义的产品。形态矩阵最先被偌里斯提出，它提供了一个系统方法的概念，提倡大面积地去寻找解决问题的方法。本文中，形态矩阵能帮助设计者从众多的实现工程技术特性（EC）的技术属性（AT）中选择一个最适合的技术属性。在一个形态矩阵中，通常横列代表着实现工程技术特性的技术属性（ATS），纵列表示着工程技术特性（ECS）。下面通过一个表格来具体介绍形态矩阵的相关知识。

表1是一个关于汽车的形态矩阵分析表，包含了牵引力、动力、停车等三个工程技术特性。而右边则给出了相应的实现这些特性的技术属性。例如：为了获取动力，可以采用三个技术属性（电，柴油，汽油），然后根据实际状况又从上述三个技术属性中选择一个最适合的技术属性。

3、方法评价

（1）技术评价。为达到每一个工程技术特性，通常需要多个技术属性（AT）。因此，就必须对这些技术属性进行评价，以选择出最合适的技术属性。这种评价通常能为设计者在概念设计阶段提供一个有利的决策。本文主要采用了性能评价技术（TPA），它仅仅考虑一个产品的技术开发过程，而不考虑成本、维修费用等其他的因素。为了确定出每一个技术属性达到工程技术特性的性能属性值，本文采用了多属性决策技术。

建立一个决策矩阵，包含两部分：准则和技术属性。先建立一系列的评价准则（Fjsj），准则中包含着积极准则和消极准则。对于积极准则，值越大，则技术性能越好。相反，对于消极准则，值越小，则技术性能越好。因此，根据偏好准则的性能值便可以进行相应的改善。用Yj来表示实现每一个工程技术特性的技术评价矩阵。其中，Yj是一个hj×qj矩阵，表示有hj个技术属性，qj个评价准则。具体描述如下：

Fj1……Fjsj……Fjqj

Yj= y11 … y1s ·· y1qj· … · ·· ·· … · ·· ·· … · ·· ·y1i … y1si ·· y1qj· … · ·· ·· … · ·· ·· … · ·· ·yhi1 … yhisj …yhiqj （2）

求得了上述的决策矩阵之后，为了确保在上述不同准则的情况下具有可比性，通常需要对其进行单位化。这里用yj表示单位化后的技术评价矩阵。具体按式（3）来单位化：

yljsj=，l=1，2，……hj，sj=1，2，……qj（3）

由于每个准则的重要度相对总目标程度并不完全相同，因此常将上述单位化矩阵进行加权化。用来表示：

=ηj1 ·ηjsj ·ηjqj·Yj （4）

这里ηjsj表示Fjsj的相对重要度，这个准则通常由设计者根据自己的知识、经验以及直觉来确定，并且jsj=1。

于是，我们就可以得出最理想技术（Tj+）和最不理想技术（Tj-）。它们是两个人工变量，可以将其定义如下：

T={（maxljsj）sj∈Sj，（minljsj）sj∈S｜lj=1，2，……，hj}={，，……，jqj} （5）

T={（minljsj）sj∈Sj，（maxljsj）sj∈S｜lj=1，2，……，hj}={，，……，} （6）

sj=Sj，{sj=1，2，……，qj}，sj是与积极准则有关的变量。

S'j={sj=1，2，……，qj}，s'j是与消极准则有关的变量。

因此，每一个可选技术属性可分离成为最理想和最不理想技术的值分别用d，和d来表示，具体计算如下所示：

d=，lj=1，2，………hj. （7）

d=，lj=1，2，………hj. （8）

ATjlj的性能属性值可以用jsj来表示，它可定义成为ATjlj相对于最理想与最不理想技术的相对封闭性，可以通过式（9）求得。当技术属性（AT）具有最大的性能值时，表明其具有最高的排名。

jsj= ，lj=1，2，………hj （9）

用ζj来表示工程技术属性（EC）的性能属性值，它也表示选择技术属性实现EC的值。也就是说，一旦选择了一个确定实现EC的技术方案，则相应的性能属性值也就确定了。如果有以下定义：

xjlj=1 如果选择技术属性ATjlj0 如果不选择技术属性ATjlj lj=1，2，……hj（10）

于是，ζj可以表示为：

ζj=αjsjxjlj，xjlj=1 （11）

这里xjlj=1，保证了每次只能选择一个技术属性来实现相应的工程技术特性。

根据上面已经求出来的工程技术属性（EC）的相对重要度（vj）以及ζj，我们可以定义EC的性能值为λj，定义如下：

λj=vjζj j=1，2，……，n （12）

因此，一个产品的总的性能值可以通过每个技术属性实现相应工程技术特性的性能值的和来表示，公式如下：

λ=vjζj=vjαjsj xjlj，xjlj=1 j=1，2，…n （13）

（2）成本评价。在不考虑其他因素约束的情况下，拥有最大性能值的技术属性是实现相应工程技术属性的最优方案。但是一个具有竞争性的产品应当对成本具有很高的敏感性。因此，在对一个技术方案进行评价时，除了技术上可行外，通常还应该考虑其成本。产品的概念设计一旦完成，再想降低成本就很困难了。因此，在概念设计阶段就应该考虑到产品的成本。由于受到多方面的影响，设计者通常很难估计产品的整个寿命周期的成本。由于方方面面的不确定性，本文引入了三角模糊分布（见图2）。

实际上，设计者可以根据以下三个明显的值来建立三角模糊分布函数。一是最可能接近该标准的值cjlj，将其定义成为jlj（cjlj）=1。二是最乐观值最不接近该标准值cojlj，将其定义成为jlj（cojlj）=0。三是最悲观值最不接近该标准制c，将其定义成为jlj（cpjlj）=0。

通过以上的定义，可将实现工程技术特性（EC）的模糊成本（j）通过式（14）来求得：

j=jljxjlj，（xjlj=1，j=1，2，……n） （14）

根据模糊数学的运算，j也是一个三角模糊数，可以通过（Cpj，Cj，Coj）来表示：

Cj=cjljxjlj， （xjlj=1，j=1，2，……n） （15a）

Cpj=cpjljxjlj， （xjlj=1，j=1，2，……n） （15b）

Coj=cojljxjlj， （xjlj=1，j=1，2，……n） （15c）

因此，达到每一个工程技术属性的总的开发成本可以通过以下的三角模糊数（Cp，C，Co）来表示：

=j=jljxjlj， （xjlj=1，j=1，2，……n） （16）

因此，C，Cp，Co可以表示为：

C=cjljxjlj，（xjlj=1，j=1，2，……n） （17a）

Cp=cpjljxjlj，（xjlj=1，j=1，2，……n） （17b）

Co=cojljxjlj，（xjlj=1，j=1，2，……n）（17c）

假设开发成本限制在一定的成本以内（如B），则开发成本必须满足以下条件：

=jljxjlj≤B， （xjlj=1，j=1，2，……n） （18）

4、方法选择

产品的概念设计方案可以通过采用在一定费用约束情况下实现每一个工程技术特性的总的性能值的最大化来选择。考虑到开发成本，本文引用了不确定性优化模型用于对技术方案的选择，模型如下：

maxλ=vjαjsjxjlj （19a）

S.T jljxjlj≤B （19b）xjlj=1，j=1，2，……n （19c）xjlj=0或1，lj=1，2……hj， j=1，2，……n （19d）

其中，式（19a）表示每个技术属性实现相应工程技术特性的总的性能值的和最大，式（19b）表示在一定的开发成本的约束下，式（19c）表示每次只能选择一个技术属性来实现相应的工程技术特性。由于式（19b）是一个模糊约束，为了求解该问题，必须将其转换成一个确定性模型。因此，本文引入PDF函数，其隶属函数如下所示：

μ（t）=c（t）=1， BC01， CBC0c（）， CpBC0， 其他（20）

根据上面的隶属函数，我们可以将上面的模糊函数转换成为一个确定的约束：

μ（t）β（21）

这里是一个设计者偏好的不确定性分布水平，于是式（21）子就可以转化成为：

BCP+β（C-CP） （22）

于是，上面的模糊规划就可以转换成为以下的确定性函数规划：

maxλ=vjαjsjxjlj （23a）

S.Tcjljxjlj+β（cjlj-cpjlj）xjljB （23b）xjlj=1，j=1，2，……n （23c）xjlj=0或1，lj=1，2……hj， j=1，2，……n （23d）

上面的规划是一个典型的0-1规划，只要给定了偏好水平β就可以求出该规划的具体值。

三、结语

在过去的几十年里，各工业研究机构都在试图将“顾客之声”整合到产品的概念设计过程中，而这些活动可以通过并行工程与质量功能展开来实现。本文正是基于此条主线，建立了基于质量工程的产品概念设计方法。该方法包含了产品定义、技术生成、方法评价以及方法选择等阶段。最重要的是该方法将“顾客之声”整合到了概念选择之中，还考虑到了概念设计初级阶段的不确定性成本，并且分析了技术开发成本的不确定性的程度对于概念方案选择的影响，通过不确定性优化模型对设计方案进行选择。结果表明无论是不确定性技术开发成本模型还是替代技术组合都对分析每个工程技术的特点有着关键作用。

【参考文献】

[1] 梁铃琳：产品概念设计[M].高等教育出版社，2009.

[2] 唐林：产品概念设计基本原理及方法[M].国防工业出版社，2006.

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[5] 张俊福：应用模糊数学[M].北京地质出版社，1998.

[6] 张跃：模糊数学及其应用[M].煤炭工业出版社，1992.

[7] Fung RYK，Law DST，Ip WH：Design targets determination for inter-dependent product attributes in QFD using fuzzy inference[J]. Integr Manuf Syst，1999，10（6）.

[8] Akao Y：Quality function deployment： integrating customer requirements into product design （translated by Glenn Mazur）[M]. Productivity Press，Cambridge， Massachusetts，1990.

产品设计概念范文第4篇

院

基于本体概念设计产品信息模型

1功能模型

1.1功能的表示

采用功能黑箱表达功能，功能黑箱的功能语义表示如图2所示。

1.2功能本体的构建

采用概念设计产品的功能本体模型对产品的功能语义进行描述，构建功能本体模型如图3所示。功能本体模型主要包括三个类:“功能”、“功能输入输出关系”和“功能间关系”。

(1)“功能”用来描述概念设计目标、功能间的关系以及功能与其它概念的关系，其属性包括功能名称、功能描述、功能类型、父功能、子功能、功能输入输出、功能关系、功能输入流、功能输出流、功能相关结构和功能相关原理等。其中，功能名称必须唯一;功能类型引用功能术语集中的标准功能术语;父功能和子功能表示功能分解结构中的层次关系;功能输入输出用于描述功能输入和输出之间的关系;功能关系用于描述两个功能之间的关系;功能输入流和功能输出流分别表示与功能相关的输入流和输出流，引用流术语集中的标准流术语;功能相关原理表示实现功能的物理原理和物理效应，通过该属性实现功能层到原理层的映射;功能相关结构表示实现功能的结构，通过该属性实现功能层到结构层的映射;

(2)“功能输入输出关系”用于表示系统中输入和输出之间的唯一确定而且能再现的相互关系。其属性包括输入输出关系名称、动词描述、数学描述、表格描述和输入输出关系相关功能。动词描述表示用动词描述输入和输出之间的关系;数学描述表示用数学等式或逻辑形式描述输入输出之间的关系;表格描述表示用曲线或表格形式描述输入和输出之间的关系;

(3)“功能间关系”用于描述功能之间的关系。其属性包括功能关系名、有关系的功能和功能关系类型。功能关系类型描述了功能间关系的类型，功能间关系的类型包括时序关系(先后关系)、因果关系和逻辑关系(逻辑或、逻辑与、逻辑非)等。

2原理模型

2.1原理的表示

物理原理的表示在传统的元模型中通常采用原理目录的方式，可以把原理目录以关系数据的形式存储到数据库中，但对计算机智能设计，应该以知识的形式进行存储。将传统原理目录方式与本体建模技术结合构建了一个基于本体的原理目录模型，它不仅能够很好的以目录形式表达出物理原理而且能够支持智能设计。

2.2原理本体的构建

采用概念设计产品的原理本体模型对产品的原理语义进行描述，构建原理本体模型如图4所示。原理本体模型主要包括两个类:“原理”和“物理原理”。

(1)“原理”用来描述实现某一功能的物理原理或物理效应。其属性包括原理名称、原理类型、所用物理原理、原理相关结构和原理相关功能。其中，原理名称必须唯一;原理类型引用功能术语集中的标准功能术语;所用物理原理用于表示实现某一功能的物理原理或物理效应;原理相关结构表示实现原理的结构，通过该属性实现原理层到结构层的映射;原理相关功能表示原理所实现的功能，它与功能类的属相关原理互为逆属性，通过该属性实现原理层到结构层的映射。物理原理类用于形式化的表示物理学中的物理定律;

(2)“物理原理”包括六个属性，分别是物理原理名称、物理原理描述、物理原理公式、原理输入单位、原理输出单位和物理应用实例。其中，物理原理名称必须唯一;物理原理描述是对物理原理的描述信息;物理原理公式表示物理原理所使用的公式或定律;原理输入单位和原理输出单位表示物理原理的输入和输出物理量;物理应用实例描述了物理原理的特殊应用，它可以为原理的选择提供参考。

结构模型

1结构的表示

结构是实现预定功能的载体，结构信息包括两个部分:一是结构自身的几何信息，另一部分是结构的相互关系信息，主要是产品的组成关系和装配关系等。其中装配关系与装配特征间具有比较明确的对应关系，能够在工程应用中根据实际建立具体的装配关系与装配特征间的稳定映射，并且装配特征的计算机表示具有可实现性。同时，装配特征在产品详细设计中被分配给每一个实体部件和零件，最后成为零件关键特征。因此增加装配特征描述机构间装配结构设计信息，能够为后续的产品结构详细设计提供较完整的信息支持。

2结构本体的构建

采用概念设计产品的结构本体模型对产品的结构语义进行描述，构建的结构本体模型如图5所示。结构本体模型主要包括三个类:“结构”、“机构”和“装配特征”。

(1)“结构”用于形式化的描述实现某一功能的物理结构。其属性包括结构名称、结构描述、结构输入、结构输出、结构类型、所用的机构、结构相关原理和结构相关功能。其中，结构名称必须唯一;结构输入和结构输出用设计领域中抽象的测量实体表示，例如，质量、长度、力、速度等;结构类型，引用功能术语集中的标准功能术语;所用的机构表示实现某一功能的机构;结构相关原理表示结构所对应的原理，它与原理类的属性“原理相关结构”互为逆属性，通过该属性实现结构层到原理层的映射;结构相关功能表示结构所对应的功能，它与功能类的属性“功能相关结构”互为逆属性，通过该属性实现结构层到功能层的映射;

(2)“机构”用于形式化的表示实现功能的机构。机构类包括三个属性，分别是机构名称、机构间装配特征和对应的机构。机构名称取值参考机构目录类中的属性“执行机构”的取值;机构间装配特征描述机构之间的装配关系，装配特征使用装配特征名、装配特征描述和装配特征简图来描述;对应的机构表示具体所使用的机构，引用“机构目录”中的机构，本文使用邹慧君编制的机构目录。

(3)“装配特征”在产品设计中被分配给每一个实体部件和零件，最后成为零件关键特征。在产品概念设计阶段，包含装配特征的结构模型，使装配特征能够被传递到后续详细设计阶段的零件结构信息中，从而提高概念设计与后续设计阶段的产品信息共享与重用。

实例分析

以机械手的概念设计为例，说明如何使用基于本体的概念设计产品信息模型，实现对机械产品概念设计的支持。机械手搬运工件功能分解和映射关系如图6所示。根据机械手搬运工件设计任务要求，首先分析产生总功能“搬运工件”，然后将总功能进行功能分解成子功能“抓住工件”、“夹持工件”、“定位工件”、“释放工件”和“回位”。其中子功能“抓住工件”，将其继续进行功能分解，直到不能再进行分解的功能元:“力的转换”、“力的连接”、“力的传导”、“力的放大”。其中“力的放大”，在功能术语集中可以找到功能动词“改变”，物理原理本体库中有与特殊功能对应的杠杆效应、斜面效应、楔效应、滑轮效应、曲杆效应等许多物理效应可供映射选择。物理效应映射之后，就进入到机构目录中找到与物理效应对应的机构。用功能黑箱的功能语义表示功能模型，主要考虑能量流的输入与输出以及功能语义动词的选取。

产品设计概念范文第5篇

关键词：机电一体化；控制系统；概念设计

中图分类号：TH39 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 10-0005-02

一、引言

机电一体化（Mechatronics）这一概念，是日本学者在1971年首次提出来的。至今，经历了40多年的发展，随科技的发展不断丰富，不断更新，机电一体化的内涵也发生了根本性的变化。尤其是进入21世纪以来，人们的消费观念不断变化，围绕消费者之间的市场竞争日趋激烈和白热化，重点是针对机电一体化产品的输出柔性、工作性能及可靠性等方面，在这些方面的，人们的要求越来越高。

新时代背景下，机电一体化技术在计算机技术、人工智能技术、网络技术、信息技术、传感器技术等相关学科的快速发展下得到了飞跃发展，面临着更加广阔的应用前景和发展空间。电子产品结构也在集成技术、新材料、微电子的快速发展背景下发生了革命性的变化，传统的机械产品向智能化、小型化、网络化、模块化、自动化、柔性化、机电一体化迈进，已经步入了一个新的发展阶段。再就是随着传感、信息技术和传统机械产品的融合，机电一体化技术已成为一个新兴的跨学科的技术，它涉及到的信息处理技术、制造技术、驱动技术、传感技术、自动控制技术、接口技术等关键技术。

总之，科学技术越是向更新更高层次发展，就越能给人们带来更多的惊喜和生活空间，也能给人们更加丰富物质、文化和精神享受。可以说，机电一体化技术在21世纪的机械产品的设计和发展中发挥着重要的作用，重点研究机电一体化产品控制系统概念原理及设计方法具有重要的理论意义及现实意义。

二、机电一体化系统及其组成原理

机电一体化系统是一个各种技术之间相互协调和整合的有机的、完整的体系，不是一个简单的各种技术拼凑和堆积。机电一体化系统从技术层面来说综合保函和运用了控制系统、机械工程、计算机技术、电子技术、电子技术和其他技术。尤其是机电一体化系统的中的驱动元件和执行器子系统是核心的执行机构，是实现可控电动机行为的终极目标，充分利用计算机信息处理和控制功能，利用现代控制驱动元件特性的机械系统。

（一）机电一体化系统概述

1.由计算机进行信息处理和控制的现代机械系统最终目的就是要实现机械运动和动作协调，这个也是机电一体化系统功能设计的根本出发点。

2.机电一体化系统从完成工艺动作过程这一总功能的角度来看，可划分为：信息处理及控制子系统、传感检测子系统、广义执行机构子系统（如图1），它们分别完成信息处理及控制、信息检测、机械运动和动作。

3.由驱动元件和执行件（或执行机构）融为一体的广义执行机构执行子系统，具有它的特殊性、可控性。

（二）机电一体化系统的组成原理

1.广义执行机构子系统。由刚性物件组成的形形机构组合而成的传统，他们的缺乏可控性是传动和执行机构系统上最大的问题。而驱动元件与执行件（或执行机构）融为一体是广义执行机构的一个特点（如图2），从而实现可控运动。

电机、气动马达和动作缸是驱动元件中的一两种，同时还有液压、电磁铁、弹性元件、形状记忆合金、光能马达等，这足以说明驱动元件种类繁多。机电一体化系统得到更加有效工作就必须依靠驱动元件的多样性。传统机构中的输出件可以为执行件，单一构件也可以是执行件。同时，驱动元件与执行件（或执行机构）的集成应用使机电一体化系统更加有效地工作。

2.信息处理及控制子系统。信息处理和控制子系统检测传感器所提供的信息，技术和控制策略和执行的广义执行机构控制的基础上采取行动的过程中。应执行的控制来实现，广义的运动学模型是由一台计算机和软件实现。信息处理和控制子系统是实现智能化的现代机械系统，自动化的关键。

3.检测传感子系统。检测传感器是实现物理量的检测和信号采集的功能载体，也是连接广义执行子系统的中间纽带。

三、机电一体化产品控制系统概念设计过程

总体而言，要从功能需求出发建立机电一体化产品控制系统概念设计图3所示：

（一）用户需求模型

1.用户需求调查与分解。用户需求表达的是用户自己的意愿，要想获得这些意愿与想法，需要通过市场调查，但是这样的可操作性不强，很难使设计者完全把握用户的需求，对此可以将用户需求进行细分。机电一体化系统用户需求可分为控制域、机械域和其他域，控制域又可分为硬件域和软件域。将最初的用户需求（父需求）对应于所设计的产品向各个领域进行分解（图4：用户需求调查与分解），获得最终的用户需求（叶需求）.分解后的需求可以更具体的体现设计目标。

图4 用户需求调查与分解

用户需求分解后，要进一步对客户需求进行评估，尤其是重点对每一个叶需求进行重审核，以此进一步用衡量的方法进行分析.

2.衡量过程。衡量用户需求的优先次序，在关键的用户需求中做出挑选。衡量方法的原理是：如果一个“希望需求”与一定数量的“必须需求”之间存在相关性，那么这个希望需求也应该“必须”满足，作为额外的必须需求。衡量过程如下：

（2）标记0表示希望需求与必须需求之间没有相关性。

（3）标记1表示希望需求与必须需求之间有很强的相关性。

（4）如果希望需求的综合值在[3，5]之间或更高的作为额外的必须需求。

（二）建立功能模型

功能是系统输出量和输入量之间的关系，常被称为流，通常分为物料流、能量流和信息流。功能结构是功能模型或功能分析结果的一种表达形式。产品的总功能分解成若干功能元，将系统的各个功能元用流有机的组合起来就得到功能结构。

使用功能基建立功能结构的步骤如下：

1.确定系统的总功能及输入、输出流。

2.对于每一个输入流创建功能链。成立为每个输入的功能链。设计者设想成为流，考虑从输入到输出，或在每个操作发生对流的转换操作每个功能组按时间顺序排列，并建立功能链。可分为两个时间顺序，串行和并行的功能链。串行函数链对流操作发生的时间顺序，并联功能链的基础上发生的操作一次，串行并行功能链的功能链，共享一个或多个公共流的数量。在功能结构所表达的支流。

3.连接各功能链得到功能结构。信号的检测，处理和反馈的过程其实就是所控制的过程。创建功能框图，对所有信号进行分析。通过分析，可以得出不同类型的信号和复杂的控制系统，尤其是进一步的功能的控制系统，然后在此基础上提出若干控制方案。

四、结束语

在本文中，对机电一体化系统做出了新的认识，提出了一种在机电一体化产品的概念设计过程中，并促进机电一体化系统的理解，尤其是提出了如何设计一个控制系统的分析方法，使控制系统满足用户的需求，并确保控制系统是最合理的。

参考文献：

[1]杨鹤年.机电一体化系统中的智能控制技术[J].煤炭技术，2011，7.

[2]黄娴.机电一体化系统原理方案设计[J].法制与经济（下旬），2011，8.

[3]倪传明.机电一体化技术在工程机械中的应用分析[J].中国新技术新产品，2011，15.