工学产品造型的概念设计综述

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概念设计的建模问题可以理解为概念产品设计约束及其相互作用的描述，其模型表示方法有语言、几何模型、图（树）、对象、图像等。对于人脑来讲，建模主要是感官的、智能的、可视化的，而对于计算机来说，建模偏于计算和符号处理。作为建模工具的语言意在将设计形式化，有助于明确地表达人们对于设计的理解。语言通常是由语法来定义，由于其简洁性，语法、语言成为构造设计知识的有效手段。几何模型应用于产品结构信息的表达，即在计算机中表达二维或三维几何形状。通常几何形状的表达包括：B—rep（边界表达）、CSG（构造实体几何）、变量几何和特征表达等。图和树是概念设计阶段常用的两种建模工具，可用于从功能、行为、结构等各个方面对产品进行描述。由于图论研究的深入和相对成熟，将图或树用于概念设计具有一定的优越性，不足之处是其缺少类和继承的概念，而这些概念对概念设计是很有用的。由于篇幅有限，对象、图像这两种建模工具就不一一阐述了。

推理问题、自动化问题、产品基因逆向求解问题概念设计推理问题包括两个方面的内容：一是采用何种合适的方法将用户需求映射到相应的物理空间，即设计方案的生成；二是在若干候选方案中选择最佳设计方案，即设计方案的评价与决策。

设计自动化技术可以降低劳动强度、提高设计效率。概念设计自动化主要包括方案创成和方案综合，其实质是在设计知识库的支持下，实现功能到结构的自动映射过程。由于功能向结构映射存在多样性，即功能对结构的多对多关系，功能对应的每一种结构都有可能是最好的结构，但在概念设计阶段又难以判断孰好孰差。随着计算机在设计领域的广泛应用，设计信息和设计方案成爆炸性增长，如果没有有效的计算机辅助工具的支持，设计者难以快速选出最佳设计方案。针对一个具体方案，还有许多问题需要解决。

基于大量的工程实践和经验总结，产品正向工程积累了丰富的知识和技术，如何获取已有产品的知识和技术，提高自主创新水平，成为设计者必须面对的问题。产品基因逆向求解技术的本质是根据设计对象还原出产品可行的设计过程，最大程度上获取原有的产品的设计知识及关键技术，有利于设计知识获取和重用，为后续产品创新设计打下基础。借鉴生物基因工程思想，研究产品基因逆向求解策略和实现流程，建立产品基因库管理功能信息模型，采用实体关系图描述产品基因库结构，规范、归纳并组织设计知识，为设计知识重用、提高设计效率和设计质量打下基础。

社会在不断进步的同时，人们对于物质的要求越来越高，现有的一些物质已经无法满足人们的需求。所以概念设计更重要的是，要创造未来更自由更舒适的产品供使用和体验。要能设计更有针对性的产品可供挑选。概念产品是对未来生活方式的很好探索和创造，人在产品面前始终是具有掌握权和控制权，产品对生活的改变是善意而不惧强迫性，人们可以自由选择自己的使用方式，以符合自身的需求。创造出未来更自由更舒适的产品，从现实出发，从自身的需求出发。未来我们可以寻找概念设计的许多构思方向和创造，比如，遥控控制各种设备的产品创造，有助于发泄压力的产品创造，可供残疾人能正常生活的产品创造等等。

作者：王莉单位：湖北工业大学