【正文】 第1章 緒 論 產(chǎn)品創(chuàng)新的核心——產(chǎn)品概念設(shè)計中國已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)的大國，但還不是工業(yè)生產(chǎn)的強國。我國的產(chǎn)品大多以O(shè)EM貼牌加工的方式變成了外國的貨品，而即使是我們自有品牌的出口，也因為設(shè)計的粗陋使得中國制造的產(chǎn)品成了低質(zhì)低價的代名詞，過于注重模仿與引進，不注重自主知識產(chǎn)權(quán)和產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計是我國多數(shù)產(chǎn)品的通病。一個非常著名的提法是，中國要成為世界產(chǎn)品的“生產(chǎn)車間”，但與那些跨國企業(yè)生產(chǎn)的造型新穎、工藝考究的產(chǎn)品賺取的成倍利潤相比，這個生產(chǎn)車間為自己創(chuàng)造的利潤只有1%~2%。惟有創(chuàng)新，才能令中國企業(yè)走上自強之路；惟有重視設(shè)計，才能令中國由“制造大國”走向“制造強國”。中國工程院院士、浙江大學(xué)校長潘云鶴教授在談到產(chǎn)品創(chuàng)新時說，創(chuàng)新有兩類：第一類是原理上的改變，如從無到有的創(chuàng)新，比如科技發(fā)明；第二類創(chuàng)新是在第一類的基礎(chǔ)上進行改進，這類改進更符合使用者的行為習(xí)慣和個性需求。在產(chǎn)品設(shè)計過程中，能集中體現(xiàn)這兩類創(chuàng)新的工作就是產(chǎn)品概念設(shè)計。產(chǎn)品概念設(shè)計作為設(shè)計過程的早期階段，其核心就在于產(chǎn)品創(chuàng)新。一旦概念設(shè)計被確定，產(chǎn)品設(shè)計的60%~70%也就確定了，而概念設(shè)計階段所花費的成本和時間在總的開發(fā)成本和設(shè)計周期中占的比例通常都在60%以下，并且很難或不能在詳細設(shè)計階段糾正產(chǎn)品設(shè)計的缺陷。因此產(chǎn)品概念設(shè)計質(zhì)量與效率不僅對產(chǎn)品的創(chuàng)新性、功能的合理性、使用的宜人性和外觀造型的美觀性等起著決定性的作用，同時也直接影響到整個產(chǎn)品的開發(fā)周期、上市時間、生產(chǎn)成本等重要因素。 產(chǎn)品設(shè)計發(fā)展歷程與趨勢縱觀產(chǎn)品設(shè)計過程的發(fā)展歷程和趨勢，大致可分成如圖11所示的4個發(fā)展時期。1．第一時期（20世紀六七十年代）這一階段把設(shè)計過程劃分為功能設(shè)計（闡明任務(wù)書）、原理設(shè)計（方案設(shè)計）和技術(shù)設(shè)計（結(jié)構(gòu)設(shè)計）三大階段。在這個階段，計算機輔助技術(shù)主要局限于工程設(shè)計繪圖的層次，并沒有打破傳統(tǒng)的設(shè)計過程劃分。制造過程也主要是基于傳統(tǒng)的“制造裝配→實樣試驗→批量生產(chǎn)”的流程。2．第二時期（20世紀八九十年代）隨著計算機圖形學(xué)特別是三維CAD系統(tǒng)的迅速發(fā)展，這一階段的產(chǎn)品設(shè)計過程開始在相當(dāng)大的程度上依賴于計算機的輔助。設(shè)計過程一般被分為概念設(shè)計、方案設(shè)計和詳細設(shè)計3個階段。其中，概念設(shè)計是創(chuàng)造性設(shè)計思維階段，方案設(shè)計是概念設(shè)計與詳細設(shè)計的過渡階段，包括功構(gòu)映射、初步結(jié)構(gòu)設(shè)計、方案布置設(shè)計等，詳細設(shè)計則主要是在CAD系統(tǒng)的支持下確定產(chǎn)品各類參數(shù)的過程。在這一階段，一些新的制造模式如計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）、并行工程（CE）等得到了深入研究并逐步應(yīng)用于企業(yè)的生產(chǎn)實踐。3．第三時期（20世紀九十年代后期）這一階段，由于真實感顯示、多媒體、虛擬現(xiàn)實（VR）等技術(shù)的發(fā)展以及CAD系統(tǒng)的逐漸完善和廣泛應(yīng)用，設(shè)計過程變得更加緊湊、簡捷，概念設(shè)計的內(nèi)涵和范圍逐步擴大，一般就分成概念設(shè)計和詳細設(shè)計兩個階段。各階段目標(biāo)也更為明確。其中，概念設(shè)計是指產(chǎn)品設(shè)計早期的創(chuàng)造性設(shè)計階段，目的在于實現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新。而詳細設(shè)計主要是面向裝配和制造，將概念設(shè)計方案詳細化、精確化，同時修正存在的不妥之處。這一階段，VR技術(shù)不僅應(yīng)用于設(shè)計過程中的各個環(huán)節(jié)，而且也應(yīng)用于產(chǎn)品的裝配、檢測和評價上，如虛擬原型（Virtual Prototype）、虛擬裝配（Virtual Assembly）和虛擬產(chǎn)品（Virtual Product）等。此外，出現(xiàn)了一些新的制造模式如數(shù)字樣機（Digital Mockup，DMU）、敏捷制造（Agile Manufacturing，AM）等。圖11 產(chǎn)品設(shè)計過程的發(fā)展歷程與趨勢4．第四時期（21世紀初期）到了這一階段，產(chǎn)品的制造模式將發(fā)生根本性的變化，基本上達到虛擬制造（Virtual Manufacturing，VM），甚至敏捷制造的水平。設(shè)計過程高度集成化，概念設(shè)計和詳細設(shè)計幾乎并行進行。先進的CAD系統(tǒng)提供了一個數(shù)字化、集成化、協(xié)同化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)計開發(fā)環(huán)境。 產(chǎn)品概念設(shè)計內(nèi)涵從產(chǎn)品設(shè)計過程的發(fā)展歷程可看到，隨著設(shè)計過程的逐漸緊湊、目標(biāo)分化以及CAD技術(shù)的逐步發(fā)展和應(yīng)用，概念設(shè)計的內(nèi)涵也在不斷地發(fā)生變化。為能對概念設(shè)計作一個全面的形式化定義，針對其發(fā)展?fàn)顩r，從以下3個方面加以考慮：（1）定位的完整性從設(shè)計方法學(xué)的角度看，完整意義上的概念設(shè)計包含了工程設(shè)計與工業(yè)設(shè)計兩大部分，兩者密不可分。但由于歷史的原因，它們一直處于分裂的局面，前者主要由工程師完成，后者則由工業(yè)設(shè)計師完成。工程設(shè)計界將概念設(shè)計界定為產(chǎn)品設(shè)計的創(chuàng)造性設(shè)計思維階段，目的在于求得滿足功能需求的原理解，即產(chǎn)品的功能設(shè)計、原理設(shè)計以及初步的結(jié)構(gòu)設(shè)計。不少學(xué)者從工程設(shè)計學(xué)出發(fā)，提出了層次概念設(shè)計模型、工程設(shè)計概念模型、基于功率鍵圖的概念設(shè)計等概念設(shè)計建模方法。工業(yè)設(shè)計界則將其定義為在功能、原理基本確定的情況下，考慮產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、人機工程、形態(tài)、色彩、制造以及成本等因素在內(nèi)的產(chǎn)品外觀造型的設(shè)計，即產(chǎn)品的形態(tài)設(shè)計、色彩設(shè)計、布局設(shè)計與人機工程設(shè)計。不少學(xué)者從產(chǎn)品設(shè)計方法學(xué)出發(fā)，提出了造型文法、色彩文法、形狀文法等產(chǎn)品概念設(shè)計原理、原則與方法。此外，由于需求設(shè)計與概念設(shè)計之間高度耦合，迭代非常頻繁，所以有時候也可以把需求分析納入概念設(shè)計的研究范疇。（2）計算機的支持在信息技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，產(chǎn)品概念設(shè)計已離不開計算機的支持。概念設(shè)計內(nèi)涵的不斷變化，其最大的驅(qū)動因素就在于計算機技術(shù)的不斷發(fā)展。當(dāng)前，計算機輔助概念設(shè)計（ComputerAided Conceptual Design, CACD）的研究已受到眾多學(xué)者的關(guān)注。CACD系統(tǒng)能滿足概念設(shè)計師的各類特殊需求，更為簡捷地生成設(shè)計對象，有效地提高概念設(shè)計的質(zhì)量，可避免因設(shè)計失敗而造成開發(fā)成本的浪費，并提供了一個進行信息交流和對象評價的更好的平臺。（3）產(chǎn)品創(chuàng)新為目的產(chǎn)品的創(chuàng)新性是產(chǎn)品是否具有競爭能力的關(guān)鍵因素。而概念設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計過程中創(chuàng)新表現(xiàn)最為集中、最為突出的一個階段，其目的就在于追求產(chǎn)品的創(chuàng)新。概念設(shè)計與產(chǎn)品創(chuàng)新密切相關(guān)。綜上所述，概念設(shè)計可定義為產(chǎn)品早期設(shè)計階段，在CACD系統(tǒng)支持下進行產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的過程，包括了產(chǎn)品在功能、原理、形態(tài)、色彩、布局、人機工程和結(jié)構(gòu)這7個方面的創(chuàng)新活動，如圖12所示。圖12 概念設(shè)計新內(nèi)涵① 功能設(shè)計：將需求分析轉(zhuǎn)化為功能設(shè)計任務(wù)書，并針對市場需求進行功能上的改進或創(chuàng)新的過程。② 原理設(shè)計： 按照功能設(shè)計說明書，進行產(chǎn)品原理解的求取和創(chuàng)新的