【正文】 第1章 緒 論 產(chǎn)品創(chuàng)新的核心——產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)中國(guó)已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)的大國(guó)，但還不是工業(yè)生產(chǎn)的強(qiáng)國(guó)。我國(guó)的產(chǎn)品大多以O(shè)EM貼牌加工的方式變成了外國(guó)的貨品，而即使是我們自有品牌的出口，也因?yàn)樵O(shè)計(jì)的粗陋使得中國(guó)制造的產(chǎn)品成了低質(zhì)低價(jià)的代名詞，過于注重模仿與引進(jìn)，不注重自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)是我國(guó)多數(shù)產(chǎn)品的通病。一個(gè)非常著名的提法是，中國(guó)要成為世界產(chǎn)品的“生產(chǎn)車間”，但與那些跨國(guó)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(rùn)相比，這個(gè)生產(chǎn)車間為自己創(chuàng)造的利潤(rùn)只有1%~2%。惟有創(chuàng)新，才能令中國(guó)企業(yè)走上自強(qiáng)之路；惟有重視設(shè)計(jì)，才能令中國(guó)由“制造大國(guó)”走向“制造強(qiáng)國(guó)”。中國(guó)工程院院士、浙江大學(xué)校長(zhǎng)潘云鶴教授在談到產(chǎn)品創(chuàng)新時(shí)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(jìn)行改進(jìn)，這類改進(jìn)更符合使用者的行為習(xí)慣和個(gè)性需求。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jì)。產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)作為設(shè)計(jì)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(jì)被確定，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的60%~70%也就確定了，而概念設(shè)計(jì)階段所花費(fèi)的成本和時(shí)間在總的開發(fā)成本和設(shè)計(jì)周期中占的比例通常都在60%以下，并且很難或不能在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段糾正產(chǎn)品設(shè)計(jì)的缺陷。因此產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率不僅對(duì)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(shí)也直接影響到整個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)周期、上市時(shí)間、生產(chǎn)成本等重要因素。 產(chǎn)品設(shè)計(jì)發(fā)展歷程與趨勢(shì)縱觀產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的發(fā)展歷程和趨勢(shì)，大致可分成如圖11所示的4個(gè)發(fā)展時(shí)期。1．第一時(shí)期（20世紀(jì)六七十年代）這一階段把設(shè)計(jì)過程劃分為功能設(shè)計(jì)（闡明任務(wù)書）、原理設(shè)計(jì)（方案設(shè)計(jì)）和技術(shù)設(shè)計(jì)（結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）三大階段。在這個(gè)階段，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)主要局限于工程設(shè)計(jì)繪圖的層次，并沒有打破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程劃分。制造過程也主要是基于傳統(tǒng)的“制造裝配→實(shí)樣試驗(yàn)→批量生產(chǎn)”的流程。2．第二時(shí)期（20世紀(jì)八九十年代）隨著計(jì)算機(jī)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(jì)過程開始在相當(dāng)大的程度上依賴于計(jì)算機(jī)的輔助。設(shè)計(jì)過程一般被分為概念設(shè)計(jì)、方案設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)3個(gè)階段。其中，概念設(shè)計(jì)是創(chuàng)造性設(shè)計(jì)思維階段，方案設(shè)計(jì)是概念設(shè)計(jì)與詳細(xì)設(shè)計(jì)的過渡階段，包括功構(gòu)映射、初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、方案布置設(shè)計(jì)等，詳細(xì)設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)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(shí)踐。3．第三時(shí)期（20世紀(jì)九十年代后期）這一階段，由于真實(shí)感顯示、多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)（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(jì)過程變得更加緊湊、簡(jiǎn)捷，概念設(shè)計(jì)的內(nèi)涵和范圍逐步擴(kuò)大，一般就分成概念設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段。各階段目標(biāo)也更為明確。其中，概念設(shè)計(jì)是指產(chǎn)品設(shè)計(jì)早期的創(chuàng)造性設(shè)計(jì)階段，目的在于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新。而詳細(xì)設(shè)計(jì)主要是面向裝配和制造，將概念設(shè)計(jì)方案詳細(xì)化、精確化，同時(shí)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(jì)過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)，而且也應(yīng)用于產(chǎn)品的裝配、檢測(cè)和評(píng)價(jià)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(jī)（Digital Mockup，DMU）、敏捷制造（Agile Manufacturing，AM）等。圖11 產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的發(fā)展歷程與趨勢(shì)4．第四時(shí)期（21世紀(jì)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(dá)到虛擬制造（Virtual Manufacturing，VM），甚至敏捷制造的水平。設(shè)計(jì)過程高度集成化，概念設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)幾乎并行進(jìn)行。先進(jìn)的CAD系統(tǒng)提供了一個(gè)數(shù)字化、集成化、協(xié)同化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。 產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)內(nèi)涵從產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的發(fā)展歷程可看到，隨著設(shè)計(jì)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(jì)的內(nèi)涵也在不斷地發(fā)生變化。為能對(duì)概念設(shè)計(jì)作一個(gè)全面的形式化定義，針對(duì)其發(fā)展?fàn)顩r，從以下3個(gè)方面加以考慮：（1）定位的完整性從設(shè)計(jì)方法學(xué)的角度看，完整意義上的概念設(shè)計(jì)包含了工程設(shè)計(jì)與工業(yè)設(shè)計(jì)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(jì)師完成。工程設(shè)計(jì)界將概念設(shè)計(jì)界定為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的創(chuàng)造性設(shè)計(jì)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(jì)、原理設(shè)計(jì)以及初步的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。不少學(xué)者從工程設(shè)計(jì)學(xué)出發(fā)，提出了層次概念設(shè)計(jì)模型、工程設(shè)計(jì)概念模型、基于功率鍵圖的概念設(shè)計(jì)等概念設(shè)計(jì)建模方法。工業(yè)設(shè)計(jì)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(jī)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(jì)，即產(chǎn)品的形態(tài)設(shè)計(jì)、色彩設(shè)計(jì)、布局設(shè)計(jì)與人機(jī)工程設(shè)計(jì)。不少學(xué)者從產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jì)原理、原則與方法。此外，由于需求設(shè)計(jì)與概念設(shè)計(jì)之間高度耦合，迭代非常頻繁，所以有時(shí)候也可以把需求分析納入概念設(shè)計(jì)的研究范疇。（2）計(jì)算機(jī)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(jì)已離不開計(jì)算機(jī)的支持。概念設(shè)計(jì)內(nèi)涵的不斷變化，其最大的驅(qū)動(dòng)因素就在于計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展。當(dāng)前，計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)（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(jì)師的各類特殊需求，更為簡(jiǎn)捷地生成設(shè)計(jì)對(duì)象，有效地提高概念設(shè)計(jì)的質(zhì)量，可避免因設(shè)計(jì)失敗而造成開發(fā)成本的浪費(fèi)，并提供了一個(gè)進(jìn)行信息交流和對(duì)象評(píng)價(jià)的更好的平臺(tái)。（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(jìng)爭(zhēng)能力的關(guān)鍵因素。而概念設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中創(chuàng)新表現(xiàn)最為集中、最為突出的一個(gè)階段，其目的就在于追求產(chǎn)品的創(chuàng)新。概念設(shè)計(jì)與產(chǎn)品創(chuàng)新密切相關(guān)。綜上所述，概念設(shè)計(jì)可定義為產(chǎn)品早期設(shè)計(jì)階段，在CACD系統(tǒng)支持下進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過程，包括了產(chǎn)品在功能、原理、形態(tài)、色彩、布局、人機(jī)工程和結(jié)構(gòu)這7個(gè)方面的創(chuàng)新活動(dòng)，如圖12所示。圖12 概念設(shè)計(jì)新內(nèi)涵① 功能設(shè)計(jì)：將需求分析轉(zhuǎn)化為功能設(shè)計(jì)任務(wù)書，并針對(duì)市場(chǎng)需求進(jìn)行功能上的改進(jìn)或創(chuàng)新的過程。② 原理設(shè)計(jì)： 按照功能設(shè)計(jì)說明書，進(jìn)行產(chǎn)品原理解的求取和創(chuàng)新的