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[關(guān)鍵詞] 概念產(chǎn)品 功能技術(shù)矩陣 創(chuàng)新設(shè)計方法
為了更好地規(guī)劃公司發(fā)展戰(zhàn)略,更早地預(yù)判市場需求趨勢,使設(shè)計更具超前性、更具競爭力,概念設(shè)計應(yīng)運而生?!案拍钤O(shè)計”最早于1984年由德國學(xué)者Pahl和Beitz提出,他們認(rèn)為:在確定設(shè)計任務(wù)之后,通過抽象化,擬定功能結(jié)構(gòu),尋求適當(dāng)?shù)淖饔迷砑捌浣M合等,確定出基本求解途徑,得出求解方案,一部分的設(shè)計工作叫做概念設(shè)計[1]。概念設(shè)計在產(chǎn)品設(shè)計過程中占有非常重要的地位,類似于生物的基因,從質(zhì)的層面決定產(chǎn)品的品質(zhì)[2]。各大知名廠商諸如伊萊克斯、飛利浦、蘋果、寶馬等每年都投入大量的人力物力進(jìn)行相關(guān)領(lǐng)域的概念設(shè)計實驗,并定期推出概念產(chǎn)品展示活動,以求準(zhǔn)確把握未來市場的需求與動向,在產(chǎn)品競爭中立于引領(lǐng)地位,實現(xiàn)企業(yè)利潤最大化。
1 理論基礎(chǔ)
目前,國內(nèi)對概念產(chǎn)品設(shè)計理論研究的主體為高校,主要有浙江大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、河北工業(yè)大學(xué)等,主要的理論基礎(chǔ)有TRIZ、AD、QFD(質(zhì)量功能配置理論)理論,國家863 科技計劃和國家自然科學(xué)基金均資助了很多相關(guān)的研究課題。
浙江大學(xué)的馮培恩教授及其指導(dǎo)的研究生陳泳基于仿生學(xué)對概念產(chǎn)品設(shè)計方法學(xué)進(jìn)行了探索,為建立基于遺傳和重組的技術(shù)產(chǎn)品計算機(jī)輔助概念設(shè)計的新理論和方法做了探索性工作。
河北工業(yè)大學(xué)的檀潤華教授及其指導(dǎo)的研究生王永山基于QFD及TRIZ理論對概念產(chǎn)品設(shè)計進(jìn)行了研究,將QFD與TRIZ有機(jī)的結(jié)合,應(yīng)用QFD解決設(shè)計中做什么的問題(What),應(yīng)用TRIZ解決設(shè)計中如何做的問題(How),提升產(chǎn)品創(chuàng)新性。
以上對概念設(shè)計開發(fā)設(shè)計的研究雖然取得了一定了成效和進(jìn)展,但仍然存在很多問題,比如:產(chǎn)品未來概念僅僅從技術(shù)進(jìn)化規(guī)律層面研究是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,人們的審美、需求是多元、動態(tài)變化的,對未來需求的預(yù)測需要從文化、能源、環(huán)境等綜合大環(huán)境角度進(jìn)行研究;TRIZ理論解決具體工程問題很有效,但對建立豐富的、多元化的概念路線方面還有許多不足之處;此外現(xiàn)代產(chǎn)品的需求分析分為顯性需求分析和隱性需求分析兩個層面,蘋果公司、微軟公司、谷歌公司所創(chuàng)造的極富想象力的新產(chǎn)品顯現(xiàn)出對隱性需求分析的重要性,而上述研究都沒有涉及如何在概念產(chǎn)品研發(fā)中進(jìn)行隱性需求分析。
本課題針對上述問題提出基于功能技術(shù)矩陣的概念產(chǎn)品開發(fā)模式,并在需求分析階段引入TRIZ預(yù)測技術(shù)與未來預(yù)測理論相結(jié)合,針對隱性需求分析進(jìn)行相應(yīng)研究。
功能技術(shù)矩陣是一種非常直觀的表格,它將產(chǎn)品所有分功能及其對應(yīng)的所有可能實現(xiàn)途徑羅列其中,設(shè)計者可以借助于功能技術(shù)矩陣進(jìn)行各種組合,從中形成實現(xiàn)產(chǎn)品總功能的原理方案。功能技術(shù)矩陣為豐富產(chǎn)品開發(fā)方案、開拓設(shè)計思路、進(jìn)行方案評價提供了有效解決模式。
TRIZ起源于前蘇聯(lián),是俄語“發(fā)明問題解決理論”的縮寫,前蘇聯(lián)著名發(fā)明家阿奇舒勒所領(lǐng)導(dǎo)的研究機(jī)構(gòu)為研究人類進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造、解決技術(shù)難題過程中所遵循的科學(xué)原理和法則,分析了世界上近250萬件高水平的發(fā)明專利,并綜合多學(xué)科的原理和法則,形成了一套TRIZ理論體系(見圖1)[3]。此外,阿奇舒勒發(fā)現(xiàn),技術(shù)從結(jié)構(gòu)上可以進(jìn)行進(jìn)化,并總結(jié)出進(jìn)化的趨勢, 該進(jìn)化趨勢概括出:技術(shù)系統(tǒng)是按照剛體單鉸鏈多鉸鏈柔性體液體/氣體場的趨勢進(jìn)化,我們可以據(jù)此總結(jié)現(xiàn)在的產(chǎn)品技術(shù)處于技術(shù)進(jìn)化中的何種階段,并預(yù)測出該技術(shù)進(jìn)化的趨勢,從而在未來競爭中占得先機(jī)。例如,海爾集團(tuán)等就在積極研發(fā)替代機(jī)械洗衣的利用水電解與超聲波震蕩相結(jié)合的新型洗衣機(jī),這種新型洗衣機(jī)符合TRIZ技術(shù)進(jìn)化趨勢,能夠?qū)崿F(xiàn)省水、省電、省洗衣劑的要求。
* 福建工程學(xué)院教育科學(xué)規(guī)劃項目基金:“基于工作過程導(dǎo)向的創(chuàng)新設(shè)計課程教學(xué)模式研究”(GB-K-11-05)。
TRIZ有三種工具:①39個通用過程參數(shù)和40條發(fā)明原理;②物質(zhì)—場模型和76個標(biāo)準(zhǔn)解;③效應(yīng)原理解[4]。
圖1 TRIZ 理論體系關(guān)系
2 基于功能技術(shù)矩陣的概念產(chǎn)品開發(fā)模式
在概念產(chǎn)品設(shè)計過程中,對未來需求的準(zhǔn)確預(yù)測是成功的起點,準(zhǔn)確的設(shè)計定位可以為企業(yè)贏得市場先機(jī),在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)展的今天,單純利用現(xiàn)有的科技已經(jīng)不能適應(yīng)市場的競爭了,蘋果、Google等企業(yè)的經(jīng)驗告訴我們,現(xiàn)在的產(chǎn)品研發(fā)必需具有超前意識,產(chǎn)品開發(fā)的模式也必須進(jìn)行必要的調(diào)整;與此同時,如何將未來的需求用最低的成本、最令消費者滿意的形式進(jìn)行展現(xiàn)也是概念產(chǎn)品開發(fā)取得成功的另一關(guān)鍵。
隱性需求是與顯性需求相對的,隱性需求可以通過一定的轉(zhuǎn)化過程而表現(xiàn)為顯性需求從而被企業(yè)和用戶認(rèn)知。為了在激烈的市場競爭中贏得先機(jī),國際上比較知名的幾大企業(yè)甚至提出引導(dǎo)消費者生活習(xí)慣的設(shè)計口號,在這種背景下,如何挖掘隱性需求成為設(shè)計師必須解決的難題。因此,本課題在研究概念產(chǎn)品開發(fā)的需求分析過程中,引入需求預(yù)測概念——即通過TRIZ預(yù)測理論及未來環(huán)境預(yù)測、歸納,發(fā)掘用戶的隱性需求,以提升產(chǎn)品開發(fā)的創(chuàng)新性。
TRIZ技術(shù)進(jìn)化理論中包含10條定律(或模式)與多條進(jìn)化路線。這里的10條定律是指技術(shù)進(jìn)化的10個方向。技術(shù)進(jìn)化路線指出了某種技術(shù)進(jìn)化的狀態(tài)序列,實質(zhì)是技術(shù)如何從一種狀態(tài)移動到另一種新的狀態(tài),新舊狀態(tài)所完成的基本功能相同,但性能極限提高,或成本降低,即產(chǎn)品沿進(jìn)化路線進(jìn)化的過程是新舊技術(shù)更替的過程?;诋?dāng)前的產(chǎn)品技術(shù)所處的狀態(tài),按照進(jìn)化路線,通過設(shè)計,可使其移動到新的狀態(tài)?;赥RIZ中技術(shù)進(jìn)化理論的預(yù)測結(jié)果可以幫助企業(yè)確定新產(chǎn)品開發(fā)戰(zhàn)略機(jī)遇。
對未來進(jìn)行預(yù)測,主要通過分析推導(dǎo)得出預(yù)期的環(huán)境變化、用戶使用變化、審美、價值觀變化等。這要求在產(chǎn)品開發(fā)過程中,多咨詢、了解相關(guān)專家的科研預(yù)測成果,并對技術(shù)發(fā)展趨勢進(jìn)行充分調(diào)研,在后續(xù)的概念產(chǎn)品方案評價階段對新技術(shù)、新工藝等應(yīng)用于新產(chǎn)品中的提案進(jìn)行中立環(huán)境下分析。在確定了用戶的需求之后,如何將需求轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)隨之成為概念產(chǎn)品開發(fā)的關(guān)鍵,此過程也稱為求解過程,并且解的數(shù)量不是單一的,我們必須對解進(jìn)行評價、取舍。在系統(tǒng)論設(shè)計方法的指導(dǎo)下,本研究綜合產(chǎn)品開發(fā)中的單項技術(shù)、理論,并融入相關(guān)的預(yù)測技術(shù),將功能技術(shù)矩陣與創(chuàng)造性解決問題理論相結(jié)合,以得到新型創(chuàng)新設(shè)計解決模式,對概念創(chuàng)新設(shè)計提出新思路、指導(dǎo)一般性概念產(chǎn)品設(shè)計。
應(yīng)用于具體的概念產(chǎn)品開發(fā)過程中,本理論的操作流程為:獲取需求信息需求轉(zhuǎn)換為功能功能轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)方案評價。在此過程中,主要基于功能技術(shù)矩陣模型進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā),運用TRIZ理論進(jìn)行開發(fā)定位技術(shù)性預(yù)測、方案具體求解、方案評價。
2.1 需求設(shè)計
獲取需求信息:為獲得最充分、最全面的需求信息,產(chǎn)品研發(fā)團(tuán)隊?wèi)?yīng)對消費者進(jìn)行全面的需求調(diào)查,進(jìn)行必要的訪談與產(chǎn)品使用觀察實驗;同時,設(shè)計師進(jìn)行產(chǎn)品試用、專家訪談,以尋求產(chǎn)品缺陷及消費者潛在的需求。
獲取隱性需求:隱性需求是指人們還沒有意識到的、客觀存在的需求。這種需求通常是設(shè)計師本人通過敏銳的感覺能力、訓(xùn)練有素并且善于觀察和思考的頭腦產(chǎn)生出的需求信息。
隱性需求是概念產(chǎn)品贏得未來市場的基礎(chǔ),是概念產(chǎn)品研發(fā)的重中之重。獲取隱性需求的關(guān)鍵是進(jìn)行未來預(yù)測,這要求我們要洞悉未來社會的發(fā)展趨勢、人們的生活習(xí)慣、科技的動向、人們的審美等等, TRIZ中的技術(shù)進(jìn)化理論為我們對技術(shù)的發(fā)展提供了未來預(yù)測的可能。
2.2 需求轉(zhuǎn)換為功能功能轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)
按功能論設(shè)計方法進(jìn)行功能定義、功能分類、功能整理、形成功能技術(shù)矩陣。與傳統(tǒng)建立功能技術(shù)矩陣的方式不同,本研究模式融合了TRIZ創(chuàng)新理論原理(見圖2),可以在產(chǎn)品設(shè)計過程中提出盡可能多的、有效的設(shè)計方案,正確反映設(shè)計提案的成本與設(shè)計品質(zhì),為設(shè)計師及企業(yè)決策者提供清晰的選擇提案,可以有效提高產(chǎn)品設(shè)計方案的商業(yè)成功率、提升產(chǎn)品品質(zhì)。
圖2 TRIZ創(chuàng)新原理
具體操作步驟為:在建立功能技術(shù)矩陣過程中,先將前期的需求設(shè)計結(jié)果表述為具體的總體功能和分功能(與傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)過程不同,本研發(fā)模式為先確定理想的結(jié)果,不考慮具體的實現(xiàn)技術(shù)),運用TRIZ創(chuàng)新理論原理生成框架式的廣義上的解,再把設(shè)計知識、制造知識、商業(yè)運作知識等諸多方面融合在一起,最終形成更廣度范圍內(nèi)的創(chuàng)新設(shè)計方案,建立反映成本、設(shè)計品質(zhì)、實現(xiàn)途徑技術(shù)先進(jìn)性等選項的概念產(chǎn)品設(shè)計方案多維矩陣模型(見圖3),然后按照設(shè)定的權(quán)重對每個方案進(jìn)行評分(公式參照式(1)),評分最高的選定為設(shè)計方案,進(jìn)行產(chǎn)品量產(chǎn)、推廣。
Si=ΣkjCiI (i=1,2,…n;j=1,2,…m) 式(1)
其中:
Si——第i 項方案的綜合評分;
j——表示產(chǎn)品研發(fā)評價特性的指標(biāo)個數(shù);
kj——評價指標(biāo)為j 時所對應(yīng)的權(quán)重值;
i——產(chǎn)品分功能項;
I——可以實現(xiàn)產(chǎn)品分功能i項的技術(shù)途徑項;
CiI——多維矩陣模型中可以實現(xiàn)產(chǎn)品分功能i項的技術(shù)途徑項I的分值。
圖3 概念產(chǎn)品設(shè)計方案多維矩陣模型
在利用“基于TRIZ、功能技術(shù)矩陣的概念產(chǎn)品開發(fā)模式”過程中,進(jìn)行功能轉(zhuǎn)換時,會遇到各種技術(shù)矛盾或物理矛盾,TRIZ技術(shù)提供了系統(tǒng)的解決方案,融合本多維矩陣模型的方案評價體系,按如下步驟進(jìn)行:
(1)進(jìn)行問題分析;
(2)確定理想狀態(tài)產(chǎn)品所要具備的功能,包括總功能及各個分功能;
(3)查找效應(yīng)庫,解決各功能需求;
(4)對所得出的各個方案選取成本、技術(shù)先進(jìn)性、品質(zhì)、美學(xué)評價等方面進(jìn)行綜合評價,利用前文提到的方案權(quán)重綜合評價公式進(jìn)行評分,優(yōu)選分值最高的方案。
關(guān)鍵詞:工業(yè)設(shè)計;產(chǎn)品概念設(shè)計;技術(shù)創(chuàng)新
中圖分類號:TB47 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-7712 (2013) 22-0000-01
一、引言
當(dāng)今世界,工業(yè)設(shè)計水平的高低是衡量國家和地區(qū)工業(yè)創(chuàng)新能力和競爭能力的重要指標(biāo)。工業(yè)設(shè)計中人們運用科技知識和方法,創(chuàng)造構(gòu)思出各種各樣的產(chǎn)品,幾乎涉及到人類活動的全部領(lǐng)域。概念設(shè)計作為工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),越來越受到人們的重視。
二、工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域中的概念設(shè)計
(一)工業(yè)設(shè)計
工業(yè)設(shè)計(Industrial Design,簡稱ID)又叫工業(yè)造型設(shè)計。當(dāng)今世界各國已將工業(yè)設(shè)計作為本國的基本國策,成為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的一項重要措施。日本依靠工業(yè)設(shè)計為研發(fā)方向,開發(fā)出輕薄短小、設(shè)計新穎、符合用戶審美觀念的商品,從而使其立足于競爭激烈的國際市場。一個國家或者企業(yè)的工業(yè)設(shè)計水平直接決定了其新產(chǎn)品能否被社會、被市場、被消費者所接受。
(二)工業(yè)產(chǎn)品概念設(shè)計
隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,設(shè)備和產(chǎn)品的功能與結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜,產(chǎn)品設(shè)計在整個生命周期內(nèi)占有越來越重要的位置。概念設(shè)計具有十分廣泛而深刻的內(nèi)涵,我們不能將其簡單地理解為過去的方案設(shè)計。概念設(shè)計的過程是一個發(fā)散思維和創(chuàng)新設(shè)計的過程,是一個滿足各項指標(biāo)的過程,并且當(dāng)存在多種備選方案時,通過概念設(shè)計這一環(huán)節(jié)可以給出一個最優(yōu)的方案。在概念設(shè)計的設(shè)計過程中,要求設(shè)計人員具備先進(jìn)制造技術(shù)、現(xiàn)代設(shè)計方法、專業(yè)理論、商用運作等方面知識。
(三)概念設(shè)計作用和特性
概念設(shè)計的最主要作用在于產(chǎn)品設(shè)計的創(chuàng)新,如果沒有新的創(chuàng)意,概念設(shè)計也就失去了它的意義;概念設(shè)計具有提升企業(yè)形象的作用,因為它可以代表未來產(chǎn)品的流行趨勢,具有一定的超前性,使人很容易聯(lián)想到設(shè)計它的企業(yè)所具有的產(chǎn)品研發(fā)實力,所以有些企業(yè)開發(fā)概念產(chǎn)品用于企業(yè)的廣告宣傳,以達(dá)到提升企業(yè)整體形象的目的;概念設(shè)計還有方便企業(yè)內(nèi)部各部門在新產(chǎn)品上市前的協(xié)調(diào)與溝通的作用,從而降低新產(chǎn)品開發(fā)的風(fēng)險。
概念設(shè)計具有如下特性:(1)創(chuàng)新性。概念設(shè)計真正靈魂是創(chuàng)新。提高企業(yè)以及設(shè)計人員的創(chuàng)新能力才有可能得到、結(jié)構(gòu)新穎、性能優(yōu)良的工業(yè)產(chǎn)品,從而提高用戶支持率,為企業(yè)創(chuàng)造效益。(2)層次性。對于概念設(shè)計的層次性主要體現(xiàn)在下述兩個方面:功能層以及載體結(jié)構(gòu)層是概念設(shè)計的作用對象,并且在物理結(jié)構(gòu)層上完成映射。例如,功能層上功能有功能定義以及功能分解,而結(jié)構(gòu)層上的功能包括結(jié)構(gòu)修改、結(jié)構(gòu)變異,由于存在的映射關(guān)系,將兩層聯(lián)系在一起;功能層和結(jié)構(gòu)層上存在相對獨立的層次關(guān)系。結(jié)構(gòu)的層次性受功能的層次性限制,不同層次的功能對應(yīng)著不同層次的功能。例如,功能從某一個層次向其下一個遞進(jìn)就是功能分解。(3)多樣性。產(chǎn)品多樣性的設(shè)計路徑以及設(shè)計結(jié)果充分體現(xiàn)了多樣性的概念設(shè)計。根據(jù)定義功能、分解功能以及工作原理的不同,會產(chǎn)生完全不同的設(shè)計思路和設(shè)計方法,從而在功能載體的設(shè)計上產(chǎn)生完全不同的解決方案。例如變速器的設(shè)計有兩種完全不同的設(shè)計結(jié)果,即手動式和自動式。
三、概念設(shè)計三要素
當(dāng)完成概念設(shè)計初步工作時,還要考慮能否進(jìn)行詳細(xì)的制造設(shè)計以及日后能否投入市場為企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益等方面因素。設(shè)計師設(shè)計出來的概念產(chǎn)品與市場也許有許多差距,如何縮短這樣的差距,解決這樣的難題,最關(guān)鍵的是要具有創(chuàng)新點,能被市場上的消費者接受。所以,本文提出概念設(shè)計的三要素為創(chuàng)新性技術(shù)、創(chuàng)造性思維以及計算機(jī)虛擬現(xiàn)實技術(shù)在設(shè)計過程中的應(yīng)用。
(一)創(chuàng)新性技術(shù)
概念設(shè)計中技術(shù)創(chuàng)新是指由于現(xiàn)有產(chǎn)品不能滿足用戶的需求,激發(fā)設(shè)計者發(fā)現(xiàn)新事物、提出新思想,從而產(chǎn)生新穎的構(gòu)思與創(chuàng)見。單純的技術(shù)創(chuàng)新毫無意義,當(dāng)技術(shù)與產(chǎn)品結(jié)合在一起,才會創(chuàng)造出其應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)效益。所以,產(chǎn)品設(shè)計初級階段就要進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。
(二)創(chuàng)造性思維
創(chuàng)造性思維,是一種具有開創(chuàng)意義的思維活動,即開拓人類認(rèn)識新領(lǐng)域、開創(chuàng)人類認(rèn)識新成果的思維活動。要設(shè)計就要有創(chuàng)新,而創(chuàng)新正是設(shè)計人員進(jìn)行創(chuàng)造性思維的結(jié)果。在工業(yè)設(shè)計中,設(shè)計人員要以感知、思維、思考、聯(lián)想、理解等能力為基礎(chǔ),善于捕捉思維的閃光點,合理大膽的聯(lián)想,這樣才有可能設(shè)計出獨特、新穎、有創(chuàng)意的產(chǎn)品。
(三)計算機(jī)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用
目前,計算機(jī)輔助設(shè)計已經(jīng)深入發(fā)展并得到廣泛應(yīng)用,如果僅僅依靠設(shè)計人員進(jìn)行概念設(shè)計,將會制約它的進(jìn)展和應(yīng)用。為了充分發(fā)揮設(shè)計人員的創(chuàng)造性,將虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng),將概念設(shè)計和虛擬現(xiàn)實技術(shù)有效結(jié)合,利用豐富直觀地交互手段,在虛擬環(huán)境中進(jìn)行概念設(shè)計。如采用“頭腦風(fēng)暴法”進(jìn)行方案創(chuàng)意,可以針對不同的用戶需求,在不同的虛擬環(huán)境中融入體驗設(shè)計思想,讓用戶可以體驗修改模型的感受,從而根據(jù)用戶的“真實”感受和建議,對模型進(jìn)行更加合理的修改及完善,達(dá)到最優(yōu)化的目的。
四、小結(jié)
產(chǎn)品體現(xiàn)著用戶對某些功能的需求,產(chǎn)品設(shè)計的目的就是實現(xiàn)產(chǎn)品的功能,而功能的載體是產(chǎn)品的物理結(jié)構(gòu)。作為設(shè)計者要駕馭物理產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與功能兩者之間的關(guān)系,使其能更好的表達(dá)給用戶。這就是概念設(shè)計所要解決的問題。概念設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計中最重要的一環(huán),也是提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本和提高企業(yè)競爭力的主要手段。為改善我國工業(yè)設(shè)計落后、缺乏競爭力的被動局面,必須重視產(chǎn)品的概念設(shè)計。
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關(guān)鍵詞:機(jī)電一體化;產(chǎn)品創(chuàng)新;概念設(shè)計
機(jī)電一體化產(chǎn)品的概念設(shè)計有著極其豐富的內(nèi)容,同時也是產(chǎn)品在整個生產(chǎn)過程內(nèi)最具創(chuàng)造性的階段。其中,包含的原理與方法論對相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)者起到關(guān)鍵的引導(dǎo)效用。因此,對機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新性概念設(shè)計進(jìn)行探索,具有十分重要的現(xiàn)實意義。
1機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計的概述
1.1機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計的內(nèi)容
機(jī)電一體化產(chǎn)品是在機(jī)電一體化基礎(chǔ)上建立起的包含系統(tǒng)與構(gòu)件、基本元內(nèi)容的集合,而機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計的含義則是依據(jù)產(chǎn)品使用周期中各個環(huán)節(jié)所需要求對產(chǎn)品實施功能改造、分析和子功能開發(fā),進(jìn)而實現(xiàn)其滿足功能結(jié)構(gòu)要求的系統(tǒng)化設(shè)計活動。這種設(shè)計工作的過程包括前期規(guī)劃、設(shè)計概念以及對計劃進(jìn)行詳細(xì)化和豐富化,并加以改進(jìn)補充。機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計過程中的程式化內(nèi)容可以通過計算機(jī)技術(shù)代為實現(xiàn),但除此之外難以被程式化的方面還需產(chǎn)品設(shè)計人員通過人工設(shè)計逐步完成。通過構(gòu)建人機(jī)協(xié)同的概念設(shè)計理念,對其功能與組織開發(fā)的過程按照模塊化思想進(jìn)行劃分,以此實現(xiàn)這一設(shè)計工作的層次性、協(xié)調(diào)性。目前,發(fā)達(dá)國家對機(jī)電一體化概念設(shè)計的深入研究大體集中于其調(diào)控系統(tǒng)的設(shè)計。機(jī)電一體化的理念自1971年被提出以來,經(jīng)過幾十年的發(fā)展,內(nèi)容也在逐步豐富,尤其在科技快速發(fā)展的今天,廣闊的市場空間與消費需求的升級,更加迫使機(jī)電一體化產(chǎn)品對自身性能、可靠程度提出更高要求。而計算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)、傳感技術(shù)、AI技術(shù)、微電子技術(shù)、新材料技術(shù)、集成技術(shù)以及其他相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步,都為機(jī)電一體化產(chǎn)品的革新打下了技術(shù)根基,使得機(jī)電一體化產(chǎn)品朝著更優(yōu)質(zhì)、更高效的方向邁進(jìn)。
1.2機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新概念設(shè)計的意義
機(jī)電一體化產(chǎn)品的創(chuàng)新型概念設(shè)計本身有著重要作用,其既是產(chǎn)品品質(zhì)的深層內(nèi)容,又是其功能屬性得以發(fā)揮的保障,對其本身質(zhì)量的影響也約占60%~70%。因此,建成機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設(shè)計具有極其顯著的意義。簡要概括,主要包括以下三方面內(nèi)容。第一,創(chuàng)新機(jī)電一體化產(chǎn)品的概念設(shè)計是保障機(jī)電一體化產(chǎn)品品質(zhì)的必要性要求。機(jī)電一體化體系具有多種學(xué)科互相交叉、集成融合的特點,本身具有著復(fù)雜內(nèi)涵。因此,現(xiàn)今許多的機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計并不適應(yīng)機(jī)電一體化技術(shù)本身的特色,難以做到根據(jù)機(jī)電一體化技術(shù)特征隨之作出應(yīng)對。第二,機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計的創(chuàng)新促使其理論體系得到發(fā)展。要創(chuàng)新這一概念設(shè)計,必將建立新的方式、理論基礎(chǔ)。只有在合理、可靠的概念設(shè)計基礎(chǔ)上,才能使之收獲具有優(yōu)異性能的機(jī)電一化體產(chǎn)品。再加之如今概念設(shè)計的思想理念獲得了社會中乃至整個世界越來越多的關(guān)注與認(rèn)同,如QFD理論、公理化理論、TRIZ理論等設(shè)計理論的建立,對于推動創(chuàng)新機(jī)電一體化產(chǎn)的概念設(shè)計發(fā)展起到了不可忽略的效用,進(jìn)一步促進(jìn)了機(jī)電一體化技術(shù)體系的建立和機(jī)電一體化技術(shù)的完善。第三,機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新概念設(shè)計對于生產(chǎn)能力與工作質(zhì)量的提高起到切實的幫助作用。許多機(jī)電一體化產(chǎn)品都帶有自動處理、調(diào)節(jié)的功效,通過這些能力的實現(xiàn),能夠保證工作質(zhì)量與效率的穩(wěn)步提升。例如,在數(shù)控機(jī)床的使用過程中,其生產(chǎn)效率要高出普通基礎(chǔ)5~6倍,并能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)床數(shù)量減少50%,節(jié)省50%操作人員的效能,生產(chǎn)周期也能縮短40%,進(jìn)而使得生產(chǎn)成本降低50%左右。
2機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新概念設(shè)計理論
2.1機(jī)電一體化產(chǎn)品應(yīng)用到的系統(tǒng)原理
機(jī)電一體化系統(tǒng)是該類產(chǎn)品中最為重要的基礎(chǔ)。就其本質(zhì)來說。它算是一種復(fù)雜機(jī)械,但與普通的機(jī)械相比還有著顯著區(qū)分。機(jī)電一體化體系是通過在機(jī)構(gòu)的動力功效、信息功效、控制功效以及主功能方面引入先進(jìn)的電子技術(shù),并使之與軟件相互聯(lián)合形成的一類新型機(jī)械系統(tǒng)。就其功能來說,機(jī)電一體化系統(tǒng)包含機(jī)械力、能量流、運動力等多種動力學(xué)有關(guān)的特殊機(jī)械,以及一些機(jī)電部件互相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)。其中,機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心又在于集成協(xié)調(diào)各種技術(shù),通過對機(jī)械工程、控制系統(tǒng)、計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、電工技術(shù)等多項技術(shù)的聯(lián)合利用,實現(xiàn)其運動行為可控的目標(biāo),而不僅簡單對各項技術(shù)進(jìn)行拼湊堆積。這也是利用計算機(jī)的調(diào)節(jié)和處理能力,實現(xiàn)驅(qū)動元件可控特征的現(xiàn)代化機(jī)械系統(tǒng)。有關(guān)機(jī)電系統(tǒng)化原理的研究主要包含三方面內(nèi)容。第一,三環(huán)論。研究者認(rèn)為,機(jī)電一體化產(chǎn)品可以劃分為電子、機(jī)械、軟件三項功能模塊。第二,五塊論。通常視機(jī)電一體化產(chǎn)品是由動力功能、控制功能、構(gòu)造功能、操作功能和傳感檢測五個功能模塊組成的。第三,兩個子系統(tǒng)理論。研究人員認(rèn)為,機(jī)電一體化系統(tǒng)是由控制系統(tǒng)和物理系統(tǒng)兩項分支系統(tǒng)共同組成的。以上三種理論的提出具有重要意義,但同時也有著較大的局限性。三者立足于控制和電力兩部分,但沒有對機(jī)械主體加以強(qiáng)調(diào),也并未對處理好機(jī)電一體化系統(tǒng)的概念設(shè)計中出現(xiàn)的復(fù)雜性、多面性和模糊性等問題提出方法。因此,這些理論對該類產(chǎn)品的概念設(shè)計不能起到重要作用。在概念設(shè)計實際工作中,機(jī)電一體化系統(tǒng)往往會被劃分為傳感檢測、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信息控制處理三個子系統(tǒng)。通過這三個子系統(tǒng)的系統(tǒng)分工,各自完成信息檢測、機(jī)械運動與信息控制的工作,這種分工方式才能真正實現(xiàn)該系統(tǒng)中各項功能的優(yōu)化和最佳效果的發(fā)揮,并以此獲得機(jī)電一體化系統(tǒng)的概念設(shè)計合理的相關(guān)方案。
2.2機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設(shè)計方法
對機(jī)電一體化產(chǎn)品而言,其概念設(shè)計是許多領(lǐng)域內(nèi)知識、技術(shù)之間的交織融合,具有新穎復(fù)雜、反復(fù)迭代、目標(biāo)多解、結(jié)構(gòu)不良等特點。滿足機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計的創(chuàng)新,關(guān)鍵在于發(fā)揮設(shè)計者的主觀能動性,通過展現(xiàn)設(shè)計智慧,滿足創(chuàng)新性的要求。要實現(xiàn)這一目標(biāo),主要在于實現(xiàn)人機(jī)協(xié)調(diào)配合。計算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步,促使人們對人工智能提出新的期待。但創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計這類任務(wù),主要還得依靠人類的智能實現(xiàn)。機(jī)電一體系統(tǒng)也是人機(jī)協(xié)同系統(tǒng),通過對設(shè)計者與計算機(jī)的分工,來達(dá)到創(chuàng)新概念設(shè)計的目的。機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計創(chuàng)新主要方法包括三方面內(nèi)容。第一,落實人才戰(zhàn)略,培養(yǎng)專業(yè)性人才。科技競爭最終都會落實在人才競爭上。要實現(xiàn)機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計的創(chuàng)新,人才供應(yīng)是重要保障。機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)人才在制造行業(yè)占據(jù)就業(yè)滿意度第三位的好名次,就業(yè)率更是高達(dá)100%。因此,加強(qiáng)專業(yè)人才培養(yǎng)更有著多方面的積極意義,國家以及機(jī)電行業(yè)要在培養(yǎng)、優(yōu)化道路中貢獻(xiàn)出更多力量,從多方面對學(xué)生展開培訓(xùn)工作,以此實現(xiàn)增強(qiáng)研究者、開發(fā)者、設(shè)計者以及其他相關(guān)從業(yè)人員素質(zhì)的目的。第二,努力拓寬供應(yīng)市場,嚴(yán)守質(zhì)量關(guān)。市場是檢驗產(chǎn)品的試金石,將機(jī)電一體化產(chǎn)品投放到市場中,一方面保障其生命周期能夠?qū)崿F(xiàn),另一方面通過買方對產(chǎn)品性能體驗所作反饋也對產(chǎn)品研發(fā)起到反作用力的效果,使其優(yōu)點得以保存、延續(xù),缺點得到改良、進(jìn)化,從而不斷促進(jìn)機(jī)電一體化產(chǎn)品性能的整體提升。第三,將環(huán)保技術(shù)納入機(jī)電一體化的發(fā)展策略中。機(jī)械技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、電力技術(shù)等多種技術(shù)的應(yīng)用,往往會伴隨著電子、機(jī)械污染的問題。在機(jī)電一體化產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中,無可避免也會產(chǎn)生一些污染物。因此,設(shè)計者在設(shè)計研發(fā)過程中要考慮到環(huán)保問題,讓機(jī)電一體化產(chǎn)品朝著節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展,以施行環(huán)保、可持續(xù)的發(fā)展策略為其提供方法指引。通過一些環(huán)保設(shè)施和環(huán)??萍嫉膶嵭?,有效遏制資源浪費、污染物增多的問題。當(dāng)實際運行過程中出現(xiàn)技術(shù)故障時,也可以反復(fù)利用一些資源,以減少資源、材料的消耗。相關(guān)生產(chǎn)負(fù)責(zé)人還應(yīng)主動淘汰一些產(chǎn)能落后的設(shè)備、產(chǎn)品,以此改變過去投入高、輸出高的模式,最終實現(xiàn)發(fā)展的可持續(xù),使人們擁有健康的生存環(huán)境。
2.3機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設(shè)計的發(fā)展展望
機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設(shè)計主要發(fā)展在于理論的進(jìn)步。雖然機(jī)電一體化體系中依舊存在許多問題需要加強(qiáng)分析、研究,但其發(fā)展總趨勢還是積極向上的。概括有五方面內(nèi)容:第一,根據(jù)被測物理量,建立傳感器特點和類型的知識庫;第二,構(gòu)建與機(jī)電一體化產(chǎn)品的概念設(shè)計相關(guān)的推理方法庫;第三,將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實現(xiàn)運動與動作進(jìn)行分類,構(gòu)建執(zhí)行機(jī)構(gòu)庫和驅(qū)動元件庫,以促進(jìn)驅(qū)動元件、執(zhí)行、傳動機(jī)構(gòu)和兩者的集成選擇實行;第四,實現(xiàn)對該類產(chǎn)品概念設(shè)計在各個環(huán)節(jié)評價體系的建立,尤其在概念設(shè)計初期中構(gòu)建對功能原理設(shè)計環(huán)節(jié)的評價體系;第五,構(gòu)建調(diào)節(jié)和控制信息的資料庫,以促進(jìn)挑選硬件和編制軟件中對機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)高效管控的實現(xiàn)。隨著機(jī)電技術(shù)與各項科技的快速進(jìn)步以及機(jī)電一體化研究的逐步深入,促使機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計的理論體系更加豐富,并具有更為強(qiáng)大的實用功能和操作功能,從而順利實現(xiàn)對機(jī)電一體化產(chǎn)品的創(chuàng)新與研發(fā)。
3結(jié)束語
機(jī)電一體化產(chǎn)品的研究雖然已經(jīng)取得了較為矚目的成績,但關(guān)于機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計的研究成果目前依然處于初級階段,仍需要相關(guān)從業(yè)者不斷加強(qiáng)探索、創(chuàng)新,通過大量細(xì)致的實踐研究工作,促進(jìn)機(jī)電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新概念設(shè)計的完善和成熟,并最終實現(xiàn)其優(yōu)異的實用價值。
作者:王中元 單位:內(nèi)蒙古機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院
參考文獻(xiàn):
當(dāng)前,已經(jīng)存在很多關(guān)于形狀建模技術(shù)的工作,本文主要針對建模技術(shù)在設(shè)計過程中的應(yīng)用,因此交互式建模技術(shù)為本文主要關(guān)注對象.為了更好地輔助設(shè)計,用戶(設(shè)計師)參與已經(jīng)廣泛地被應(yīng)用于CAD系統(tǒng)中.通過與用戶合作,基于用戶智能知識,建模技術(shù)能夠承擔(dān)大范圍模型建立項目,例如交互式街道建??蚣埽?].新的用戶輸入設(shè)備也被用來提高用戶與系統(tǒng)之間的交流.FreeDrawer[10]是一款草圖系統(tǒng),能夠采用基于樣條曲線的自由曲面的繪制.用戶通過磁性筆在虛擬的環(huán)境內(nèi)繪制曲線,所繪制的圖像能夠被系統(tǒng)及時接收和顯示.SurfaceDrawing[11]是一款根據(jù)手的運動路徑來產(chǎn)生有機(jī)三維形狀的軟件.操作手的行為能夠通過磁性裝置被系統(tǒng)感知并用來產(chǎn)生幾何形狀.ScanModeling系統(tǒng)采用名為“Wakucon”的輸入設(shè)備通過掃描真實物體進(jìn)行三維形狀生成.通過高科技設(shè)備,用戶?設(shè)計師們能夠在虛擬真實的環(huán)境內(nèi)進(jìn)行交互式的繪制和建模工作.和這些研究相比,本文更關(guān)注設(shè)計信息的雙向交互.也就是當(dāng)設(shè)計師運用本文提出的方法完成設(shè)計時,其設(shè)計知識能夠被系統(tǒng)感知并保存下來,通過自動化衍生機(jī)制進(jìn)行設(shè)計探索.與其他類似研究不同的是,設(shè)計知識不是由工程人員或研究人員后期分析產(chǎn)生,而是直接獲取自設(shè)計師的設(shè)計過程中.本文提出的方法可以自動完成設(shè)計知識獲取和轉(zhuǎn)化過程.形狀文法能夠通過語法系統(tǒng)將設(shè)計表示為2D?3D的可視化形狀(shape)及迭代算法過程(rule)[13].基于規(guī)則的框架結(jié)構(gòu)能夠給用戶提供設(shè)計知識和可視化之間的接口.CGA形狀[14]采用過程建模方法應(yīng)用于建筑領(lǐng)域,允許用戶通過指定建模模塊進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計.壯族形狀文法[15]采用基于網(wǎng)格的形式表示自由、平滑的形狀.通過2D圖案生成表達(dá)用戶的主觀感受[16].衍生設(shè)計方法結(jié)合形狀文法已經(jīng)應(yīng)用于電話衍生設(shè)計中.在上述研究的基礎(chǔ)上,本文對傳統(tǒng)形狀文法進(jìn)行了改進(jìn),提出3種類別的規(guī)則并用來在設(shè)計過程中對設(shè)計信息進(jìn)行表示和傳遞.
2動態(tài)形狀表示
在設(shè)計方案產(chǎn)生之前,設(shè)計過程充滿了變數(shù).設(shè)計師通過其行為表達(dá)他們的設(shè)計思想,并用來建立設(shè)計概念模型.為了更加接近這一自然設(shè)計過程,本文介紹了一種新的形狀表示法———DSR.DSR形狀通過基本設(shè)計行為對目標(biāo)形狀進(jìn)行描述和表示.形狀文法通過其定義的規(guī)則集對設(shè)計目標(biāo)進(jìn)行描繪.規(guī)則可以表示為:AB,即,形狀A(yù)被替換為形狀B或B的任意形狀子集.一次規(guī)則的應(yīng)用表示一次形狀由A到B的替換.但是,在這一規(guī)則中,形狀如何由A變?yōu)锽的過程是無法體現(xiàn)的.換句話說,形狀由A變?yōu)锽的過程被其結(jié)果所表示.如果能夠表示變化過程而不僅僅是變化結(jié)果,其動態(tài)的過程信息就可以被用在不同的初始形狀A(yù)′中,來產(chǎn)生更多的新形狀{B1,B2,…,Bn}.這也就是本文提出DSR形狀的基本思想.本文定義了9個類別的基本形狀規(guī)則———ElementalRule[3](簡稱ER).通過對于三維形狀操作的研究[18],9類ER群體能夠基本覆蓋所有的形狀操作需求,例如Add(添加)、Delete(刪除)、Cutvertices(部分刪除)和Cutedges(部分刪除).通過上述4類基本形狀操作,本文選用矩形和球作為基本圖元,可以產(chǎn)生9種不同種類的ER規(guī)則[3].大多數(shù)形狀都可以通過這些ER規(guī)則的結(jié)合使用進(jìn)行表示.除了正交的形狀,對于具有曲線表面的形狀,可以通過球體作為基本圖元進(jìn)行生成.定義1.DSR形狀.DSR形狀是一種有限的形狀元素集,通過以特定順序應(yīng)用ER規(guī)則進(jìn)行生成.一個DSR形狀可以被形式化表示為形狀元素集與有序的ER規(guī)則應(yīng)用序列,{S*|ER(i1),ER(i2),…,ER(in)}.S*[19]表示初始形狀或其任意的子集,一般被用來表示ER規(guī)則的左半部分.傳統(tǒng)的規(guī)則應(yīng)用方法為形狀替代[15],這在基于ER規(guī)則應(yīng)用過程中,會對具有光滑曲面特征的形狀的外觀造成破壞[3].因此,本文提出一種新的規(guī)則應(yīng)用模式———行為捕獲模式(actioncapturemode,ACM).定義2.行為捕捉模式(ACM).行為捕捉模式能夠在保證原有形狀外觀不被破壞的前提下,保留規(guī)則變化意圖.基于物體最小包圍盒,生成物體的形狀為目標(biāo)形狀與規(guī)則右邊形狀的布爾交運算(SObject_Left∩SRule_Right).通過ACM應(yīng)用模式,DSR形狀能夠表示一個規(guī)則應(yīng)用后的形狀變化過程(從規(guī)則的左半部分變?yōu)橛野氩糠郑@確保規(guī)則的應(yīng)用可以不受目標(biāo)形狀的幾何復(fù)雜性約束.換句話說,當(dāng)產(chǎn)生一個DSR形狀規(guī)則后,它可以被應(yīng)用到不同的初始形狀,從而產(chǎn)生不同效果.這與設(shè)計過程的模糊性相吻合.這里通過一個案例展示應(yīng)用ACM模式后的形狀變化.本文邀請一位設(shè)計師設(shè)計了一個概念化的椅子模型,如圖1所示.簡潔和造型的流暢性是唯一對于該造型的前期要求.通過DSR規(guī)則,椅子的概念模型可以通過DSR形狀進(jìn)行表示.通過圖1所示的DSR規(guī)則可以清楚地看到,椅子模型是由一個立方體變化產(chǎn)生.基于ACM應(yīng)用模式,可以將圖1所示的DSR規(guī)則應(yīng)用到不同初始形狀上,例如杯子形、圓柱體、蘋果形狀和平頭截體,如圖2所示.因為DSR形狀能夠以動態(tài)的形式表示,即形狀的產(chǎn)生過程可以記錄在DSR形狀中.因此,基于DSR的規(guī)則能夠應(yīng)用到不同的初始形狀從而產(chǎn)生更多的新設(shè)計模型.如上面案例所示,設(shè)計行為(從一個實體產(chǎn)生一把椅子)通過DSR形狀保存了下來.在ACM模式的應(yīng)用下,該設(shè)計行為能夠應(yīng)用到不同的初始群體,產(chǎn)生不同效果的椅子模型.下面通過一個小規(guī)模的問卷調(diào)查,對新設(shè)計模型的效果進(jìn)行評價.200位侯選者被選來進(jìn)行關(guān)于新模型效果的問卷調(diào)查.其中有170位年齡在20~30歲之間的學(xué)生,以及30位具有3~5年專業(yè)設(shè)計經(jīng)驗的設(shè)計師.問卷調(diào)查包括4個問題:1)請比較圖1與圖2中的椅子模型是否相似?2)圖2中的椅子能否由圖1中的椅子經(jīng)過推理得到?3)請根據(jù)圖1中的椅子形狀,根據(jù)自己的理解進(jìn)行模型再現(xiàn).請通過草圖的形式對設(shè)計過程進(jìn)行可視化.4)請分別從審美、新穎和舒適度3方面對上述5個椅子模型進(jìn)行評價.在訪問調(diào)查過程中,僅將圖1和圖2中規(guī)則的右半部分展現(xiàn)給問卷參與者.調(diào)查結(jié)果顯示:對于問題1),136人認(rèn)為相似而52人認(rèn)為不相似,其余沒有意見.對于問題2),超過60%的參與者認(rèn)為可以通過推理的方式獲得,并表示這些椅子具有某些潛在的關(guān)聯(lián).對于問題3),雖然面對相同的椅子模型,不同的參與者給出了多種多樣的生成方法.換句話說,雖然最終模型相同,但是生成的過程卻是多種多樣的.“自頂向下”的設(shè)計模式被廣泛采用.對于問題4),“蘋果型”的椅子被多數(shù)人認(rèn)為最好看和有新意,圖2中的椅子模型被認(rèn)為最舒適.調(diào)查后,當(dāng)參與者知道4個新椅子模型是由同一模型推理產(chǎn)生時,都在不同程度上表示了驚訝.他們表示:從同一個模型推理出全部4個新模型對他們來說是非常困難的.這也從側(cè)面表現(xiàn)出DSR形狀的提出能夠反映出設(shè)計過程中的突發(fā)性特征.目前,通過ER規(guī)則庫和ACM應(yīng)用模式,能夠產(chǎn)生多種多樣的三維設(shè)計模型,如圖3所示.
3DSR形狀文法設(shè)計語言
定義3.DSR形狀文法.DSR形狀文法是一個四元集{S,L,R,I},其中:1)S是DSR形狀的有限集合;2)L是標(biāo)簽的有限集合,用于控制形狀文法在時間和空間上的推進(jìn);3)R是DSR規(guī)則的有限集合;4)I是一個自由實體,作為形狀文法應(yīng)用的起點,稱為初始形狀.在DSR形狀文法中,設(shè)計過程能夠通過形狀集和規(guī)則集進(jìn)行表示,進(jìn)而形成設(shè)計語言[20].由于DSR形狀可以表示動態(tài)設(shè)計信息(設(shè)計行為),因此該設(shè)計語言可以表現(xiàn)設(shè)計師有意識的行為和思想.在工程設(shè)計中,設(shè)計過程開始自包含設(shè)計問題分析、設(shè)計解空間解析、設(shè)計表達(dá)和結(jié)果可視化在內(nèi)的多個循環(huán).因此在DSR設(shè)計文法中,本文建立了有結(jié)構(gòu)的規(guī)則系統(tǒng)來表示設(shè)計思路。在DSR形狀文法中包括3種類型的規(guī)則:DSR規(guī)則、輔助規(guī)則(auxiliaryrule)和布局規(guī)則(layoutrule).DSR規(guī)則是用來在設(shè)計過程中產(chǎn)生形狀變化.物理方面的形狀變化可以被DSR形狀表示并保存.輔助規(guī)則主要是用來處理通用的三維模型操作:‘拉伸’、‘縮放’、‘旋轉(zhuǎn)’、‘扭曲’等.在設(shè)計過程中,設(shè)計師會在最終方案確定之前不停地做出決定,關(guān)于當(dāng)前設(shè)計模型的評價和接下來的修改會對整體設(shè)計產(chǎn)生什么影響?通常來說,對于整體設(shè)計產(chǎn)生的影響將會起到主要作用.因此,這種決定將會一直循環(huán),直至滿意的設(shè)計方案產(chǎn)生.類似于真實的設(shè)計過程,布局規(guī)則主要用于指定當(dāng)前形狀和整體模型的關(guān)聯(lián)和影響.2類特殊的功能規(guī)則被采用:“SliceRule”和“CombineRule”.通過這2個功能規(guī)則,模型可以被分解、合并為任意的子形狀用來承載DSR規(guī)則和輔助規(guī)則的運用.因為設(shè)計過程不是直線型推進(jìn),而是螺旋型推進(jìn)的,本文提出針對布局規(guī)則的3種關(guān)系。圖5a所示的‘梯子’關(guān)系表示設(shè)計過程中的因果關(guān)系:Step2發(fā)生是由于Step1引起的,后面步驟的產(chǎn)生是由于其前面步驟而產(chǎn)生的.在設(shè)計中,前后的因果關(guān)系并不僅僅具有線性繼承和相鄰繼承,也就是說,前面n代的步驟都會對第n+1代的產(chǎn)生具有影響.并且,其影響并不是隨著相隔代數(shù)的增加而減少(設(shè)計突發(fā)性).圖5b所示的交叉關(guān)系體現(xiàn)了設(shè)計過程中的選擇性.在上一步的布局行為產(chǎn)生后,有可能會產(chǎn)生多種潛在的設(shè)計推進(jìn)方法(Step2~Stepn).圖5c所示的平行關(guān)系體現(xiàn)的是設(shè)計過程中的分離行為,即設(shè)計步驟A1,A2與B1,B2之間的推進(jìn)是弱連通的,之間沒有必然的聯(lián)系.當(dāng)然,在設(shè)計過程中,每一種類型并不具有清晰的分割,而常常是多種關(guān)系交錯發(fā)生在同一設(shè)計過程中的.本文將圖1所示的椅子概念的設(shè)計作為案例來表現(xiàn)DSR形狀文法的應(yīng)用之一.通過上述調(diào)查問卷,作者邀請了很多職業(yè)設(shè)計師對相同的椅子模型(圖1)應(yīng)用本文所提出的方法進(jìn)行重現(xiàn)設(shè)計.因此通過DSR形狀文法能夠得到很多不同設(shè)計語言.其中,3種設(shè)計語言被選取作為本文案例,展示3種規(guī)則對于設(shè)計知識的保存和應(yīng)用.在圖6中,設(shè)計語言A共有6步.其中,Step1和Step4為布局規(guī)則.Step2將立方體分割為3部分用來產(chǎn)生扶手—椅子主體—扶手.Step4將椅子主體設(shè)計分為上下2部分.Step3,Step5,Step6屬于DSR規(guī)則,用來對相應(yīng)選取的形狀進(jìn)行物理外觀的變化.在該設(shè)計語言中,Step2和Step4之間屬于‘階梯’關(guān)系,因為如果沒有Step2,Step4就不會發(fā)生.圖6中設(shè)計語言B分為7步.其中,Step2和Step4為布局規(guī)則,其余為DSR規(guī)則.Step2和Step4之間屬于‘交叉’關(guān)系.在Step2后,以后的操作具有2個選擇.而Step3和Step5屬于‘平行’關(guān)系,也就是說,它們之間沒有必然的先后順序,屬于弱連通.圖6中設(shè)計語言C包括4步.其中Step2為布局規(guī)則,其余為DSR規(guī)則.‘平行’關(guān)系在該設(shè)計語言中得到了體現(xiàn)。上述3個設(shè)計語言的獲取都由系統(tǒng)自動完成的.設(shè)計師被邀請來使用本文建立的3D交互式建模引擎,通過可視化界面和窗口控件交互操作,他們可以像在常規(guī)3D建模軟件中一樣進(jìn)行工作.與此同時,系統(tǒng)能夠根據(jù)其設(shè)計操作對整個設(shè)計過程通過DSR形狀文法進(jìn)行獲取和保存,繼而產(chǎn)生設(shè)計語言.本系統(tǒng)采用ACIS技術(shù),在Windows平臺下運用C++語言實現(xiàn)的。將3個不同的設(shè)計語言應(yīng)用到衍生式設(shè)計框架中,在系統(tǒng)內(nèi)可以快速地產(chǎn)生3種不同的設(shè)計方案群體,如圖8所示.圖8a所示模型是根據(jù)設(shè)計語言A衍生而來的,體現(xiàn)了椅子主體的一體化設(shè)計和懸空椅子扶手的思想.圖8b所示模型是根據(jù)設(shè)計語言B衍生而來的,體現(xiàn)了椅子上下部分不同的設(shè)計風(fēng)格.圖8c所示的模型是根據(jù)設(shè)計語言C產(chǎn)生的,體現(xiàn)了扶手和椅子主體的一體化風(fēng)格.每一個新椅子都能夠通過DSR形狀進(jìn)行表示和存儲.也就是說,它們都可以做到圖2中類似的衍生式變換.當(dāng)作者將新的設(shè)計模型給3位設(shè)計語言的設(shè)計者觀看時,他們都非常感興趣.他們表示,其原始設(shè)計思路是在本文的3D建模系統(tǒng)中花費了1~2h不等的時間完成的.然而,所有的衍生設(shè)計模型都是在1min內(nèi)通過基于系統(tǒng)自動產(chǎn)生的.這大大節(jié)約了設(shè)計周期.從美觀和創(chuàng)新價值方面,新產(chǎn)生的模型都比較令人滿意.雖然,這些新模型還不能直接作為設(shè)計方案進(jìn)入產(chǎn)品設(shè)計流程,但它們都表現(xiàn)出原始設(shè)計方案的設(shè)計思想,并且在設(shè)計效果上有了較大的不同,給予設(shè)計者感官上直接的沖擊和新穎的刺激,能夠有助于其設(shè)計知識的擴(kuò)展和設(shè)計構(gòu)思的產(chǎn)生.
4結(jié)論
【關(guān)鍵詞】設(shè)計 建立模型 映射 概念設(shè)計 集合
一、引言
目前國際上關(guān)于設(shè)計問題研究存在若干個大的流派。前蘇聯(lián)Altshuller G S等人提出的TRIZ理論在提供探索發(fā)明新產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展方向的思路上已有一定程度的普及;美國Nam P Sun等提出的AD(Axiomatic Design)理論的基本邏輯體系的發(fā)展與TRIZ有一定的近似,但遠(yuǎn)未達(dá)到一種自成體系的程度,也未能達(dá)到可供構(gòu)造技術(shù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)的程度;日本東京大學(xué)人造物工程中心(RACFE)的Tetsu Tomiyama等提出的GDT(General Design Theory)理論利用現(xiàn)代信息理論的面向?qū)ο蠓椒?,在分析表達(dá)設(shè)計過程的開展上較之深入了一步,而德國學(xué)者提出的UDT(Universal Design Theory)理論則比較重視它的可實用化的基礎(chǔ)方面的探索。
二、產(chǎn)品設(shè)計過程模型
三、產(chǎn)品概念設(shè)計模型
概念產(chǎn)品是企業(yè)根據(jù)市場及用戶的需要,對產(chǎn)品的市場可競爭性、可生產(chǎn)性、經(jīng)濟(jì)性及主要尺寸、形狀、功能描述。通常伴隨一系列說明書、競爭性產(chǎn)品分析、項目的經(jīng)濟(jì)理由等。概念設(shè)計是由分析用戶需求到生成概念產(chǎn)品的過程。
傳統(tǒng)的CAD設(shè)計系統(tǒng)基本上是為了把設(shè)計人員頭腦中已有的、基本成型的產(chǎn)品設(shè)計方案借助CAD系統(tǒng)表達(dá)出來,提高了工廠設(shè)計開發(fā)階段的生產(chǎn)效率與質(zhì)量,“而決定著產(chǎn)品最終價值80%以上的產(chǎn)品概念設(shè)計階段,……,目前尚沒有任何CAD設(shè)計系統(tǒng)可以提供設(shè)計支持”?!岸敿?xì)設(shè)計階段很難或不能糾正概念設(shè)計階段的缺陷”。它嚴(yán)重影響了新產(chǎn)品開發(fā),以及選擇新產(chǎn)品方案的決策效率,所以需要一種可支持創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計的新CAD系統(tǒng),適應(yīng)日益加快的新產(chǎn)品開發(fā)要求。因而開發(fā)一種符合人類進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的一般思維過程的、支持產(chǎn)品概念設(shè)計及決策的、高效率的CAD設(shè)計系統(tǒng)成為一種必然的趨勢。當(dāng)前,“概念設(shè)計日益引起人們的廣泛關(guān)注和重視”。
產(chǎn)品的概念設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計過程中最重要、最復(fù)雜,同時又是最活躍、最富于創(chuàng)造性的設(shè)計階段。一般情況下,設(shè)計人員在進(jìn)行創(chuàng)造性思維的過程中,總是在已有經(jīng)驗和知識的基礎(chǔ)上,根據(jù)用戶的產(chǎn)品需求,按照一定的、有規(guī)律的設(shè)計步驟和流程,再結(jié)合貫穿始終的想象力與靈感,從而設(shè)計出符合用戶需要的概念產(chǎn)品方案。在產(chǎn)品的概念設(shè)計過程中,自由度是整個產(chǎn)品開發(fā)過程中最大的。因為自由度大,對設(shè)計人員的約束也相對較少,不確定因素多,創(chuàng)新的空間大,設(shè)計的知識相應(yīng)也較少,是最可能發(fā)揮創(chuàng) 造力的時候。
四、結(jié)論
產(chǎn)品概念設(shè)計過程建模是為了將產(chǎn)品設(shè)計過程中最前端的、最有創(chuàng)造性價值的、又最不確定的設(shè)計過程加以模型化、規(guī)律化,從而為產(chǎn)品設(shè)計者提供一套產(chǎn)品概念設(shè)計過程的計算機(jī)軟件支持工具,并最終為實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期的一體化集成打下堅實的基礎(chǔ)。
根據(jù)目前設(shè)計理論,計算機(jī)技術(shù)以及相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,可以認(rèn)為:基于計算機(jī)的產(chǎn)品概念設(shè)計系統(tǒng)仍然屬于一種計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)。也就是說,產(chǎn)品概念設(shè)計目前仍然將主要是處理人腦進(jìn)行產(chǎn)品概念設(shè)計過程當(dāng)中,那些相對有規(guī)律的設(shè)計工作(步驟和流程),它的創(chuàng)造性主要體現(xiàn)在依據(jù)規(guī)則和知識庫對問題分析和解決的全面性、高效率性等方面。
參考文獻(xiàn):
[1]曹樹坤,黃克正.機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計過程的數(shù)字化研究[J]. 機(jī)械設(shè)計,2003,(12).
工業(yè)設(shè)計專業(yè)產(chǎn)品設(shè)計教學(xué)現(xiàn)狀
很多本科院校在對待專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)時,單純的對于課程進(jìn)行探究,很少考慮與后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)銜接和過渡問題。這是未從本質(zhì)上思考教學(xué)目的,割裂了教學(xué)的過程屬性。例如工業(yè)設(shè)計專業(yè)相關(guān)的設(shè)計知識是描述性的,而非概念化的,是關(guān)聯(lián)性的而非獨立化的,設(shè)計知識表現(xiàn)為交叉融合的特征。雖然許多院校在教學(xué)中意識到這個問題,在專業(yè)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)上采用各學(xué)科、各專業(yè)不同的課程體系等操作,其實還是沒有從基礎(chǔ)上改變體系之間不相關(guān)聯(lián)的局面,構(gòu)成課程的學(xué)習(xí)是將形態(tài)進(jìn)行單純化處理,不考慮其他因素的影響,只就形態(tài)進(jìn)行表達(dá)。所以如何使構(gòu)成的形態(tài)學(xué)習(xí)與產(chǎn)品設(shè)計中形態(tài)的學(xué)習(xí)形成知識的整合,是我們要探討的問題所在。
產(chǎn)品設(shè)計教學(xué)是是工業(yè)設(shè)計專業(yè)主干課程。產(chǎn)品設(shè)計的形態(tài)作為傳遞產(chǎn)品功能的載體,正確傳達(dá)產(chǎn)品語義是設(shè)計者在形態(tài)造造型時,不能靠感性分析,要理性,在本專業(yè)中,增開產(chǎn)品形態(tài)設(shè)計的課程,針對與產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)課程進(jìn)行知識點對應(yīng)的設(shè)計意識,使學(xué)生可以順利完成過度。
強(qiáng)化基本概念的理解與思維方式的訓(xùn)練
1.從“構(gòu)型與過渡”開始
在整個產(chǎn)品設(shè)計過程中,形態(tài)占據(jù)非常重要的位置。其通過人們的視覺和觸覺給人切實的認(rèn)知和感觸,其目的主要是學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識的同時可以得到更為廣闊的可移植性技能,可以讓知識相互轉(zhuǎn)化。
產(chǎn)品設(shè)計是給了我們一定的限制條件,更強(qiáng)調(diào)在市場情況、相關(guān)使用環(huán)境和設(shè)計制造成本等具體限制因素下考慮,三維構(gòu)成中的形態(tài)可以不受以上諸因素的制約,可以最大限度的發(fā)揮想象的限度,我們要教會學(xué)生有效整合這種前后鏈接的知識,著重設(shè)計過程的連續(xù)與完整,尤其思維的連續(xù)與完整。
2、加強(qiáng)“細(xì)節(jié)文法”概念的認(rèn)識
在設(shè)計中,“細(xì)節(jié)文法”是對產(chǎn)品局部更詳細(xì)的功能設(shè)計,所以學(xué)生需要加強(qiáng)在細(xì)節(jié)上的把控和處理能力,形態(tài)與色彩、材料等其周圍各因素之間的關(guān)系是所謂產(chǎn)品設(shè)計中細(xì)節(jié)文法的表現(xiàn)重點。在此過程中學(xué)生往往只關(guān)注整體大造型、材質(zhì)等的運用,忽略形態(tài)需要與人體親密接觸的細(xì)節(jié)的配置,學(xué)生了解但把控不了細(xì)節(jié)文法時,面對這種情況,教師要注重課程中設(shè)計知識點的映射關(guān)系,比如下達(dá)設(shè)計任務(wù)時先進(jìn)行整合,對設(shè)計任務(wù)的知識點與評價點進(jìn)行分析,然后進(jìn)行局部設(shè)計,對比才能增強(qiáng)大家對造型細(xì)節(jié)文法的控制能力
3. 強(qiáng)化思維方式的互動與轉(zhuǎn)化。
在產(chǎn)品設(shè)計初始階段,理性思維方式開始占主要地位,設(shè)計者要對現(xiàn)有產(chǎn)品造型、材質(zhì)、工藝、色彩、使用情況、文化因素等情況進(jìn)行分析,在設(shè)計調(diào)研的基礎(chǔ)上對產(chǎn)品進(jìn)行分析定位。而在形態(tài)設(shè)計即(構(gòu)成藝術(shù)課程)過程中,因為不存在對產(chǎn)品的諸多因素限制,可以最大限度發(fā)揮形態(tài)的個性表現(xiàn),更加強(qiáng)調(diào)設(shè)計者自身感受的表現(xiàn),調(diào)動了設(shè)計者的思維訓(xùn)練,使學(xué)生順利完成過渡轉(zhuǎn)化。
產(chǎn)品設(shè)計教學(xué)方式探索
利用一些的方法將原本孤立單一的知識點關(guān)聯(lián)為知識群,使學(xué)生在掌握知識的同時輸出設(shè)計能力。
本人在為學(xué)生“產(chǎn)品設(shè)計”理論課程部分上課時,首先會提到“形態(tài)構(gòu)型與過度方法”這一概念,雖然不同的課程會帶給學(xué)生不同的知識點,但之間對的聯(lián)系不是非常明確,學(xué)生無法從中找到連貫點即無法有效的形成多種知識匯總的設(shè)計能力及創(chuàng)新能力,在設(shè)計細(xì)節(jié)上,對問題的處理、細(xì)節(jié)文法的把控等方面都有非常大的不同。所以實際教學(xué)中。應(yīng)該把學(xué)生掌握的形態(tài)設(shè)計的知識作為基點。
產(chǎn)品設(shè)計多元化教學(xué)模式
學(xué)生在產(chǎn)品設(shè)計過程中可以分為三個階段:首先先給定一個簡單造型,不約束其他環(huán)境、技術(shù)、成本等相關(guān)因素,可以最大限度進(jìn)行造型;隨著理論課的穿插講授及對于產(chǎn)品市場、技術(shù)、環(huán)境的了解,加大設(shè)計難度,進(jìn)行小產(chǎn)品設(shè)計;最后要求學(xué)生進(jìn)行更加復(fù)雜的綜合產(chǎn)品設(shè)計。
從三維設(shè)計到產(chǎn)品設(shè)計,它是一個有機(jī)的整體,在其中,形態(tài)創(chuàng)作的自由度逐漸減小,設(shè)計的功能目的性變得更加明確。無論針對形態(tài)的考量是多是少,但始終貫穿連續(xù)性、銜接性、系統(tǒng)性,培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力,通過連接知識點,體驗生活的深度和多樣性,有效整合資源,以恰當(dāng)?shù)姆椒ń鉀Q問題。
(作者單位:太原工業(yè)學(xué)院)
[關(guān)鍵詞]:生態(tài)設(shè)計;綠色產(chǎn)品;影響
1 、生態(tài)設(shè)計概述
1.1生態(tài)設(shè)計是在綠色設(shè)計的概念上衍生出來的新概念。生態(tài)設(shè)計不等于綠色設(shè)計,它要求在產(chǎn)品開發(fā)的所有階段各個環(huán)節(jié)都要考慮環(huán)境因素,從而使產(chǎn)品在生產(chǎn)、使用、回收的整個周期中減少對環(huán)境污染的影響,而產(chǎn)生的一個更具有可持續(xù)性的生產(chǎn)和消費的概念。
直到70年代“能源危機(jī)”爆發(fā),人們才普遍意識到由美國設(shè)計理論家維克多q巴巴納克在20世紀(jì)60年代提出的“綠色設(shè)計”的觀點。綠色設(shè)計強(qiáng)調(diào)盡量減少無謂的材料消耗,重視再生材料使用的原則在產(chǎn)品的外觀上也有體現(xiàn)。突出了生態(tài)意識和以環(huán)境為本的理念。
1.2正是這種整體環(huán)保的設(shè)計理念的誕生。隨著生態(tài)設(shè)計理念的普及與推廣,生態(tài)設(shè)計不知不覺融入到我們生活中,進(jìn)而指導(dǎo)設(shè)計生活中方方面面的產(chǎn)品,在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中設(shè)計師在做產(chǎn)品設(shè)計時已將這種理念體現(xiàn)在各個細(xì)節(jié)設(shè)計中,通過電腦模擬制圖提前設(shè)計,使所設(shè)計的產(chǎn)品在成為成品前符合生態(tài)環(huán)保的要求。
2、設(shè)計美學(xué)與生態(tài)美學(xué)
設(shè)計是一門以技術(shù)和藝術(shù)為基礎(chǔ)并在應(yīng)用中使二者相結(jié)合的綜合性學(xué)科,設(shè)計美學(xué)的研究也必然包含技術(shù)美學(xué)研究內(nèi)涵。設(shè)計美學(xué)是工業(yè)時代的產(chǎn)物,從時間維度上來說,自從人類有了設(shè)計的意識和能力,就有了與其相關(guān)的審美活動。[ ]隨著工業(yè)革命的到來,機(jī)器生產(chǎn)、勞動分工和商業(yè)的發(fā)展,人們審美需求的不斷變化。為了適應(yīng)大眾不斷變化的審美需求,現(xiàn)代設(shè)計是藝術(shù)、技術(shù)和科學(xué)的結(jié)合,集成性和跨學(xué)科性是它的本質(zhì)特征?,F(xiàn)代設(shè)計活動的復(fù)雜性和綜合性,決定了設(shè)計學(xué)科的復(fù)雜性和綜合性?,F(xiàn)代設(shè)計美學(xué)應(yīng)該是現(xiàn)代設(shè)計在審美和藝術(shù)上如何與技術(shù)結(jié)合的體現(xiàn)。
簡單的說就是在滿足藝術(shù)、技術(shù)和科學(xué)相結(jié)合的現(xiàn)代設(shè)計美學(xué)下,生態(tài)美學(xué)能更進(jìn)一步表達(dá)出設(shè)計產(chǎn)品“天人合一”的美感。
3、工業(yè)產(chǎn)品中傳統(tǒng)設(shè)計與生態(tài)設(shè)計
3.1 產(chǎn)品設(shè)計的概念
產(chǎn)品設(shè)計是指以工業(yè)產(chǎn)品為對象的造型設(shè)計,它有別于手工業(yè)產(chǎn)品或工藝美術(shù)品。產(chǎn)品設(shè)計是伴隨著市場競爭的不斷加劇,人們生活水平的不斷提高和人類的需要不斷升級而不斷發(fā)展的一門綜合性學(xué)科。
3.2 傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計的基本原則
產(chǎn)品設(shè)計活動是理性與感性相結(jié)合的創(chuàng)造性活動,既受工業(yè)制造、技術(shù)的制約,又受經(jīng)濟(jì)條件的制約。產(chǎn)品設(shè)計不是純藝術(shù)創(chuàng)作,而是在理性指導(dǎo)下,遵循相應(yīng)的現(xiàn)實約束條件和基本的產(chǎn)品設(shè)計原則。一般來講,有以下幾個方面:[ ]
3.2.1審美原則。在設(shè)計某種產(chǎn)品時,不單對其用途,更重要的是ζ涿賴瞇翁要進(jìn)行合理規(guī)劃。
3.2.2 功能原則。一件好的產(chǎn)品對使用者來說,主要是購買其實用功能。
3.2.3 經(jīng)濟(jì)性原則。物美價廉的產(chǎn)品總會引起消費者的關(guān)注,從來給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益。
3.3生態(tài)設(shè)計基本原則
主要包括以下幾個方面[ ]:
3.3.1與材料相關(guān)的準(zhǔn)則。首先要意識到產(chǎn)品所使用材料對環(huán)境影響,即所有材料為環(huán)??沙掷m(xù)再利用的材料。
3.3.2與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相關(guān)的準(zhǔn)則。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理對于材料的使用量、維護(hù)、淘汰廢棄后的拆卸回收等有著重要的影響。盡量再設(shè)計中簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu),采用模塊化設(shè)計等。
3.3.3與制造工藝相關(guān)準(zhǔn)則。生態(tài)制造工藝技術(shù)是保證產(chǎn)品綠色屬性的重要內(nèi)容之一。優(yōu)化產(chǎn)品性能,采用合理工藝,減少生產(chǎn)過程與使用過程的污染物排放,同時還要考慮到產(chǎn)品廢棄后的回收利用,且不產(chǎn)生二次污染。
通過對設(shè)計原則的分析,傳統(tǒng)意義上的產(chǎn)品是依據(jù)用戶對產(chǎn)品的功能、審美及成本要求來設(shè)計,設(shè)計者很少考慮到資源的再生利用及對生態(tài)環(huán)境的影響,同時在制造和使用過程中很少考慮產(chǎn)品回收,主要是以利益為目的。
4、生態(tài)設(shè)計與產(chǎn)品設(shè)計融合
隨著環(huán)保觀念的在人類社會中得到普遍認(rèn)識,賦予生態(tài)美學(xué)觀念的現(xiàn)代設(shè)計將會是未來產(chǎn)品設(shè)計中必不可少的組成部分,它將伴隨著產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)、使用、回收的整個過程。主要體現(xiàn)在如下幾個方面:
2.1設(shè)計上。從一開始設(shè)計產(chǎn)品時就是以一種綠色環(huán)保的觀念來設(shè)計的,方法也是綠色的。
2.2生產(chǎn)上。整個產(chǎn)品的用料選材,制造技術(shù)都是先進(jìn)環(huán)保且節(jié)能減排的。
2.3使用上。是指在產(chǎn)品的生命周期里產(chǎn)品更經(jīng)濟(jì),更節(jié)能,更高效。并減少對自然環(huán)境的影響。
2.4回收上。方便拆卸,材料又可回收利用形成一個良好的可持續(xù)性的生態(tài)系統(tǒng)。
5、生態(tài)設(shè)計未來趨勢
生態(tài)設(shè)計是一個系統(tǒng)工程,所以從目前的狀況來看,我國的生態(tài)設(shè)計研究尚處于剛剛起步的階段,值得欣慰的是這種理念也慢慢被大眾所重視,很好的一個例子就是2008年北京奧運的舉辦。“綠色奧運”理念將“綠色、科技、人文”等概念融入到奧運場館的建設(shè)中,新材料、新技術(shù)的大量使用等。奧運作為一個契機(jī)和轉(zhuǎn)折,將使我國的生態(tài)環(huán)保的理念產(chǎn)生一次質(zhì)的飛躍。[ ]
結(jié)語:
在將來隨著科技的發(fā)展,使設(shè)計的形式、品質(zhì)有了更大的變化,電腦與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,將改變?nèi)藗兊脑O(shè)計觀念及設(shè)計方式。數(shù)字化,智能化,虛擬化促使新的設(shè)計類型出現(xiàn) 虛擬生態(tài)設(shè)計。所謂虛擬生態(tài)設(shè)計,是通過虛擬現(xiàn)實來模擬產(chǎn)品的各個設(shè)計環(huán)節(jié)讓整個設(shè)計過程更加逼真符合現(xiàn)實。其主要體現(xiàn)在運用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)原理,綜合相關(guān)學(xué)科成果,致力于設(shè)計的內(nèi)部與外部物質(zhì)、能量循環(huán)途徑的技術(shù)和措施的研究,減少不可再生資源的消耗,保護(hù)和充分利用可再生資源以及開發(fā)研究生態(tài)恢復(fù)技術(shù)。[ ]
[參考文獻(xiàn)]:
1 劉子川 《藝術(shù)設(shè)計與美學(xué)》,[M], 高等教育出版社,2011.1.
2 江杉 《產(chǎn)品設(shè)計程序與方法》,[M], 北京理工大學(xué)出版社,2009.
3 柴邦衡,黃費智 《現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計指南》,[M], 北京機(jī)械工業(yè)出版社,2012.8.
【關(guān)鍵詞】無障礙;人性化;產(chǎn)品設(shè)計
引 言
對于殘障人士來說,產(chǎn)品設(shè)計往往處于一個不合適或者是被忽略的狀況,我們關(guān)注的是正常人為人類社會做出的貢獻(xiàn),而另外同樣充滿細(xì)膩感情、具有藝術(shù)才能的殘障人士設(shè)計也同屬于產(chǎn)品設(shè)計中不可分離的一部分。
在中國,在我們身邊的每座城市、每個產(chǎn)品設(shè)計,我們都能切切實實地體會到無障礙設(shè)計給我們帶來的環(huán)境變化和社會進(jìn)步。隨著社會進(jìn)步、科技的不斷發(fā)展,新工藝、新材料、新技術(shù)的不斷變革,無障礙產(chǎn)品設(shè)計的方法理念與水平必將不斷進(jìn)步。一個功能合理、造型美觀、綠色環(huán)保的產(chǎn)品無障礙設(shè)計作品不僅方便了我們的生活,并且還是城市文明進(jìn)步,社會人性化進(jìn)程的一個強(qiáng)有力的表達(dá)。
一、無障礙產(chǎn)品設(shè)計的人性化設(shè)計
人性化設(shè)計指的是設(shè)計中對人的心理生理需求和精神追求的尊重和滿足,是對人性的尊重及人文關(guān)懷的體現(xiàn)。人性化設(shè)計最核心的理念是“以人為本”,它以人類工程學(xué)的發(fā)展為基礎(chǔ),因此,人性化設(shè)計體現(xiàn)的是功能設(shè)計,它基于產(chǎn)品功能的基礎(chǔ)上以提高產(chǎn)品外觀設(shè)計,從而符合產(chǎn)品人類工程學(xué)原理的設(shè)計理念。無障礙產(chǎn)品設(shè)計的人性化設(shè)計是人類文明社會進(jìn)步的表現(xiàn),無障礙產(chǎn)品的不斷發(fā)展和提升的過程即是人的認(rèn)識、思想情感的不斷完善的過程,無障礙設(shè)計是人類情感、文化精神及倫理道德的觀照。
人性化設(shè)計是以人的生理、心理、行為等為根本出發(fā)點,它凝聚了現(xiàn)實環(huán)境的種種因素,它寓含著人類各種活動,為人類的生存提供了物質(zhì)與精神方面的需求。人性化的無障礙產(chǎn)品設(shè)計既可以滿足殘疾人的行為要求,又可以滿足他們的心理需求,因此,研究殘障人士與使用產(chǎn)品環(huán)境之間的關(guān)系,可以幫助我們更好地研究產(chǎn)品無障礙設(shè)計,也更能體現(xiàn)文明社會對弱勢群體的人文關(guān)懷。隨著我國社會的不斷進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)狀況的改善,無障礙產(chǎn)品設(shè)計的發(fā)展會逐漸成為全社會說關(guān)注的話題。一方面,無障礙產(chǎn)品的發(fā)展對加強(qiáng)整體設(shè)計行業(yè)的形象與產(chǎn)品競爭力有著重大意義,它為產(chǎn)品設(shè)計分類提供了新的思路與發(fā)展途徑;另一方面,產(chǎn)品設(shè)計師依據(jù)殘障人士的類型、程度而進(jìn)行專門設(shè)計的同時,不但滿足了殘障人士這類人群的日常行為需求,同時還發(fā)現(xiàn)有些無障礙產(chǎn)品還適用于任何人。因此,作為產(chǎn)品設(shè)計師在為正常人設(shè)計產(chǎn)品的同時兼顧考慮殘障人士的需求,才能使設(shè)計的產(chǎn)品具有更大的實用性與通用性,這才是體現(xiàn)人性化設(shè)計的最有效的辦法與思路。無障礙產(chǎn)品對于正常人和殘障人士來說,都應(yīng)自由方便地使用,而不存在任何不方便的障礙,這是無障礙產(chǎn)品設(shè)計的目標(biāo),也是區(qū)別于普通產(chǎn)品的關(guān)鍵。
二、無障礙產(chǎn)品設(shè)計的分類及研究
深入研究發(fā)現(xiàn),殘障人士與老年人在使用各種物品時,都會存在障礙。隨著科技的不斷發(fā)展,正常人都有可能對各種新鮮涌現(xiàn)的高科技產(chǎn)品無從下手,更不用說是殘障人士。因此,必須針對各種特定的產(chǎn)品去研究具體的無障礙產(chǎn)品的技術(shù)與方法,尤其是在信息技術(shù)領(lǐng)域?qū)Ω鞣N無障礙產(chǎn)品進(jìn)行分類與研究,立足于將產(chǎn)品設(shè)計的實際案例提升至無障礙設(shè)計的系統(tǒng)理論,這對于無障礙產(chǎn)品設(shè)計的系統(tǒng)化研究與人性化設(shè)計都是有利的補充。國內(nèi)外設(shè)計專家曾提出幾種無障礙設(shè)計概念,這些設(shè)計概念存在相同點,又有所區(qū)別,以下將對這些設(shè)計概念進(jìn)行分類研究,以便我們更好的去理解無障礙產(chǎn)品設(shè)計。
2.1通用設(shè)計。通用設(shè)計指的是在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計的時候盡最大可能面向人的一種創(chuàng)造性設(shè)計活動。通用設(shè)計傳達(dá)出“產(chǎn)品被殘障人士使用,也被所有的人使用”的設(shè)計理念,是指對一般產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn),讓普通產(chǎn)品能夠適應(yīng)殘障人士的使用。通用設(shè)計是實現(xiàn)無障礙產(chǎn)品設(shè)計的一種有效的方法,比如公共衛(wèi)生環(huán)境的馬桶設(shè)計,為了讓殘障人士使用而加上了扶手等的輔助設(shè)備,依照通用設(shè)計的原則,正常人也是可以使用的;比如日本松下企業(yè)研發(fā)的NA-V80GD斜式滾筒洗衣機(jī),該產(chǎn)品設(shè)計創(chuàng)造性的將滾筒洗衣機(jī)的前開門傾斜30度,內(nèi)部滾筒中心軸也在水平方向做了30度傾斜,它讓所有人都能安全、方便、平等的進(jìn)行操作:傾斜的開門方式讓正常人不必蹲著取衣服,坐輪椅的殘障人士能非常容易取衣服,甚至孕婦只要輕輕彎腰即可。
2.2輔助類設(shè)計。輔助類設(shè)計是改善殘障人士行動力的專用產(chǎn)品設(shè)計。輔助類產(chǎn)品用以幫助殘障人士取得獨立性,比如輪椅、拐杖等。輔助類設(shè)計用于給殘障人士或老年人等有障礙的人群提供方便,是他們專有的獨立性產(chǎn)品,通過這種產(chǎn)品的使用,殘障人士可以自行操作,盡量減少正常人對他們的額外幫助精力與時間。但是輔助類設(shè)計與我們提出的通用設(shè)計理念有所區(qū)別,通用設(shè)計是讓普通產(chǎn)品能適應(yīng)殘障人士的使用,是一種設(shè)計的兼顧狀態(tài),輔助類產(chǎn)品的用戶群體只有殘障人士,而通用設(shè)計包含了所有人。例如盲杖設(shè)計,它讓盲人能夠依靠拐杖獨立行走,它的用戶群體局限于盲人,正常人不會使用;再比如座椅的設(shè)計,為了方便肢體殘障人士而專門進(jìn)行了調(diào)節(jié)高度的上下設(shè)計,又或者加了專門的扶手,但這種設(shè)計不僅僅是肢體殘障人可以使用,正常人也可以操作。
2.3跨代設(shè)計??绱O(shè)計是解決由年齡造成的不足或其他智力缺陷而專門進(jìn)行的設(shè)計方式??绱O(shè)計在產(chǎn)品設(shè)計中很常見,它是為了改進(jìn)產(chǎn)品或環(huán)境中與年齡等相關(guān)的因素的考慮,它所關(guān)注的是老年人等因為年齡產(chǎn)生變化而使用產(chǎn)品的系列問題,還包括缺乏判斷力的嬰幼兒或者老年癡呆患者等在使用產(chǎn)品的安全性問題。安全性是產(chǎn)品設(shè)計中的重要因素,也是無障礙產(chǎn)品設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中的重要組成部分。因此,跨代設(shè)計是無障礙設(shè)計的重要方法之一,是無障礙產(chǎn)品設(shè)計理論的主要研究方式。
三、結(jié)語
無障礙產(chǎn)品設(shè)計是一個系統(tǒng)化的工程,使殘障人士享有科學(xué)安全實用的無障礙產(chǎn)品也是一個任重而道遠(yuǎn)的使命。無障礙設(shè)計是對殘障人士等弱勢群體充分參與社會生活的前提和基礎(chǔ),是方便他們?nèi)粘I畹闹匾獥l件,也從一個側(cè)面反映了一個社會的文明進(jìn)步水平,是物質(zhì)文明和精神文明的集中體現(xiàn)。無障礙產(chǎn)品設(shè)計在產(chǎn)品設(shè)計中扮演著以“人本主義”的重要角色,它體現(xiàn)了人性化設(shè)計的宗旨,為殘障人士提供安全、適用、方便的無障礙產(chǎn)品,是對社會所有成員的尊重和對人的生命全程的關(guān)愛。
【參考文獻(xiàn)】
[1]周文麟.城市無障礙環(huán)境設(shè)計[M].科學(xué)出版社,2000.
關(guān)鍵詞:繪畫;繪畫語言;產(chǎn)品設(shè)計;意象
中圖分類號:F273.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3198(2007)09-0139-02
1 關(guān)于繪畫以及產(chǎn)品設(shè)計中的“繪畫語言”
1.1 對于繪畫概念的理解
單就繪畫本意而言,繪畫是純粹之物,其本身是為純藝術(shù)服務(wù)的,是專門提供給感受享用的,具有感受的直接性。它不需要歷史文學(xué)以及題材的支撐而存在,不需要一切解釋性工具的參與,而是將一切努力還原為與感受同構(gòu)的要素,從而將藝術(shù)活動提升為審美活動。
1.2 關(guān)于產(chǎn)品設(shè)計中的“繪畫語言”
而在產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域里,繪畫應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計中,其目的就發(fā)生了變化,由為純藝術(shù)服務(wù)轉(zhuǎn)化成為實用藝術(shù)服務(wù),從而具有了某種繪畫語言?!袄L畫語言”是設(shè)計師腦海中存在的產(chǎn)品“意象”,是設(shè)計師對產(chǎn)品設(shè)計理念的表達(dá)。“意象”是中國古典美學(xué)的精髓,它是審美藝術(shù)學(xué)的核心概念。通俗地說,“意象”就是想象、聯(lián)想,就是設(shè)計師的設(shè)計思維,這是設(shè)計師必須具備的造型設(shè)計基礎(chǔ),是有目的的、用“心靈”來進(jìn)行工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計的“指揮棒”,對這種設(shè)計思維,我們就把它稱為產(chǎn)品設(shè)計中的“繪畫語言”。
2 對“繪畫語言”在產(chǎn)品設(shè)計中應(yīng)用的分類闡述
在產(chǎn)品設(shè)計中,設(shè)計師腦海中閃現(xiàn)的“繪畫語言”的表達(dá)方式主要有兩種:手工繪制工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計效果圖和利用計算機(jī)設(shè)計軟件繪制工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計效果圖。雖然表達(dá)方式不同,其目的都是為了展現(xiàn)設(shè)計師所設(shè)計出的產(chǎn)品雛形,都是為了表達(dá)設(shè)計師的某種設(shè)計理念。
2.1 手工繪制工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計效果圖――表達(dá)設(shè)計師設(shè)計產(chǎn)品的“繪畫語言”之一
設(shè)計一種產(chǎn)品也就是設(shè)計一種“語言”,那么繪畫應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計中也就成為了一種“語言”。
長期以來,手工繪制工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計效果圖一直被設(shè)計師所應(yīng)用,仍然是產(chǎn)品設(shè)計師的“繪畫語言”之一,它是設(shè)計師必備的基本素質(zhì),手工繪制的重點在于訓(xùn)練設(shè)計者的“眼力”、“手力”和專業(yè)設(shè)計的思維功能――設(shè)計“意象”。 手工繪制工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計效果圖比較靈活,容易成形,在設(shè)計和比較中能產(chǎn)生創(chuàng)作的靈感與,能迅速地進(jìn)行產(chǎn)品的創(chuàng)作與再創(chuàng)作。
手工繪制分草圖和上色的效果圖。繪制產(chǎn)品草圖一般用鋼筆、鉛筆、炭筆等;上色的效果圖最常見的是用水彩、水粉顏料繪制,還有特制的馬克筆、彩色鉛筆彩色噴繪畫法進(jìn)行繪制。
上述這些產(chǎn)品效果圖繪制方法都是為設(shè)計服務(wù)的,它們是產(chǎn)品效果圖的各種表達(dá)方式。這些表達(dá)方式有別于傳統(tǒng)的藝術(shù)形式,它們主要研究客觀對象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外觀形式的整合感,其本身已超越藝術(shù),是一種主動性的認(rèn)識和創(chuàng)造,使藝術(shù)表現(xiàn)形式與專業(yè)設(shè)計有機(jī)結(jié)合,體現(xiàn)了科學(xué)與藝術(shù)、技術(shù)與美學(xué)的完美統(tǒng)一。因此。在設(shè)計中,這些表達(dá)方式從純粹的藝術(shù)繪畫形式中分離出來,成為具有特定意義的設(shè)計表現(xiàn)形式。
2.2 利用計算機(jī)設(shè)計軟件繪制工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計效果圖――表達(dá)設(shè)計師設(shè)計產(chǎn)品的“繪畫語言”之二
隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,計算機(jī)在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在產(chǎn)品設(shè)計中,設(shè)計師需要選擇的新課題――基于以人為本以及科學(xué)的、完美的生活方式的設(shè)計,設(shè)計師們不得不由過去的手工繪制產(chǎn)品效果圖、制作模型的處境進(jìn)入到電腦――計算機(jī)輔助設(shè)計的領(lǐng)域。這種變革給設(shè)計師在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計中帶來了巨大的支持和幫助,計算機(jī)輔助設(shè)計成為一種現(xiàn)代化的設(shè)計方式,成為當(dāng)今設(shè)計領(lǐng)域衡量工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計師設(shè)計水平的重要標(biāo)志。
利用計算機(jī)設(shè)計軟件繪制工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計效果圖的最大特點就是設(shè)計師能對產(chǎn)品進(jìn)行模擬設(shè)計,在組合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、選擇材質(zhì)、色彩,以及表面紋理的處理等方面能隨機(jī)應(yīng)變,目前很多設(shè)計師都能熟練掌握和運用3DSMAX、Rhino和AutoCAD等常用的設(shè)計軟件。
3DSMAX 是由 AutoDesk 公司開發(fā)的微機(jī)動畫制作系統(tǒng),在產(chǎn)品造型設(shè)計方面的運用,不是運用其動畫的制作功能,而主要用于產(chǎn)品的建模,其功能主要有三維立體建模、材質(zhì)編輯與渲染、燈光與攝影、環(huán)境與效果等方面。3DSMAX在一般的PC機(jī)上都能運用,由于其操作方便、能渲染出色的效果圖,深受當(dāng)今廣大設(shè)計師的喜愛。
Rhino是當(dāng)今世界上第一套Nurbs 曲面引進(jìn)Windows操作系統(tǒng)的3D計算機(jī)輔助產(chǎn)品造型設(shè)計軟件。因其價格低廉、系統(tǒng)要求不高、建模能力強(qiáng)、易于操作等優(yōu)點,Rhino是以 Nurbs 為主要構(gòu)架的三維模型軟件,因此在曲面造型特別是自由雙曲面造型上有異常強(qiáng)大的功能。
AutoCAD是Autodesk公司的主導(dǎo)產(chǎn)品??梢岳L制任意二維和三維圖形,并且同傳統(tǒng)的手工繪圖相比,用AutoCAD繪圖速度更快、精度更高、而且便于個性,能網(wǎng)絡(luò)圖形文件,它已經(jīng)在航空航天、造船、建筑、機(jī)械、電子、化工、美工、輕紡等很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,并取得了豐碩的成果和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
利用計算機(jī)設(shè)計軟件繪制工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計效果圖成為設(shè)計師進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計的一種新的表達(dá)手段,給產(chǎn)品設(shè)計帶來了一種新的“繪畫語言”,使設(shè)計經(jīng)驗得以延續(xù)。
3 結(jié) 語
產(chǎn)品設(shè)計是科學(xué)技術(shù)與文化藝術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,成為人――產(chǎn)品――環(huán)境――社會、形式與功能、藝術(shù)與技術(shù)、經(jīng)濟(jì)與社會之間的有機(jī)統(tǒng)一和協(xié)調(diào),它們組成“均衡的整體”,這一“均衡的整體”正是所謂的“形式美”和“技術(shù)美”的完美結(jié)合與綜合體現(xiàn)。無論是外在易感知的“形式美”,還是內(nèi)在不易感知的“技術(shù)美”,兩者的要素是相互聯(lián)系的,內(nèi)在的要素可以通過外在的要素顯現(xiàn)出來?!靶问矫馈焙汀凹夹g(shù)美”的顯現(xiàn)正是通過設(shè)計師的繪畫語言表達(dá)出來。設(shè)計師在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計時,對所設(shè)計的產(chǎn)品具有充分的視覺表達(dá)是一個不可忽視的重要環(huán)節(jié),因為它是設(shè)計師傳達(dá)設(shè)計創(chuàng)意的工具,這種工具就是“繪畫語言”,是設(shè)計師與消費者之間進(jìn)行溝通的最為直接的“橋梁”。在設(shè)計產(chǎn)品時,不管設(shè)計師采取什么樣的“繪畫語言”與消費者進(jìn)行溝通和交流,并把人、產(chǎn)品、環(huán)境和社會進(jìn)行協(xié)調(diào)地結(jié)合起來,其目的都是為了表達(dá)某種設(shè)計理念,其實質(zhì)都是人類把自己的意識加在自然界之上用以創(chuàng)造人類文明的一種廣泛的活動。
參考文獻(xiàn):
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