产品创新设计概念(6篇)
产品创新设计概念篇1
【关键词】概念设计;市场化;虚拟产品
【中图分类号】G632【文献标识码】B【文章编号】2095-3089(2012)09-0147-02
如何寻找自己产品的概念进行创造呢?需要的产品有需要的根据和理由,需求的产品也有需求的产品概念创造方式,欲望性的产品要有满足欲望的利益结构。这里主要说的是产品的个性概念的市场挖掘和创造,因为我们需要利用这个被挖掘出来的概念对消费者进行引导和教育,所以,这个概念不仅有其合理性的问题,还需要有市场是不是符合的问题,市场有没有需求的问题,所以,在创造这个概念的时候,还要考虑市场因素的影响,不能自己认定什么就是什么。而是需要把产品和市场的定位搞准确。
1产品概念设计与市场
1.1概念设计的内涵:概念的设想是创造性思维的一种体现,概念产品是一种理想化的物质形式。下面以概念设计教学实例之一来说明其涵义:给出一个概念“断药”,让学生进行座椅的开发设计。步骤是,首先向学生讲述心理学中的一个名词——暗示心理,并分别举出一个“安乐死”实验和一个“挽救少女生命”的文学名著故事,从正反两个方面说明暗示对人的健康的影响;然后运用一个“民间故事”阐述如何将“断药”的概念物化到具体的产品上。因为,在民间曾有这样一个说法,就是将一把断了的钥匙用红线穿上挂在小孩的脖子上,取“断钥”的谐音“断药”暗示常生病的孩子挂上“断钥”这挂项链之后,就断了药,从此不再吃药,这也意味着孩子走向健康。所以,将一把断了的钥匙(断药)的概念物化到具体的产品上来为健康做设计时,用折断了的钥匙做椅架为主题,由学生创意出现了形形的座椅开发设计方案(其草图、效果图、视图等技术说明从略),于是就有了一种新型的专用座椅的概念设计。其应用场合为疗养院、医院、不能自理的老人家庭等。
这是传统的产品概念设计。当然,产品的类型不止是这种无障碍设计思想指导下的专用座椅。产品即人之观念的物化,设计是一种思维行为。在这种思维创造活动中,产品概念的构思是丰富的,人的创作智慧是无穷的。概念产品的类型更是多种多样。
1.2概念设计与产品市场:完成概念设计只是第一步,能不能进行第二步Detaildesign,第三步Manufacturingdesign,甚至投放市场为开发商或企业带来效益等,这是个风险问题。设计师的概念设计毕竟与难以预料市场变化有着许多差距。如何缩短这一差距,是以往概念设计者的难题。在开发设计的许许多多产品中,只要一百件产品中有几件能够投放市场见效益就是成功。
1.3虚拟现实技术促使概念设计的市场化:为了更好地接近产品的市场需求,目前国际上流行的一种“故事版情景预言法”的概念设计,就是将所要开发的产品置于一定的人、时、地、事和物中进行观察、预测、想象和情景分析,其形式是以故事版的平面设计表达展示给人们。于是,产品在设计的开始便多了一份生命和灵气。然而,设计表达在信息时代已是多元化的展示形式,计算机辅助工业设计的发展,尤其是虚拟现实技术在产品概念设计中的应用,已使设计师的设计思路和设计表达如虎添翼;可以想象面对一种虚拟的“故事版情景预言法”设计出的产品,让人更多了一种直观的、亲切的及交互的感受,这样开发设计的产品与传统相比,就大大减少了投放市场的风险性,也为企业决策人寻找商机、判断概念产品能否进一步开发生产,提供更好的依据。虚拟现实技术能模拟整个产品开发过程,保证产品开发一次性成功,加快开发进程,甚至使设计者和用户融为一体,设计出满足市场需要的产品。
2虚拟现实技术与虚拟产品
2.1虚拟现实系统(VirtualReality,VR):虚拟现实系统又称为虚拟现实环境,是指计算机生成的一个实时三维环境。使用者可以在这环境中“自由地”运动,观察周围的景物,还可通过各种专用的传感交互设备与虚拟物体进行交互操作。用户看到的是全彩色景象,听到的是虚拟环境中的音响,感觉(手、脚或皮肤等)到的是虚拟环境所反馈的作用力,从而让使用者产生一种身临其境的感觉。
2.2虚拟现实系统的常用设备及要求:虚拟现实系统常用设备有:三维鼠标(也称鸟标)、数据手套、数据衣、头盔显示器、立体声耳机等。对虚拟现实系统的要求除了应具有高性能的计算机系统(包括软、硬件)外,还必须有下列关键技术提供强有力的支持:(1)能以实时的速度生成具有三维全色彩的、有明暗、有阴影、有纹理的、逼真感强的景物图像;(2)头盔显示器能产生高分辨率图像和较大的视角;(3)能高精度地实时跟踪用户的头和手;(4)能对用户的动作产生力学反馈。
2.3虚拟产品(VirtualProduct,VP):虚拟产品是虚拟现实技术应用于产品设计的产物,是一个数字化的产品。它具有真实产品所必须具有的特征。通过对产品实时的仿真,设计人员或用户就能够像使用真实产品一样使用虚拟产品。由于产品的设计过程是数字化的,因此节省了传统方法中需要制造的物理模型(包括概念模型、模拟实验模型、外观模型和生产模型等)的时间和物质。在计算机中由于对设计的产品进行反复设计、分析、干涉检查、模具设计等过程,使设计绘图的工作量比传统的绘图工作量大大减少。
3虚拟现实技术在概念设计中应用前景
产品概念是企业营销活动中启发市场需求的一个非常重要的原点问题,就是说是一个根本性的问题,只有把产品概念设计准确,才能使产品的推广行为按照企业的期望目标和消费者可能接受的目标来达成。这个概念问题平时在企业中不太被重视,但随着市场竞争的加剧,会有更多的企业真正认识到这一点。
随着计算机技术的发展,设计手段发生了根本性的变化,设计新理论、新方法、新技术不断涌现。产品的概念设计随着人们的审美水平提高而更有个性更张扬地发展。它不再以陌生的面孔出现在人们面前。它将更人性化而丝毫不乏现代感且深入人们的生活。
参考文献
[1]A.R米勒JM布朗,《设计感觉》,中国轻工出版社。
[2]盖尔.戴布勒.芬克,《白色设计》,上海人民美术出版社。
产品创新设计概念篇2
1新产品概念开发过程
新产品概念开发,又称新产品前期开发过程,是指从新产品创意到新产品项目最终的立项和批准所从事的一系列活动[6]。新产品概念开发过程如图所示。主要开发步骤为:
1•1产品创意
新产品概念开发从产品创意开始,调查研究发现88%的新产品创意来自公司内部,其中研究开发部门占60%[6]。
1•2描述产品功能,设置产品规格
产品目标规格是指产品功能的精确描述,综合反映了企业和用户的设计需求,规定了最终产品的技术特性,最后形成产品概念。对于创意来自研发人员的开发项目,研发人员虽然通过识别顾客需要设置产品规格,但顾客的需要有明确的和隐含的需要,隐含的需要是较难识别的,因此开发的产品概念带有很多研发人员的主观性,不一定真正适合顾客使用,导致新产品进入市场的成功率较低[7]。有些新产品仅在公司的市场营销策略下,昙花一现,最终不能赢得顾客而迅速推出市场。
1•3顾客参与的概念的评估和选择
在新产品概念形成后,首先从市场的角度评估和选择产品概念,让顾客评价新产品概念开发项目,可以降低资源浪费或大量返工。
1•4可制造性和经济性分析
如果新产品研发概念顾客评价可行,进行下一步的可制造性和经济性分析,制定产品开发计划,进入产品详细设计阶段;如果新产品研发概念顾客评价不可行,则取消;如果有改进的可能,顾客对新产品的概念有了认识,某些隐含的需要可以表达出来,则按照顾客的需要改进和修改,再评估。
2用质量功能配置逆过程法测评新产品概念研发项目
质量功能配置(QFD)是以顾客需求为驱动进行产品开发的有效工具,质量功能配置中的产品规划质量屋(HoQ1),主要功能是将顾客需求分层转换为产品的工程特性值,就是求y=g(f1,…fm),以使顾客满意度最大的过程,g为工程特性值y与各个顾客需求值fi的关联函数。在文献[8]中,为了确定产品回收再利用的满意度,提出了的质量功能配置的逆过程法。对于新产品概念研发项目,已知了产品的工程特性值,应用质量功能配置的逆过程求顾客需求值,计算顾客对新产品概念研发项目的综合测评值。即f=g-1(y1,…,yn),g-1为的逆函数,也就是顾客需求值与各个工程特性值的关联函数。顾客需求值是由与之相关的工程特性值决定的,不失一般性,设g-1为线性函数,则:fi=∑nj=1rijyj(1)rij为工程特性与顾客需求之间的关联系数,由专家评定,可分别用0—0•11—0•33—1的数值序列表示不相关、弱相关、中等相关和强相关;yj为不同量纲,非一致性的原始工程特性值y′j的标准化处理值。顾客对对新产品概念研发项目的综合测评值为S(f)=∑mi=1wifi(2)式中,0<wi<1,∑mi=1wi=1,顾客需求权重wi为第i项CR顾客调查出现的频数,则Pi=wi∑mi=1wi。综上所述,用质量功能配置测评新产品概念研发项目的过程为:调查顾客的需求———计算顾客需求的权重———评估顾客需求与工程特性的关系———建立数学模型,计算综合测评值———结果分析。
3案例研究
某企业研发部门,形成了4个新型稳定土厂拌设备概念开发项目,记作方案1-4,产品的工程特性为生产率、搅拌性能、计量方式、电气性能、结构合理性、外形尺寸、预算成本、可靠性、外观,用标号EC1-EC9表示。用质量功能配置的方法评估和选择项目。对目标市场选定的420名顾客进行了调查,确定了顾客对该概念产品的需求共9项,分别为生产率高、搅拌均匀、计量精度高、自动化程度高、转场快捷方便、占地面积小、价格适中、故障率低和简洁美观,用标号CR1-CR9表示,由顾客调查顾客需求出现的频数,计算顾客需求权重。根据以上顾客需求、工程特性和有关信息建立了质量屋(见表)的有关部分:顾客需求权重(左上)、专家评估的工程特性和顾客需求的关系矩阵(右上)、4个概念设计方案的工程特性值,均标准化在0-1之间(右下)和按照公式(1)计算的各个方案的顾客需求值(中上)。按照公式(2)计算的各个方案的综合测评值为[1•38,1•41,1•33,1•29],方案排序为[2,1,3,4]。方案1在生产率、搅拌性能、计量精度和自动化程度高上略高于方案2,但制造成本较高,而且技术不是很成熟引起的高故障率,因此总体上不如方案2;方案3和4技术成熟,制造成本较低,故障率较低,但生产率、搅拌性能、计量精度和自动化程度低于方案2;因此方案2为较优方案,如果可制造性和经济性分析可行,可以进入下一步的产品详细设计阶段。
产品创新设计概念篇3
要做到这一点，我们计划利用由达索系统公司提供的三维体验平台的优势和功能，并构建一个如同您现在使用的SolidWorks工具一样简单直观的全新使用体验。今天，我想与您一起分享这种新方法的第一个实例，我们称其为SolidWorks概念设计。
SolidWorks概念设计是一种用于机械概念设计的工具，它是对您今天所使用产品的补充。它可以让您数字化捕捉概念，快速建立三维概念模型，从内部和外部的项目干系人获得反馈，并在提交工程前构建并轻松管理多个概念。
为什么要概念设计？
31%的项目时间都花在机械的概念设计上
3/4的工程师参与到了机械的概念设计
在一个典型的项目中平均有6个概念和4个设计迭代
在概念阶段会有三个以上的内部和外部的干系人参与其中
今天，SolidWorks是详细设计的最佳解决方案，但是它却限制了您对关键概念步骤的创造性。SolidWorks概念设计将填补这些空白，并允许您：
数字化捕捉概念
管理多个概念
沟通和协作
本能设计
设计出概念模型是SolidWorks概念设计加速缩短设计时间的真正开始。大多数系统都迫使你通过思考产品结构来捕捉概念。我们的单一建模环境易于使用和创新，并且拥有惊人的灵活性且易于修改。数字捕捉概念对于熟悉的工具和概念来讲其使用快速简单，所以重点是想创意而不是软件。
SolidWorks概念设计将历史记录，参数，和直接编辑的优点整合到了一个简单的界面上。当一个概念设计出来后，你可以对设计做任何必要的修改，但同时也要尊重您起初创建设计时的设计意图。单一建模环境可以让你从布局草图发展到到三维几何，而无需考虑产品结构就可分离部件和装配体。
当你产生了一个创意并且对该设计未来的发展方向有了很好的判断时，SolidWorks概念设计可以让您制作出您设计的组织结构。这消除了时间的浪费，因为你无需重新开始或者彻底返工您的设计，来做一个不明显的修改。
在单一建模环境，当我们把产品结构制作成组装体时，我们具备了熟悉的工具和通过使用来提高的智能，就像组件学习它们之前是如何被使用的一样。您还可以自主地将最初的设计意图应用到新的设计当中。Sol社会化创新
当你觉得已经获得了足够的概念时，让干系人（包括组织内部以及客户和供应商）参与，并取得他们关于最佳前进道路的反馈是至关重要的。
SolidWorks概念设计将社会化创新功能加入到其基础功能中。在任何时候，设计人员可以通过在自己的私人社区里贴出自己的理念，来让干系人参与其中。可以告知干系人有一个需要检验的概念，并可以通过使用简单熟悉的Web概念获得反馈。在世界正一天天变得越来越社会化时，在SolidWorks，我们相信集体的智慧。SolidWorks概念设计真正将这些功能加入了概念设计中。这种形式的参与让您可以更好地与您的客户进行交流并将自己与竞争对手们区分开。干系人完成工作后，设计师会自动收到通知，并可以利用这些反馈继续开发这种概念。
连接
SolidWorks概念设计总是与设计数据库和其他用户相连。这使我们有能力保护您的数据，防止任何系统崩溃导致的数据丢失，并自动保存每一个概念的迭代。
您可以同致力于您项目的用户连接，也可以同范围更广的SolidWorks社群上的用户连接。您可以参加与其他用户实时聊天，得到关于问题或者设计挑战的反馈。用户总是合作制作同一个设计，这样既可以节省时间，也不会混淆哪个是最新版本。当一个团队成员做了一个修改，其他的所有用户都可以实时地更新到最新版本，所以概念在不断向前发展。
通过连接，可以随时随地访问你的概念模型。SolidWorks概念设计甚至允许用户使用移动应用设备带着设计四处走来进行设计检验，甚至销售和市场营销活动。
我们对SolidWorks概念设计取得的进展感到非常高兴。该产品对今天使用SolidWorks的公司来说将是一款很好的补充产品。我们相信该产品通过整合单一建模环境的灵活性，社会化创新，和在线连接的优势，可以提供一种全新的概念设计方法。
产品创新设计概念篇4
目前,设计知识管理已成为国内外许多研究机构、大学、企业的研究热点,如美国NIST的设计知识库项目[2]；欧洲WISE工程知识管理项目[3]、MOKA项目[4]；韩国LG公司资助的知识管理项目[5]；国家863资助的知识管理平台研究[6]等,但还没有一个实用的能支持概念设计知识重用的系统,对它的研究也还停留在理论准备阶段。
本文在研究了基于本体的的概念设计知识模型的基础上,提出了基于本体的概念设计知识管理框架,研究了用户对本体的定义、对知识结构内容的自由扩充以及概念设计知识的检索方法等关键技术。
1、基于本体的概念设计知识建模
1.1概念设计知识分类与表达
概念设计是对设计问题加以描述,并以方案的形式提出众多解的设计阶段[7].概念设计从不同的角度有多种定义[8].一般认为,概念设计是指以设计要求为输入、以最佳方案为输出的系统所包含的工作流程,是一个由功能向结构的转换过程。
图1描述了一般概念设计的工作流程,它包含综合与评价两个基本过程。综合是指根据设计要求,运用各种分析、设计方法推理而生成的多个方案,是个发散过程；评价则从方案集中择出最优,是个收敛过程。概念设计是将所设计的产品看成一个系统,运用系统工程的方法去分析和设计。具体说,概念设计就是将设计对象的总功能分解成相互有机联系的若干功能单元,并以功能单元为子系统进行再次分解,生成更低一级的功能单元,经过这样逐层分解,直至对应的各个最末端功能单元能够找到一个可以实现的技术原理解。概念设计的主要任务是功能到结构的映射,概念设计过程主要包括：功能创新、功能分析和功能结构设计、工作原理解的搜索和确定、功能载体方案构思和决策。
根据概念设计的过程及人在设计时的认知特点将概念设计知识分为元知识和实例知识（其分类如图2所示）。元知识中主要包括功能知识、技术原理解知识、结构知识等。实例知识中主要包括方案设计实例、技术原理解实例、产品实例等知识。
（1）功能知识。主要描述产品完成的任务,描述产品的功能及功能子项。描述产品要完成的功能,包括功能内容、实现参数、性能指标等；
（2）技术原理解知识。描述产品功能及功能子项的原理解答。它的表达要复杂些,一方面可用文字、数字表达它的说明、解答参数,另一方面,要有图形支持产品原理解答；
（3）结构知识。描述产品的结构设计状况,是对原理域知识的细化和扩充,是求解原理解的结构载体,可描述产品关键部分的形状、尺寸和参数。产品功能结构的映射（简称为功构映射）就是对产品的功能模型进行结构实现的求解,是将产品功能性的描述转化为能实现这些功能的具有具体形状、尺寸及相互关系的零部件描述。在这里功能是产品结构的抽象,是结构实现的目的；而结构则为实现某功能而选用的一组构件或元件。功能结构间的关系一般而言是多对多的映射关系。一个功能可能由一个或多个特征或元件实现,而一个特征或元件也可能完成一个或多个功能；
（4）实例知识。已成功或失败的设计范例,包括方案设计实例,产品结构知识实例、技术原理解实例等。它包含了更多的实际因素,是类比设计和基于实例推理设计的基础。
以工程机械中某型滑模式水泥摊铺机为例,总功能为摊铺水泥路面,总功能可细分为滑模作业、控制作业等功能,滑模作业功能又可细分为提水泥浆、挤压成型等功能。其中某个功能的实现可能会由几个结构组合而成,例如滑模式水泥摊铺机滑模作业功能就是由螺旋分料器、刮平板等几个结构一起才能实现。图3为该水泥摊铺机的功能层次定义和功能分解结构举例。该产品所对应的结构分解则如图4所示。图5中给出了对于滑模作业功能的技术原理解简图、技术原理解的评价、参考产品,以及实现该功能的说明等相关的知识。
如何利用计算机技术对概念设计予以支持,对概念设计知识进行有效的管理,至今仍没有较好的解决方法。目前的知识建模主要是专家系统,最常用的知识模型包括框架、产生式规则、语义网络、谓词逻辑等。专家系统的知识建模主要侧重符号层的系统实现,很少考虑动态的,非结构化的知识,造成专家系统解决问题的局限性,使得专家系统不能解决大型复杂问题。
本体作为对概念化显式的详细说明”[9,10],研究领域内的对象、概念和其他实体,以及它们之间的关系,可以很好地解决概念设计知识的表达、检索和重用等问题。采用本体描述概念设计知识可以支持细粒度的产品语义信息的描述,可以形式化地定义特定领域的知识,如概念、事实、规则等；支持语义层面的集成和共享,基于本体的知识定义可以对知识作普遍的、无歧义的语义解释,可以保证不同使用者之间进行语义层面的信息共享和互操作。
1.2本体建模过程描述
本体是某一领域的概念化描述,着意于在抽象层次提出描述客观世界的抽象模型,它包括两个基本的要素：概念和概念之间的关系。本体的构建必须满足以下的要求：对目标领域的清晰描述；概念或概念之间关系的明确定义；一般性和综合性原则。本体可以有多种表述方式,包括图形方式、语言形式和XML文档形式等。
基于本体的产品概念设计知识建模过程包括3个阶段：
（1）产品概念设计知识目标确定。产品概念设计知识定位,概念设计知识的定位决定本体构造的功能需求及最终用户。
（2）产品概念设计知识本体分析与建立。根据需求分析,确定该领域的相关概念及概念属性,并用XML语言进行形式化描述。这个阶段是建立概念设计知识本体的关键环节,直接影响到整个本体的生成质量,同时也是工作量最大的阶段。
（3）产品概念设计知识本体评价。对所创建的本体进行一致性及完备性评价。一致性是指术语之间的关系逻辑上应保持一致；完备性是指本体中概念及关系应是完善的。我们称该3阶段的组合为产品概念设计知识本体建模的一个生命周期（见图6）。
1.3概念设计知识的本体表示
在此我们以工程机械中滑模式水泥摊铺机为例,结合图3～图5中的实际知识,从概念实体、概念属性及概念间关系等方面来说明产品知识、功能知识、技术原理解知识、技术原理解实例等概念设计知识的本体表示,通过概念蕴涵、属性关联、相互约束和公理定义等方法揭示了概念间的本质联系,形成一个语义关系清晰的产品概念设计知识模型。建模采用目前最新的OWL语言描述。
表述的语义为一个滑模式水泥摊铺机继承了一个产品的所有属性,此外还具备了关系属性：摊铺能力,同时,又对属性摊铺能力作了限制：只能应用于滑模式水泥摊铺机领域,且取值变化只能在摊铺宽度中（省略了关于滑模式水泥摊铺机类似属性的定义,如摊铺厚度和摊铺速度等）。
（3）功能知识类
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表述的语义为一个功能知识只有一个功能名称,且最少具有一个相关产品（省略了功能知识类似属性的定义,如功能编号、功能说明、创建人、创建时间、存储位置等）。
（4）功能技术原理解类
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表述的语义为一个功能技术原理解具有对应的功能名称,相关的技术原理解简图（省略了技术原理解类似属性的定义,如评价、参考产品、创建人、创建时间、存储位置等）。
上述描述中,使用类公理（subclassof）描述了两个类（概念）之间的继承关系,如滑模式水泥摊铺机类是产品类的子类。在描述类属性时,使用关系属性（objectproperty）描述了类的某个属性同时也表示了两个类之间的某种关系,如摊铺能力既是滑模式水泥摊铺机类的一个属性,同时也表达了和摊铺宽度类之间的对应关系。另外,使用属性公理domain和range表示属性的应用领域和属性的取值范围,如属性摊铺能力只能用于滑模式水泥摊铺机类,且它的取值只能是摊铺宽度数据集。
1.4基于本体的概念设计知识管理的特点和优势
基于本体的概念设计知识管理可以让设计人员更好地重用已有的概念设计知识,基于本体的概念设计知识管理具有以下的一些特点或优势：
（1）支持用户定制知识类别。产品概念设计过程中,需要运用多种类型的知识,如：功能类、功能技术原理方案解类等。这些知识的描述和使用有着不同的特点,不能用相同的描述框架来处理。基于本体的设计知识建模允许用户对设计中知识类别加以定制,针对每一类别定义其描述属性,从而较好的解决了概念设计中多来源多类型知识的表示问题。
（2）支持概念共享的知识库构建。概念设计知识本体的构造澄清了概念设计领域知识的结构,为概念设计知识的表示打好了基础,而本体中统一的术语和概念也使概念设计知识更好地共享成为可能。基于本体的概念设计知识表示在区分不同知识类别的同时,建立起概念间的共享联系。通过概念间的共享机制,避免了设计知识库的数据冗余和数据不一致问题,方便了知识的建模录入、检索及统计处理。
（3）多视图和基于本体概念的知识检索。在目前的应用系统中一般采用基于关键字的数据库查询方法,由于其数据库组织不是建立在能够表示概念之间的关系、事实和实例的领域模型的基础上,因此无法实现智能查询和信息推理,也就无法解决语义异构性问题。由于不同的组织和人员可能使用不同的词语表示同一个含义,因此查询系统得不到意义相同但用词（语法）不同的内容。当需要对多个数据源进行查询的时候问题更为明显,多意词和同义词会使查询得到许多不相关的信息,而忽略另外一些重要信息。
在基于本体的概念设计知识管理中由于具有统一的术语和概念,知识库建立在本体的基础上,使得基于知识的设计意图匹配成为可能。采用基于知识、语义上的检索匹配,对用户的检索请求,通过查询转换器按照本体把各种检索请求转换成对应的概念,在本体的帮助下从知识库中匹配出符合条件的数据集合,解决了语义异构的问题。
从人在设计时的认知特点出发,可以采用基于功能分解树的功能设计知识检索视图、基于产品分解结构树的结构设计知识检索视图,还可以利用本体中已定义的概念定义其它知识检索视图,比如需求功能知识检索视图、软件工具使用知识检索视图等,实现基于知识检索的设计意图的匹配。
2、基于本体的概念设计知识管理
2.1概念设计知识管理系统结构
结合工程机械行业的实际,本文提出了图7所示的基于本体的产品概念设计知识管理系统结构,系统按照知识产生、获取和利用的流程来构建,系统结构主要包括概念设计知识管理工具、数据接口程序以及基于本体的概念设计知识库,具体由4个部分构成。
（1）概念设计知识获取。概念设计知识的获取包括从概念设计知识本体定义、本体之间关系定义、本体知识库生成到概念设计知识获取整个过程。
（2）概念设计知识维护。主要包括从概念设计知识本体维护、本体关系维护、知识库重新生成到概念设计知识维护的过程,实现对本体的属性修改,各类知识之间的关系维护,以及知识库的更新等。
（3）概念设计知识检索重用。系统中提供基于多视图的知识检索方式,如基于功能分解树的功能设计知识检索视图、基于产品分解结构树的结构设计知识检索视图,及用户定义的其它知识检索视图。此外系统提供基于本体概念的知识检索方式,通过本体映射库,可以实现同义词的检索,保证可能会采用不同的概念和术语表示相同的设计信息的人可以得到相同的知识帮助。
（4）概念设计知识库的构建。要实现基于本体的,支持客户自定义的概念设计知识管理,系统必须由足够的柔性,支持各类知识的存储,作为系统基石的知识库的构建就不能采用完全预先定义的方式,在系统中我们采用基础数据库加上在此基础上经过本体定义工具动态生成的各类知识库的方法保证基于本体的知识管理的实现。
2.2概念设计知识管理关键技术及实现
产品创新设计概念篇5
关键词：概念设计理论；舞台机械设备；重要性
中国的文化市场正在逐渐形成，在舞台机械设备方面中进入中国市场的国外的企业越来越多。中国企业要想在这种激烈市场竞争中占据有利的地位，应该加强舞台机械设备方面的技术的创新能力，同时在保证质量的前提下降低设备在制造过程中的成本，以及完善在舞台机械设备方面的售后服务。在现代的设计中往往将一件商品的设计过程分为四个部分：产品前期规划、概念设计阶段、技术设计阶段和物品施工阶段，其中的概念的设计阶段是这四个阶段中的最重要的阶段。笔者通过这几年的工作实践，来分析概念设计的理论在舞台机械设备中应用的重要性问题。
一、概念设计的重要性
概念设计是产品设计中最重要的环节，概念设计中的任务是为商品寻找最优的工作原理方案，能够在很大程度上决定可产品的性能、创新性、速率等问题，在商品的成本的方面决定了商品的很大的成本，因此概念设计在舞台机械设计中具有非常重要的作用。在传统的对舞台机械设备的设计中，依据设计师的平时设计经验将设计中心放在了施工设计中的零部件的设计上，在概念的设计上没有运用科学地设计手段，在这样的设计流程下设计出来的商品很难再商品市场中占据有利的地位。在产品的概念的设计阶段，引进前进的概念的设计方法，能够有效地激发对产品的创造的能力，能够快速寻找出商品的设计方案，大大缩短设计的时间，减少商品的设计成本，使舞台机械设备能够在激烈的市场竞争中处于有利的地位。
二、概念设计的具体内容
概念设计的具体内容是根据产品的设计任务，来抽象化拟定概念设计的流程，之后寻求适合产品的最优的解决方案。用现代设计的方法中来分类，可以将舞台机械设计的概念的设计分为以下三类：
（一）产品创新设计
在舞台机械设备的工作原理等未知的情况下，通过概念设计的具体的要求来为舞台机械设备制定一份新的工作原理，在对产品进行科学的工作原理之后，通过运用现代的科学技术对这种新拟定的工作原理进行验证，看其在市场中是否具有可行性。概念设计的这个阶段是对产品的一种创新性的设计，创造出行的产品。
（二）产品适应性设计
在产品的质量方面为了满足舞台机械设备的使用的需求，在舞台机械设备工作原理不变的情况下，对舞台机械设备进行局部的变更或者创造不来一个新的部件。
（三）产品变形设计
这里产品的变形设计是指，在舞台机械设备的工作原理不变的情况下，对舞台机械设备的整体尺寸以及零部件的配置等，使其适应概念设计的要求。
从以上三个有关舞台机械设备概念设计的阶段可以看出，在舞台机械设计中概念设计具有重要的作用。在概念设计的核心在与对产品的总功能的分解，在对总共能分解为对个小功能之后，在得到设备的工作原理之后对这些小设备进行相关的细分和评估。评估的方法可以通过查找文献、进行模型设计等方法得来，也可以通^设计目录，因为设计目录是设计实验和设计经验的总和，可以通过运用计算机设备进行科学地辅助的设计。对于设计目录来说它承载了产品设计过程中的设计信息，将产品设计过程中的各个设计阶段的设计信息通过一定的编排和整理进行分类，然后作为信息进行存储。其中目录可以分为对象目录，对象目录是不针对具体的目录信息进行存储；解法目录是针对在产品设计中针对产品的具体的解法的信息，它可以详细了解产品在各个设计阶段总的解法的具体的信息，可以推动在舞台机械设备中的概念设计的有效进行。
三、总结
综上所述，可以看出概念设计在舞台机械设备设计中的运用具有重要的作用，概念设计可以推动舞台机械设备在设计过程中的创新性，是舞台机械设备在激烈的市场竞争中处于有利的地位。
产品创新设计概念篇6
关键词：工程设计，概念设计，创造性思维，创新
1工程领域中的概念设计
现代科技的迅猛发展，尤其是微电子、信息、新材料及集成技术的进展，使产品结构发生了革命性的变化，机电一体化、模块化已成为工程产品的发展趋势；计算机技术的飞速发展和广泛应用，深刻的影响着设计开发过程、制造过程、营销和售后服务过程，并改变着产品的结构和功能；先进工艺技术和先进制造技术为现代工程设计提供了前所未有的工艺技术手段和社会化制造体系。这些变化都深刻地影响着工程设计的发展。
工程设计是人们运用科技知识和方法，有目标地创造工程产品构思和计划的过程，几乎涉及到人类活动的全部领域。工程设计的费用往往只占最终产品成本的一小部分（8~15%），然而它对产品的先进性和竞争能力却起着决定性的影响,并往往决定70~80%的制造成本和营销服务成本。所以说工程设计是现代社会工业文明的最重要的支柱，是工业创新的核心环节，也是现代社会生产力的龙头。工程设计的水平和能力是一个国家和地区工业创新能力和竞争能力的决定性因素之一。
工程设计的全过程就是不断建立各种模型，并不断进行综合和分析的过程，即反复地创造模型和评价模型的过程。工程设计的内容大致可分为两类：一类是数值计算型的工作，包括大量的计算、分析、绘图、编写说明书和填写各种表格；另一类是符号推理性的工作，主要是方案设计工作。在设计方法学中，前者称之为细节设计，后者称之为概念设计。概念设计主要包括功能设计和结构设计两大部分。其作用主要体现在产品设计的早期阶段，把主设计师根据产品功能的需求而萌发出来的原始构思和冲动形成产品的主体框架，及它应包括的各主要模块和组件，以完成整体布局和外型初步设计。然后进行评估和优化，确定整体设计方案。再由各责任设计师把总设计师的设计思想落实到具体设计中去，实现细节设计。可见概念设计是个创造性过程，它要求设计者能综合运用许多学科的专门知识和丰富的实践经验，并通过广泛的调查研究而占有大量的信息资料，再经过反复思考、推理和决策，才能创造出与众不同的、满足用户要求的设计方案来。
在工程设计领域中存在这样一个误区：设计、构思的原始冲动是三维概念，最终设计实施之结果即产品也是三维形体。可是多年来以二维绘图为基础的产品设计、制造模式严重地束缚了工程技术人员的创造力和想象力，成为创新的桎枯。
三维建模技术的崛起以及虚拟制造技术的出现为概念设计和创新提供了一种极好的工作平台，设计师们可以直接从三维概念和构思入手，进行概念设计，形成产品的初步框架，然后进一步通过工程分析、数字仿真、虚拟现实等高新技术手段来分析和评价设计方案的可行性及未来产品的质量、可靠性。这种设计方法尤其能充分发挥自顶向下的设计过程中,设计者的智慧和创新能力，不必拘泥于平面图纸的限制和束缚，而把主要精力聚焦于创造性的劳动——创新。
2概念设计与创造性思维和技术创新
2.1创造性思维及其特点
要设计就要有创新，而创新正是设计人员进行创造性思维的结果。设计人员要打破习惯性思维，变换角度，开阔视野，才能使自己的创造力得到更充分的发挥。创造性思维是指有创建的思维，即通过思维，不仅能揭示事物的本质，而且能在此基础上提供新的、具有社会价值的产物。创造性思维有扩散思维和集中思维、逻辑思维和形象思维、直觉思维和灵感思维等多种形式。在工程设计的概念设计中，要努力发掘创造性思维的能力，充分注意扩散思维和集中思维的辨证统一，准确把握逻辑思维和形象思维的巧妙结合，善于捕捉直觉思维和灵感思维的“闪光和亮点”，这样才有可能设计出新颖、独特、有创意的产品。
创造性思维具有如下一些特点：
（1）独创性：创造性思维所要解决的问题是不能用常规、传统的方式解决的问题。它要求重新组织观念，以便产生某种至少以前在思维者头脑中不存在的、新颖的、独特的思维。这就是它的独创性。独创性要求人们敢于对司空见惯或“完美无缺”的事物提出怀疑，敢于向传统的陈规旧习挑战，敢于否定自己思想上的“框框”,从新的角度分析问题、认识问题。
（2）连动性：创造性思维又是一种连动思维，它引导人们由已知探索未知，开拓思路。连动思维表现为纵向、横向和逆向连动。纵向连动针对某现象或问题进行纵深思考，探询其本质而得到新的启发。横向连动则通过某一现象联想到特点与它相似或相关的事物，从而得到该现象的新应用。逆向连动则是针对现象、问题或解法，分析其相反的方面，从顺推到逆推，从另一角度探索新的途径。
（3）多向性：创造性思维要求向多个方向发展，寻求新的思路。可以从一点向多个方向扩散；也可以从不同角度对同一个问题进行思考、解决。
（4）善于想象：创造性思维要求思维者善于想象，善于结合以往的知识和经验在头脑里形成新的形象，善于把观念的东西形象化。爱因斯坦有一句名言：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。”只有善于想象，才有可能跳出现有事实的圈子，才有可能创新。
（5）突变性：直觉思维、灵感思维是在创造性思维中出现的一种突如其来的领悟或理解。它往往表现为思维逻辑的中断，出现思想的飞跃，突然闪现出一种新设想、新观念，使对问题的思考突破原有的框架，从而使问题得以解决。
2.2概念设计呼唤技术创新
技术创新在概念设计中发挥着至关重要的作用。概念设计中技术创新的本质就是要在工程设计领域中发现某种新事物、提出某种新思想，在很多情况下是因为现有的产品不能满足社会（用户）的需求而激发出的新颖构思和创见。技术创新的基础是知识的积累和灵感的迸发，是设计人员进行创造性思维的结果。创新本身就意味着不拘一格，不局限也不依赖于某种特定的模式，以下诸多方面都是孕育技术创新的土壤：
（1）多项现有技术的有机结合或综合运用往往会产生意想不到的效果；
（2）对已有知识的创造性总结和应用常常带来重大的科技突破；
（3）突发奇想但经过科学论证或实验证明所产生的新思路、新方法、新技术；
（4）新知识与现有知识的合理嫁接；
（5）产品功能上的兼收并蓄和去粗取精；
（6）学科间的交叉、交融和借鉴；
（7）新技术、新材料、新工艺的有机结合及应用；
（8）科学研究中的新发现和新成果应用于工程实践……。
由此可以进一总结出多种行之有效的创新技法：
l智力激励法：又称集智法、智暴法。即通过集会让设计人员用口头或书面交流的方法畅所欲言、互相启发进行集智或激智，引起创造性思维的连锁反应；
l提问追溯法：根据研究对象系统地列出有关问题，逐个核对讨论，从中获得解决问题的办法和创造性发明的设想，或是针对新开发产品的希望点（或缺点），逐点深入分析，寻找解决问题的新途径；
l联想类推法：通过相似、相近、对比几种联想的交叉使用以及在比较之中找出同中之异、异中之同，从而产生创造性思维和创新的方案；
l反向探求法：采用背离惯常的思考方法，通过逆向思维、转换构思，从功能反转、结构反转、因果反转等方面寻求解决问题的新途径；
l系统搜索法：从一个初始状态开始，分析影响系统的各个参量，逐步向前搜索，或采用孤立因素、更换参数等方法获取系统的多种解法并求得最优解；
l组（综）合创新法：将现有的技术或产品通过功能原理、构造方法的组合变化，或者通过已知的东西作媒介，将毫无关联的不同知识要素结合起来，摄取各种产品的长处使之综合在一起，形成具有创新性的设计技术思想或新产品；
l知识链接法：创新是一个动态的和复杂的作用过程和知识流，它包括知识的产生、开发、转移和应用，这四个阶段构成一条“知识供应链”并按照下述原则进行管理：把技术创新过程作为一个集成化的系统，只有将所有涉及该过程的伙伴捆绑在一起，才能发挥最大作用，这些伙伴都应明确什么知识内容才能满足用户最大需求，知识转移的特征和形式是什么，最终用户是谁，他们何时需要使用这些知识？涉及创新的所有信息流和通信流对全体伙伴都是开放的，在每个知识供应者和知识使用者之间建立信息反馈，使信息交换更为有效，知识供应链中每一个伙伴能够感受到整个系统和他们自己都从中获得巨大利益，认识到自己是链中不可缺少的重要环节。该方法适于更大范围内、更高层面上的技术创新。
3工程设计领域中的概念设计技术创新实践
基于上述分析，我们提出了若干种含有技术创新的产品概念设计范例：
（1）采用先进的控制、驱动和定位系统，由局部小画面组成整体大画面的可变画面巨型灯箱广告机的设计；
（2）时速超过运七飞机的高速铁路机车车身外型设计，既要满足空气动力学性能，又要有美观的外型，三维CAD建模技术和NURBS曲线面理论的应用；
（3）适应于多弯道和小半径城市轨道交通环境下的摆式列车车身及减振转向架的设计；
（4）反求工程已广泛应用于一些具有复杂曲面的实物模型（如模具）的三维数据重构，不妨借鉴用来对生物医学图象进行数字图象处理，为医务人员的临床诊断和治疗提供更逼真的三维模型和实体模型；
（5）基于电动机——发电机可逆原理的新型电动自行车的设计，把（下坡时）车轮转动的动能所转化成的电能再回充给蓄电池，从而增加电动自行车蓄电池一次充电使用的续行距离；
（6）加工中心自动换刀功能的扩展，用于东风4（11）型内燃机车发动机端面多轴孔加工的自动换箱多轴箱设计；
（7）把列车检修工人的丰富经验升华为专家系统——基于加速度传感器和单片机控制的智能式检振锤的设计；
（8）虚拟轴机床（并联机床）的概念设计。
这里以铁路机车车身设计为例，对概念设计及创新的过程加以说明。
时速300公里以上的高速列车在欧美、日本等发达国家得到广泛应用。我国已通过论证并计划在下世纪初建设第一条（京沪）高速铁路。
当我们看到法国TGV（TraindelaGrandeVitesse）实验车速达到515.25公里／小时时，我们知道这已经超过了我国“运八”飞机的时速，设计师的头脑中自然应该产生这样的概念：时速300公里的铁路机车车头的外型也应该像飞机那样具有流线型和光顺性，才会有较好的动力学特性。“光顺”一词的几何意义是所构造的曲线、曲面应具有C2连续，且无奇点。从通俗的概念来理解，即为“光滑顺眼”之意。
由这些概念和构思出发，我们可以由整体构思和概念设计逐步进入流线型机车车身的细节设计环节。
铁路工业和汽车工业对车身外型设计的先进性和创新性的都有着一致和迫切的要求。归纳起来应是以下几个方面：
l具有良好的空气动力学特性，以减少在高速运行时的摩擦阻力。
l具有良好的结构布局及足够的强度和刚度。
l具有美学曲面的质感和动感，以美化生活和环境。
l尽可能短的设计和制造周期，以尽快地占领市场。
显然满足上述诸要求的车身外型曲面是相当复杂的，非一般常规曲面（如柱面、球面、锥面、环面等）所能表达。再者，若按常规设计、制造方法和过程来完成如此高要求的设计外型，则上述第四项要求更是高不可攀。只有积极谋求技术进步，大力推广应用CAD/CAM技术才是解决车身外型改型频繁、不断创新且满足上述各种要求的关键所在。
近十年来，CAD业界涌现出一批象EDS的UG、PTC的Pro-Engineer、MATRA的EUCLID、IBM的CATIA等等一系列优秀的CAD/CAM软件，为我们提供了一个极好的开发工具和环境。它们的三维实体建模、参数建模及复合（Hybrid）建模技术，实体与曲面相结合的造型方法，以及自由形式特征建模（FreeFormFeatureModeling）技术为我们的设计工作提供了强有力的工具。
这里具体地介绍如何使用UG的FreeFormFeature等功能，来实现车身外型的概念设计到细节设计。
UG的FreeFormFeatureModeling模块把实体建模和表面建模技术集成为一个功能十分强大的建模工具组，它支持复杂自由曲面的造型设计。它的复合建模技术，自由型面特征建模，可视化编辑，多组件装配，二维视图自动生成，尤其是伴随最新UGV14.0版本推出的全新概念设计WAVE（What-ifAlternativeValueEngineering）可使不同部门的工程师在设计的早期阶段，站在系统工程的角度，同时针对多种可供选择的方案进行评估，通过将设计意图组织到一个“控件结构”中去，使工程师十分有效地控制设计变更，而且所发生的变更会自动地传递到上级设计中去。
这里以创建流线型机车车身外型为例，具体步骤如下：
（1）根据前节所述模线的来源，本例参考法国TGV和德国ACE机车外型模板，并加以个性化修改。所选定的23条模型基线见于图1。
外形模型基线向等值半径线云图
以这一组模线为基础，采用UG的FreeFormFeature/ThroughCurve来创建曲面；采用Info/Analysis/FaceCurvature功能来观察和分析该曲面的光顺性，图2即为车身外型曲面及顶面法向半径等值线云图。
在构造模线的原始数据中可能有“瑕点”，或者仅凭“感觉”进行判断，创建的曲面不一定能完全满足C2连续的条件和光顺性的要求,可以通过光顺处理予以满足。图3是对其中一条模线进行光顺处理的过程。值得重视的是：获得一组光顺的模线是生成光顺曲面的必要条件。
采用光顺后的模线重新构造车身外型曲面。采用UG/Photo功能并指定材质，可进行着色、光照、渲染，以得到更为逼真的三维造型图。见图4。
图4机车车身三维造型图5机车车身二维投影图
（5）对机车车身裙部和头部下端，可采用Feature/Curve/Mesh功能分片进行创建。这里充分体现出UG软件对角域曲面的三维造型能力。