产品概念设计

　　产品概念设计是指由分析用户需求到生成概念产品的一系列有序的、可组织的、有目标的设计活动，表现为由模糊到清晰、由粗到精、由抽象到具体、不断演进的变化过程。产品概念设计的最终目的是开发新产品，而新产品必须满足用户需求，这就要求产品概念设计要以用户需求为重要设计依据。用户需求分为显性需求和潜在需求，用户显性需求能够通过分析市场调查数据直接获知，进而指导产品概念设计；用户潜在需求则需要产品概念设计小组充分挖掘需求信息，预测用户的期望，并运用科学的方法将新产品开发的投资风险降至最低。

　　1．创新性。创新性是产品概念设计的本质特征，主要表现在以下四个方面：其一，运用全新的设计理念生产概念产品；其二，在市场调查、分析的基础上，对现有产品的功能进行改进或开发新的功能，以满足市场开拓的需求；其三，对现有产品生产中的技术进行改良和突破，提升产品竞争优势；其四，对产品外观进行创新，给用户与众不同的感觉。

　　2．多维性。产品概念设计是一项复杂的工作，涉及社会需求调查分析、产品设计定位、产品功能定义、概念产品模型样机、生产结构设计等多个设计环节。尤其在设计创意阶段，不仅要多层次、多维度地反复思考问题，还要从设计对象的特点人手，运用抽象发散思维创造性地解决问题，为产品概念设计奠定基础。

　　3．综合性。产品概念设计的综合性主要表现在概念、功能、技术三个方面的综合。任何产品的概念均需要综合市场调查、需求分析、同类型产品概念模型比较等多项工作成果，进而作出准确的市场预测。在此情况下，产品功能会具备一定的综合性，并需要综合运用成熟的技术生产产品，赋予产品使用价值。

　　4．多样性。产品概念设计的对象是概念产品，相比较一般性产品而言，概念产品具备形式多样化的特点，不仅可以是三维的实物，也可以是虚拟的电子模式或其他形式。

　　产品概念设计必须以某种设计方法学的基本理论为指导，将概念设计方案的建模作为研究的重点，即如何运用适当的方法恰当地表达、描述和操作概念设计的过程，从而确保概念产品的特征和功能能够满足用户需求，充分体现设计者的设计思维和概念设计的创新之处。目前，概念设计方法成为了国内外诸多学者研究的重点内容，并取得了一定的研究成果。

　　(一)国外产品概念设计的研究现状

　　1．Sieger等人提出的系统设计法，其核心是运用系统工程的理论和方法分析产品设计的过程，是一种适用性较强的概念设计方法。

　　2．N．P．Suh提出的公理化设计方法，将概念设计过程分为顾客域、物理域、功能域、过程域四个领域的映射，并分别对应客户属性、设计参数、功能要求、过程变量等相关矢量。

　　3．Umeda等人提出键合图法，先利用行为描述表达产品的功能要求，而后使用键合图建模产品行为，最后通过行为图和匹配物理元件生成多个设计方案。

　　4．Ulrich提出基于规则配置的键合图元件，主要通过设计要求输入和输出参数的微分关系式，构建微分关系网络，进而产生概念设计方案。

　　5．J．S．Gero等人提出FBS模型，将概念设计信息进行分层抽象，按照功能、行为和结构的不同抽象层次中的信息生成概念设计方案，同时FBS模型也可用于求解概念设计中关于功能、行为和结构的相关问题。

　　(二)国内产品概念设计的研究现状

　　1．中国科学技术大学的李萌提出运用TRIZ和DEA进行产品概念设计的方法。该方法运用TRIZ揭示客户需求分析创新问题的实质，获取多种创新方案，并通过DEA评价这些创新方案，最终得到最优化的概念设计方案。

　　2．上海交通大学的孔凡国和邹慧君提出基于功能、行为、结构三层次的概念设计方法模型，使推理与知识表达相结合，进而产生不同层次的创新解。孔凡国和邹慧君在理论和方法研究的基础上，研发了MCIDISS(机械产品方案创新设计智能支持系统)。

　　3．华中理工大学的周济基于实例研究产品概念设计系统，并将其应用于再设计问题和实例检索与重用上，取得了良好的应用效果。

　　4．其他学者的研究：毛权提出基于实例原型的概念设计模型；应保胜提出实例推理与规则推理相结合的概念设计模型；潘云鹤提出综合推理模型等。

　　随着科学技术的不断发展，产品概念设计的研究也必须向集成化、智能化、网络化、数字化的方向发展，进一步拓展产品概念设计的研究深度和广度。在研究内容上，要重视对概念设计内在规律、思维模式的研究；在研究对象上，要重视对复杂产品的概念设计研究；在实现技术上，要重视对网络技术和数字技术的应用研究。

　　(一)复杂产品概念设计模型研究

　　未来产品概念设计研究的重点为设计过程模型、产品信息模型、方案生成模型的研究，通过模型研究力求提高设计过程的可操作性和弹性，运用设计模型解决复杂产品概念设计的创新问题。由于复杂产品涉及液压、控制、软件、机械、电子等诸多高科技领域，所以概念设计要研究相应学科知识与生成设计方案的表达和管理方法，在充分利用知识挖掘、数据仓库等手段的基础上，对综合推理模型进行不断完善和创新，使其成为复杂产品概念设计的有效模型。

　　(二)统一产品模型描述方式的研究

　　现阶段，虽然存在许多产品概念设计的模型可以对设计的不同侧面进行描述，但是却没有形成统一的产品模型描述方式，极易导致概念设计与详细设计、结构设计、工艺设计相脱节。所以，未来产品概念设计的研究方向和研究难点应确立为对产品创新设计的支持研究，即构建需求、功能、结构的映射机制，实现设计过程的控制自动化，解决概念设计与CAD的集成问题。

　　(三)协作式产品概念设计研究

　　随着产品概念设计的复杂程度越来越高，使得产品概念设计往往需要设计团队相互协作共同完成。在此情况下，协作式产品概念设计研究成为了重要的研究方向，为了满足不同领域专家、设计者、客户和制造者之间相互协作的要求，应当使协作式概念设计集合多学科知识，消除参与设计方的矛盾冲突，实现对产品数据和知识的高效管理。协作式产品概念设计要将网络协作设计、智能体协作设计、设计数据共享、设计知识管理、智能用户界面开发等作为重点研究内容。

　　(四)人机协作的概念设计系统研究

　　产品概念设计既要发挥人的潜力，又要合理利用计算机技术、网络技术、信息技术，通过将人的智慧与机器、技术的高度结合，从而充分人机协作的效用，不断创新产品概念设计的实现模式。未来产品概念设计系统的研究要重视可视化等虚拟技术的运用，进而研究人机任务分配、人机协作算法、人机交互界面开发等内容，最终构建人机交互平台，实现人为操作与机器算法的有机结合。