一、概述

  產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計理論、方法與工具是基于現(xiàn)代設(shè)計理論和方法，應用微電子、信息、管理等現(xiàn)代科學技術(shù)，以提高產(chǎn)品質(zhì)量、用戶滿意的價格和款式（造型色彩）、提高產(chǎn)品的功能、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期為目的的一切設(shè)計技術(shù)的總稱。產(chǎn)品創(chuàng)新理論、方法與工具技術(shù)研究的宗旨是從產(chǎn)品的工作特性和功能目標出發(fā)，在特定技術(shù)、經(jīng)濟和社會等具體條件下，根據(jù)相鄰學科的原理，創(chuàng)造性地設(shè)計產(chǎn)品，并使它在技術(shù)及經(jīng)濟上達到佳水平。該技術(shù)鼓勵設(shè)計人員，從原來固有的常規(guī)設(shè)計模式中跳出來，用新觀點、新原理、新方法來設(shè)計新產(chǎn)品。在發(fā)明了新產(chǎn)品后，在技術(shù)的有利條件下，將該技術(shù)領(lǐng)域擴展，并形成此方面的技術(shù)優(yōu)勢。

  產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計理論、方法與工具的研究范圍大體可分為：產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計、降低成本設(shè)計、快速設(shè)計、仿真與虛擬設(shè)計、智能設(shè)計、廣義優(yōu)化設(shè)計等設(shè)計技術(shù)。

  二、現(xiàn)狀及國內(nèi)外發(fā)展趨勢

  二戰(zhàn)以后的幾十年來，各主要發(fā)達工業(yè)國家先后開始重視起對設(shè)計技術(shù)的研究，如英國從60年代開始，就以國家政策和財力來支持發(fā)展與推廣設(shè)計新技術(shù)；德國提出“設(shè)計就是科學”，且其設(shè)計學的發(fā)展已初具規(guī)模；美國成立有“設(shè)計委員會”。日本同樣也非常重視設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，將設(shè)計看作是技術(shù)、經(jīng)濟、美學和人機學的一體化整體，并極力推廣和采用新技術(shù)，從而大大提高了機械產(chǎn)品在市場的競爭力。近年來，在上每年召開一次與設(shè)計有拳會議，探討設(shè)計的新理論和新方法。

  我國工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計的發(fā)展經(jīng)歷了一個曲折的過程。以前都是憑借設(shè)計者的經(jīng)驗，以模仿為主，故局限性大。從60年代開始，加強了新產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計與實驗研究工作，從而使設(shè)計從仿制和經(jīng)驗設(shè)計逐漸走向?qū)嶒炑芯亢陀嬎惴治鲭A段。到了80年代，開始在國內(nèi)介紹一些上的先進技術(shù)與方法。同時將計算機引入設(shè)計領(lǐng)域，對設(shè)計工作的發(fā)展起了很大的推動作用。

  但是，我國在設(shè)計領(lǐng)域中仍存在很大問題，主要是對設(shè)計研究不夠，已有的成果得不到有效的推廣和應用，資金投入少，人員培訓工作跟不上發(fā)展的需要，一直沒形成開發(fā)新產(chǎn)品或更新老產(chǎn)品的設(shè)計和應變能力，對引進的先進技術(shù)和產(chǎn)品，更沒有從設(shè)計的角度進行消化。

  在創(chuàng)新設(shè)計方面，隨著科技和經(jīng)濟的迅速發(fā)展，計算機在設(shè)計領(lǐng)域的應用已越來越廣闊，創(chuàng)新也由原來的仿生法、智爆法、聯(lián)想法、形象思維法和陣列法等基于認知的方法（Cognitive Approach）過渡向基于系統(tǒng)的方法（System Approach）方向發(fā)展，對設(shè)計進程和設(shè)計對象進行建模、模擬人類的認知思維模式，極大地推進了創(chuàng)新設(shè)計的自動化，并且利用系統(tǒng)論和信息論的研究成果，創(chuàng)新設(shè)計開始向智能化發(fā)展。

  在降低成本設(shè)計方面，國內(nèi)外專家對成本估算及降低成本的方法進行了大量的研究。德國學者提出了成本結(jié)構(gòu)和分類，用相對成本概念來實現(xiàn)不同設(shè)計方案之間的對比評價，同時利用設(shè)計方法學和控制成本的設(shè)計思想研究成本特征與設(shè)計特征之間的轉(zhuǎn)化，提出了面向用戶的目標成本核算法；美國學者（在面向報價方面）對已有或生產(chǎn)過的產(chǎn)品作回歸統(tǒng)計的結(jié)果，建立了成本模型；日本、瑞士、英國等學者也均對制造階段的成本估算進行了較多的研究。國內(nèi)的許多學者也對這一課題進行了數(shù)年的研究，但由于工廠數(shù)據(jù)可靠性較差，研究經(jīng)費和人力不足，工作量和難度大等原因，進展緩慢，從上述可看出對產(chǎn)品降低成本的設(shè)計長期以來還一直停留地局部階段的理論分析和計算，尚未把它納入到貫穿設(shè)計全過程一體化的CAD系統(tǒng)中，且分析結(jié)果大多是定性的，少數(shù)定量分析又是基于統(tǒng)計分析基礎(chǔ)上的，因此，建立支持設(shè)計全過程尤其是原理方案和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計階段的成本信息模型已成為實現(xiàn)低成本設(shè)計的關(guān)鍵和迫切需要解決的難題。

  在快速設(shè)計方面，1992年6月，在東京會議上正式提出并行工程技術(shù)，在此基礎(chǔ)上發(fā)展成旨在縮短產(chǎn)品設(shè)計周期的快速設(shè)計技術(shù)（Rapid Design Technology, RDT），目前上在針對快速設(shè)計的并行設(shè)計技術(shù)、快速原型技術(shù)、系列化模塊化技術(shù)和虛擬制造技術(shù)等發(fā)展均較為迅速。

  在仿真與虛擬設(shè)計技術(shù)方面，國內(nèi)外的研究均較為活躍，在機械產(chǎn)品設(shè)計的仿真建模中，目前應用廣泛的包括有限元方法（FEM），有限差分法等。在一些實際應用領(lǐng)域，希望從仿真系統(tǒng)中得到在真實世界中無法親身體驗到的感受，從而能突破物理空間和時間的限制，也就是說需要仿真系統(tǒng)具有超越現(xiàn)實的虛擬性，這些客觀需求推動了一種新興的技術(shù)——虛擬現(xiàn)實（VR-Virtual Reality）技術(shù)的發(fā)展；同時，在計算機虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)（VRS）環(huán)境中的虛擬設(shè)計（Virtual Deign-VD）技術(shù)方面的研究也越來虎受到人們的重視。

  在智能設(shè)計技術(shù)方面，各主要工業(yè)發(fā)達國家正從傳統(tǒng)的CAD技術(shù)不斷向智能CAD（ICAD）和人機智能化設(shè)計系統(tǒng)方向發(fā)展，對設(shè)計型專家系統(tǒng)的研究也正逐漸走向縱深，智能設(shè)計技術(shù)向著不但提供知識處理自動化，而且實現(xiàn)決策自動化，以支持大規(guī)模的多學科多領(lǐng)域知識集成設(shè)計全過程的自動化。

  廣義優(yōu)化設(shè)計方面，國內(nèi)的數(shù)值優(yōu)化技術(shù)約在70年代初應用于工程設(shè)計，且目前離形和隨機變量優(yōu)化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、智能優(yōu)化、優(yōu)化建模和復雜系統(tǒng)優(yōu)化方法學等領(lǐng)域的研究已取得具有相當水平的理論和應用成果，但對向前擴展到建立模型、處理模型，向后擴展到優(yōu)化結(jié)果顯示的全過程的研究還很不夠，與主要工業(yè)發(fā)達國家有著一定差距。
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