創(chuàng)新設(shè)計管理論文范文

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篇1

機(jī)械方案設(shè)計是一個創(chuàng)造性很強(qiáng)的活動，其思維過程是形象思維和抽象思維綜合作用的結(jié)果。目前計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）主要解決了在計算和繪圖等設(shè)計后續(xù)階段對設(shè)計者的支持。而對于極富創(chuàng)造性的早期方案設(shè)計階段的計算機(jī)支持至今沒有取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。即使是智能CAD系統(tǒng)，所采用的方法的理論基礎(chǔ)仍是基于傳統(tǒng)的人工智能的知識表示與推理方法，即邏輯思維為基礎(chǔ)，其中多以知識工程和專家系統(tǒng)的方法實(shí)現(xiàn)。這種CAD與AI的簡單組合，沒有也不可能從真正意義上實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計自動化。創(chuàng)造性如何在方案設(shè)計過程中體現(xiàn)一直是困擾設(shè)計理論研究工作者的棘手問題，也一直沒有很好地解決，本文將就這一問題作一探討。

1機(jī)械方案設(shè)計的一般過程

一般認(rèn)為，方案設(shè)計階段主要有兩個任務(wù)：首先是建立技術(shù)系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)。然后通過選擇相應(yīng)于功能結(jié)構(gòu)中的每個功能的功能載體，并組合這些被選擇的功能載體形成整個技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計方案。

通用設(shè)計理論認(rèn)為，方案設(shè)計過程可表述為兩個映射過程（圖1）：即用戶需求域到功能域的映射以及功能域到結(jié)構(gòu)域的映射。由需求域到功能域的映射過程最能體現(xiàn)設(shè)計者的創(chuàng)造能力，這一過程涉及到對設(shè)計思維規(guī)律以及創(chuàng)造性機(jī)理認(rèn)識水平，涉及到自然語言到專業(yè)技術(shù)語言的轉(zhuǎn)化。盡管有些學(xué)者提出通過對設(shè)計要求進(jìn)行層次分解來建立功能結(jié)構(gòu)圖的討論，但一般還要通過人工干預(yù)進(jìn)行。從功能到結(jié)構(gòu)的映射，實(shí)際上是功能結(jié)構(gòu)圖中的每一個分功能與能實(shí)現(xiàn)該分功能的結(jié)構(gòu)進(jìn)行匹配，一般情況下，總體功能往往包含著許多分功能。而每一功能可以由不同的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，因此存在組合、協(xié)調(diào)和評價篩選的問題。具體的機(jī)械方案設(shè)計過程如圖2所示。

圖2所示的機(jī)械方案設(shè)計過程還可通過數(shù)學(xué)形式進(jìn)行描述。設(shè)總體功能為U，它可分解為一些子功能，分解過程可形式化為：

U＝（U1，U2，…Um）（1）

即總體功能是有m個子功能UI（I＝1，2，…m）組成的。

任何一個子功能UI（I＝1，2，…，m）對應(yīng)著能夠完成該分功能的子結(jié)構(gòu)的集合TI，即

TI＝（tI1，tI2，…，tin）（I＝1，2，…，m）（2）

式中tij（j＝1，2，…，n）對應(yīng)于能完成子功能UI的所有子結(jié)構(gòu)，n為完成該子功能的子結(jié)構(gòu)總數(shù)。如果用UI定義行，tij為元素構(gòu)成矩陣，即得到功能與結(jié)構(gòu)相聯(lián)系的“功能—結(jié)構(gòu)技術(shù)矩陣”：

（3）

當(dāng)然能夠?qū)崿F(xiàn)各子功能的子結(jié)構(gòu)數(shù)并不相等，可以將能夠?qū)崿F(xiàn)某一子功能的最多子結(jié)構(gòu)數(shù)定為n，少于這個數(shù)的子功能元素項(xiàng)用零表示。圖2所描述的機(jī)械方設(shè)計的一般過程，看起來很簡單，但計算機(jī)實(shí)現(xiàn)有許多問題需要解決。如總功能如何分解為子功能、功能如何表達(dá)（因?yàn)閺牟煌慕嵌忍岢龅墓δ鼙磉_(dá)詞匯是不相同的）以及如何有效根據(jù)功能索引子結(jié)構(gòu)等問題有待進(jìn)一步探討和研究。

2基于機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)類型變異綜合方法

自60年代圖論理論首次被應(yīng)用于機(jī)構(gòu)設(shè)計以來，它在機(jī)構(gòu)分析與綜合方面的應(yīng)用得到深入的研究。在圖論中，封閉的圖代表機(jī)構(gòu)，頂點(diǎn)代表連桿，邊代表運(yùn)動副。圖可以用矩陣（如鄰接矩陣和關(guān)聯(lián)矩陣）表示、分析和計算。1979年，F(xiàn)reudenstein和Maki提出“功能與結(jié)構(gòu)分離”的方法用于機(jī)構(gòu)綜合，隨后許多學(xué)者對這一方法進(jìn)行研究和深化。該方法包括如下幾個環(huán)節(jié)：

2．1根據(jù)用戶的需求，提出機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計任務(wù)與技術(shù)要求：

（1）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要求

如運(yùn)動性質(zhì)（平面運(yùn)動或空間運(yùn)動）、基本回路數(shù)（或獨(dú)立環(huán)數(shù)目）、運(yùn)動副類型及數(shù)目、構(gòu)件類型及數(shù)目、主動副類型及其位置以及機(jī)架的構(gòu)件類型及其位置；

（2）功能性要求

如輸出構(gòu)件數(shù)目及其位置、每一輸出構(gòu)件的任務(wù)（如軌跡生成、函數(shù)生成、導(dǎo)引以及其它要求、滿足對預(yù)定的速度及加速度要求、滿足對機(jī)構(gòu)整體的動力學(xué)性能要求；

（3）約束條件

如運(yùn)動精度、結(jié)構(gòu)緊湊性、剛度、機(jī)械效益、軸銷作用反力以及制造、裝配、成本等方面的約束。

2．2結(jié)構(gòu)類型綜合

通過結(jié)構(gòu)類型綜合列出滿足設(shè)計任務(wù)要求的全部結(jié)構(gòu)類型并以適當(dāng)形式表示。

2．3優(yōu)選結(jié)構(gòu)類型

根據(jù)功能要求和約束條件，篩選出好的結(jié)構(gòu)類型。

該方法目前研究局限在平面連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)類型綜合，且一般集中在運(yùn)動鏈同構(gòu)識別、自由度識別方法以及平面運(yùn)動鏈自動生成等理論方法研究階段。盡管有一些應(yīng)用的研究報道，但都是針對簡單機(jī)構(gòu)（如變沖程發(fā)動機(jī)活塞機(jī)構(gòu)、車門開啟機(jī)構(gòu)等）通過人工方式實(shí)現(xiàn)。計算機(jī)實(shí)現(xiàn)還有一些關(guān)鍵技術(shù)沒有很有效的方法，如運(yùn)動鏈同構(gòu)識別問題，主動副位置確定、機(jī)架位置的確定、桿組的自動劃分以及對運(yùn)動鏈進(jìn)行評價篩選等問題。

3集成功能推理及結(jié)構(gòu)推理的方案創(chuàng)新設(shè)計過程模型

如果用人工智能語言描述，在上述第1小節(jié)中討論的機(jī)械方案設(shè)計的一般過程是基于功能推理方式，而第2小節(jié)中所討論的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)類型變異綜合方法是基于結(jié)構(gòu)推理方式。這兩種方式有其內(nèi)在的聯(lián)系，如何將這兩種方式有機(jī)地聯(lián)系在一起對于機(jī)械方案創(chuàng)新設(shè)計是一件很有意義的工作。功能推理主要解決功能到結(jié)構(gòu)之間的映射，通過結(jié)構(gòu)部件組合途徑形成機(jī)械方案。而結(jié)構(gòu)推理是從結(jié)構(gòu)部件的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上通過機(jī)構(gòu)演繹（機(jī)架變換，主動件位置變換以及運(yùn)動副類型變換）途徑對機(jī)構(gòu)進(jìn)行變異創(chuàng)新，盡管目前結(jié)構(gòu)推理局限在平面連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)類型綜合，但通過本文的研究，該方法可以擴(kuò)展到一般剛體機(jī)械方案創(chuàng)新設(shè)計。有鑒于此，作者提出如圖3所示的集成功能推理和結(jié)構(gòu)推理的機(jī)械方案創(chuàng)新設(shè)計過程模型。

該設(shè)計過程模型由以下主要步驟組成：

Step1：功能結(jié)構(gòu)圖的建立。根據(jù)設(shè)計要求，建立功能結(jié)構(gòu)圖。

Step2：根據(jù)建立的功能結(jié)構(gòu)圖，尋找滿足各子功能要求的功能載體并組合成為原始機(jī)械方案。

Step3：將原始機(jī)械方案進(jìn)行抽象化為表達(dá)機(jī)械方案連接信息的運(yùn)動鏈表示。并記錄原始方案一些約束信息，如自由度數(shù)、桿數(shù)、原動件必須是幾副桿、輸出構(gòu)件是否必須與機(jī)架相連等等。

Step4：運(yùn)動鏈發(fā)散。列舉所有與抽象化表示的運(yùn)動鏈具有相同自由度、桿副類型以及桿數(shù)的非同構(gòu)運(yùn)動鏈，并進(jìn)行篩選。

Step5：機(jī)械方案元型集的生成。對篩選的運(yùn)動鏈進(jìn)行機(jī)架識別、原動件識別、桿組識別，形成用連桿和轉(zhuǎn)動副表達(dá)的機(jī)械方案元型。

Step6：候選方案集的生成。將以上生成的機(jī)械方案元型通過類型替代，形成候選方案集。

Step7：方案的評價決策。得到最優(yōu)方案。

Step8：方案的尺度綜合。

4機(jī)械方案創(chuàng)新設(shè)計智能支持系統(tǒng)

根據(jù)以上的過程模型，我們開發(fā)了機(jī)械方案創(chuàng)新設(shè)計智能支持系統(tǒng)MCIDISS。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖4所示。該系統(tǒng)由五大模塊組成：

（1）基于實(shí)例功能推理的原始機(jī)械方案生成模塊：該模塊采用兩級實(shí)例推理的模型，完成從設(shè)計任務(wù)到功能結(jié)構(gòu)圖的建立以及裝置提取與組合協(xié)調(diào)設(shè)計生成原始機(jī)械方案的

任務(wù)。

（2）基于結(jié)構(gòu)推理的方案設(shè)計創(chuàng)新模塊：該模塊在上面模塊產(chǎn)生的原始機(jī)械方案的基礎(chǔ)上，通過抽象化表示，將原始機(jī)械方案表達(dá)為一般化運(yùn)動鏈，從機(jī)械方案拓?fù)渎?lián)接上進(jìn)行變異創(chuàng)新。

（3）評價決策模塊：該模塊主要任務(wù)是對各階段的設(shè)計解進(jìn)行評價決策。系統(tǒng)主要采用模糊綜合評價決策方法。

（4）機(jī)構(gòu)尺度綜合模塊：該模塊主要任務(wù)是對組成機(jī)械方案的機(jī)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行綜合，以便從尺度上論證方案的可行性。

（5）運(yùn)動分析及仿真模塊：該模塊是在完成機(jī)構(gòu)尺度綜合后，對其進(jìn)行運(yùn)動分析和仿真，以便使設(shè)計者對所設(shè)計的方案有一個清晰直觀的認(rèn)識。

篇2

聯(lián)想創(chuàng)新設(shè)計中心總經(jīng)理姚映佳告訴《財富》（中文版），中心的作品曾獲得世界最著名的三項(xiàng)工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域大獎（IDEA、REDDOT、IF）和日本G-Mark工業(yè)設(shè)計大獎、亞洲最具影響力設(shè)計獎、Intel創(chuàng)新PC獎等獎項(xiàng)。最近，在本刊進(jìn)行的中國最佳創(chuàng)新設(shè)計評選中，聯(lián)想的產(chǎn)品又名列前茅。北京工業(yè)設(shè)計促進(jìn)中心主任陳冬亮在跟聯(lián)想共同工作的十年當(dāng)中，見證了它從一個自發(fā)的工業(yè)設(shè)計小組逐漸成長為國際著名設(shè)計機(jī)構(gòu)的過程。他說，聯(lián)想獲得的獎項(xiàng)已經(jīng)不僅僅是獎勵，而是已經(jīng)成了一個品牌、一種標(biāo)志，它標(biāo)志著企業(yè)自主創(chuàng)新能力和企業(yè)設(shè)計師的創(chuàng)新能力的形成。

企業(yè)重視設(shè)計工作，最直接的目的是希望通過產(chǎn)品獲得市場更大的認(rèn)可，推動產(chǎn)品的銷售。具體到一種設(shè)計到底能給企業(yè)帶來多大的收益，姚映佳認(rèn)為這是很難具體量化的，但國外的統(tǒng)計顯示，在設(shè)計方面每投入1美元，就會給企業(yè)帶來至少10倍的增值。設(shè)計帶來的不僅是企業(yè)有形的價值增值，更重要是無形資產(chǎn)包括品牌價值的提升。1999年聯(lián)想天禧電腦上市后，由于是一款創(chuàng)新性的產(chǎn)品，其中的單鍵飛梭設(shè)計讓用戶上網(wǎng)更加容易，因此深受歡迎。再加上創(chuàng)新的商務(wù)模式和服務(wù)模式，使天禧成了既叫好又叫座的產(chǎn)品。到了2000年，天禧已經(jīng)為聯(lián)想創(chuàng)下37.5億元的產(chǎn)值，也幫助聯(lián)想在1999年登上亞太市場PC銷量榜首，并躋身全球十強(qiáng)。同時，它使聯(lián)想在香港的股價同期上升了100%。另一款創(chuàng)新性產(chǎn)品天驕電腦，由于新穎的設(shè)計和獨(dú)特的功能，上市當(dāng)天就獲得了2.5萬臺的訂單。如果按照1萬元1臺計算，其所創(chuàng)造的銷售收入就達(dá)到2.5億元。

一款設(shè)計新穎的產(chǎn)品，也意味著新的商機(jī)。不久前，聯(lián)想設(shè)計的一款筆記本電腦產(chǎn)品，采用了中國紅的顏色外觀，可口可樂公司覺得很漂亮。在請聯(lián)想打上自己公司的標(biāo)識后，可口可樂公司進(jìn)行了集中采購。在姚映佳的印象里，諸如此類的例子舉不勝舉。

當(dāng)然，設(shè)計不是產(chǎn)品熱賣的惟一原因，熱賣是多方面因素共同作用的結(jié)果。至于技術(shù)創(chuàng)新與設(shè)計創(chuàng)新的關(guān)系，姚映佳說，如果用"桃核"理論來比喻，那么技術(shù)就是桃核。消費(fèi)者在買桃子時，不會直接看到桃核，但桃子是不能沒有桃核的。消費(fèi)者關(guān)注的是桃肉、桃皮，這些就是設(shè)計所帶來的東西。因此，設(shè)計和技術(shù)是一個密不可分的整體，它們的聯(lián)系越緊密，越能充分發(fā)揮企業(yè)的核心競爭力。技術(shù)和設(shè)計還有一層關(guān)系，涉及到設(shè)計的一個基本目的:實(shí)現(xiàn)技術(shù)對用戶的價值最大化。

不管是技術(shù)還是設(shè)計，都有一個共同點(diǎn)，那就是創(chuàng)新。在聯(lián)想集團(tuán)高級副總裁兼首席技術(shù)官賀志強(qiáng)看來，設(shè)計就是創(chuàng)新，就是不斷追求新的可能。這種理念也是為什么聯(lián)想把工業(yè)設(shè)計中心變成創(chuàng)新設(shè)計中心的原因之一。

聯(lián)想早在1996年就在業(yè)界率先引入工業(yè)設(shè)計，使之開始在產(chǎn)品開發(fā)中發(fā)揮作用。當(dāng)時，姚映佳是聯(lián)想引進(jìn)的第一位設(shè)計師。到了2000年，聯(lián)想成立了工業(yè)設(shè)計中心，開始把關(guān)注點(diǎn)轉(zhuǎn)移到"以用戶為核心"上。通過對產(chǎn)業(yè)生命周期的分析，聯(lián)想發(fā)現(xiàn)，在產(chǎn)業(yè)成熟期，以用戶需求為中心，對用戶群進(jìn)行細(xì)化，滿足用戶需求和實(shí)現(xiàn)用戶增值，是實(shí)現(xiàn)商業(yè)突破性發(fā)展的關(guān)鍵。在不斷強(qiáng)化設(shè)計工作的過程中，聯(lián)想發(fā)現(xiàn)只做好外觀和結(jié)構(gòu)設(shè)計并不能滿足市場的需要，不能滿足產(chǎn)品創(chuàng)新深度需求和用戶對產(chǎn)品易用性和安全性需求，于是多專業(yè)協(xié)同開發(fā)創(chuàng)新就成了必然的選擇。如今的聯(lián)想創(chuàng)新設(shè)計中心，已經(jīng)是一個跨越眾多專業(yè)的部門，涵蓋了模具工程、材料工程、產(chǎn)品設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、平面設(shè)計、交互設(shè)計、機(jī)電工程以及社會學(xué)、心理學(xué)等多專業(yè)領(lǐng)域。

經(jīng)過10年的體驗(yàn)，姚映佳覺得，聯(lián)想重視設(shè)計是意料之中的事情，因?yàn)樵O(shè)計跟商業(yè)的聯(lián)系越來越緊密。天禧電腦正是有了設(shè)計師的參與，才取得不同凡響的市場效果。現(xiàn)在，聯(lián)想重視創(chuàng)新設(shè)計中心的程度跟其重視PC市場份額一樣，已經(jīng)把設(shè)計工作視為聯(lián)想的核心競爭要素之一。對于設(shè)計工作的重要性，姚映佳喜歡把它比喻成企業(yè)的右大腦，負(fù)責(zé)情感管理，是人類思考藝術(shù)情感的器官。一個企業(yè)就像一個人一樣，如果右腦被抑制，就會顯得缺乏活力和吸引力。在整個聯(lián)想集團(tuán)，創(chuàng)新設(shè)計中心的另一種突出作用是成為集團(tuán)的橋梁，連結(jié)著幾乎所有部門，包括市場、制造、服務(wù)等。正是設(shè)計把集團(tuán)連成了一個更加緊密的整體。

在一般人心目中，一談到設(shè)計，想到的更多是風(fēng)格、造型等因素。實(shí)際上，設(shè)計工作是藝術(shù)與技術(shù)的統(tǒng)一體，它本身就是一個具有人文成分的學(xué)科，要求設(shè)計師既要理性思考，又要用感性去創(chuàng)新和發(fā)現(xiàn)。在產(chǎn)品創(chuàng)新過程中，不是說做一個多么漂亮的設(shè)計，而是首先了解設(shè)計為誰而做。在聯(lián)想創(chuàng)新設(shè)計中心，專門有從事用戶研究的部門──焦點(diǎn)用戶實(shí)驗(yàn)室。比如，要開發(fā)一種針對高端人士的手機(jī)，首先要確定哪些用戶屬于高端用戶。在具體研討時，各個部門都要參與進(jìn)來。

聯(lián)想內(nèi)部經(jīng)常說的一句話，就是"滿足用戶的潛在需求"。聯(lián)想的設(shè)計理念，可以理解為"以用戶需求為核心，使設(shè)計成為連接技術(shù)和市場的橋梁，多專業(yè)協(xié)同增值"。

在這個意義上，企業(yè)的設(shè)計產(chǎn)品與藝術(shù)作品會有很大的區(qū)別。藝術(shù)作品要求盡善盡美，而企業(yè)設(shè)計則要充分考慮用戶的使用感受。藝術(shù)家可能會嘔心瀝血于一件經(jīng)典之作，而設(shè)計人員會考慮產(chǎn)品是否可以批量制造，跟商業(yè)結(jié)合是否緊密。當(dāng)年，聯(lián)想在設(shè)計天禧電腦的單鍵飛梭時，是根據(jù)當(dāng)時國人普遍不會熟練操作電腦的情況出發(fā)，設(shè)計出只要按下一個鍵就可以方便進(jìn)入操作界面的易用功能，使普通用戶使用電腦不再是一件難事。姚映佳說，這一設(shè)計加快了因特網(wǎng)在中國的普及，為中國社會的進(jìn)步做出了貢獻(xiàn)。

設(shè)計工作要滿足用戶的潛在需求，姚映佳覺得最大的困難是設(shè)計師如何挑戰(zhàn)自己，超越自己。只有跳出老圈子，原有的束縛，才能打開一片新天地。同時，設(shè)計作為一門給人以舒適和美的藝術(shù)，離不開文化和社會環(huán)境。聯(lián)想作為一家起源于中國的國際企業(yè)，已經(jīng)形成了基于中國文化基因的創(chuàng)新設(shè)計風(fēng)格。獲得本刊最佳設(shè)計大獎的聯(lián)想天驕A電腦的整體造型，其語言靈感就來自中國的玉器；新天逸系列筆記本電腦的外形曲線靈感，則來源于中國古代的陶器（這款產(chǎn)品于2005年獲得被譽(yù)為工業(yè)設(shè)計界"奧斯卡"的德國"紅點(diǎn)獎"）；而在天逸F30/40筆記本電腦上，可以看到一個明顯的標(biāo)志性設(shè)計，能夠一指玩轉(zhuǎn)所有影音功能的"娛樂飛梭"。這一設(shè)計巧妙地運(yùn)用了點(diǎn)線的組合，讓人聯(lián)想起中國古代的折扇。