球王会产品的设计方案十篇

　　球王会系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。

　　由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同，进行方案设计时采用的具体研究方法亦存在差异。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。

　　用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。

　　用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接 。

　　将设计划分成辅助方法和信息交换两个方面，利用信息分析方法可以采用图形符号、具有内容丰富的语义模型结构、可以描述集成条件、可以划分约束类型、可以实现关系间的任意结合等特点，将设计方法解与信息技术进行集成，实现了设计过程中不同抽象层间信息关系的图形化建模。

　　将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。

　　在方案设计过程中采用“要求—功能”逻辑树(“与或”树)描述要求、功能之间的相互关系，得到满足要求的功能设计解集，形成不同的设计方案。再根据“要求—功能”逻辑树建立“要求—功能”关联矩阵，以描述满足要求所需功能之间的复杂关系，表示出要求与功能间一一对应的关系。

　　将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型，并借用键合图表达元件的功能解，希望将基于功能的模型与键合图结合，实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换，寻求由键合图产生多个设计方案的方 法。

　　从规划产品的角度提出：定义设计任务时以功能化的产品结构为基础，引用已有的产品解描述设计任务，即分解任务时就考虑每个分任务是否存在对应的产品解，这样，能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾，早期预测生产能力、费用，以及开发设计过程中计划的可调整性，由此提高设计效率和设计的可靠性，同时也降低新产品的成本。

　　认为专用机械中多数功能可以采用已有的产品解，而具有新型解的专用功能只是少数，因此，在专用机械设计中采用功能化的产品结构，对于评价专用机械的设计、制造风 险十分有利。

　　提倡在产品功能分析的基础上，将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构，通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件，甚至是一个系统。理想的模块化基本结构应该具有标准化的接口(联接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化，具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和CAD技术，将变形设计与组合设计相结合，根据分级模块化原理，将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级，并利用专家知识和CAD技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块，再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。

　　以设计为目录作为选择变异机械结构的工具，提出将设计的解元素进行完整的、结构化的编排，形成解集设计目录。并在解集设计目录中列出评论每一个解的附加信息，非常有利于设计工程师选择解元素。

　　根据机械零部件的联接特征，将其归纳成四种类型：1)元件间直接定位，并具有自调整性的部件；2) 结构上具有共性的组合件；3)具有嵌套式结构及嵌套式元件的联接 ；4)具有模块化结构和模块化元件的联接。

　　基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。

　　机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征，以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策，完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计，必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。为此，国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化处理做了大量的研究工作，采用的方法可归纳为下述几种。

　　根据“运动转换”功能(简称功能元)将机构进行分类，并利用代码描述功能元和机构类别，由此建立起“机构系统方案设计专家系统”知识库。在此基础上，将二元逻辑推理与模糊综合评判原理相结合，建立了该“专家系统”的推理机制，并用于四工位专用机床的方案设计中。

　　针对复杂机械系统的方案设计，采用混合型的知识表达方式描述设计中的各类知识尤为适合，这一点已得到我国许多设计学者的共识。

　　在研制复杂产品方案设计智能决策支持系统DMDSS中，将规则、框架、过程和神经网络等知识表示方法有机地结合在一起，以适应设计中不同类型知识的描述。将多种单一的知识表达方法(规则、框架和过程)，按面向对象的编程原则，用框架的槽表示对象的属性，用规则表示对象的动态特征，用过程表示知识的处理，组成一种混合型的知识表达型式，并成功地研制出“面向对象的数控龙门铣床变速箱方案设计智能系统GBCDIS”和“变速箱结构设计专家系统GBSDES”。

　　在联轴器的CAD系统中，利用基于知识的开发工具NEXPERT-OBJECT，借助于面向对象的方法，创建了面向对象的设计方法数据库，为设计者进行联轴器的方案设计和结构设计提供了广泛且可靠的设计方法谱。则利用NEXPERT描述直线导轨设计中需要基于知识进行设计的内容，由此寻求出基于知识的解，并开发出直线导轨设计专家系统。

　　构造了“功能模块”、“功能元解”和“机构组”三级递进式设计目录，并将这三级递进式设计目录作为机械传动原理方案智能设计系统的知识库和开发设计的辅助工具。

　　在研制设计型专家系统的知识库中，采用基本谓词描述设计要求、设计条件和选取的方案，用框架结构描述“工程实例”和各种“概念实体”，通过基于实例的推理技术产生候选解来配匹产品的设计要求。

　　智能化设计方法的主要特点是：根据设计方法学理论，借助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，以及多媒体、超媒体工具进行产品的开发设计、表达产品的构思、描述 产品的结构。

　　在利用数学系统理论的同时，考虑了系统工程理论、产品设计技术和系统开发方法学，研制出适合于产品设计初期使用的多媒体开发系统软件。

　　把产品的整个开发过程概括为“产品规划”、“开发”和“生产规划”三个阶段，并且充分利用了现有的CAD尖端技术——虚拟现实技术。

　　1) 产品规划—构思产品。其任务是确定产品的外部特性，如色彩、形状、表面质量、人机工程等等，并将最初的设想用CAD立体模型表示出，建立能够体现整个产品外形的简单模型，该模型可以在虚拟环境中建立，并且能够迅速地生成不同的造型和色彩。

　　科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快。然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时展的需要。目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。为此，作者在阅读了大量文献的基础上，概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法，并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的 发展趋势。

　　根据目前国内外设计学者进行机械产品方案设计所用方法的主要特征，可以将方案的现代设计方法概括为下述四大类型。

　　系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。

　　系统化设计思想于70年代由德国学者Pahl和Beitz教授提出，他们以系统理论为基础，制订了设计的一般模式，倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上，制订出标准VDI2221“技术系统和产品的开发设计方法。

　　制定的机械产品方案设计进程模式，基本上沿用了德国标准VDI2221的设计方式。除此之外，我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代表性的是：

　　(1)将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。

　　(2)将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。

　　(3)将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段 。

　　由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同，进行方案设计时采用的具体研究方法亦存在差异。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。

　　用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。

　　研制的“设计分析和引导系统”KALEIT，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接 。

　　将设计划分成辅助方法和信息交换两个方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用图形符号、具有内容丰富的语义模型结构、可以描述集成条件、可以划分约束类型、可以实现关系间的任意结合等特点，将设计方法解与信息技术进行集成，实现了设计过程中不同抽象层间信息关系的图形化建模。

　　文献［11］将语义设计网作为设计工具，在其开发的活性语义设计网ASK中，采用结点和线条组成的网络描述设计，结点表示元件化的单元(如设计任务、功能、构件或加工设备等)，线条用以调整和定义结点间不同的语义关系，由此为设计过程中的所有活动和结果预先建立模型，使早期设计要求的定义到每一个结构的具体描述均可由关系间的定义表达，实现了计算机辅助设计过程由抽象到具体的飞跃。

　　将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。

　　将方案的“构思”具体描述为：根据合适的功能结构，寻求满足设计任务要求的原理解。即功能结构中的分功能由“结构元素”实现，并将“结构元素”间的物理联接定义为“功能载体”，“功能载体”和“结构元素”间的相互作用又形成了功能示意图(机械运动简图)。方案的“设计”是根据功能示意图，先定性地描述所有的“功能载体”和“结构元素”，再定量地描述所有“结构元素”和联接件(“功能载体”)的形状及位置，得到结构示意图。Roper，H.利用图论理论，借助于由他定义的“总设计单元(GE)”、“结构元素(KE)”、“功能结构元素(FKE)”、“联接结构元素(VKE)”、“结构零件(KT)”、“结构元素零件(KET)”等概念，以及描述结构元素尺寸、位置和传动参数间相互关系的若干种简图，把设计专家凭直觉设计的方法做了形式化的描述，形成了有效地应用现有知识的方法，并将其应用于“构思”和“设计”阶段。

　　从设计方法学的观点出发，将明确了设计任务后的设计工作分为三步：1) 获取功能和功能结构(简称为“功能”)；2) 寻找效应(简称为“效应”)；3) 寻找结构(简称为“构形规则”)。并用下述四种策略描述机械产品构思阶段的工作流程：策略1：分别考虑“功能”、“效应”和“构形规则”。因此，可以在各个工作步骤中分别创建变型方案，由此产生广泛的原理解谱。策略2：“效应”与“构形规则”(包括设计者创建的规则)关联，单独考虑功能(通常与设计任务相关)。此时，辨别典型的构形规则及其所属效应需要有丰富的经验，产生的方案谱远远少于策略1的方案谱。策略3：“功能”、“效应”、“构形规则”三者密切相关。适用于功能、效应和构形规则间没有选择余地、具有特殊要求的领域，如超小型机械、特大型机械、价值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。策略4：针对设计要求进行结构化求解。该策略从已有的零件出发，通过零件间不同的排序和连接，获得预期功能 。

　　科学技术的发展进步以及人们对产品质量要求的提高，在半导体专用设备设计中，为确保产品质量，提高设备综合性能，采取有效措施做好方案设计是十分必要的。另外，当前产品更新换代步伐也在不断加快，产品功能日益增多，性能复杂性增加，更新速度加快，在这样的背景下，提高产品方案设计水平更具有紧迫性。但一些设计人员对此重视程度不够，影响方案设计水平提高，跟不上时展步伐和对产品质量的要求。为转变这种情况，设计人员要提高思想认识，重视计算机辅助产品的设计绘图和设计计算，以促进产品设计水平提高，更好满足半导体专用设计需要，为产品生产和应用打下良好基础。下面将探讨半导体机械结构不同的设计方案，并对其发展前景进行展望，希望能为方案设计和发展提供参考。

　　在计算机辅助产品设计的引导下，再加上设计人员技术水平不断提升，当前半导体机械结构方案设计取得多种不同方案，并且每种方案具有自身显著特点和优势，具体来说，包括以下几种，实际工作中应结合具体需要合理选择。

　　1.1系统化设计方案。将方案设计看成由若干要素组成的系统，每个要素既独立，又相互联系，并具有层次性，方案设计时将所有要素结合起来，进而完成系统设计任务。机械结构设计应用系统化设计方案时，常用方法包括设计元素法、图形建模法、构思-设计法、矩阵设计法、键合图法。设计元素包括功能、效应、效应载体、形状元素、表面参数，五个元素确定后，产品设计特征和特征值也已经被确定下来。图形建模将设计划分为信息交换和辅助方法两个方面，实现系统结构、功能关系的图形建模。构思-设计将产品设计分为构思和设计两个方面，选择合适的结构，然后得出结构示意图。矩阵设计采用“要求-功能”逻辑树描述要求功能间的关系，然后建立关联矩阵，满足所需功能的矩阵，提高方案设计水平。键合图法将系统元件功能分为产生、消耗、转变、传递能量形式，借助键合图表达元件功能解，由键合图产生设计方案，达到完成设计任务的目的。

　　1.2结构模块化设计方案。定义设计任务时以功能化产品结构为基础，引用已有产品解描述设计任务，从而在设计阶段预测生产能力和费用，提高产品设计可靠性，节约方案设计和产品生产成本。功能产品结构分为产品、功能组成、主要功能组件、功能元件四个层次，并且每个模块化结构具有标准化接口，具有系统化、集成化、层次化、互换性、兼容性特征，以缩短产品设计周期，节约产品设计成本。

　　1.3基于产品特征知识设计方案。用计算机能识别语言描述产品的特征，设计领域的知识和经验，建立知识库和推理机制，进而实现计算机辅助产品方案设计。常用设计方案包括编码法、基于知识的混合型表达法、利用基于知识的开发工具、设计目录法，具体产品设计时根据具体需要合理选用相应的方案。

　　1.4智能化设计方案。根据设计方法和理论，借助三维图形软件、智能化设计软件、虚拟现实技术、多媒体、超媒体工具进行产品开发和设计。常用方法包括产品规划-构思产品、开发-设计产品、生产规划-加工和装配产品。

　　上述不同设计方案各有自身特点和优势，并具有一定联系。随着技术发展和设计理念更新，半导体机械结构设计水平将进一步取得发展和进步，对产品生产和制造发挥积极作用。

　　2.1各方案的特点。上述不同设计方案各有自身特点，满足半导体设计需要，产品设计时应结合具体需要合理选择不同方案。系统化设计方案将方案设计由抽象到具体进行层次划分，制定每一层设计目标和方法，将各层次有机联系在一起，推动整个方案设计系统有序进行，并确保系统设计有规律和方法可以遵循，促进方案设计水平提高。结构模块化设计对不同模块进行组合，进而完成整个方案设计任务。半导体机械产品的某些组成部分功能明确，结构稳定，通过划分模块进行设计更有利于完成设计任务。并且一个实体可完成多种功能，设计的关键内容是结构模块划分和选用，设计人员需具备丰富的专业知识，并注重总结经验，才能有效完成模块化设计任务。产品方案设计无法采用纯数学演算方案，通常根据产品特征进行形式化描述，根据设计人员的专业知识和经验进行推理决策，然后才能完成设计任务，更好满足产品使用功能需要。智能化设计常用三维图形软件和虚拟现实技术，直观形象，有利于用户积极参与。但该方案系统性差，在零部件结构、形状、尺寸、位置确定时，要求设计软件具有较高的智能化程度，并且设计人员需要丰富的经验和专业技术知识。此外，这些方案并不完全孤立，不同方法又相互联系，模块化设计蕴含系统化思想，基于产品特征知识设计方案需应用系统化和模块化方法。通过不同思想和方法的合理应用，有利于简化设计流程，节约成本，确保产品设计质量。

　　2.2方案设计发展。随着信息技术和网络技术发展，异地协同设计方法出现，用户对产品“功能需求-设计-加工-成品”成为可能，为促进该目标实现，首先就要实现产品设计的三维可视化。由此带来的结果是，三维图形软件、智能化设计软件、多媒体技术、虚拟现实技术、超媒体工具越来越多的被应用到方案设计中，推动方案设计发展与进步，促进产品设计水平进一步提升。

　　2.3方案设计前景。目前，半导体机械结构方案设计朝着计算机辅助实现、智能化设计、满足异地协同设计制造需求方向迈进。有关方案设计的计算机实现方法起步较晚，技术尚未成熟，有待进一步研究和提升设计水平。为解决这些问题与不足，综合应用上述四种方法，提高方案设计水平是一种有效方法和途径，它包括机械设计、系统工程理论、人工智能理论、网络技术等多种理论和技术，这是今后需改进和完善的地方。同时还要注重总结经验，提高设计人员综合技能，加强交流与合作，进一步提高方案设计水平，推动半导体设计和产品质量提高。

　　综上所述，机械结构设计是半导体专用设备设计和生产的一项重要工作，对后续工作产生重要影响。随着设计经验总结和技术更新，方案设计水平将进一步提升。另外，设计人员还要善于总结经验，注重技术创新，加强国际交流合作，吸收最先进的设计成果，更好指导结构方案设计工作，推动半导体结构设计水平和综合性能提升。

　　[1]程建瑞，王作义.半导体设备市场的新挑战与新机遇[J].电子工业专业设备，2014（2），81-84

　　科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快。然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时展的需要。目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。为此，作者在阅读了大量文献的基础上，概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法，并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的发展趋势。

　　根据目前国内外设计学者进行机械产品方案设计所用方法的主要特征，可以将方案的现代设计方法概括为下述四大类型。

　　系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。

　　系统化设计思想于70年代由德国学者Pahl和Beitz教授提出，他们以系统理论为基础，制订了设计的一般模式，倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上，制订出标准VDI2221“技术系统和产品的开发设计方法。

　　制定的机械产品方案设计进程模式，基本上沿用了德国标准VDI2221的设计方式。除此之外，我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代表性的是：

　　(1)将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。

　　(2)将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。

　　(3)将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。

　　由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同，进行方案设计时采用的具体研究方法亦存在差异。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。

　　用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。

　　研制的“设计分析和引导系统”KALEIT，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接。

　　将设计划分成辅助方法和信息交换两个方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用图形符号、具有内容丰富的语义模型结构、可以描述集成条件、可以划分约束类型、可以实现关系间的任意结合等特点，将设计方法解与信息技术进行集成，实现了设计过程中不同抽象层间信息关系的图形化建模。

　　文献［11］将语义设计网作为设计工具，在其开发的活性语义设计网ASK中，采用结点和线条组成的网络描述设计，结点表示元件化的单元(如设计任务、功能、构件或加工设备等)，线条用以调整和定义结点间不同的语义关系，由此为设计过程中的所有活动和结果预先建立模型，使早期设计要求的定义到每一个结构的具体描述均可由关系间的定义表达，实现了计算机辅助设计过程由抽象到具体的飞跃。

　　将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。

　　将方案的“构思”具体描述为：根据合适的功能结构，寻求满足设计任务要求的原理解。即功能结构中的分功能由“结构元素”实现，并将“结构元素”间的物理联接定义为“功能载体”，“功能载体”和“结构元素”间的相互作用又形成了功能示意图(机械运动简图)。方案的“设计”是根据功能示意图，先定性地描述所有的“功能载体”和“结构元素”，再定量地描述所有“结构元素”和联接件(“功能载体”)的形状及位置，得到结构示意图。Roper，H.利用图论理论，借助于由他定义的“总设计单元(GE)”、“结构元素(KE)”、“功能结构元素(FKE)”、“联接结构元素(VKE)”、“结构零件(KT)”、“结构元素零件(KET)”等概念，以及描述结构元素尺寸、位置和传动参数间相互关系的若干种简图，把设计专家凭直觉设计的方法做了形式化的描述，形成了有效地应用现有知识的方法，并将其应用于“构思”和“设计”阶段。

　　从设计方法学的观点出发，将明确了设计任务后的设计工作分为三步：1)获取功能和功能结构(简称为“功能”)；2)寻找效应(简称为“效应”)；3)寻找结构(简称为“构形规则”)。并用下述四种策略描述机械产品构思阶段的工作流程：策略1：分别考虑“功能”、“效应”和“构形规则”。因此，可以在各个工作步骤中分别创建变型方案，由此产生广泛的原理解谱。策略2：“效应”与“构形规则”(包括设计者创建的规则)关联，单独考虑功能(通常与设计任务相关)。此时，辨别典型的构形规则及其所属效应需要有丰富的经验，产生的方案谱远远少于策略1的方案谱。策略3：“功能”、“效应”、“构形规则”三者密切相关。适用于功能、效应和构形规则间没有选择余地、具有特殊要求的领域，如超小型机械、特大型机械、价值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。策略4：针对设计要求进行结构化求解。该策略从已有的零件出发，通过零件间不同的排序和连接，获得预期功能。

　　在方案设计过程中采用“要求—功能”逻辑树(“与或”树)描述要求、功能之间的相互关系，得到满足要求的功能设计解集，形成不同的设计方案。再根据“要求—功能”逻辑树建立“要求—功能”关联矩阵，以描述满足要求所需功能之间的复杂关系，表示出要求与功能间一一对应的关系。

　　Kotaetal将矩阵作为机械系统方案设计的基础，把机械系统的设计空间分解为功能子空间，每个子空间只表示方案设计的一个模块，在抽象阶段的高层，每个设计模块用运动转换矩阵和一个可进行操作的约束矢量表示；在抽象阶段的低层，每个设计模块被表示为参数矩阵和一个运动方程。

　　将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型，并借用键合图表达元件的功能解，希望将基于功能的模型与键合图结合，实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换，寻求由键合图产生多个设计方案的方法。

　　从规划产品的角度提出：定义设计任务时以功能化的产品结构为基础，引用已有的产品解(如通用零件部件等)描述设计任务，即分解任务时就考虑每个分任务是否

　　存在对应的产品解，这样，能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾，早期预测生产能力、费用球王会，以及开发设计过程中计划的可调整性，由此提高设计效率和设计的可靠性，同时也降低新产品的成本。Feldmann将描述设计任务的功能化产品结构分为四层，(1)产品(2)功能组成(3)主要功能组件(4)功能元件。并采用面向应用的结构化特征目录，对功能元件进行更为具体的定性和定量描述。同时研制出适合于产品开发早期和设计初期使用的工具软件STRAT。

　　认为专用机械中多数功能可以采用已有的产品解，而具有新型解的专用功能只是少数，因此，在专用机械设计中采用功能化的产品结构，对于评价专用机械的设计、制造风险十分有利。

　　提倡在产品功能分析的基础上，将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构，通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件，甚至是一个系统。理想的模块化基本结构应该具有标准化的接口(联接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化，具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和CAD技术，将变形设计与组合设计相结合，根据分级模块化原理，将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级，并利用专家知识和CAD技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块，再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。

　　以设计为目录作为选择变异机械结构的工具，提出将设计的解元素进行完整的、结构化的编排，形成解集设计目录。并在解集设计目录中列出评论每一个解的附加信息，非常有利于设计工程师选择解元素。

　　根据机械零部件的联接特征，将其归纳成四种类型：1)元件间直接定位，并具有自调整性的部件；2)结构上具有共性的组合件；3)具有嵌套式结构及嵌套式元件的联接；4)具有模块化结构和模块化元件的联接。并采用准符号表示典型元件和元件间的连接规则，由此实现元件间联接的算法化和概念的可视化。

　　在进行机械系统的方案设计中，用“功能建立”模块对功能进行分解，并规定功能分解的最佳“粒化”程度是功能与机构型式的一一对应。“结构建立”模块则作为功能解的选择对象以便于实现映射算法。

　　基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。

　　机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征，以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策，完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计，必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。为此，国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化处理做了大量的研究工作，采用的方法可归纳为下述几种。

　　根据“运动转换”功能(简称功能元)将机构进行分类，并利用代码描述功能元和机构类别，由此建立起“机构系统方案设计专家系统”知识库。在此基础上，将二元逻辑推理与模糊综合评判原理相结合，建立了该“专家系统”的推理机制，并用于四工位专用机床的方案设计中。

　　利用生物进化理论，通过自然选择和有性繁殖使生物体得以演化的原理，在机构方案设计中，运用网络图论方法将机构的结构表达为拓扑图，再通过编码技术，把机构的结构和性能转化为个体染色体的二进制数串，并根据设计要求编制适应值，运用生物进化理论控制繁殖机制，通过选择、交叉、突然变异等手段，淘汰适应值低的不适应个体，以极快的进化过程得到适应性最优的个体，即最符合设计要求的机构方案。

　　针对复杂机械系统的方案设计，采用混合型的知识表达方式描述设计中的各类知识尤为适合，这一点已得到我国许多设计学者的共识。

　　在研制复杂产品方案设计智能决策支持系统DMDSS中，将规则、框架、过程和神经网络等知识表示方法有机地结合在一起，以适应设计中不同类型知识的描述。将多种单一的知识表达方法(规则、框架和过程)，按面向对象的编程原则，用框架的槽表示对象的属性，用规则表示对象的动态特征，用过程表示知识的处理，组成一种混合型的知识表达型式，并成功地研制出“面向对象的数控龙门铣床变速箱方案设计智能系统GBCDIS”和“变速箱结构设计专家系统GBSDES”。

　　在联轴器的CAD系统中，利用基于知识的开发工具NEXPERT-OBJECT，借助于面向对象的方法，创建了面向对象的设计方法数据库，为设计者进行联轴器的方案设计和结构设计提供了广泛且可靠的设计方法谱。则利用NEXPERT描述直线导轨设计中需要基于知识进行设计的内容，由此寻求出基于知识的解，并开发出直线导轨设计专家系统。

　　构造了“功能模块”、“功能元解”和“机构组”三级递进式设计目录，并将这三级递进式设计目录作为机械传动原理方案智能设计系统的知识库和开发设计的辅助工具。

　　在研制设计型专家系统的知识库中，采用基本谓词描述设计要求、设计条件和选取的方案，用框架结构描述“工程实例”和各种“概念实体”，通过基于实例的推理技术产生候选解来配匹产品的设计要求。

　　智能化设计方法的主要特点是：根据设计方法学理论，借助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，以及多媒体、超媒体工具进行产品的开发设计、表达产品的构思、描述产品的结构。

　　在利用数学系统理论的同时，考虑了系统工程理论、产品设计技术和系统开发方法学VDI2221，研制出适合于产品设计初期使用的多媒体开发系统软件MUSE。

　　在进行自动取款机设计时，把产品的整个开发过程概括为“产品规划”、“开发”和“生产规划”三个阶段，并且充分利用了现有的CAD尖端技术——虚拟现实技术。1)产品规划—构思产品。其任务是确定产品的外部特性，如色彩、形状、表面质量、人机工程等等，并将最初的设想用CAD立体模型表示出，建立能够体现整个产品外形的简单模型，该模型可以在虚拟环境中建立，借助于数据帽和三维鼠标，用户还可在一定程度上参与到这一环境中，并且能够迅速地生成不同的造型和色彩。立体模型是检测外部形状效果的依据，也是几何图形显示设计变量的依据，同时还是开发过程中各类分析的基础。2)开发—设计产品。该阶段主要根据“系统合成”原理，在立体模型上配置和集成解元素，解元素根据设计目标的不同有不同的含义：可以是基本元素，如螺栓、轴或轮毂联接等；也可以是复合元素，如机、电、电子部件、控制技术或软件组成的传动系统；还可以是要求、特性、形状等等。将实现功能的关键性解元素配置到立体模型上之后，即可对产品的配置(设计模型中解元素间的关系)进行分析，产品配置分析是综合“产品规划”和“开发”结果的重要手段。3)生产规划—加工和装配产品。在这一阶段中，主要论述了装配过程中CAD技术的应用，提出用计算机图像显示解元素在相应位置的装配过程，即通过虚拟装配模型揭示造形和装配间的关系，由此发现难点和问题，并找出解决问题的方法，并认为将CAD技术综合应用于产品开发的三个阶段，可以使设计过程的综合与分析在“产品规划”、“开发”和“生产规划”中连续地交替进行。因此，可以较早地发现各个阶段中存在的问题，使产品在开发进程中不断地细化和完善。

　　对象的技术，重点研究了按时序合成的机构组合方案设计专家系统，并借助于具有高性能图形和交换处理能力的OpenGL技术，在三维环境中从各个角度对专家系统设计出的方案进行观察，如运动中机构间的衔接状况是否产生冲突等等。

　　将构造标准模块、产品整体构造及其制造工艺和使用说明的拟订(见图1)称之为快速成型技术。建议在产品开发过程中将快速成型技术、多媒体技术以及虚拟表达与神经网络(应用于各个阶段求解过程需要的场合)结合应用。指出随着计算机软、硬件的不断完善，应尽可能地将多媒体图形处理技术应用于产品开发中，例如三维图形(立体模型)代替装配、拆卸和设计联接件时所需的立体结构想象力等等。

　　利用智能型CAD系统SIGRAPH-DESIGN作为开发平台，将产品的开发过程分为概念设计、装配设计和零件设计，并以变量设计技术为基础，建立了胶印机凸轮连杆机构的概念模型。从文献介绍的研究工作看，其概念模型是在确定了机构型、数综合的基础上，借助于软件SIGRAPH-DESIGN提供的变量设计功能，使原理图随着机构的结构参数变化而变化，并将概念模型的参数传递给下一级的装配模型、零件设计。

　　综上所述，系统化设计方法将设计任务由抽象到具体(由设计的任务要求到实现该任务的方案或结构)进行层次划分，拟定出每一层欲实现的目标和方法，由浅入深、由抽象至具体地将各层有机地联系在一起，使整个设计过程系统化，使设计有规律可循，有方法可依，易于设计过程的计算机辅助实现。

　　结构模块化设计方法视具有某种功能的实现为一个结构模块，通过结构模块的组合，实现产品的方案设计。对于特定种类的机械产品，由于其组成部分的功能较为明确且相对稳定，结构模块的划分比较容易，因此，采用结构模块化方法进行方案设计较为合适。由于实体与功能之间并非是一一对应的关系，一个实体通常可以实现若干种功能，一个功能往往又可通过若干种实体予以实现。因此，若将结构模块化设计方法用于一般意义的产品方案设计，结构模块的划分和选用都比较困难，而且要求设计人员具有相当丰富的设计经验和广博的多学科领域知识。

　　机械产品的方案设计通常无法采用纯数学演算的方法进行，也难以用数学模型进行完整的描述，而需根据产品特征进行形式化的描述，借助于设计专家的知识和经验进行推理和决策。因此，欲实现计算机辅助产品的方案设计，必须解决计算机存储和运用产品设计知识和专家设计决策等有关方面的问题，由此形成基于产品特征知识的设计方法。

　　目前，智能化设计方法主要是利用三维图形软件和虚拟现实技术进行设计，直观性较好，开发初期用户可以在一定程度上直接参与到设计中，但系统性较差，且零部件的结构、形状、尺寸、位置的合理确定，要求软件具有较高的智能化程度，或者有丰富经验的设计者参与。

　　值得一提的是：上述各种方法并不是完全孤立的，各类方法之间都存在一定程度上的联系，如结构模块化设计方法中，划分结构模块时就蕴含有系统化思想，建立产品特征及设计方法知识库和推理机时，通常也需运用系统化和结构模块化方法，此外，基于产品特征知识的设计同时又是方案智能化设计的基础之一。在机械产品方案设计中，视能够实现特定功能的通用零件、部件或常用机构为结构模块，并将其应用到系统化设计有关层次的具体设计中，即将结构模块化方法融于系统化设计方法中，不仅可以保证设计的规范化，而且可以简化设计过程，提高设计效率和质量，降低设计成本。

　　工业设计在现代企业在生产制造过程中占据重要地位，其设计质量高低直接影响到后续企业产品生产质量。相较于国外的工业设计研究，我国起步较晚，无论是在理论层面还是技术方面，均存在很大的不足和劣势，尤其是在工业设计中产品概念设计，代表性的科研成果仍然缺少。由此看来，加强工业设计中产品的概念设计是十分有必要的，有助于赋予产品更为新鲜的元素，提升企业市场竞争力。本文主要就工业设计中产品概念设计进行分析，客观阐述工业设计中产品概念设计要素以及设计方法，以求为后续理论研究和实践工作开展提供参考价值。

　　现代科学技术的快速发展，大量先进技术逐渐广泛应用在各个行业领域，对于工业产品设计而言，在一定程度上促使产品结构出现了根本性的变革。总的说来，工业产品设计主要是人们通过现代科学技术和理论知识，有意识地构思产品设计流程，其中包括人类活动的众多领域内容。可以说，工业设计水平高低直接影响到一个地区或者国家市场竞争能力大小，具有较为深远的意义。工业产品设计中产品概念设计需要设计师具备较高的专业素质以及设计经验，能够结合实际设计需求，将更多新鲜元素融入其中，设计出一个总体框架，在这个框架基础上，运用专业知识以及加工工艺，赋予工业产品更深次的内涵和性能，以求更好地满足消费者的个性化需求。

　　产品概念设计主要是指在明确任务目标后，通过一系列抽象化的功能结构，寻求适合的作用原理，寻求最为合理的设计方案，这一过程称为概念设计。而工业设计中产品概念设计是指从产品缺口到建立模型的过程中，不断进行分析和整合，对模型进行创造性的评价。总的说来，工业设计中一方面包含了大量数值计算性的工作，诸如计算分析、绘图以及填写表格等，另一方面是概念设计工作，主要是创造产品设计具体方案。概念设计贯穿于产品设计的各个环节，从市场缺口、到产品定位的模糊前期再到结构设计以及功能设计。在产品设计早期阶段，根据社会条件形成的市场需要和经济技术条件确定产品的模糊前期（sET因素），形成产品开发的模糊概念和定性分析，根据前期定位将产品功能需求和设计思路进行细化和求解，将内容展现为大致的设计框架，组成框架的模块和组件，来完成产品的设计方案。而设计师的概念设计贯穿整个过程，并对初步设计完成的设计方案进行造型构思，最后结合实际条件需求形成最终的设计方案。随后，将设计完成的方案分配到具体设计中，对方案中具体细节进行推敲，在这个过程中，需要充分考虑设计者的创造能力，自身学科知识储备以及设计经验的丰富，以及是否能够结合资料数据进行推理和决策，这样才能创造出更符合消费者个性化的设计需求。

　　概念设计并非是简单的传统意义上的方案设计，其内涵更为广泛、有深度，根据产品生命周期对产品功能进行创造、分解以及结构设计，是一个设计创造过程，同时也是一个实验求解过程，从而满足各项设计需求和指标，从多项设计方案中选择最为合理的设计方案。概念设计过程中，设计人员需要具备较高的专业知识和设计经验，能够与时俱进采用更为先进的设计方法和商用运作知识，才能更为全面地应对消费者个性化的设计需求。

　　其一，创新性。无论是工业产品设计还是其他产品设计，最突出的特点就是追求创新性，作为设计的核心要素，只有不断地进行创新才能得到性能优良，更富有竞争力的工业产品，从多种设计方案中选择一种最为合理的设计方案，吸收其他方案的优点，形成一种创新型设计方案。

　　其二，多样性。工业设计中产品概念设计的多样性特点主要表现在设计结果的多样化，以及设计思路多样化。根据设计事理学方法论，同一产品因其人、事、物、场的不同会形成不同的功能需求，因此在概念设计时会产生完全不同的设计思路，选择的设计方法同样存在明显差异。诸如在椅子的设计中，室内椅、室外椅、交通工具座椅、咖啡馆椅的设计概念会因椅子所处的环境和使用者的不同形成不同的解决思路。

　　其三，层次性。对工业设计中的产品概念设计主要反映在功能、载体结构方面，产品的功能定义和功能分解反映在功能层，结构修改和变异作用在结构层，将两种层面连接起来，从而形成产品的设计层次。无论是功能层还是结构层，自身具有一定的层次关系，层层递进，不同层次功能对应不同的层次结构球王会。

　　产品概念设计时选择合理的设计方法，对于设计价值提升有着较为突出的作用，同时也能够体现出设计师自身的综合设计能力。一般情况下，工业设计中产品概念设计方法主要包括以下几个方面：其一，联想法，在工业产品开发过程中，可以在原有产品性能以及技术基础上进行联想，构思新产品的功能和形态，从而完成工业产品设计，同样可以在其他领域产品基础上进行联想，为工业产品设计提供构思基础；其二，仿生学法，通过对自然界的感悟来寻求设计灵感，观察某一种生物的结构和形态，将此类元素融入到工业产品设计中；其三，缩小和扩，将工业产品的局部设计点；其四，逆向思维法，设计师在设计过程中，主要是采用传统设计思维，可以通过对逆向思考产品原有的顺序或者设计方法，来获得设计灵感；其五，类比法，就某种产品而言，一经推出，市场可能会出现众多类似产品，通过对产品的设计比较，能够发现其他产品中创新的思维和方法，完善自身，设计出更为新颖的工业产品。

　　功能因素。工业产品概念设计时需要充分考虑到产品的功能，只有功能得到创新才能吸引更多的消费者。功能是产品的实质性要求，消费者购买的并非是产品本身，而是产品所提供的功能。所以，在产品设计时以产品功能因素为核心，进行优化设计，提供可行的功能设计方案。

　　构成因素。产品概念设计需要考虑到产品构成要素，对这些构成要素进行分解和组合，取得最为优秀的产品，将其称之为优化过程。设计师在对各种元素进行优化组合，结合实际工业产品设计需求，形成最为合理的设计方案。由此看来，对产品构成要素进行设计有助于实现产品的优化。

　　形态因素。工业设计中产品概念设计过程中需要运用多种学科理论，涉及层面较广，结合实际设计需求进行设计，总的说来，设计师在产品概念设计过程中需要协调不同形态因素之间的关系，合理配置形态因素和知识，实现产品形态最优。

　　色彩因素。作为产品构成中不可或缺的组成部分，色彩因素的合理搭配往往能够带给人们更为强烈的视觉冲击，无形中影响着人们对于工业产品的客观评价。在工业设计中产品概念设计时，充分考量色彩因素，结合实际设计需求进行配置，有助于借助色彩来刺激消费者内心感知，感悟工业产品设计中的内涵，同设计师产生灵魂的共鸣，直观地感受到设计师想要通过工业产品来传递的思想和内容，为产品带来附加值，激发消费者购买欲望，赢得消费者的青睐，提升产品经济效益。

　　工业设计中产品概念设计主要可以分为三个阶段，其一是概念产生阶段、选择阶段以及实现阶段，其中概念的产生阶段主要是指通过分析趋势、创新技术、经济条件等调研获得产品开发方向，形成模糊的产品设计方向，将所有设计思路梳理清楚，明确有待解决的问题，合适的设计方法。对于其中存在的问题有针对性的提出解决方案，在众多解决方案中选择最优的解决方案，即概念设计方案。其二，概念选择阶段，确立评判标准，从众多概念中选择切实可行的方案，其主要选择方式有外部决策、多数表决以及辩论等，在实际应用中较为切实有效。其三。概念实现阶段，将选择出来的概念设计方案制作出模型或者实际产品，实现概念设计。

　　创造性思维。工业设计中产品概念设计中融入创造性思维是必不可少的，同时也是设计的灵魂关键，需要设计人员进行创造性思考，获得创新。所以，应注重强化培养设计人员创造性思维能力，不断完善自身专业设计能力和工作经验，将逻辑思维和形象思维巧妙结合在一起，创造出更为新颖独特的工业产品。

　　技术创新。在工业设计中产品概念设计中，技术创新具有至关重要的作用，其本质就是挖掘新鲜事物，提出更为新颖的设计理念，但是在多数情况下设计的产品无法满足人们日益增长的需求。技术创新是知识的积累和灵感的勃发，单一的技术创新并不具备实际应用价值，只有将创新技术实际应用在产品设计中，这种技术突破性创新才富有实际意义，提升产品经济效益。

　　应用虚拟现实技术。虚拟现实技术应用在工业产品概念设计中，有助于概念设计更好而满足市场需求，趋于市场化发展。为了能够更好地满足市场需求，虚拟现实技术能够为工业产品概念设计带来更大优势，当消费者面对一种虚拟的富有故事情境的产品，能够带给消费者一种直观的互动感受，加强设计师同消费者之间的共鸣，带来别样的感受。此外，这样的产品设计能够大大降低市场风险，为企业决策人提供更好的发展依据，提升市场竞争力。

　　产品设计是工业设计专业的主干课程，高校工业设计专业产品设计课程中，往往将产品设计课程分为产品方法与流程、概念设计、专题设计、创新设计四个阶段球王会，循序渐进的引导学生了解工业设计的内涵，掌握工业设计的流程与方法。产品设计课程的前两个阶段主要讲授产品设计流程与方法，通过这一阶段的学习，学生掌握了一定的设计方法，同时具备一定的设计技能，为产品设计的项目化教学提供了保障。 项目化教学是行为导向教学法的一种，一般在专业课程教学过程中采用。

　　项目化教学包括项目方案的筛选及设计、项目的实施及项目的考核等三部分，它有着明显区别于传统教学方法的教学目标和表现特征，所以也存在着较为独特的设计流程。[1]本文探讨的是产品设计课程中专题设计阶段项目化教学的方法和过程，项目名称为《穿戴式通讯设备研发》，项目源于深圳市兴意达通讯公司，课程设计由指导教师和企业设计师共同商议完成。

　　项目书由指导教师和企业设计师根据项目内容和学生认知特点共同设计完成，通过项目书准确界定项目背景、设计内容、产品硬件设施、设计要求等内容，让学生具备设计本产品的相关背景知识，明确设计任务，本课题的任务书主要分为以下三个方面。

　　穿戴式通讯设备是指融合了无线数据和数据处理，并具备携带方式的产品。由于技术、造价等因素，这类产品多停留在概念阶段，然而随着高性能低功耗处理芯片的推出及日益凸显的市场需求，穿戴式通讯设备开始从概念化走向商品化。

　　本项目基于近期兴起的穿戴式设备研究。2012年各大通讯公司推出了一系列穿戴式通讯设备，如苹果公司的iWatch、谷歌眼镜、摩托罗拉智能GPS运动腕表 MOTOACTV、索尼SmartWatch等。本项目旨在将通讯功能与手表结合，设计一款具有通讯功能的手表，该手表通过蓝牙与用户手机连接，为用户提供另一个小巧、便捷的操作屏幕，用户可以通过通讯手表实现阅读短信、资讯，接听电线产品结构分析

　　为使学生明确产品结构，本课题选择符合设计任务书要求的现有产品——索尼SmartWatch作为案例用以说明产品内部结构及此类产品常用的材料与工艺。

　　根据产品结构要求，本产品外观尺寸确定为40×40×10 mm，屏幕尺寸为1.5寸（27×27.5mm），产品充电方式为USB接口式或触点式，产品需具备开关机键和音量键（可通过软件控制）。

　　本阶段需要学生了解产品性能、主要品牌、产品特点、周边产品。这一阶段指导教师须使学生明确设计流程及每个阶段的任务。

　　产品概念是对产品的技术、工作原理和形式的近似描述。[2]本阶段通过“希望和疑问”的方式获得产品概念，即学生思考“如果我有这样一个产品，我希望它能够做什么”提出该产品可以存在的功能，在教学过程中通过这种方法，学生提出三十多种可存在功能，如听音乐、照明、记录消耗的卡路里、镜子、提示功能等，进而生成多种产品概念，即产品卖点，如针对商务人士、时尚女性、青少年、医疗工作者、户外运动爱好者的产品设计。这一阶段学生需明确设计所面向的用户群体，并进行用户分析，指导教师需引导学生发散思维，避免否定学生的任何想法，也可以尝试穿插发散思维的练习或游戏，从而获得更多的产品概念。

　　学生根据个人的产品概念，分析、总结相关产品的造型特点。如设计针对户外运动爱好者的产品概念可对山地自行车、跑车、健身器材等具有运动属性的产品进行形态分析，提取其中具有运动产品特性的造型因素，分析曲面的生成方式和连接形式、线条的节奏和延续性、材质的选择和色彩的搭配，掌握相关产品类型的形式语言，并以草图的形式记录相关的设计思路。这一阶段指导教师需要指导学生归纳适合的产品类型并进行形式语言的总结。

　　依据以上的材料积累，这一阶段开始构思具体的设计方案，首先以平面图的形式推敲设计方案，在这个过程中学生根据掌握的形式语言结合所选用户群体提出产品造型初步方案，以第一个方案为基础，进行产品轮廓线条的演变、面的分割演变、面的转折演变及产品配色的尝试，从而得到多个设计方案，如图2、3所示。使用这种方法一方面能够不断深化设计方案，另一方面能够使设计方案具有延续性，经过这样一个逐步推敲和演变的过程，最初简单的设计方案逐步得到充实和丰富，从而得到成熟的方案。这一阶段指导教师需要对学生形式语言的表达进行恰当的把控，既要发散学生思维，防止设计思路受现有产品的束缚，降低创造性，又要避免学生提出的方案过度概念化，无法满足生产要求，同时提醒学生注意产品的结构、材料、工艺等生产问题。

　　这一阶段主要是将平面图转化为三维效果图，即产品的建模、渲染阶段，在建模的过程中对设计方案进行进一步的优化，完善产品细节，如图4、5所示。这一阶段需要指导教师和企业设计师共同指导，指导教师主要对建模过程中产品曲面的衔接、产品的拆分件、产品的整体效果、产品的材质和色彩选择等产品形式美方面进行指导，企业设计师则侧重从产品的生产成本、市场价值方面给予指导。

　　课程最后一个阶段由指导教师和企业设计师共同对学生的设计方案进行评价，通过答辩的形式完成，学生通过PPT展示从用户分析、概念生成、平面图演变到最终效果图的全部设计过程，阐述个人的设计过程及设计亮点，同时提高学生作为设计师所应具备的表达能力。

　　在此次项目化教学过程中，学生熟悉了设计流程、提高了设计技能，但同时也凸显了一些不容忽视的问题。

　　首先，学生在方案阶段很容易忽视产品的内部结构或合理的人机尺寸，使得方案不合理或过度概念化。例如，本课题中，学生提出很多屏幕为弧面的方案，此时，指导教师需及时提醒学生，避免不必要的错误，很多企业提出学生的方案往往表现出结构知识的欠缺，因此加强学生结构知识的补充在高职工业设计专业教育中是十分必要的。

　　其次，虽然我们开设了产品材料与工艺的课程，但是学生对材料、工艺的认知和应用能力依然比较薄弱，例如图8学生方案中，学生在作品陈述中采用木材作为外壳材料，而在实际生产中我们一般采用IML工艺实现木纹效果。这类问题主要是由于在材料与工艺的学习过程中过于依赖书本，缺乏实践而导致，因此，建议增设相关实践类课程，让学生在学习材料与工艺的过程中能够结合书本知识拆卸一些常见产品，通过触摸、比较不同材料，直观、深入地了解材料属性。

　　产品设计是工业设计专业的主干课程，通过项目化教学的方式能够有效提高学生的综合设计技能，而如何合理、高效的开展课程、如何与企业寻求共同的利益点，发挥高校的社会服务性，仍然是一个值得不断探索的课题。

　　[1]洪霄、付彬、李涤非著，高职院校项目化教学探讨，中国成人教育，2008，6

　　在美国次贷危机及石油等产品价格不断上涨等因素的影响下，世界经济出现了增长速度放缓的迹象，企业的生产成本不断上升，经济效益不断下降。如何在生产经营的全过程进行成本控制，降低产品成本，是多数企业面临的难题。面对企业外部环境的这种变化，企业应当全方位地提出解决方案，从生产经营和全过程及战略的角度出发，进行生产经营全过程的成本管理，才能取得较好的效果。目前，大多数企业将成本管理的重点放在生产、销售等环节，而忽视了其他环节。如何将战略管理的理论和方法引入产品设计领域，用战略成本管理的理论和方法来指导企业的产品设计，对产品生产的全过程进行控制是一个重要的课题，而在产品设计阶段如何控制设计成本尚未引起多数企业的重视。

　　产品设计是否科学、合理，在很大程度上决定了产品的生产技术、质量水平和成本消耗，也关系着产品的生产和使用的技术经济效果。产品设计成本就是根据技术、工艺、装备、质量、性能、功用等方面的各种不同设计方案，核算和预测新产品在正式投产后可能达到的不同成本水平，它是对新产品开发和老产品改造进行可行性分析的重要组成部分，目的在于论证产品设计的经济性、有效性和可行性。

　　一般情况下，每种产品的顾客群体是不一样的，而这些特定的顾客群体的需要（如对产品的功能、质量、价格等）也不同。因此，在进行产品设计前，应进行广泛的市场调查。在对不同的顾客群体及主要竞争对手调查的基础上，提出本企业拟开发产品的功能、质量、目标价格等主要指标。根据目标价格扣除预计税金及希望的利润等指标，其余额即是该产品的目标成本。这一指标应作为设计成本的重要参考指标，如果根据设计部门的设计生产出来的产品成本控制在目标成本范围之内，则可实现企业的成本控制目标。产品设计成本是一种事前成本，并不是实际成本，也可以说是一种预计成本。产品设计成本的内容包括材料（原材料、辅料、外协件、配套件）、人工费用（工资及外加工劳务费）、专项费用、燃料动力费用、固定费用（管理费用、制造费用等）和销售费用等。

　　产品设计成本按设计范围和内容可分为总体设计成本、部件设计成本和零件设计成本。总体设计成本又可细分为成套项目总体设计成本和单台产品设计成本；按与产品产量关系划分可分为固定成本与变动成本；按产品生命周期划分可分为制造成本与使用成本；按工作阶段和性质划分可分为设计成本和工艺成本等。产品设计是指从确定产品设计任务书起到确定产品结构为止的一系列技术工作的准备和管理，是产品开发的重要环节，是产品生产过程的开始。产品设计成本管理的关键是对各种产品设计成本的方案进行经济分析，以便从中选出最优的设计方案。其次是对产品设计成本的估算，在确定方案可行性的基础上，由企业会计人员和工程技术人员一起，考察分析相关产品的工艺特点、原材料耗费、消费者需求等，运用价值工程等方法优化设计方案，以达到控制设计成本的目的。

　　在实际工作中，主要是计量、确定各个方案的预期成本效益，比较分析其优劣，以寻找最优方案。首先是项目投资决策，估计投资项目的预期现金流量。评价时使用的指标一般是考虑货币时间价值因素的指标即贴现指标，如净现值、内涵报酬率等，或者是不考虑货币时间价值的指标，如回收期、收益率等。其次是对产品的设计成本进行估算，通常可采用比例法和估算法等方法。比例法是根据产品的成本大体上分成材料成本、人工费用、制造费用三部分，分别确定各项成本占总成本的比重，然后测算产品的设计成本。比例法一般适用于有同类产品设计成本资料的产品设计成本的估算。估算法是根据新产品设计方案所发生的成本，直接地概算出该种产品成本。估算法主要适用于没有或缺乏同类产品资料的全新产品进行设计时的估算。

　　在产品设计工作中必须严格遵循“三段设计”程序，其具体内容主要包括技术任务书、技术设计和工作图设计等。技术任务书是产品在初步设计阶段内，由设计部门向上级对计划任务书提出体现产品合理设计方案的改进性和推荐性意见的文件。经上级批准后，作为产品技术设计的依据。其目的在于正确地确定产品最佳总体设计方案、主要技术性能参数、工作原理、系统和主体结构，并由设计员负责编写。技术设计的目的是在已批准的技术任务书的基础上，完成产品的主要计算和主要零部件的设计。工作图设计的目的是在技术设计的基础上完成供试制（生产）及随机出厂用的全部工作图样和设计文件。设计者必须严格遵守有关标准规程和指导性文件的规定，设计绘制各项产品工作图。

　　产品设计人员是产品设计成本管理的主要责任人，应对产品设计人员进行战略成本管理等成本管理理论和方法的教育，使他们真正认识到设计成本的重要性，自觉地将降低设计成本的理论贯穿于成本设计的始终。

　　美国国防部首例“产品设计成本”是降低成本的成功范例。由于美国军工企业较多，使国防部在军火采购上有较大的选择权；同时，由于国防部经费有限，又必须精打细算，并不断降低军火采购成本，因此，他们采用了“产品设计成本”的管理方法，在产品开发、设计、制造、使用各个阶段发生的成本设定目标值，进行先期成本控制，即在限定的成本条件下进行设计，将降低成本的工作渗透到了产品的设计阶段，以此控制军品采购成本，节约国防开支。而在日本，降低成本的模式更进了一步。日本丰田等汽车公司探索出的“成本企画”模式更加系统和更具有成效，成本企画将成本管理视野全面转移到了产品开发、设计阶段，针对目标成本，将价值工程分析方法与成本估算方法结合为一体运用，使降低成本更具有实效性。美国的产品设计成本与日本的成本企画，应当认为是一种较高层次的降低成本方法，它一般应与工艺、工序在源流阶段的革新结合在一起加以实施。

　　企业在投产新产品前，都要由企业的设计部门进行产品设计，在进行产品设计时，应设计出产品使用的材料、经过的生产工艺、质量标准等条件，为了对新产品是否投产进行决策，应测算该新产品的成本水平。若该产品的成本水平在可接受的范围之内，则可以投产；若不在可接收的范围之内，则应对产品的设计方案进行修改，如减少材料的消耗量、降低使用材料的档次等，经过测算后，使之能够达到可接受的范围。目前企业计算产品成本的重点一般是放在生产过程中发生的实际成本支出，但应当看到，在实际工作中80%以上的成本在产品设计时就已经确定了。要降低成本，当期成本的执行情况和现在的成本水平信息都应及时反馈给设计和计划部门，以此来改善产品的设计工作和整个生产操作过程。如果产品设计本身不合理，没有充分利用企业已有的资源，存在一些过剩的功能，就会造成先天的成本缺陷。产品成本水平绝大部分在产品设计阶段就已经确定了，如产品经过的工艺过程、使用的材料等。待产品投入生产后再采取措施进行降低成本的难度就比较大了。因此，产品设计成本强调管理的重心从产品的生产阶段转移到了产品的开发设计阶段。

　　产品设计成本管理要求技术部门的人员应增强成本意识，建立成本、质量首先是设计出来的现代成本管理意识。企业要在激烈的市场竞争中取胜，就应加快产品开发设计的速度，加大投入，用新产品、新工艺打开市场，增强企业的竞争能力。产品开发部应对技术开发费用进行核算，在财务部开设专门的账户，不仅要进行总分类核算，还要进行明细核算，即对每一个项目都要进行核算，并且要将其支出与相关效益进行对比。通过对比，一方面促使产品设计人员增强成本意识，在产品设计时考虑到成本问题；另一方面，可以促使产品设计成本的降低。

　　在进行成本设计阶段采取的方法主要有源流管理和成本筑入。源流管理是指在产品设计乃至开发策划阶段就开始降低成本的活动。源流管理其实只是一种产品观念，引发设计人员对这部分成本的思考。要将观念转化为现实，可能不得不增加材料和技术等方面的投入，这部分要上升的成本能否使它少上升或不上升，或者上升额能在其它方面改变较少或不改变的领域内得以消化吸收，是源流管理的核心。源流管理的特点在于预防，它使大幅度降低成本成为可能。成本筑入是指将成本作为一种特殊部件，能否将这种部件的一部分乃至全部删除，删除部分又能否装配到其他更重要的功能上去。即在将原材料、部件等汇集在一起装配产品的同时，也将成本一并装配进去。

　　成本设计时也应采用目标成本法，从设定目标成本到在设计图纸上实现降低成本的活动是成本设计的中心阶段。在开发一种新产品时，首先预测其市场可接受的价格；然后确定目标利润；最后倒算出设计成本，并以此作为控制设计成本的依据。采用目标成本进行成本设计时所包括的步骤和目标成本的设定、目标成本的分解、目标成本的达成等，这是一个循环过程，每一次循环都是对成本的一次挤压。成本设计阶段目标成本设定的主要工具有价值工程、拆卸分析等。

　　产品设计方案完成后，应根据产品的设计图纸和财务会计部门提供的资料，测算产品设计成本，并同目标成本进行比较。设计成本小于目标成本时，才能批准设计方案的执行，以避免先天性的损失和浪费。在此基础上，还必须从技术上、经济上、社会效益上综合分析和评估不同的设计方案，进行设计方案的优选。必要时应进行成本功能分析，以便在投产前有效地控制产品成本，保证从根本上提高成本效益。建立试验室对新产品进行试验。每投产一项新产品，都应对该新产品进行功能等方面的试验，这样，一方面可以保证新产品的质量；另一方面，可对不同设计方案进行比较，使选择成本最低方案的计划变为可能。

　　产品设计时一般需要经过设计方案、初步设计、深化设计、加工图设计等四个环节。经过这几个步骤之后，产品的设计方案逐步成熟，不但产品的性能等方面会有较大的改善，而且产品的成本水平也会有较大的降低。在产品设计的不同阶段，都应对成本问题进行专题研究。每个阶段都有不同的降低成本的措施。如果这些措施采取得当，就会取得较好的效果。

　　在产品设计方案阶段提出设计方案时，企业的成本管理部门应根据企业总体的成本控制目标、产品的市场销售价格、企业的现有生产能力和生产条件等，向产品的设计部门提出具体的成本控制目标，即要求设计部门将产品的设计成本控制在一定的水平上。在进行产品设计时，成本管理部门应深入到设计部门，对设计人员进行成本管理方面的知识宣传，使产品设计人员摈弃只管设计而忽视成本的现象。如果产品设计人员都来关心成本问题，则会使他们在设计产品时就自觉考虑成本问题，从而使设计的产品在开始时就考虑了降低成本的问题，对日后成本水平的高低产生重要的影响。同时将有关市场机会、竞争力、技术可行性、生产需求的信息综合起来，确定新产品的框架，包括新产品的概念设计、目标市场、期望性能的水平、投资需求与财务影响等。在决定某一新产品是否开发之前，企业还可以用小规模实验对概念、观点进行验证，可包括样品制作和征求潜在顾客意见等。一旦方案通过，新产品项目便转入设计阶段。

　　在产品初步设计阶段，企业的产品设计部门应根据成本管理部门提出的成本控制目标进行产品的设计。在产品设计时，成本管理部门应积极地予以配合，向设计部门提供新产品所需材料的价格、产品经过工序、每小时的工资及制造费用等资料，便于产品设计部门在进行产品设计时参考，以便在设计时就能大概测算出该产品的设计成本。产品的初步设计是形成产品成本的重要一环，如果初步设计成本较高，在后期采取相应的措施将其降下来是非常困难的。在进行产品初步设计时，应运用价值工程的原理。价值工程的基本思想是进行功能——成本分析。这里所说的价值是对于特定功能所要求的成本支出是否合适的评判，也称为价值比率。功能是使人们的欲望、效果或效用得以满足的属性，其具体表现是理想成本、目标成本或消费者对产品的评价值等。实施价值工程的过程，就是设法使价值比率提高的过程，或者说是使低价值比率向高价值比率改善的过程。采用价值工程进行产品设计时，应根据零部件的重要程度球王会，采用不同的方法。对于重要的零部件、功能大的零部件，应尽量使用好一点的材料，以满足其功能要求。而对于次要的零部件，则可使用一般的材料，以避免其功能过剩。在实际运用时，可采取“零部件功能评价表”的方式，对各种零部件在产品中的重要程度进行分析，并将分析的结果运用于不同的设计方案中。

　　产品设计部门在将初步设计方案确定之后，应将其交给有关部门论证，进入产品深化设计阶段，其中还应包括成本管理部门所进行的产品成本的测算。企业的成本管理部门应对产品设计部门提供的设计方案进行审查，并根据设计方案计算产品的设计成本。在计算产品的设计成本时，应根据设计方案所规定的材料、工时等资料，计算产品投产后可能发生的成本数。对于计算出来的预计成本，应与企业的计划成本进行对比，看其是否超过计划成本规定的指标。如果符合成本计划的要求，则从成本的角度看，该设计方案是可行的；若超过了成本计划指标，则从成本的角度看，该设计方案需要进行修改。因此，成本管理部门应根据成本管理的要求，对该项设计方案提出意见。对于不符合成本计划要求的方案或虽然符合成本设计的要求但仍有需要改进的设计方案，成本管理部门应根据自己所掌握的情况，对设计方案提出改进的意见，如材料使用的是否合理，能否使用代用材料替换价格较贵重的材料，生产工艺过程能否改进，所经过的所有工序是否都是必需的，其中是否有能够改进的环节等。由于产品设计部门的人员考虑成本问题不多，所以，成本管理部门应与设计部门沟通，强调成本指标在产品设计工作中的重要性。让产品设计人员了解成本指标对新产品能否投产具有重要的影响。如果新产品的成本指标不能满足要求，则该项产品就不能投产。这样，产品设计人员就会提高降低产品设计成本的积极性。

　　经过上述三个程序后，产品设计进入了加工图设计阶段，即设计产品生产所经过各道工序的加工方法等。此道工序关键是产品的加工工时及生产工序设计得是否合理。这些项目对成本水平的高低也有重要的影响，如加工工序问题，若产品的加工工序比较合理，则所花费的各工序的结转费用就少，否则就会增加这方面的费用支出。制造技术部门负责制定制造工艺。制造技术部在确定工艺方案后，应开展工艺成本的预测，并进行工艺成本定量分析。同一产品设计，往往可以采用几种不同的工艺方案，究竟哪种方案能同时满足技术和经济性的要求，就要在成本预测和技术评价基础上，从经济上对各种工艺方案进行比较，从中选择经济合理的方案。制造技术部门应重视工艺成本控制，不仅要重视工艺方案所规定的设备、工艺装备、加工方法和工艺规划能保证产品质量、工作效率达到最高水平，而且要关注工艺成本下降到最低水平，以便对工艺方案作出正确的决策，达到事先控制工艺成本的目的。技术部门的人员应定期进行成本管理相关知识的培训，特别是与技术部门相关的业务的培训，使他们明确技术部门在成本管理工作中的作用。

　　产品设计结束后，还要经过小规模生产和增量生产阶段。小规模生产阶段，在生产设备上加工与测试的单个零件已装配在一起，并作为一个系统在工厂内接受测试。在小规模生产中，应生产一定数量的产品，也应当测试新的或改进的生产过程应付商业生产的能力。正是在产品开发过程中的这一时刻，整个系统（设计、详细设计、工具与设备、零部件、装配顺序、生产监理、操作工、技术员）组合在一起。产品设计最后一个阶段是增量生产。在增量生产中，开始是在一个相对较低的数量水平上进行生产；当组织对自己（和供应商）连续生产能力及市场销售产品的能力的信心增强时，产量开始增加。目前产品成熟过程越来越快，为了保持企业在市场上的竞争优势，必须加快新产品开发设计过程，缩短新产品开发设计的周期。但实际资料表明，许多企业的设计开发周期往往很长，一般要占到总生产周期的60%，因而成为企业生产经营的“瓶颈”。所以对产品设计周期成本进行研究势在必行。如何大力缩短设计开发周期时间已成为制造企业的一项重要课题。目前已有不少方法可用来缩短新产品的开发设计时间。首先是提高产品“三化”程度，扩大产品结构继承性。产品“三化”是指产品系列化、零部件的通用化和标准化。产品系列化是对使用条件相通、设计依据相同和结构与功能相同的产品将其基本尺寸和参数按一定的规律编排，建立产品系列型谱，以减少产品品种，简化设计；零部件通用化是在产品系列化的基础上，在不同型号的产品之间扩大通用的零部件。这样，可以大大减少零部件的品种数从而减少大量的产品设计工作量；相应地又可减少工艺准备，如编制工艺规程、设计制造专用工具等的工作量，因而能极大地缩短它们的生产技术准备周期。零部件品种数的减少还能使他们的制造批量扩大，这又有助于生产熟练程度的提高、提高生产效率和保证质量；零部件标准化则是按国家标准生产零部件，或进一步扩大通用零部件的应用范围，将它们转为工厂标准，从而更多地减少设计和加工制造的工作量，缩短生产技术准备周期。

　　产品结构模块化是另一种简化设计、减少零部件总数的设计合理化措施。它是将产品部件按功能特征分解成相对独立的功能单元，并使他们的接口（结合要素形状、尺寸）标准化，使它们成为可以互换、可按不同用途加以选用组合的标准模块。这些模块的不同结合，或模块与其它部件的组合就能构成各种变形产品，以满足不同的订货需要。

　　上述两种措施都是通过扩大产品结构的继承性，来简化设计，提高设计工作效率，缩短设计周期；同时，由于大量利用已有的设计和工艺都已成熟的零部件，因而能提高产品设计的质量。这些都将给产品的设计、制造、使用和维修等带来显著的经济效益。除了上述两种方法以外，缩短新产品设计开发时间的技术和方法还包括计算机辅助设计和并行工程等。计算机辅助设计将新产品设计开发过程中大量繁琐的重复性劳动，如插表、计算、绘图、制表等等交给了计算机来处理，从而大大地提高了设计开发工作的效率，缩短了新产品设计开发周期；而并行工程则是在开发设计新产品时，同步地设计产品生命周期的有关过程，力求使产品开发人员在设计阶段就考虑到整个生命周期的所有因素，包括设计、分析、制造、装配、检验、维护、可靠性和成本等。

　　利用价值工程进行产品设计管理也是产品设计成本管理的重要方面。如前所述，产品的设计方案在很大程度上影响产品的生产成本和使用成本。如果产品设计不合理，存在剩余功能，会造成新产品的先天性浪费。因此，在开发与设计新产品时，设计人员还应运用价值的方法，实现技术与经济的最佳结合。价值工程的每一项程序都必须采用一定的技术方法，在这些具体技术方法中，主要有下列几类，即对象选择的方法、功能评价的方法、方案创造的方法、方案评价和选优的方法。应注意避免贪大求精的现象，不要不顾企业的生产实际和产品报价，盲目追求高精尖，致使产品成本无必要的增加。

　　在产品设计完成后，还需要进行工艺设计。产品的生产过程一般都可以按工艺性质的不同划分为不同的生产阶段，这些各具特定工艺性质的生产阶段就是工艺阶段。不同的工艺阶段不仅需要不同的物质技术条件球王会，其生产管理的特点也有较大差异。划分工艺阶段的主要目的，是为了针对其工艺阶段的特点，进行相应的生产管理工作。产品工艺设计得是否合理，对成本的影响也很大，合理地设计生产工艺过程，既可以提高生产效率，也可以大大节约成本费用的开支。因此，优化的工艺设计对日后产品生产成本的降低有重要的作用。

　　同一工艺阶段的各项作业活动，因为使用不同的机器设备、工艺方法和工作场。