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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(yīng)用微電子、信息、管理等現(xiàn)代科學(xué)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(biāo)出發(fā)，在特定技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會等具體條件下，根據(jù)相鄰學(xué)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(jì)上達(dá)到最佳水平。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)領(lǐng)先的有利條件下，將該技術(shù)領(lǐng)域擴(kuò)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(dá)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(xué)”，且其設(shè)計學(xué)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(jì)、美學(xué)和人機(jī)學(xué)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(jī)械產(chǎn)品在國際市場的競爭力。近年來，在國際上每年召開一次與設(shè)計有拳國際會議，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(qiáng)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)介紹一些國際上的先進(jìn)技術(shù)與方法。同時將計算機(jī)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(yīng)用，資金投入少，人員培訓(xùn)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(yīng)變能力，對引進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)品，更沒有從設(shè)計的角度進(jìn)行消化。

在創(chuàng)新設(shè)計方面，隨著科技和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，計算機(jī)在設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)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(rèn)知的方法（CognitiveApproach）過渡向基于系統(tǒng)的方法（SystemApproach）方向發(fā)展，對設(shè)計進(jìn)程和設(shè)計對象進(jìn)行建模、模擬人類的認(rèn)知思維模式，極大地推進(jìn)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(jìn)行了大量的研究。德國學(xué)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(xué)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(biāo)成本核算法；美國學(xué)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(xué)者也均對制造階段的成本估算進(jìn)行了較多的研究。國內(nèi)的許多學(xué)者也對這一課題進(jìn)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(jìn)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，在東京國際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)（RapidDesignTechnology,RDT），目前國際上在針對快速設(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(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的仿真建模中，目前應(yīng)用最廣泛的包括有限元方法（FEM），有限差分法等。在一些實際應(yīng)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-VirtualReality）技術(shù)的發(fā)展；同時，在計算機(jī)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)（VRS）環(huán)境中的虛擬設(shè)計（VirtualDeign-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(dá)國家正從傳統(tǒng)的CAD技術(shù)不斷向智能CAD（ICAD）和人機(jī)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(xué)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(yīng)用于工程設(shè)計，且目前離形和隨機(jī)變量優(yōu)化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、智能優(yōu)化、優(yōu)化建模和復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化方法學(xué)等領(lǐng)域的研究已取得具有相當(dāng)水平的理論和應(yīng)用成果，但對向前擴(kuò)展到建立模型、處理模型，向后擴(kuò)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(dá)國家有著一定差距。

三、“十五”目標(biāo)及主要研究內(nèi)容

1.目標(biāo)

研究并掌握產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的理論與方法，并有重點地應(yīng)用于一批產(chǎn)品設(shè)計中，提高產(chǎn)品綜合設(shè)計技術(shù)，使自己的產(chǎn)品能夠在產(chǎn)品質(zhì)量、價格、交貨期及功能、款式（造型色彩）等方面滿足用戶不斷發(fā)展的需求，在激烈的市場競爭中占據(jù)較多的份額。

2.主要研究內(nèi)容

（1）創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)

開展對產(chǎn)品功能原理創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和形態(tài)創(chuàng)新等方面理論及技術(shù)基礎(chǔ)研究，為此著重研究創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)中的原理方案設(shè)計目錄（PCDC）、創(chuàng)新問題求解理論（TIPS）、材料選擇，從而通過對原理方案的優(yōu)選、分解和組合來產(chǎn)生新的原理方案；利用求解理論解決工程系統(tǒng)中新的需求與不能滿足要求的舊系統(tǒng)之間的沖突問題，以及利用不同的材料選擇來達(dá)到完全創(chuàng)新的設(shè)計結(jié)果。

（2）降低成本設(shè)計技術(shù)

在產(chǎn)品設(shè)計過程中采用面向成本設(shè)計技術(shù)和并行的成本估算技術(shù)是使產(chǎn)品成本降低的關(guān)鍵，其中重點要研究的是成本結(jié)構(gòu)分析技術(shù)和價值工程分析技術(shù)，且需要構(gòu)造多種專用的設(shè)計知識庫來精確地并行估算成本。同時，目標(biāo)成本控制技術(shù)和成本優(yōu)化技術(shù)及對降低成本的知識基系統(tǒng)技術(shù)也是降低產(chǎn)品成本、提高產(chǎn)品競爭優(yōu)勢所要重點研究的內(nèi)容。

（3）快速設(shè)計技術(shù)

開展基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同（異地）設(shè)計技術(shù)、并行工程技術(shù)研究，可以縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。其中，系列化模塊化設(shè)計技術(shù)、人工智能技術(shù)、快速原型成形技術(shù)和虛擬制造技術(shù)也是快速設(shè)計的所要研究的重要內(nèi)容。

（4）仿真與虛擬設(shè)計技術(shù)

建模/仿真方法學(xué)、仿真計算機(jī)、CAE和仿真軟件是計算機(jī)仿真技術(shù)中的重要研究課題，對科學(xué)計算的可觀化研究，分布仿真系統(tǒng)以及在將專家系統(tǒng)模糊決策和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)引入仿真系統(tǒng)的研究將有助于形成一個高效的、智能仿真系統(tǒng)。開展虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)的研究，使多種仿真技術(shù)具有一個更加真實方便的輸入輸出系統(tǒng)，并能使用戶根據(jù)仿真結(jié)果快捷地作出各種決策。

（5）智能設(shè)計技術(shù)研究

智能CAD（ICAD）技術(shù)和人機(jī)智能化設(shè)計系統(tǒng)技術(shù)的研究，使得面向CIMS的智能設(shè)計走向智能設(shè)計的高級階段，原理方案智能設(shè)計、協(xié)同求解、基于實例的推理、知識獲取、表達(dá)和利用等技術(shù)也是智能設(shè)計技術(shù)所要研究的重要內(nèi)容。

（6）廣義優(yōu)化技術(shù)

企業(yè)建模和規(guī)劃策略技術(shù)、復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化算法、工程數(shù)據(jù)技術(shù)等均是廣義優(yōu)化技術(shù)所要研究的重要技術(shù)，對這些技術(shù)的研究使得人們能夠從模型的建立、處理、一直到優(yōu)化結(jié)果顯示等全過程進(jìn)行優(yōu)化。