一、概述

  產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論、方法與工具是基于現(xiàn)代設(shè)計(jì)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(jià)格和款式（造型色彩）、提高產(chǎn)品的功能、縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期為目的的一切設(shè)計(jì)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(huì)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(jì)產(chǎn)品，并使它在技術(shù)及經(jīng)濟(jì)上達(dá)到佳水平。該技術(shù)鼓勵(lì)設(shè)計(jì)人員，從原來(lái)固有的常規(guī)設(shè)計(jì)模式中跳出來(lái)，用新觀點(diǎn)、新原理、新方法來(lái)設(shè)計(jì)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(kuò)展，并形成此方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

  產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)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(jì)、降低成本設(shè)計(jì)、快速設(shè)計(jì)、仿真與虛擬設(shè)計(jì)、智能設(shè)計(jì)、廣義優(yōu)化設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)技術(shù)。

  二、現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)

  二戰(zhàn)以后的幾十年來(lái)，各主要發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家先后開(kāi)始重視起對(duì)設(shè)計(jì)技術(shù)的研究，如英國(guó)從60年代開(kāi)始，就以國(guó)家政策和財(cái)力來(lái)支持發(fā)展與推廣設(shè)計(jì)新技術(shù)；德國(guó)提出“設(shè)計(jì)就是科學(xué)”，且其設(shè)計(jì)學(xué)的發(fā)展已初具規(guī)模；美國(guó)成立有“設(shè)計(jì)委員會(huì)”。日本同樣也非常重視設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，將設(shè)計(jì)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)品在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。近年來(lái)，在上每年召開(kāi)一次與設(shè)計(jì)有拳會(huì)議，探討設(shè)計(jì)的新理論和新方法。

  我國(guó)工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)曲折的過(guò)程。以前都是憑借設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，以模仿為主，故局限性大。從60年代開(kāi)始，加強(qiáng)了新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究工作，從而使設(shè)計(jì)從仿制和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)逐漸走向?qū)嶒?yàn)研究和計(jì)算分析階段。到了80年代，開(kāi)始在國(guó)內(nèi)介紹一些上的先進(jìn)技術(shù)與方法。同時(shí)將計(jì)算機(jī)引入設(shè)計(jì)領(lǐng)域，對(duì)設(shè)計(jì)工作的發(fā)展起了很大的推動(dòng)作用。

  但是，我國(guó)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域中仍存在很大問(wèn)題，主要是對(duì)設(shè)計(jì)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(méi)形成開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品或更新老產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和應(yīng)變能力，對(duì)引進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)品，更沒(méi)有從設(shè)計(jì)的角度進(jìn)行消化。

  在創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面，隨著科技和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用已越來(lái)越廣闊，創(chuàng)新也由原來(lái)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（Cognitive Approach）過(guò)渡向基于系統(tǒng)的方法（System Approach）方向發(fā)展，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)程和設(shè)計(jì)對(duì)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(jì)的自動(dòng)化，并且利用系統(tǒng)論和信息論的研究成果，創(chuàng)新設(shè)計(jì)開(kāi)始向智能化發(fā)展。

  在降低成本設(shè)計(jì)方面，國(guó)內(nèi)外專家對(duì)成本估算及降低成本的方法進(jìn)行了大量的研究。德國(guó)學(xué)者提出了成本結(jié)構(gòu)和分類，用相對(duì)成本概念來(lái)實(shí)現(xiàn)不同設(shè)計(jì)方案之間的對(duì)比評(píng)價(jià)，同時(shí)利用設(shè)計(jì)方法學(xué)和控制成本的設(shè)計(jì)思想研究成本特征與設(shè)計(jì)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(guó)學(xué)者（在面向報(bào)價(jià)方面）對(duì)已有或生產(chǎn)過(guò)的產(chǎn)品作回歸統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，建立了成本模型；日本、瑞士、英國(guó)等學(xué)者也均對(duì)制造階段的成本估算進(jìn)行了較多的研究。國(guó)內(nèi)的許多學(xué)者也對(duì)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(fèi)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(duì)產(chǎn)品降低成本的設(shè)計(jì)長(zhǎng)期以來(lái)還一直停留地局部階段的理論分析和計(jì)算，尚未把它納入到貫穿設(shè)計(jì)全過(guò)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(jì)分析基礎(chǔ)上的，因此，建立支持設(shè)計(jì)全過(guò)程尤其是原理方案和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的成本信息模型已成為實(shí)現(xiàn)低成本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和迫切需要解決的難題。

  在快速設(shè)計(jì)方面，1992年6月，在東京會(huì)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(jì)周期的快速設(shè)計(jì)技術(shù)（Rapid Design Technology, RDT），目前上在針對(duì)快速設(shè)計(jì)的并行設(shè)計(jì)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(jì)技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)外的研究均較為活躍，在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的仿真建模中，目前應(yīng)用廣泛的包括有限元方法（FEM），有限差分法等。在一些實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，希望從仿真系統(tǒng)中得到在真實(shí)世界中無(wú)法親身體驗(yàn)到的感受，從而能突破物理空間和時(shí)間的限制，也就是說(shuō)需要仿真系統(tǒng)具有超越現(xiàn)實(shí)的虛擬性，這些客觀需求推動(dòng)了一種新興的技術(shù)——虛擬現(xiàn)實(shí)（VR-Virtual Reality）技術(shù)的發(fā)展；同時(shí)，在計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)（VRS）環(huán)境中的虛擬設(shè)計(jì)（Virtual Deign-VD）技術(shù)方面的研究也越來(lái)虎受到人們的重視。

  在智能設(shè)計(jì)技術(shù)方面，各主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)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(jì)系統(tǒng)方向發(fā)展，對(duì)設(shè)計(jì)型專家系統(tǒng)的研究也正逐漸走向縱深，智能設(shè)計(jì)技術(shù)向著不但提供知識(shí)處理自動(dòng)化，而且實(shí)現(xiàn)決策自動(dòng)化，以支持大規(guī)模的多學(xué)科多領(lǐng)域知識(shí)集成設(shè)計(jì)全過(guò)程的自動(dòng)化。

  廣義優(yōu)化設(shè)計(jì)方面，國(guó)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(jì)，且目前離形和隨機(jī)變量?jī)?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(duì)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(guò)程的研究還很不夠，與主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家有著一定差距。
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