篇1
二、产品形态层次
产品形态是传递产品信息的第一要素，它能使产品内在的质、组织、结构、内涵等本质因素上升为外在表象因素，并通过视觉而使人产生一种生理和心理过程。产品形态由物质形态、文化形态和理念形态三个层面构成。物质形态层面是指功能性和技术性的因素，具体体现为产品的结构、材质、色彩、样式等；文化形态层面包含流行趋势、审美趋势等与社会文化相关的因素；理念形态层面指受民族与传统、宗教与历史的影响而产生的产品设计理念，包括对形态的观念、联系、想法、判断、偏好和理解等主观的认识。
三、概念创新设计中的绿色策略技术
绿色策略技术是建立在产品属性的层次理论之上的。概念创新的开发环境融合涉及产品开发各环节的设计知识流。而利用产品形态的层次方法，将设计知识流合理的引入，则可以从较高的层次来规划和发展绿色策略技术。针对产品形态的三个层次，构建四个阶梯的绿色策略技术。绿色策略技术包括产品物质属性宜人化策略、产品操作宜人化策略、产品文化属性宜人化策略和产品概念意识宜人化策略。
1.产品物质量属性宜人化策略
产品的质量属性体现在产品的材质、色彩、形态、技术等因素上。产品物质属性宜人化策略主要考虑物质属性的基本元素——物理组成。产品的物理组成包括产品材料、产品制造和产品形态等内容。产品材料指产品的各种材料组成部分；产品制造涉及产品的制造工艺和制造过程；产品形态指产品的大小和形状，以及造型风格。产品物质属性宜人化策略包含运用绿色材料、绿色结构、绿色形态设计、以及造型风格绿色化。绿色材料除具有优异的物化性能和使用性能，还更过考虑资源能源与环境因素。绿色结构是指产品结构设计环节中，更多地注重能够节约能源资源的结构，避免材料的浪费。绿色形态设计是指在工业设计的形态设计环节中，在产品造型美观得到满足的前提下，合理规划产品形态，使之能够更好地与优化结构、节约材料相符合。造型风格上偏向于绿色，则能够在产品后期的市场竞争中提升产品市场营销能力。
2.产品操作宜人化策略
概念创新设计中对产品体验进行深入的设计是一个重要环节。产品使用体验更多的决定着消费者眼中的产品好坏。产品体验具体涉及操作界面、时间、使用环境、日常维护保养等因素。在绝大部分产品体验中，视觉与触觉返回的信息最多。视觉信息的反馈决定了产品的第一印象。其总体印象的来源则取决于产品物质形态。触觉给用户带来对产品的印象和主观感受。触觉，直接带给消费者产品质感体验，却可以传递产品价值体验的信息。良好的触觉体验能让用户倍感关怀与舒适，以及后续用户的理性判断——感觉这个产品很棒。用户体验是一种用户与产品的深层次的交互行为，涉及生理、心理、思想、社会等方面。在用户使用产品时，产品的属性达到了用户的需求，具体表现为可用性、易用性、可依赖性等方面。概念创新设计中的操作宜人化是在通过设计师对于视觉、触觉和听觉等感觉方面做出深入设计，来提升产品和用户交互质量。在产品体验中用户有行为和情绪两种外在表现。通过对行为和情绪调查研究，设计师就能够把握住用户需求和产品属性之间的关系，设计出更好的用户体验。
3.产品文化属性宜人化策略
产品进入市场后，由于外部影响而具备了一些与产品本身密切联系的关联属性特征，诸如深蓝色于IBM。产品文化属性就是这样一种深层的关联属性。在概念创新设计中，运用文化属性宜人化策略，可以通过产品创意背景、产品地域文化、产品文化关联、产品品质文化等来实现。产品创意背景以中华文明优秀的文化传承为依托，在当代文化环境下，对当代产品创意背景进行深层的构思谋划。概念产品开发也应该与当前流行文化相关联，汲取当前流行文化的元素，实现产品文化关联。
4.产品概念意识宜人化策略
产品形态除了本身所固有的物理属性外，还包括形态的个性、象征、用户印象、联系、想法、判断、偏好等理念形态。工业设计在产品设计之初，对产品概念会形成一系列的产品方案。再由此方案中形成值得开发的方案做出宜人化的调整与筛选，则能大幅度的提升产品开发的成功概率。产品概念意识的宜人化，需要从高度的哲学角度对产品方案进行反思与判断。分析这种概念的功能是否真正有益于人类的生存与发展。从源头上发展倡导绿色设计。
篇2
创业板受纳斯达克板映射明显
美国纳斯达克板块对中国创业板的映射作用非常明显，中国创业板指数呈现出了与纳斯达克指数相同的变化趋势，两者同步震荡上扬，呈现亦步亦趋的状况。
过去12个月，美股市场整体上涨，A股创业板异常强势，同期A股大盘却出现下跌。其中，美国纳斯达克指数累计涨幅约32%、标普500指数累计涨幅约20%、道琼斯工业指数涨幅约15%，同期美股TMT领域涨幅超过100%的公司达到数百家之多；而同期，中国创业板综合指数累计涨幅约82%，上证指数跌幅约12%。
关键词：新技术、新科技、新概念
2009年以来，以科技股、新技术股为代表的美国新概念股对国内A股的映射效果非常显著。尤其是美股表现突出的相关代表性公司的股市表现对国内相应的概念板块具有明显的“外溢”与“示范”带动作用。
美股对A股的映射集中在新技术、新科技与新概念。新概念股票出现时间比较短，容易引起市场关注，吸引投资者的目光。而新技术、高科技是新概念出现的频繁领域。重大新技术、高科技的涌现与革命也是引领经济发展与具有划时代的意义。美国作为新技术、高科技出现概率最大的区域，A股相关上市公司的新技术获得所带来的业绩增长利好自然吸引投资者的眼球。
中国A股相关高科技、新技术概念股的同步趋势，一方面是中国市场跟随与概念炒作的因素；另一方面，新技术的扩散带来相关上下游公司的业绩催生也将带来新的增长点。与美股新概念相关的同领域公司（技术引进与仿冒）、产品原材料直接、间接供应商、产品服务公司受到的映射作用最为明显。
篇3
一、“自主创新”的相关概念：创新、技术创新与国家创新体系
正确的理解“自主创新”，首先需要明确与之相关的三个概念，即“创新(Innovation)”、“技术创新(technology Innovation)”和“国家创新体系(National Innovation System、简称NIS)”。
“创新”一词源于古拉丁语“Innovore”(即“更新，创造新的东西或改变”)。1912年，美籍奥地利经济学家约瑟夫・熊彼特(J.A.Schumpeter，1883～1950)在其著名的《经济发展理论》一书中，首次赋予了“创新”以现代意义上的经济学内涵：即“创新”是指生产函数或者供给函数的变化，是生产要素和生产条件的“新的组合”，是企业家最重要的职能和经济发展与变革的内在驱动力。熊彼特还曾反复强调：“创新”可以基于“发明”或“试验”，但只要“发明”或“试验”“还没有得到实际上的应用，那么在经济上就是不起作用的。”创新“根本不一定必然是任何一种的发明，”如果将创新等同于发明和实验，不仅“是不适当的，并且还可能引起莫大的误解”。
熊彼特之后的“创新”研究，形成了两条相对独立的研究路线：一个是以曼斯菲尔德(EdwinMansfield)、卡米恩(Modon.I.Kanmlen)、施瓦茨(Nancy.L.Schwartz)、门斯(G.Mensch)和斯通曼(P.Stoneman)等为代表的，以技术创新和技术扩散为主体研究内容的“技术创新经济学”，另一个是以戴维斯(Lance.EDavis)、诺思(Douglass.C.North)和拉坦(V.W.Ruttan)等为代表的以组织创新和制度创新为主体研究内容的“制度创新经济学”。2004年，在《加强发展中国家的创新：一个概念性框架》一文中，世界银行知识与发展部研究员奥博特(Jean.EricAubert)综合了上述二派学者的观点，明确的指出：“创新”这一概念不仅包括“技术创新”，即新技术产品或服务在经济领域的扩散；相应地，“创新”还包括“非技术形态的创新”，如“组织创新”。奥博特还对“技术创新”的全球化背景给予了特殊的重视和关注。他认为，“技术创新”在全球化的视角下可以有三种不同的形式：一是“技术采用”，即创新的方式是针对全球或地方的技术改进及采用；二是“技术改进”，即创新的方式是在对现有技术进行调整的基础上参与竞争；三是“技术创造”，即创新的方式是在全球的意义上进行技术的设计和生产。
“国家创新体系”是二十世纪八十年代产生的一个新概念。1985年，丹麦学者郎德沃尔(Bent-AkeLundvall)在《产品创新：用户――生产者之间的相互作用》一书中，融合了德国经济学家李斯特的“国民经济体系”和熊彼特的创新思想，首次提出了关于“国家创新体系”的概念。随后，费里曼(C.Freeman，1987，1988)、艾德奎斯特(C.Edquist,1988)、郎德沃尔(1992)、麦凯尔维(M，McKelvy,1991)、纳尔逊(RlNelson.1993)、帕特尔和帕维特(Patel&Pavitt，1994)、波特(M.Porter，1995)等人分别从各自的研究领域进一步拓展和丰富了“国家创新体系”的概念。与学者们的研究相呼应，1994年，经济合作与发展组织(OECD)在其成员国内启动和开展了长达数十年的“国家创新体系项目”的研究，出版了大量的工作论文和国别以及综合性分析报告，使国家创新体系的概念进一步从理论研究走向政策实践。此后，世界银行(WB)、联合国贸易与发展会议(UNCTAD)、欧盟(UN)等国际组织在也都相继采用了“国家创新体系”的概念。
尽管由于“国家创新体系”本身的复杂性及国别特征(Nation-spe-cific Factors)，因而其至今尚未有明确和统一的定义，但我们仍然可以将其内涵大体归纳为以下几个主要方面：
(1)国家创新体系是由政府、企业、大学、研究院所、中介机构等为了一系列共同的社会和经济目标，通过建设性地相互作用而构成的复杂机构网络。其主要目标是启发、引进、发行与扩散新技术，创新是这个系统变化和发展的根本动力。
(2)国家创新体系的效率，取决于技术的生产者、传播者、使用者和政府机构之间的功能定位是否恰当，各主体之间的联系是否广泛与密切。因此，国家创新体系是一种有关科学技术植入经济增长过程之中的制度安排，其目标是形成科学技术知识在整个社会范围内循环流转和应用的良性机制。
(3)任何一个国家的创新体系都是政府产业政策、科技政策，教育与培训，资源禀赋，制度框架，历史文化和地理环境等“国家专有因素(Nation-specific Factors)”的内生结果，是经过长期的历史积淀形成的，因而具有独特性和路径依赖性。这些特点及路径依赖将直接影响、制约着国家创新资源整合的方式、产生着国家创新资源整合中的特殊问题。国家不同，国家创新体系的结构与特点也各不相同，因而不存在国家创新体系的最优模式。任何国家的经验，对其它国家只有借鉴意义，而无法直接照搬。
(4)国家创新体系在传统上仅由国内参与者构成，但是，随着全球化，特别是研发活动的全球化，开辟了一个可以进行资源流动和学习的新渠道，国家创新体系的界限、构成以及主要参与者的互动作用发生了变化。在一个更大、更复杂的跨国家关系中分析创新过程，越来越成为世界各国保持国家竞争力和经济持续增长的核心。
上述由“创新”到“国家创新体系”概念的演进，标志着人们对“创新”的行为、过程及其在经济发展中的作用和认识已经发生了质
的变化。“创新”不再是一个简单的从新思想的产生到科研机构的开发、中试，再由生产部门生产、营销部门营销的线性过程；它是企业内的研究开发部门、生产部门和营销部门，以及企业与企业外的研究开发机构、高等院校及其它企业互相作用的结果。不仅如此，政府、市场、金融、法律、文化等因素也都是影响创新的重要变量。因而，对创新效率的考察，必须从系统整合的角度出发，寻求创新资源的最优配置及创新制度与政策的制定和实施。
二、“自主创新”的特殊涵义：重构“中国的”国家创新体系
基于上述概念和认识，我们至少可以从以下几个方面重新讨论和界定“自主创新”的基本内涵和战略意义。
首先，“自主创新”中的“创新”二字表明，“自主创新”不仅仅是从发明创造到商业应用的经济过程，而且还是多种机构和组织相互作用的社会过程。是一个既包含“技术创新”也包括“非技术创新”在内的经济学概念。以技术创新为核心，但又强调非技术因素对创新活动的影响，“超越技术”(beyondtechnoIogy)是“自主创新”的重要特征。
其次，“自主创新”中的“自主”二字表明，技术不仅是经济的，也是政治的，一个国家只有技术独立，才有经济独立，才有政治独立。作为世界上最大的且正在加速发展的发展中国家
中国决不能依靠“他人”建立经济社会发展的技术基础。要赶上世界先进的国家，增强国际竞争力，就必须调整“知识分配力”，提高国家创新体系的能力，建立振兴经济必备的技术基础，走独立自主，不依赖于“他人”的技术进步道路。
再次，在“新技术实际上把国际化的世界放在你的桌子上，不管你的桌子在哪里”的今天，中国不仅需要有意识的摆脱由西方发达国家主导的“全球创新网络体系”的制约，保持中国在“全球创新网络体系”中“独立自主”的地位，而且更需要主动的谋求与国际社会的合作，以最有效的方式与跨国公司的“全球创新网络”以及其他国家或地区的创新体系相连接，并在与跨国公司的全球创新网络以及其他国家或地区的创新体系的重叠和互动中，使中国这一“迟到的工业化国家”迅速的接近世界范围内“海量的知识和技术”，并利用其“后发优势”缩短与先发国家间的技术差距。
最后，在经济全球化加速发展的条件下强调“自主创新”，也是国家通过政策手段弥补市场失灵，国家创新系统效率低下，激励科技发展，引导科技发展方向，使科学技术从经济过程的“外生变量”转变为经济过程的“内生变量”，促进新时期中国经济社会可持续发展目标实现的战略安排。
与上述内涵和意义形成较大反差的是，目前国内对“自主创新”影响力最大、流行最广的定义，是将《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》中的“原始创新、集成创新和消化吸收再创新”一界定为“自主创新”。这一界定，虽然正确的指出了“技术创新”是“自主创新”的核心内容，且“自主创新”不是“关门创新”，也不是“自己创新”。但是，由于该定义不仅抽掉了“自主创新”中的“自主”二字，将具有特指含义的“自主创新”泛化为一般的“技术创新”，与世界银行知识与发展部研究员奥博特在《加强发展中国家的创新：一个概念性框架》一文中提出的“技术创新”的概念完全雷同；而且还将“非技术创新”排除在“自主创新”之外，使“技术创新”与“非技术创新”在“自主创新”中的有机联系和互动作用被人为的分解和割裂。其结果，不仅有可能会使“自主创新”的国家战略在理论上产生诸多的歧义与纷争，而且还有可能会在政策实践中误导国民：或以为“自主创新”只是科技教育部门的事情，或者将“自主创新”仅作为企业、部门和地方政府“技术创新”的政治口号，甚至于还有可能将“自主创新”当成新一轮的“超英赶美”“”运动。事实上，目前国内轰轰烈烈开展的“自主创新”运动，已经或正在出现上述问题和征兆。正因为此，本文认为有必要对“自主创新”的定义进行限制，将其从泛指变为特指，以强调“自主创新”的中国含义和国家意志。即“自主创新”是指在经济全球化的条件下，国家有意识的调整“知识分配力”、重构国家创新体系的技术路径(技术发展的主动权和主导权)的国家战略；同时也是将国家创新体系能力的提高作为中国经济增长、社会可持续发展、国家安全和政治独立的重要保障的长远筹划和谋略。
篇4
利用计算机技术、信息技术及智能技术实现概念设计行为机理研究结果的具体方法，从而建立人机智能协同的模式。首先，根据信息加工理论，分析从刺激的选择和注意，到对刺激意义的理解，工作记忆对信息的存储并进行加工处理，长时记忆的形成和使用，对创新设计的影响，确定人机智能协同应遵循的原则；其次，为影响创新设计的可控因素寻找利用机器智能实现的方法；最后，研究利用计算机技术实现创新认知规律的方法。
3计算机辅助机械产品创新设计原型系统研究
计算机辅助机械产品创新设计系统是认知科学、信息技术、设计理论与方法的会聚平台，也是创新设计的工作平台。该系统主要由知识库系统、信息检索系统、概念设计空间及创造性思维方法等部分构成，其关键作用是在产品的概念设计阶段、方案设计阶段为设计者提供有用的工具，并实现与设计者之间的智能交互，从而提高设计者的创新设计能力。在本研究方案中，原型系统的逻辑体系结构共分为三层：界面层、应用程序服务器层、资源层。
篇5
篇6
现代科技的迅猛发展，尤其是微电子、信息、新材料及集成技术的进展，使产品结构发生了革命性的变化，机电一体化、模块化已成为工程产品的发展趋势；计算机技术的飞速发展和广泛应用，深刻的影响着设计开发过程、制造过程、营销和售后服务过程，并改变着产品的结构和功能；先进工艺技术和先进制造技术为现代工程设计提供了前所未有的工艺技术手段和社会化制造体系。这些变化都深刻地影响着工程设计的发展。
工程设计是人们运用科技知识和方法，有目标地创造工程产品构思和计划的过程，几乎涉及到人类活动的全部领域。工程设计的费用往往只占最终产品成本的一小部分（8 ~ 15%），然而它对产品的先进性和竞争能力却起着决定性的影响,并往往决定70 ~ 80%的制造成本和营销服务成本。所以说工程设计是现代社会工业文明的最重要的支柱，是工业创新的核心环节，也是现代社会生产力的龙头。工程设计的水平和能力是一个国家和地区工业创新能力和竞争能力的决定性因素之一。
工程设计的全过程就是不断建立各种模型，并不断进行综合和分析的过程，即反复地创造模型和评价模型的过程。工程设计的内容大致可分为两类：一类是数值计算型的工作，包括大量的计算、分析、绘图、编写说明书和填写各种表格；另一类是符号推理性的工作，主要是方案设计工作。在设计方法学中，前者称之为细节设计，后者称之为概念设计。概念设计主要包括功能设计和结构设计两大部分。其作用主要体现在产品设计的早期阶段，把主设计师根据产品功能的需求而萌发出来的原始构思和冲动形成产品的主体框架，及它应包括的各主要模块和组件，以完成整体布局和外型初步设计。然后进行评估和优化，确定整体设计方案。再由各责任设计师把总设计师的设计思想落实到具体设计中去，实现细节设计。可见概念设计是个创造性过程，它要求设计者能综合运用许多学科的专门知识和丰富的实践经验，并通过广泛的调查研究而占有大量的信息资料，再经过反复思考、推理和决策，才能创造出与众不同的、满足用户要求的设计方案来。
在工程设计领域中存在这样一个误区：设计、构思的原始冲动是三维概念，最终设计实施之结果即产品也是三维形体。可是多年来以二维绘图为基础的产品设计、制造模式严重地束缚了工程技术人员的创造力和想象力，成为创新的桎枯。
三维建模技术的崛起以及虚拟制造技术的出现为概念设计和创新提供了一种极好的工作平台，设计师们可以直接从三维概念和构思入手，进行概念设计，形成产品的初步框架，然后进一步通过工程分析、数字仿真、虚拟现实等高新技术手段来分析和评价设计方案的可行性及未来产品的质量、可靠性。这种设计方法尤其能充分发挥自顶向下的设计过程中,设计者的智慧和创新能力，不必拘泥于平面图纸的限制和束缚，而把主要精力聚焦于创造性的劳动——创新。
2 概念设计与创造性思维和技术创新
2.1 创造性思维及其特点
要设计就要有创新，而创新正是设计人员进行创造性思维的结果。设计人员要打破习惯性思维，变换角度，开阔视野，才能使自己的创造力得到更充分的发挥。创造性思维是指有创建的思维，即通过思维，不仅能揭示事物的本质，而且能在此基础上提供新的、具有社会价值的产物。创造性思维有扩散思维和集中思维、逻辑思维和形象思维、直觉思维和灵感思维等多种形式。在工程设计的概念设计中，要努力发掘创造性思维的能力，充分注意扩散思维和集中思维的辨证统一，准确把握逻辑思维和形象思维的巧妙结合，善于捕捉直觉思维和灵感思维的“闪光和亮点”，这样才有可能设计出新颖、独特、有创意的产品。
创造性思维具有如下一些特点：
（1）独创性：创造性思维所要解决的问题是不能用常规、传统的方式解决的问题。它要求重新组织观念，以便产生某种至少以前在思维者头脑中不存在的、新颖的、独特的思维。这就是它的独创性。独创性要求人们敢于对司空见惯或“完美无缺”的事物提出怀疑，敢于向传统的陈规旧习挑战，敢于否定自己思想上的“框框”, 从新的角度分析问题、认识问题。
（2）连动性：创造性思维又是一种连动思维，它引导人们由已知探索未知，开拓思路。连动思维表现为纵向、横向和逆向连动。纵向连动针对某现象或问题进行纵深思考，探询其本质而得到新的启发。横向连动则通过某一现象联想到特点与它相似或相关的事物，从而得到该现象的新应用。逆向连动则是针对现象、问题或解法，分析其相反的方面，从顺推到逆推，从另一角度探索新的途径。
（3）多向性：创造性思维要求向多个方向发展，寻求新的思路。可以从一点向多个方向扩散；也可以从不同角度对同一个问题进行思考、解决。
（4）善于想象：创造性思维要求思维者善于想象，善于结合以往的知识和经验在头脑里形成新的形象，善于把观念的东西形象化。爱因斯坦有一句名言：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。”只有善于想象，才有可能跳出现有事实的圈子，才有可能创新。
（5）突变性：直觉思维、灵感思维是在创造性思维中出现的一种突如其来的领悟或理解。它往往表现为思维逻辑的中断，出现思想的飞跃，突然闪现出一种新设想、新观念，使对问题的思考突破原有的框架，从而使问题得以解决。
2.2 概念设计呼唤技术创新
技术创新在概念设计中发挥着至关重要的作用。概念设计中技术创新的本质就是要在工程设计领域中发现某种新事物、提出某种新思想，在很多情况下是因为现有的产品不能满足社会（用户）的需求而激发出的新颖构思和创见。技术创新的基础是知识的积累和灵感的迸发，是设计人员进行创造性思维的结果。创新本身就意味着不拘一格，不局限也不依赖于某种特定的模式，以下诸多方面都是孕育技术创新的土壤：
（1） 多项现有技术的有机结合或综合运用往往会产生意想不到的效果；
（2） 对已有知识的创造性总结和应用常常带来重大的科技突破；
（3） 突发奇想但经过科学论证或实验证明所产生的新思路、新方法、新技术；
（4） 新知识与现有知识的合理嫁接；
（5） 产品功能上的兼收并蓄和去粗取精；
（6） 学科间的交叉、交融和借鉴；
（7） 新技术、新材料、新工艺的有机结合及应用；
（8） 科学研究中的新发现和新成果应用于工程实践……。
由此可以进一总结出多种行之有效的创新技法：
l 智力激励法：又称集智法、智暴法。即通过集会让设计人员用口头或书面交流的方法畅所欲言、互相启发进行集智或激智，引起创造性思维的连锁反应；
l 提问追溯法：根据研究对象系统地列出有关问题，逐个核对讨论，从中获得解决问题的办法和创造性发明的设想，或是针对新开发产品的希望点（或缺点），逐点深入分析，寻找解决问题的新途径；
l 联想类推法：通过相似、相近、对比几种联想的交叉使用以及在比较之中找出同中之异、异中之同，从而产生创造性思维和创新的方案；
l 反向探求法：采用背离惯常的思考方法，通过逆向思维、转换构思，从功能反转、结构反转、因果反转等方面寻求解决问题的新途径；
l 系统搜索法：从一个初始状态开始，分析影响系统的各个参量，逐步向前搜索，或采用孤立因素、更换参数等方法获取系统的多种解法并求得最优解；
l 组（综）合创新法：将现有的技术或产品通过功能原理、构造方法的组合变化，或者通过已知的东西作媒介，将毫无关联的不同知识要素结合起来，摄取各种产品的长处使之综合在一起，形成具有创新性的设计技术思想或新产品；
l 知识链接法：创新是一个动态的和复杂的作用过程和知识流，它包括知识的产生、开发、转移和应用，这四个阶段构成一条“知识供应链” 并按照下述原则进行管理：把技术创新过程作为一个集成化的系统，只有将所有涉及该过程的伙伴捆绑在一起，才能发挥最大作用，这些伙伴都应明确什么知识内容才能满足用户最大需求，知识转移的特征和形式是什么，最终用户是谁，他们何时需要使用这些知识？涉及创新的所有信息流和通信流对全体伙伴都是开放的，在每个知识供应者和知识使用者之间建立信息反馈，使信息交换更为有效，知识供应链中每一个伙伴能够感受到整个系统和他们自己都从中获得巨大利益，认识到自己是链中不可缺少的重要环节。该方法适于更大范围内、更高层面上的技术创新。
3工程设计领域中的概念设计技术创新实践
基于上述分析，我们提出了若干种含有技术创新的产品概念设计范例：
（1） 采用先进的控制、驱动和定位系统，由局部小画面组成整体大画面的可变画面巨型灯箱广告机的设计；
（2） 时速超过运七飞机的高速铁路机车车身外型设计，既要满足空气动力学性能，又要有美观的外型，三维CAD建模技术和NURBS曲线面理论的应用；
（3） 适应于多弯道和小半径城市轨道交通环境下的摆式列车车身及减振转向架的设计；
（4） 反求工程已广泛应用于一些具有复杂曲面的实物模型（如模具）的三维数据重构，不妨借鉴用来对生物医学图象进行数字图象处理，为医务人员的临床诊断和治疗提供更逼真的三维模型和实体模型；
（5） 基于电动机——发电机可逆原理的新型电动自行车的设计，把（下坡时）车轮转动的动能所转化成的电能再回充给蓄电池，从而增加电动自行车蓄电池一次充电使用的续行距离；
（6） 加工中心自动换刀功能的扩展，用于东风4（11）型内燃机车发动机端面多轴孔加工的自动换箱多轴箱设计；
（7） 把列车检修工人的丰富经验升华为专家系统——基于加速度传感器和单片机控制的智能式检振锤的设计；
（8） 虚拟轴机床（并联机床）的概念设计。
这里以铁路机车车身设计为例，对概念设计及创新的过程加以说明。
时速300公里以上的高速列车在欧美、日本等发达国家得到广泛应用。我国已通过论证并计划在下世纪初建设第一条（京沪）高速铁路。
当我们看到法国TGV（Train de la Grande Vitesse）实验车速达到515.25公里／小时时，我们知道这已经超过了我国“运八”飞机的时速，设计师的头脑中自然应该产生这样的概念：时速300公里的铁路机车车头的外型也应该像飞机那样具有流线型和光顺性，才会有较好的动力学特性。“光顺”一词的几何意义是所构造的曲线、曲面应具有C2连续，且无奇点。从通俗的概念来理解，即为“光滑顺眼”之意。
由这些概念和构思出发，我们可以由整体构思和概念设计逐步进入流线型机车车身的细节设计环节。
铁路工业和汽车工业对车身外型设计的先进性和创新性的都有着一致和迫切的要求。归纳起来应是以下几个方面：
l 具有良好的空气动力学特性，以减少在高速运行时的摩擦阻力。
l 具有良好的结构布局及足够的强度和刚度。
l 具有美学曲面的质感和动感，以美化生活和环境。
l 尽可能短的设计和制造周期，以尽快地占领市场。
显然满足上述诸要求的车身外型曲面是相当复杂的，非一般常规曲面（如柱面、球面、锥面、环面等）所能表达。再者，若按常规设计、制造方法和过程来完成如此高要求的设计外型，则上述第四项要求更是高不可攀。只有积极谋求技术进步，大力推广应用CAD/CAM技术才是解决车身外型改型频繁、不断创新且满足上述各种要求的关键所在。
近十年来，CAD业界涌现出一批象EDS的UG、PTC的Pro-Engineer、MATRA的EUCLID、IBM的CATIA等等一系列优秀的CAD/CAM软件，为我们提供了一个极好的开发工具和环境。它们的三维实体建模、参数建模及复合（Hybrid）建模技术，实体与曲面相结合的造型方法，以及自由形式特征建模（Free Form Feature Modeling）技术为我们的设计工作提供了强有力的工具。
这里具体地介绍如何使用UG的Free Form Feature等功能，来实现车身外型的概念设计到细节设计。
UG的Free Form Feature Modeling模块把实体建模和表面建模技术集成为一个功能十分强大的建模工具组，它支持复杂自由曲面的造型设计。它的复合建模技术，自由型面特征建模，可视化编辑，多组件装配，二维视图自动生成，尤其是伴随最新UG V14.0版本推出的全新概念设计WAVE（What-if Alternative Value Engineering）可使不同部门的工程师在设计的早期阶段，站在系统工程的角度，同时针对多种可供选择的方案进行评估，通过将设计意图组织到一个“控件结构”中去，使工程师十分有效地控制设计变更，而且所发生的变更会自动地传递到上级设计中去。
这里以创建流线型机车车身外型为例，具体步骤如下：
（1） 根据前节所述模线的来源，本例参考法国TGV和德国ACE机车外型模板，并加以个性化修改。所选定的23条模型基线见于图1。
外形模型基线 向等值半径线云图
以这一组模线为基础，采用UG的Free Form Feature / Through Curve来创建曲面；采用Info/ Analysis / Face Curvature功能来观察和分析该曲面的光顺性，图2即为车身外型曲面及顶面法向半径等值线云图。
在构造模线的原始数据中可能有“瑕点”，或者仅凭“感觉”进行判断，创建的曲面不一定能完全满足C2连续的条件和光顺性的要求,可以通过光顺处理予以满足。图3是对其中一条模线进行光顺处理的过程。值得重视的是：获得一组光顺的模线是生成光顺曲面的必要条件。
采用光顺后的模线重新构造车身外型曲面。采用UG/Photo功能并指定材质，可进行着色、光照、渲染，以得到更为逼真的三维造型图。见图4。
图4 机车车身三维造型 图5 机车车身二维投影图
（5） 对机车车身裙部和头部下端，可采用Feature / Curve / Mesh功能分片进行创建。这里充分体现出UG软件对角域曲面的三维造型能力。
（6） 机车车身三维造型基本实现之后，还可进一步作局部修改，由于UG软件的“相关”（Associative）能力, 这里进行的修改将影响到它所关联的所有设计过程。
（7） 三维造型细节设计完成之后，其各方向二维视图可由应用软件自动生成，设计人员不必再做重复工作。图5即为该机车车身外型的二维侧视图。
参 考 文 献
[1] 齐从谦.汽车覆盖件具CAD/CAM中的曲面特征造型及特征识别.中国机械工程:15~18
篇7
80年代到90年代中期,我国在技术力量及R&D资金不足,资源有限条件下,在较短的期限内通过引进消化吸收,为积累技术能力、提高R&D水平,形成后发优势[1]。我国开始了技术引进和模仿（二次创新---引进、消化吸收、再创新）。一个封闭了几十年的经济体,依靠开放部分市场换来了发达国家的资金、设备和技术,尽管我们为此付出了资源过度消费和环境污染的代价,但在一定意义上,换来了税收和就业,还换来了GDP。《90年代产业政策纲要》提出“为了换取关键技术和设备,允许有条件的开放部分国内市场”,由此开始了“市场换技术”,边学习边模仿。十年间,外商确实带来了许多我们没有的设备和一些我们没有的技术。而这些设备和技术在国外来说都已经过时了。一旦设计关键技术,便无一例外地保守秘密。要用只能付出昂贵的知识产权费,或购买国外的现成半成品或制成品,致使我国技术创新发展受制于人,产业发展始终处在产业链下游。
90年代末,为了发展具有我国自主知识产权的核心技术,我国学者借用国际成熟的集成创新概念开展了集成创新的研究。我国的集成创新侧重从管理、企业角度考虑,是几个要素的整合,是一种类的集成。国内学者许庆瑞和陈劲将集成创新看作是战略创新、产品创新、工艺创新、组织创新、营销创新和文化创新六要素有机整体。然而尽管我国学者注意到了集成创新要素的协同性和复杂性,但只是强调将创新活动变成一个有机整体,而没有明确给出如何实现这种协同性的集成创新。如宋刚等指出了技术创新是各创新主体、创新要素交互复杂作用下的一种复杂涌现现象,是技术进步与应用创新的“双螺旋结构”共同演进的产物;将创新2.0总结为以用户创新、大众创新、开放创新、共同创新为特点的,强化用户参与、以人为本的创新民主化。
尽管我国的集成创新和发达国家的集成创新还有差距,但是毕竟也跟着国际先进理念在进行创新理念的学习和追赶。于是在经济社会发展面临转型挑战的特定背景下,2006年我国提出了“自主创新”理论。“自主创新”理论是以技术引进、技术学习和模仿、集成创新理论延伸和发展,是基于自主知识产权的创新过程。其内涵包括:自主是前提、创新是要害、知识产权是关键和创新能力是核心[2]。
对于自主创新的概念可以从三个层面来理解[3]。一是定位于科技方面,与自主知识产权相联系,认为自主创新是指通过提高科技原始性创新能力、集成创新能力和引进消化吸收能力,而拥有一批自主知识产权,进而提高国家竞争力的一种创新活动。二是从创新资源和能力的内生性出发,认为自主创新是指创新主体依赖自身所具有的能力和资源进行并完成的创新活动,自主创新具有3个显著的特点:一是在核心技术上的自主突破;二是关键技术的领先开发;三是新市场的率先开拓。三是从更宽泛的角度来理解自主创新,创造是科技行为,而创新是经济行为,涉及到技术发明创新、生产流程创新、内部管理创新、市场营销创新等一系列的过程,所以自主创新不等同于技术创新,它是一个科技成果转化和产业化的过程。周光召认为,“自主创新虽然主要指科技,但也不仅仅是科技,包括管理、制度、品牌等方面。”
综上所述,自主创新是我国在技术引进、市场化技术、集成创新基础上发展而来的新阶段,其特征既包含又超越以往的创新特征,尤其重要的是强调了自主知识产权的所属性。自主创新的主要特征:(1)涵盖面广,包括原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新;(2)强调自主知识产权;(3)创新的整体性,包括科技、经济、管理、制度等方面。
通过以上的表述,将我国创新历程的演变总结概括为表1。
结语
尽管“创新”一词在中国古已有之,但是从经济学意义上讲,还是诞生在改革开放年代,始于技术学习和模仿。创新的概念在不同阶段内涵逐渐演变。在发展中国家,创新内涵的发展经历了“学习-模仿-自主创新”的三个阶段。以中国为例,创新的发展路线经历了技术引进-学习-模拟阶段、集成创新阶段和自主创新阶段,这个发展过程是随着对知识产权制度认识的深入而开展的。知识产权应用领域从同行业发展到跨行业,后又随着地域的变化扩展到了国家之间,更有甚者,伴随着技术革命的推动,知识产权保护层域高层化、集约化。在技术引进-学习-模拟阶段一味认为通过开放部分市场可以换来技术尤其是关键技术,“市场换技术”策略实施十年间发现涉及到国外的核心技术或关键技术是买不来的,由于这些技术背后是其国家和民族的知识产权和经济命脉。基于此开始了以拥有自主知识产权的技术研发,先后开展了集成创新（尽管这个词仍是学习国外概念）和自主创新,后来证明我国的集成创新是自主创新的一部分。国内集成创新概念的提出,第一是出于学习的目的,第二是为了促进技术创新,第三是为了发展自主知识产权。而自主创新概念的提出则是是我国在技术引进、市场化技术、集成创新基础上的一大进步,是我国实现可持续良好发展的根本保证。
参考文献
篇8
现代科技的迅猛发展，尤其是微电子、信息、新材料及集成技术的进展，使产品结构发生了革命性的变化，机电一体化、模块化已成为工程产品的发展趋势；计算机技术的飞速发展和广泛应用，深刻的影响着设计开发过程、制造过程、营销和售后服务过程，并改变着产品的结构和功能；先进工艺技术和先进制造技术为现代工程设计提供了前所未有的工艺技术手段和社会化制造体系。这些变化都深刻地影响着工程设计的发展。
工程设计是人们运用科技知识和方法，有目标地创造工程产品构思和计划的过程，几乎涉及到人类活动的全部领域。工程设计的费用往往只占最终产品成本的一小部分（8~15%），然而它对产品的先进性和竞争能力却起着决定性的影响,并往往决定70~80%的制造成本和营销服务成本。所以说工程设计是现代社会工业文明的最重要的支柱，是工业创新的核心环节，也是现代社会生产力的龙头。工程设计的水平和能力是一个国家和地区工业创新能力和竞争能力的决定性因素之一。
工程设计的全过程就是不断建立各种模型，并不断进行综合和分析的过程，即反复地创造模型和评价模型的过程。工程设计的内容大致可分为两类：一类是数值计算型的工作，包括大量的计算、分析、绘图、编写说明书和填写各种表格；另一类是符号推理性的工作，主要是方案设计工作。在设计方法学中，前者称之为细节设计，后者称之为概念设计。概念设计主要包括功能设计和结构设计两大部分。其作用主要体现在产品设计的早期阶段，把主设计师根据产品功能的需求而萌发出来的原始构思和冲动形成产品的主体框架，及它应包括的各主要模块和组件，以完成整体布局和外型初步设计。然后进行评估和优化，确定整体设计方案。再由各责任设计师把总设计师的设计思想落实到具体设计中去，实现细节设计。可见概念设计是个创造性过程，它要求设计者能综合运用许多学科的专门知识和丰富的实践经验，并通过广泛的调查研究而占有大量的信息资料，再经过反复思考、推理和决策，才能创造出与众不同的、满足用户要求的设计方案来。
在工程设计领域中存在这样一个误区：设计、构思的原始冲动是三维概念，最终设计实施之结果即产品也是三维形体。可是多年来以二维绘图为基础的产品设计、制造模式严重地束缚了工程技术人员的创造力和想象力，成为创新的桎枯。
三维建模技术的崛起以及虚拟制造技术的出现为概念设计和创新提供了一种极好的工作平台，设计师们可以直接从三维概念和构思入手，进行概念设计，形成产品的初步框架，然后进一步通过工程分析、数字仿真、虚拟现实等高新技术手段来分析和评价设计方案的可行性及未来产品的质量、可靠性。这种设计方法尤其能充分发挥自顶向下的设计过程中,设计者的智慧和创新能力，不必拘泥于平面图纸的限制和束缚，而把主要精力聚焦于创造性的劳动——创新。
2概念设计与创造性思维和技术创新
2.1创造性思维及其特点
要设计就要有创新，而创新正是设计人员进行创造性思维的结果。设计人员要打破习惯性思维，变换角度，开阔视野，才能使自己的创造力得到更充分的发挥。创造性思维是指有创建的思维，即通过思维，不仅能揭示事物的本质，而且能在此基础上提供新的、具有社会价值的产物。创造性思维有扩散思维和集中思维、逻辑思维和形象思维、直觉思维和灵感思维等多种形式。在工程设计的概念设计中，要努力发掘创造性思维的能力，充分注意扩散思维和集中思维的辨证统一，准确把握逻辑思维和形象思维的巧妙结合，善于捕捉直觉思维和灵感思维的“闪光和亮点”，这样才有可能设计出新颖、独特、有创意的产品。
创造性思维具有如下一些特点：
（1）独创性：创造性思维所要解决的问题是不能用常规、传统的方式解决的问题。它要求重新组织观念，以便产生某种至少以前在思维者头脑中不存在的、新颖的、独特的思维。这就是它的独创性。独创性要求人们敢于对司空见惯或“完美无缺”的事物提出怀疑，敢于向传统的陈规旧习挑战，敢于否定自己思想上的“框框”,从新的角度分析问题、认识问题。
（2）连动性：创造性思维又是一种连动思维，它引导人们由已知探索未知，开拓思路。连动思维表现为纵向、横向和逆向连动。纵向连动针对某现象或问题进行纵深思考，探询其本质而得到新的启发。横向连动则通过某一现象联想到特点与它相似或相关的事物，从而得到该现象的新应用。逆向连动则是针对现象、问题或解法，分析其相反的方面，从顺推到逆推，从另一角度探索新的途径。
（3）多向性：创造性思维要求向多个方向发展，寻求新的思路。可以从一点向多个方向扩散；也可以从不同角度对同一个问题进行思考、解决。
（4）善于想象：创造性思维要求思维者善于想象，善于结合以往的知识和经验在头脑里形成新的形象，善于把观念的东西形象化。爱因斯坦有一句名言：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。”只有善于想象，才有可能跳出现有事实的圈子，才有可能创新。
（5）突变性：直觉思维、灵感思维是在创造性思维中出现的一种突如其来的领悟或理解。它往往表现为思维逻辑的中断，出现思想的飞跃，突然闪现出一种新设想、新观念，使对问题的思考突破原有的框架，从而使问题得以解决。
2.2概念设计呼唤技术创新
技术创新在概念设计中发挥着至关重要的作用。概念设计中技术创新的本质就是要在工程设计领域中发现某种新事物、提出某种新思想，在很多情况下是因为现有的产品不能满足社会（用户）的需求而激发出的新颖构思和创见。技术创新的基础是知识的积累和灵感的迸发，是设计人员进行创造性思维的结果。创新本身就意味着不拘一格，不局限也不依赖于某种特定的模式，以下诸多方面都是孕育技术创新的土壤：
（1）多项现有技术的有机结合或综合运用往往会产生意想不到的效果；
（2）对已有知识的创造性总结和应用常常带来重大的科技突破；
（3）突发奇想但经过科学论证或实验证明所产生的新思路、新方法、新技术；
（4）新知识与现有知识的合理嫁接；
（5）产品功能上的兼收并蓄和去粗取精；
（6）学科间的交叉、交融和借鉴；
（7）新技术、新材料、新工艺的有机结合及应用；
（8）科学研究中的新发现和新成果应用于工程实践……。
由此可以进一总结出多种行之有效的创新技法：
l智力激励法：又称集智法、智暴法。即通过集会让设计人员用口头或书面交流的方法畅所欲言、互相启发进行集智或激智，引起创造性思维的连锁反应；
l提问追溯法：根据研究对象系统地列出有关问题，逐个核对讨论，从中获得解决问题的办法和创造性发明的设想，或是针对新开发产品的希望点（或缺点），逐点深入分析，寻找解决问题的新途径；
l联想类推法：通过相似、相近、对比几种联想的交叉使用以及在比较之中找出同中之异、异中之同，从而产生创造性思维和创新的方案；
l反向探求法：采用背离惯常的思考方法，通过逆向思维、转换构思，从功能反转、结构反转、因果反转等方面寻求解决问题的新途径；
l系统搜索法：从一个初始状态开始，分析影响系统的各个参量，逐步向前搜索，或采用孤立因素、更换参数等方法获取系统的多种解法并求得最优解；
l组（综）合创新法：将现有的技术或产品通过功能原理、构造方法的组合变化，或者通过已知的东西作媒介，将毫无关联的不同知识要素结合起来，摄取各种产品的长处使之综合在一起，形成具有创新性的设计技术思想或新产品；
l知识链接法：创新是一个动态的和复杂的作用过程和知识流，它包括知识的产生、开发、转移和应用，这四个阶段构成一条“知识供应链”并按照下述原则进行管理：把技术创新过程作为一个集成化的系统，只有将所有涉及该过程的伙伴捆绑在一起，才能发挥最大作用，这些伙伴都应明确什么知识内容才能满足用户最大需求，知识转移的特征和形式是什么，最终用户是谁，他们何时需要使用这些知识？涉及创新的所有信息流和通信流对全体伙伴都是开放的，在每个知识供应者和知识使用者之间建立信息反馈，使信息交换更为有效，知识供应链中每一个伙伴能够感受到整个系统和他们自己都从中获得巨大利益，认识到自己是链中不可缺少的重要环节。该方法适于更大范围内、更高层面上的技术创新。
3工程设计领域中的概念设计技术创新实践
基于上述分析，我们提出了若干种含有技术创新的产品概念设计范例：
（1）采用先进的控制、驱动和定位系统，由局部小画面组成整体大画面的可变画面巨型灯箱广告机的设计；
（2）时速超过运七飞机的高速铁路机车车身外型设计，既要满足空气动力学性能，又要有美观的外型，三维CAD建模技术和NURBS曲线面理论的应用；
（3）适应于多弯道和小半径城市轨道交通环境下的摆式列车车身及减振转向架的设计；
（4）反求工程已广泛应用于一些具有复杂曲面的实物模型（如模具）的三维数据重构，不妨借鉴用来对生物医学图象进行数字图象处理，为医务人员的临床诊断和治疗提供更逼真的三维模型和实体模型；
（5）基于电动机——发电机可逆原理的新型电动自行车的设计，把（下坡时）车轮转动的动能所转化成的电能再回充给蓄电池，从而增加电动自行车蓄电池一次充电使用的续行距离；
（6）加工中心自动换刀功能的扩展，用于东风4（11）型内燃机车发动机端面多轴孔加工的自动换箱多轴箱设计；
（7）把列车检修工人的丰富经验升华为专家系统——基于加速度传感器和单片机控制的智能式检振锤的设计；
（8）虚拟轴机床（并联机床）的概念设计。
这里以铁路机车车身设计为例，对概念设计及创新的过程加以说明。
时速300公里以上的高速列车在欧美、日本等发达国家得到广泛应用。我国已通过论证并计划在下世纪初建设第一条（京沪）高速铁路。
当我们看到法国TGV（TraindelaGrandeVitesse）实验车速达到515.25公里／小时时，我们知道这已经超过了我国“运八”飞机的时速，设计师的头脑中自然应该产生这样的概念：时速300公里的铁路机车车头的外型也应该像飞机那样具有流线型和光顺性，才会有较好的动力学特性。“光顺”一词的几何意义是所构造的曲线、曲面应具有C2连续，且无奇点。从通俗的概念来理解，即为“光滑顺眼”之意。
由这些概念和构思出发，我们可以由整体构思和概念设计逐步进入流线型机车车身的细节设计环节。
铁路工业和汽车工业对车身外型设计的先进性和创新性的都有着一致和迫切的要求。归纳起来应是以下几个方面：
l具有良好的空气动力学特性，以减少在高速运行时的摩擦阻力。
l具有良好的结构布局及足够的强度和刚度。
l具有美学曲面的质感和动感，以美化生活和环境。
l尽可能短的设计和制造周期，以尽快地占领市场。
显然满足上述诸要求的车身外型曲面是相当复杂的，非一般常规曲面（如柱面、球面、锥面、环面等）所能表达。再者，若按常规设计、制造方法和过程来完成如此高要求的设计外型，则上述第四项要求更是高不可攀。只有积极谋求技术进步，大力推广应用CAD/CAM技术才是解决车身外型改型频繁、不断创新且满足上述各种要求的关键所在。
近十年来，CAD业界涌现出一批象EDS的UG、PTC的Pro-Engineer、MATRA的EUCLID、IBM的CATIA等等一系列优秀的CAD/CAM软件，为我们提供了一个极好的开发工具和环境。它们的三维实体建模、参数建模及复合（Hybrid）建模技术，实体与曲面相结合的造型方法，以及自由形式特征建模（FreeFormFeatureModeling）技术为我们的设计工作提供了强有力的工具。
这里具体地介绍如何使用UG的FreeFormFeature等功能，来实现车身外型的概念设计到细节设计。
UG的FreeFormFeatureModeling模块把实体建模和表面建模技术集成为一个功能十分强大的建模工具组，它支持复杂自由曲面的造型设计。它的复合建模技术，自由型面特征建模，可视化编辑，多组件装配，二维视图自动生成，尤其是伴随最新UGV14.0版本推出的全新概念设计WAVE（What-ifAlternativeValueEngineering）可使不同部门的工程师在设计的早期阶段，站在系统工程的角度，同时针对多种可供选择的方案进行评估，通过将设计意图组织到一个“控件结构”中去，使工程师十分有效地控制设计变更，而且所发生的变更会自动地传递到上级设计中去。
这里以创建流线型机车车身外型为例，具体步骤如下：
（1）根据前节所述模线的来源，本例参考法国TGV和德国ACE机车外型模板，并加以个性化修改。所选定的23条模型基线见于图1。
外形模型基线向等值半径线云图
以这一组模线为基础，采用UG的FreeFormFeature/ThroughCurve来创建曲面；采用Info/Analysis/FaceCurvature功能来观察和分析该曲面的光顺性，图2即为车身外型曲面及顶面法向半径等值线云图。
在构造模线的原始数据中可能有“瑕点”，或者仅凭“感觉”进行判断，创建的曲面不一定能完全满足C2连续的条件和光顺性的要求,可以通过光顺处理予以满足。图3是对其中一条模线进行光顺处理的过程。值得重视的是：获得一组光顺的模线是生成光顺曲面的必要条件。
采用光顺后的模线重新构造车身外型曲面。采用UG/Photo功能并指定材质，可进行着色、光照、渲染，以得到更为逼真的三维造型图。见图4。
图4机车车身三维造型图5机车车身二维投影图
（5）对机车车身裙部和头部下端，可采用Feature/Curve/Mesh功能分片进行创建。这里充分体现出UG软件对角域曲面的三维造型能力。
（6）机车车身三维造型基本实现之后，还可进一步作局部修改，由于UG软件的“相关”（Associative）能力,这里进行的修改将影响到它所关联的所有设计过程。
（7）三维造型细节设计完成之后，其各方向二维视图可由应用软件自动生成，设计人员不必再做重复工作。图5即为该机车车身外型的二维侧视图。
参考文献
[1]齐从谦.汽车覆盖件具CAD/CAM中的曲面特征造型及特征识别.中国机械工程:15~18
篇9
主动的创作意识是指在掌握创作手段和应用规律后,以新技术或观念为指导,在电影创作观念、表现形式、叙事风格等诸多元素的构想中主动地运用新技术,充分运用技术在视觉审美、可实现性、成本控制等方面的优势,同时能够清楚地认识技术的局限性,最大限度地发挥技术优势,完成叙事功能。纵观电影发展历史,就是一部技术与艺术的互动史。只有充分掌握艺术和技术规律的创作者,才能发挥技术的优势,甚至能巧妙转化技术的局限性,达到艺术与技术的完美结合,与此同时,也推进了技术的完善和进步。
詹姆斯·卡梅隆执导的《阿凡达》是目前电影数字特技制作最高水平的代表,从其制作过程可以看出,卡梅隆具有一种主动的电影数字特技创作意识,“用高科技讲故事”的内涵正是以科技进步所提供的新的感知形式和创作意识来完成电影叙事的思想,“对我而言,科幻的美妙其实就是真实感的诱惑,就是创建一个让观众完全沉浸其中的、细腻的,充满质感的真实世界。这些正是我想在《阿凡达》里做到的。”([美]朱迪·邓肯,《真实感的诱惑》,载于《电影艺术》2010年第2期140页)卡梅隆从剧本创作到设备创新,从3D效果到虚拟摄影,数字技术已不单是一种技术性操作,而是卡梅隆的全新的创作意识。在《阿凡达》一片中,卡梅隆的电影数字特技创作意识体现在以下几个方面:
1)“……一个伟大演员的表演和一个优秀动画师的作品是相悖的……”,([美]朱迪·邓肯,《真实感的诱惑》,149页)这的确是一语中的,说出了数字技术在模拟真人表演时的核心问题。纵观以往影片中的数字角色,大多是通过夸张的表演来表情达意,经不起特写镜头中对内心情感的揭示,因为人的表情信息太微妙了。艾伯特·麦拉宾关于人际沟通的研究表明,人们进行语言交流时,7%的信息来自对方的语言,38%来自对方的谈话方式(语气、语调等),55%来自表情。(任悦,《视觉传播概论》,中国人民大学出版社,2008年6月第一版,第4页。)可见人的表情的在传达情感时的意义,却是最难以觉察和把握的,伟大演员的魅力正在于此,也是数字角色通过夸张表演所要掩饰的。卡梅隆为了让数字女主角——纳美人妮特丽成为一名具有“真实”情感的演员,使用了Paul Ekman开发的FAC(脸部运动编码系统),对人类面部表情进行量化并将其数字化;多角度拍摄真人演员的表演和表情,实现对真人表情的模拟。可以说,这是电影史上一个伟大“演员”的诞生,数字角色的表演达到了一个新的高度,这一高度不完全是技术上的,而是艺术创作追求所造就的。
2)工欲善其事,必先利其器,创作手段和方法会改变创作意识。卡梅隆深知这一点,为了让数字镜头达到与实拍一样的镜头感,他完善了虚拟摄影技术,实现了人机一体的操作方式。同时,使得虚拟摄影可以达到实时视觉呈现,这是将人对摄影的自然反映与虚拟视觉有机结合在一起。对于创作者而言,视觉信息的实时反馈是极为重要的,这是进行高效创作时进行信息交流、激发创造力的重要条件。从这一点可以看出,卡梅隆对技术的理解是多么的深刻,敏锐地认识到技术对艺术创作的局限所在和解决方向,并努力去突破。
3)《阿凡达》中所提供的新的视觉感知是全方位的。从3D立体感、令人心仪的妮特丽、自然的数字虚拟摄影镜头,这是最新科技在影像制作领域最高水准的组合,是影视制作的新思维的具体表现,势必会带动整个电影领域内创作者的意识更新,数字技术的应用将朝着更高层次的方向发展。
2.电影数字特技的创作理念
电影数字特技创作理念是新技术条件下,电影影像观念和手段都发生了革新,尤其是技术手段改变的同时带来了创作心理和创作体验乃至影像风格、视觉表现形式、视听语言的改变。影像的完全虚拟制作和拟真效果,带来了影像表现力和表现层次的丰富,影像可以承载更多的叙事指代,影像的语意表达更精准。影像在视觉呈现上要更容易激发观众深层心理的意象,产生更为广泛的共鸣。与之相应的是,创作者在对影像的把握上更注重对人类潜在的心理探寻,充分利用心理意象在审美中的作用,展示更丰富的人类情感世界。
3.电影数字特技的可操作性
电影数字特技是依托于高技术、大投入来实现的,并且在与影片叙事风格的结合上有一定的探索性,只有把握艺术要求、技术实现和预算周期等多方面的平衡点,才能在前期的数字特技设计时根据实际情况进行视觉效果设定和方案规划。
卡梅隆在《阿凡达》的创作中,前后耗时十余年,其中的原因之一就是技术的可操作性无法达到他的期望。为此,卡梅隆进行了长期的实验和研发,并通过拍摄实践来验证其技术的实现程度,积累经验。这说明,如果创作者对技术缺乏了解和实践,不在前期构思阶段考虑技术因素,是不可能有效利用数字特技进行艺术创作的。
4.整体数字特技设计策略
随着数字特技做为一种广泛应用的影像制作技术,在电影的制作中越来越多的镜头需要进行不同类型的数字技术处理,数字特技设计的对象已不再是单一的特技镜头画面设计,而是一整套结合电影叙事风格、摄影、美术等多角度考虑的整体设计及实施方案策略。
在1933年梅里安·C·库珀和欧内斯特·B·舍德萨克执导的《金刚》中,使用了大量传统特技手段,如背景放映、模型、逐格拍摄、绘画接景等。在电影技术不发达的时代,将多种原始复杂的影像制作技术融合在一起,需要前期细致的规划和以叙事为主导的整体技术应用策略。
整体特技设计策略是宏观把握影片中的特技运用,完全从叙事角度来考虑,没有对特技的整体性思考,很难保证技术、视觉和叙事形成有机的整体,这一点在电影特技体系更为复杂化、专业化的今天,显得尤为重要。
二、从概念意象影像
概念意象影像,就是从电影数字特技设计的创作和观影心理过程来考查创作者如何构思特技镜头的画面,在对其心理过程的探究中,找到电影数字特技设计中的思维特征。
1.概念与意象
当知觉形象作用于人的感观后,形象被进行抽象处理,形成概念和意象,这是两种不同的抽象过程。概念源于一般的、逻辑的抽象形式,并进而产生符号,其特征是逻辑的,语言的,可称为“思想的图解”。意象是更为高级的抽象形式,是人的思维中进行高级运算的“筹码”,其总体特征为“总是显 得模糊、短暂、破碎和残缺不全,因而几乎不可能加以描绘”,“是包容着理解和情感倾向的复合性心理构成”,“使无数形象的浓缩、积淀”。( [美] 苏珊·朗格 着,《艺术问题》,南京出版社,2006年1月第一版,第146页)意象是人对外界信息进行主观情感性把握的高级形式,也正是视觉思维和艺术思维的运作形式,审美意象正是艺术作品的内在形式,而当这种内在形式被转化为某种外在表现形式时,就是艺术作品。优秀的艺术作品就是通过形象来传达创作者的负载着情感和信息的审美意象,并在观赏者的心中激发审美意象,调动观众的情感,因此艺术作品又被称为“有意味的形式”。( [美] 苏珊·朗格 着,《艺术问题》,第144页)
2.创作意象
德国格式塔心理学家惠特海姆在《创造性思维》一书中对与创造性思维过程有详细的论述。其中,“他提出了艺术和音乐家等创作思维的特征,在艺术创作中,人们似乎并不是首先看到问题情境中的特点和要求,反而是先模糊地感受到想要获得的结果的某些特征,并产生强烈的想要实现这一结果的冲动,……最初当目标非常模糊的时候,艺术家处于一种胶着状态,但结果的形象逐渐变得清晰,并逐步掌握各个组成部分。”(柳沙 编着,《设计艺术心理学》,清华大学出版社,2006年7月第一版,第366页)所谓的“艺术创作对于结果的那种模糊的预见”就是创作者头脑中的一种意象,上述论点说明,在艺术创作中,各种元素——情感、形式、联系、刺激、问题、经验都如同氤氲飘荡的云烟,构成一个变幻的不稳定的意象,这种意象正是艺术家对某种存在的最直接的把握,并以一种切身的情感体验和意象被获知,然后经过不断的努力和尝试,将这种意象所承载的意蕴以具体的艺术形式表现出来。
在影像制作中,创作者根据电影叙事情节的需要,运用独特的视觉思维,在头脑中运用意象进行思维,同时植入各种概念、情感和信息,以视觉形象表现出来。观众也同样是对视听刺激进行感知,并激发产生审美意象。对于数字特技设计而言,首先是通过构建虚拟影像的真实感,进而产生心理真实,充分调动观众内心中的各种视觉积淀和意象,构建虚拟影像空间概念,调动观众情绪,以此为电影叙事服务。
三 电影数字特技设计中的概念化表达
篇10
要：本文论述了工程领域中的概念设计的主要原理和功能；阐述了概念设计与创造性思维和技术创新的内在联系；举出了各种创造性思维的形式并分析了其特点；强调技术创新在概念设计中的重要的作用；根据作者本人所在的设计群体多年来的设计经验和体会总结出一系列的创新技法，并结合工程设计领域中的概念设计创新实践，列举了若干种含有技术创新的产品概念设计范例。关键词：工程设计，概念设计，创造性思维，创新1工程领域中的概念设计现代科技的迅猛发展，尤其是微电子、信息、新材料及集成技术的进展，使产品结构发生了革命性的变化，机电一体化、模块化已成为工程产品的发展趋势；计算机技术的飞速发展和广泛应用，深刻的影响着设计开发过程、制造过程、营销和售后服务过程，并改变着产品的结构和功能；先进工艺技术和先进制造技术为现代工程设计提供了前所未有的工艺技术手段和社会化制造体系。这些变化都深刻地影响着工程设计的发展。工程设计是人们运用科技知识和方法，有目标地创造工程产品构思和计划的过程，几乎涉及到人类活动的全部领域。工程设计的费用往往只占最终产品成本的一小部分（8~15%），然而它对产品的先进性和竞争能力却起着决定性的影响,并往往决定70~80%的制造成本和营销服务成本。所以说工程设计是现代社会工业文明的最重要的支柱，是工业创新的核心环节，也是现代社会生产力的龙头。工程设计的水平和能力是一个国家和地区工业创新能力和竞争能力的决定性因素之一。工程设计的全过程就是不断建立各种模型，并不断进行综合和分析的过程，即反复地创造模型和评价模型的过程。工程设计的内容大致可分为两类：一类是数值计算型的工作，包括大量的计算、分析、绘图、编写说明书和填写各种表格；另一类是符号推理性的工作，主要是方案设计工作。在设计方法学中，前者称之为细节设计，后者称之为概念设计。概念设计主要包括功能设计和结构设计两大部分。其作用主要体现在产品设计的早期阶段，把主设计师根据产品功能的需求而萌发出来的原始构思和冲动形成产品的主体框架，及它应包括的各主要模块和组件，以完成整体布局和外型初步设计。然后进行评估和优化，确定整体设计方案。再由各责任设计师把总设计师的设计思想落实到具体设计中去，实现细节设计。可见概念设计是个创造性过程，它要求设计者能综合运用许多学科的专门知识和丰富的实践经验，并通过广泛的调查研究而占有大量的信息资料，再经过反复思考、推理和决策，才能创造出与众不同的、满足用户要求的设计方案来。在工程设计领域中存在这样一个误区：设计、构思的原始冲动是三维概念，最终设计实施之结果即产品也是三维形体。可是多年来以二维绘图为基础的产品设计、制造模式严重地束缚了工程技术人员的创造力和想象力，成为创新的桎枯。三维建模技术的崛起以及虚拟制造技术的出现为概念设计和创新提供了一种极好的工作平台，设计师们可以直接从三维概念和构思入手，进行概念设计，形成产品的初步框架，然后进一步通过工程分析、数字仿真、虚拟现实等高新技术手段来分析和评价设计方案的可行性及未来产品的质量、可靠性。这种设计方法尤其能充分发挥自顶向下的设计过程中,设计者的智慧和创新能力，不必拘泥于平面图纸的限制和束缚，而把主要精力聚焦于创造性的劳动——创新。2概念设计与创造性思维和技术创新2.1创造性思维及其特点要设计就要有创新，而创新正是设计人员进行创造性思维的结果。设计人员要打破习惯性思维，变换角度，开阔视野，才能使自己的创造力得到更充分的发挥。创造性思维是指有创建的思维，即通过思维，不仅能揭示事物的本质，而且能在此基础上提供新的、具有社会价值的产物。创造性思维有扩散思维和集中思维、逻辑思维和形象思维、直觉思维和灵感思维等多种形式。在工程设计的概念设计中，要努力发掘创造性思维的能力，充分注意扩散思维和集中思维的辨证统一，准确把握逻辑思维和形象思维的巧妙结合，善于捕捉直觉思维和灵感思维的“闪光和亮点”，这样才有可能设计出新颖、独特、有创意的产品。创造性思维具有如下一些特点：（1）独创性：创造性思维所要解决的问题是不能用常规、传统的方式解决的问题。它要求重新组织观念，以便产生某种至少以前在思维者头脑中不存在的、新颖的、独特的思维。这就是它的独创性。独创性要求人们敢于对司空见惯或“完美无缺”的事物提出怀疑，敢于向传统的陈规旧习挑战，敢于否定自己思想上的“框”,从新的角度分析问题、认识问题。（2）连动性：创造性思维又是一种连动思维，它引导人们由已知探索未知，开拓思路。连动思维表现为纵向、横向和逆向连动。纵向连动针对某现象或问题进行纵深思考，探询其本质而得到新的启发。横向连动则通过某一现象联想到特点与它相似或相关的事物，从而得到该现象的新应用。逆向连动则是针对现象、问题或解法，分析其相反的方面，从顺推到逆推，从另一角度探索新的途径。（3）多向性：创造性思维要求向多个方向发展，寻求新的思路。可以从一点向多个方向扩散；也可以从不同角度对同一个问题进行思考、解决。（4）善于想象：创造性思维要求思维者善于想象，善于结合以往的知识和经验在头脑里形成新的形象，善于把观念的东西形象化。爱因斯坦有一句名言：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。”只有善于想象，才有可能跳出现有事实的圈子，才有可能创新。（5）突变性：直觉思维、灵感思维是在创造性思维中出现的一种突如其来的领悟或理解。它往往表现为思维逻辑的中断，出现思想的飞跃，突然闪现出一种新设想、新观念，使对问题的思考突破原有的框架，从而使问题得以解决。2.2概念设计呼唤技术创新技术创新在概念设计中发挥着至关重要的作用。概念设计中技术创新的本质就是要在工程设计领域中发现某种新事物、提出某种新思想，在很多情况下是因为现有的产品不能满足社会（用户）的需求而激发出的新颖构思和创见。技术创新的基础是知识的积累和灵感的迸发，是设计人员进行创造性思维的结果。创新本身就意味着不拘一格，不局限也不依赖于某种特定的模式，以下诸多方面都是孕育技术创新的土壤：（1）多项现有技术的有机结合或综合运用往往会产生意想不到的效果；（2）对已有知识的创造性总结和应用常常带来重大的科技突破；（3）突发奇想但经过科学论证或实验证明所产生的新思路、新方法、新技术；（4）新知识与现有知识的合理嫁接；（5）产品功能上的兼收并蓄和去粗取精；（6）学科间的交叉、交融和借鉴；（7）新技术、新材料、新工艺的有机结合及应用；（8）科学研究中的新发现和新成果应用于工程实践……。由此可以进一总结出多种行之有效的创新技法：l智力激励法：又称集智法、智暴法。即通过集会让设计人员用口头或书面交流的方法畅所欲言、互相启发进行集智或激智，引起创造性思维的连锁反应；l提问追溯法：根据研究对象系统地列出有关问题，逐个核对讨论，从中获得解决问题的办法和创造性发明的设想，或是针对新开发产品的希望点（或缺点），逐点深入分析，寻找解决问题的新途径；l联想类推法：通过相似、相近、对比几种联想的交叉使用以及在比较之中找出同中之异、异中之同，从而产生创造性思维和创新的方案；l反向探求法：采用背离惯常的思考方法，通过逆向思维、转换构思，从功能反转、结构反转、因果反转等方面寻求解决问题的新途径；l系统搜索法：从一个初始状态开始，分析影响系统的各个参量，逐步向前搜索，或采用孤立因素、更换参数等方法获取系统的多种解法并求得最优解；l组（综）合创新法：将现有的技术或产品通过功能原理、构造方法的组合变化，或者通过已知的东西作媒介，将毫无关联的不同知识要素结合起来，摄取各种产品的长处使之综合在一起，形成具有创新性的设计技术思想或新产品；l知识链接法：创新是一个动态的和复杂的作用过程和知识流，它包括知识的产生、开发、转移和应用，这四个阶段构成一条“知识供应链”并按照下述原则进行管理：把技术创新过程作为一个集成化的系统，只有将所有涉及该过程的伙伴捆绑在一起，才能发挥最大作用，这些伙伴都应明确什么知识内容才能满足用户最大需求，知识转移的特征和形式是什么，最终用户是谁，他们何时需要使用这些知识？涉及创新的所有信息流和通信流对全体伙伴都是开放的，在每个知识供应者和知识使用者之间建立信息反馈，使信息交换更为有效，知识供应链中每一个伙伴能够感受到整个系统和他们自己都从中获得巨大利益，认识到自己是链中不可缺少的重要环节。该方法适于更大范围内、更高层面上的技术创新。3工程设计领域中的概念设计技术创新实践基于上述分析，我们提出了若干种含有技术创新的产品概念设计范例：（1）采用先进的控制、驱动和定位系统，由局部小画面组成整体大画面的可变画面巨型灯箱广告机的设计；（2）时速超过运七飞机的高速铁路机车车身外型设计，既要满足空气动力学性能，又要有美观的外型，三维CAD建模技术和NURBS曲线面理论的应用；（3）适应于多弯道和小半径城市轨道交通环境下的摆式列车车身及减振转向架的设计；（4）反求工程已广泛应用于一些具有复杂曲面的实物模型（如模具）的三维数据重构，不妨借鉴用来对生物医学图象进行数字图象处理，为医务人员的临床诊断和治疗提供更逼真的三维模型和实体模型；（5）基于电动机——发电机可逆原理的新型电动自行车的设计，把（下坡时）车轮转动的动能所转化成的电能再回充给蓄电池，从而增加电动自行车蓄电池一次充电使用的续行距离；（6）加工中心自动换刀功能的扩展，用于东风4（11）型内燃机车发动机端面多轴孔加工的自动换箱多轴箱设计；（7）把列车检修工人的丰富经验升华为专家系统——基于加速度传感器和单片机控制的智能式检振锤的设计；（8）虚拟轴机床（并联机床）的概念设计。这里以铁路机车车身设计为例，对概念设计及创新的过程加以说明。时速300公里以上的高速列车在欧美、日本等发达国家得到广泛应用。我国已通过论证并计划在下世纪初建设第一条（京沪）高速铁路。当我们看到法国TGV（TraindelaGrandeVitesse）实验车速达到515.25公里／小时时，我们知道这已经超过了我国“运八”飞机的时速，设计师的头脑中自然应该产生这样的概念：时速300公里的铁路机车车头的外型也应该像飞机那样具有流线型和光顺性，才会有较好的动力学特性。“光顺”一词的几何意义是所构造的曲线、曲面应具有C2连续，且无奇点。从通俗的概念来理解，即为“光滑顺眼”之意。由这些概念和构思出发，我们可以由整体构思和概念设计逐步进入流线型机车车身的细节设计环节。铁路工业和汽车工业对车身外型设计的先进性和创新性的都有着一致和迫切的要求。归纳起来应是以下几个方面：l具有良好的空气动力学特性，以减少在高速运行时的摩擦阻力。l具有良好的结构布局及足够的强度和刚度。l具有美学曲面的质感和动感，以美化生活和环境。l尽可能短的设计和制造周期，以尽快地占领市场。显然满足上述诸要求的车身外型曲面是相当复杂的，非一般常规曲面（如柱面、球面、锥面、环面等）所能表达。再者，若按常规设计、制造方法和过程来完成如此高要求的设计外型，则上述第四项要求更是高不可攀。只有积极谋求技术进步，大力推广应用CAD/CAM技术才是解决车身外型改型频繁、不断创新且满足上述各种要求的关键所在。近十年来，CAD业界涌现出一批象EDS的UG、PTC的Pro-Engineer、MATRA的EUCLID、IBM的CATIA等等一系列优秀的CAD/CAM软件，为我们提供了一个极好的开发工具和环境。它们的三维实体建模、参数建模及复合（Hybrid）建模技术，实体与曲面相结合的造型方法，以及自由形式特征建模（FreeFormFeatureModeling）技术为我们的设计工作提供了强有力的工具。这里具体地介绍如何使用UG的FreeFormFeature等功能，来实现车身外型的概念设计到细节设计。UG的FreeFormFeatureModeling模块把实体建模和表面建模技术集成为一个功能十分强大的建模工具组，它支持复杂自由曲面的造型设计。它的复合建模技术，自由型面特征建模，可视化编辑，多组件装配，二维视图自动生成，尤其是伴随最新UGV14.0版本推出的全新概念设计WAVE（What-ifAlternativeValueEngineering）可使不同部门的工程师在设计的早期阶段，站在系统工程的角度，同时针对多种可供选择的方案进行评估，通过将设计意图组织到一个“控件结构”中去，使工程师十分有效地控制设计变更，而且所发生的变更会自动地传递到上级设计中去。这里以创建流线型机车车身外型为例，具体步骤如下：（1）根据前节所述模线的来源，本例参考法国TGV和德国ACE机车外型模板，并加以个性化修改。所选定的23条模型基线见于图1。外形模型基线向等值半径线云图以这一组模线为基础，采用UG的FreeFormFeature/ThroughCurve来创建曲面；采用Info/Analysis/FaceCurvature功能来观察和分析该曲面的光顺性，图2即为车身外型曲面及顶面法向半径等值线云图。在构造模线的原始数据中可能有“瑕点”，或者仅凭“感觉”进行判断，创建的曲面不一定能完全满足C2连续的条件和光顺性的要求,可以通过光顺处理予以满足。图3是对其中一条模线进行光顺处理的过程。值得重视的是：获得一组光顺的模线是生成光顺曲面的必要条件。采用光顺后的模线重新构造车身外型曲面。采用UG/Photo功能并指定材质，可进行着色、光照、渲染，以得到更为逼真的三维造型图。见图4。图4机车车身三维造型图5机车车身二维投影图（5）对机车车身裙部和头部下端，可采用Feature/Curve/Mesh功能分片进行创建。这里充分体现出UG软件对角域曲面的三维造型能力。（6）机车车身三维造型基本实现之后，还可进一步作局部修改，由于UG软件的“相关”（Associative）能力,这里进行的修改将影响到它所关联的所有设计过程。（7）三维造型细节设计完成之后，其各方向二维视图可由应用软件自动生成，设计人员不必再做重复工作。图5即为该机车车身外型的二维侧视图。参考文献「1齐从谦.汽车覆盖件具CAD/CAM中的曲面特征造型及特征识别.中国机械工程:15~18「2熊鸣镝.三维设计将CAD应用引向深入.机电一体化.1997.(5):5~7「3贡剑鸣.汽车车身UG设计初探.EDSUG中国用户年会论文集:25~28「4施法中.计算机辅助几何设计与非均匀有理B样条.北京航空航天大学出版社.1994
篇11
产品创新是企业取得市场主动权的重要手段，概念设计是产品创新的重要阶段。产品设计方案是否具有创新性取决于概念设计阶段创新性设计理论的运用。
1 TRlZ
1.1 概念
即发明问题解决理论。由前苏联专家GS.Alshuler等人在探究世界数万件专利基础上，提出的一套创新设计理论。是一种基于知识的、面向人的发明问题解决系统化的方法学。
1.2 内容
（1）产品进化理论：是TRIZ理论的重要分支，主要研究产品技术成熟度、产品进化模式、进化定律和进化路线等内容。（2）分析问题的工具：是解决问题的重要阶段，包括产品功能分析、理想解分析、资源分析及矛盾冲突分析。（3）冲突的解决原理：发明问题的核心是解决冲突，TRIZ将冲突分为物理冲突和技术冲突。为解决特定冲突，用39个工程参数描述冲突，将实际工程中的冲突转变为一般技术冲突，对应40条发明原理解决技术冲突并进行设计创新；也可利用四大分离原理解决物理冲突。这些冲突解决原理为创新产品的设计概念提供新出路。（4）物质―场分析：由于产品是功能的实现，每种功能都由两种物质一种场所组成，故可用物质―场分析产品的功能。再根据不同情况运用76个标准解将待定的标准解变成特点解。（5）效应原理：是TRIZ基于知识的问题解决工具，对特定输入产生特定效应。（6）发明问题解决算法：采用系统的逻辑过程逐步将初始问题程式化，在未确定真正冲突前，不断对问题进行细化，寻求冲突与理想解的程式化。
1.3 发展趋势
我国学者对TRIZ的研究始于20世纪90年代初，近年TRlZ逐步引起关注，对TRIZ原理、工具等方面进行分析研究。TRIZ与多种设计理论的集成已成为该领域重要研究方向。
2 概念设计
2.1 概念
概念设计定义为：“在确定任务之后，通过抽象化拟定功能结构，寻求适当的作用原理和其组合，确定基本求解途径，并得出相关方案，这部分的设计工作称之为概念设计。”
2.2 过程
（1）需求分析：顾客需求的满足是概念设计的最终目标，分析顾客的声音，为概念设计中产品的功能结构和技术特性的完善奠定基础。（2）功能设计：将产品概念从抽象到具体、深入有序地分析产品的功能结构，分析功能间的相互关系，结合相关原理，进行功能的构思和设计。（3）方案评价与优选：概念设计阶段方案的评价与优选对后续设计阶段起着决定性的作用，依据相关评价属性和准则，建立系统的评价优选体系。
2.3 特点
创新性、多样性、层次性是概念设计的三大特点。（1）创新性：创新是设计的灵魂，概念设计阶段的核心就是创新，决定着产品未来的设计的水平和发展方向。（2）多样性：概念设计阶段涉及的知识领域及实现功能的设计原理、设计思路、设计方案均具有多样性。（3）层次性：概念设计过程具有从抽象到具体的层次性。
3 基于TRIZ的概念设计过程模型构建
基于TRIZ的概念设计过程模型分为有冲突和无冲突两类：（1）有冲突：特定产品的顾客需求、功能结构分析一发现并确定冲突（技术冲突、物理冲突）一标准化冲突TRIZ标准解解决冲突TRIZ通用解领域解。（2）无冲突：特点产品的顾客需求、功能结构分析未发现并确定冲突重新对产品界定分析。
通过对特定产品的顾客需求分析了解顾客的声音，以顾客需求为导向，对产品功能结构从抽象到具体地分析研究，将TRIZ通用解转变为一般解，再将其具体化为特定问题的解；若未发现冲突，再重新对产品各方面进行界定分析。
结语
创新是企业生存和发展的法宝。TRIZ作为一种创新问题的解决理论，为产品概念设计阶段提供理论支持。将TRIZ与概念设计结合，对于满足顾客需求、预测产品未来发展趋势、缩短产品研发周期、提高产品创新成功率具有重要的现实意义。
参考文献
篇12
现代科技的迅猛发展，尤其是微电子、信息、新材料及集成技术的进展，使产品结构发生了革命性的变化，机电一体化、模块化已成为工程产品的发展趋势；计算机技术的飞速发展和广泛应用，深刻的影响着设计开发过程、制造过程、营销和售后服务过程，并改变着产品的结构和功能；先进工艺技术和先进制造技术为现代工程设计提供了前所未有的工艺技术手段和社会化制造体系。这些变化都深刻地影响着工程设计的发展。
工程设计是人们运用科技知识和方法，有目标地创造工程产品构思和计划的过程，几乎涉及到人类活动的全部领域。工程设计的费用往往只占最终产品成本的一小部分（8 ~ 15%），然而它对产品的先进性和竞争能力却起着决定性的影响,并往往决定70 ~ 80%的制造成本和营销服务成本。所以说工程设计是现代社会工业文明的最重要的支柱，是工业创新的核心环节，也是现代社会生产力的龙头。工程设计的水平和能力是一个国家和地区工业创新能力和竞争能力的决定性因素之一。
工程设计的全过程就是不断建立各种模型，并不断进行综合和分析的过程，即反复地创造模型和评价模型的过程。工程设计的内容大致可分为两类：一类是数值计算型的工作，包括大量的计算、分析、绘图、编写说明书和填写各种表格；另一类是符号推理性的工作，主要是方案设计工作。在设计方法学中，前者称之为细节设计，后者称之为概念设计。概念设计主要包括功能设计和结构设计两大部分。其作用主要体现在产品设计的早期阶段，把主设计师根据产品功能的需求而萌发出来的原始构思和冲动形成产品的主体框架，及它应包括的各主要模块和组件，以完成整体布局和外型初步设计。然后进行评估和优化，确定整体设计方案。再由各责任设计师把总设计师的设计思想落实到具体设计中去，实现细节设计。可见概念设计是个创造性过程，它要求设计者能综合运用许多学科的专门知识和丰富的实践经验，并通过广泛的调查研究而占有大量的信息资料，再经过反复思考、推理和决策，才能创造出与众不同的、满足用户要求的设计方案来。
在工程设计领域中存在这样一个误区：设计、构思的原始冲动是三维概念，最终设计实施之结果即产品也是三维形体。可是多年来以二维绘图为基础的产品设计、制造模式严重地束缚了工程技术人员的创造力和想象力，成为创新的桎枯。
三维建模技术的崛起以及虚拟制造技术的出现为概念设计和创新提供了一种极好的工作平台，设计师们可以直接从三维概念和构思入手，进行概念设计，形成产品的初步框架，然后进一步通过工程分析、数字仿真、虚拟现实等高新技术手段来分析和评价设计方案的可行性及未来产品的质量、可靠性。这种设计方法尤其能充分发挥自顶向下的设计过程中,设计者的智慧和创新能力，不必拘泥于平面图纸的限制和束缚，而把主要精力聚焦于创造性的劳动――创新。
2、概念设计与创造性思维和技术创新
2.1 创造性思维及其特点
要设计就要有创新，而创新正是设计人员进行创造性思维的结果。设计人员要打破习惯性思维，变换角度，开阔视野，才能使自己的创造力得到更充分的发挥。创造性思维是指有创建的思维，即通过思维，不仅能揭示事物的本质，而且能在此基础上提供新的、具有社会价值的产物。创造性思维有扩散思维和集中思维、逻辑思维和形象思维、直觉思维和灵感思维等多种形式。在工程设计的概念设计中，要努力发掘创造性思维的能力，充分注意扩散思维和集中思维的辨证统一，准确把握逻辑思维和形象思维的巧妙结合，善于捕捉直觉思维和灵感思维的“闪光和亮点”，这样才有可能设计出新颖、独特、有创意的产品。
创造性思维具有如下一些特点：
（1）独创性：创造性思维所要解决的问题是不能用常规、传统的方式解决的问题。它要求重新组织观念，以便产生某种至少以前在思维者头脑中不存在的、新颖的、独特的思维。这就是它的独创性。独创性要求人们敢于对司空见惯或“完美无缺”的事物提出怀疑，敢于向传统的陈规旧习挑战，敢于否定自己思想上的“框框”, 从新的角度分析问题、认识问题。
（2）连动性：创造性思维又是一种连动思维，它引导人们由已知探索未知，开拓思路。连动思维表现为纵向、横向和逆向连动。纵向连动针对某现象或问题进行纵深思考，探询其本质而得到新的启发。横向连动则通过某一现象联想到特点与它相似或相关的事物，从而得到该现象的新应用。逆向连动则是针对现象、问题或解法，分析其相反的方面，从顺推到逆推，从另一角度探索新的途径。
（3）多向性：创造性思维要求向多个方向发展，寻求新的思路。可以从一点向多个方向扩散；也可以从不同角度对同一个问题进行思考、解决。
（4）善于想象：创造性思维要求思维者善于想象，善于结合以往的知识和经验在头脑里形成新的形象，善于把观念的东西形象化。爱因斯坦有一句名言：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。”只有善于想象，才有可能跳出现有事实的圈子，才有可能创新。
（5）突变性：直觉思维、灵感思维是在创造性思维中出现的一种突如其来的领悟或理解。它往往表现为思维逻辑的中断，出现思想的飞跃，突然闪现出一种新设想、新观念，使对问题的思考突破原有的框架，从而使问题得以解决。
2.2 概念设计呼唤技术创新
技术创新在概念设计中发挥着至关重要的作用。概念设计中技术创新的本质就是要在工程设计领域中发现某种新事物、提出某种新思想，在很多情况下是因为现有的产品不能满足社会（用户）的需求而激发出的新颖构思和创见。技术创新的基础是知识的积累和灵感的迸发，是设计人员进行创造性思维的结果。创新本身就意味着不拘一格，不局限也不依赖于某种特定的模式，以下诸多方面都是孕育技术创新的土壤：
（1） 多项现有技术的有机结合或综合运用往往会产生意想不到的效果；
（2） 对已有知识的创造性总结和应用常常带来重大的科技突破；
（3） 突发奇想但经过科学论证或实验证明所产生的新思路、新方法、新技术；
（4） 新知识与现有知识的合理嫁接；
（5） 产品功能上的兼收并蓄和去粗取精；
（6） 学科间的交叉、交融和借鉴；
（7） 新技术、新材料、新工艺的有机结合及应用；
（8） 科学研究中的新发现和新成果应用于工程实践……。
由此可以进一总结出多种行之有效的创新技法：
智力激励法：又称集智法、智暴法。即通过集会让设计人员用口头或书面交流的方法畅所欲言、互相启发进行集智或激智，引起创造性思维的连锁反应；
提问追溯法：根据研究对象系统地列出有关问题，逐个核对讨论，从中获得解决问题的办法和创造性发明的设想，或是针对新开发产品的希望点（或缺点），逐点深入分析，寻找解决问题的新途径；
联想类推法：通过相似、相近、对比几种联想的交叉使用以及在比较之中找出同中之异、异中之同，从而产生创造性思维和创新的方案；
反向探求法：采用背离惯常的思考方法，通过逆向思维、转换构思，从功能反转、结构反转、因果反转等方面寻求解决问题的新途径；
系统搜索法：从一个初始状态开始，分析影响系统的各个参量，逐步向前搜索，或采用孤立因素、更换参数等方法获取系统的多种解法并求得最优解；
组（综）合创新法：将现有的技术或产品通过功能原理、构造方法的组合变化，或者通过已知的东西作媒介，将毫无关联的不同知识要素结合起来，摄取各种产品的长处使之综合在一起，形成具有创新性的设计技术思想或新产品；
知识链接法：创新是一个动态的和复杂的作用过程和知识流，它包括知识的产生、开发、转移和应用，这四个阶段构成一条“知识供应链” 并按照下述原则进行管理：把技术创新过程作为一个集成化的系统，只有将所有涉及该过程的伙伴捆绑在一起，才能发挥最大作用，这些伙伴都应明确什么知识内容才能满足用户最大需求，知识转移的特征和形式是什么，最终用户是谁，他们何时需要使用这些知识？涉及创新的所有信息流和通信流对全体伙伴都是开放的，在每个知识供应者和知识使用者之间建立信息反馈，使信息交换更为有效，知识供应链中每一个伙伴能够感受到整个系统和他们自己都从中获得巨大利益，认识到自己是链中不可缺少的重要环节。该方法适于更大范围内、更高层面上的技术创新。
3、工程设计领域中的概念设计技术创新实践
基于上述分析，我们提出了若干种含有技术创新的产品概念设计范例：
（1） 采用先进的控制、驱动和定位系统，由局部小画面组成整体大画面的可变画面巨型灯箱广告机的设计；
（2） 时速超过运七飞机的高速铁路机车车身外型设计，既要满足空气动力学性能，又要有美观的外型，三维cad建模技术和nurbs曲线面理论的应用；
（3） 适应于多弯道和小半径城市轨道交通环境下的摆式列车车身及减振转向架的设计；
（4） 反求工程已广泛应用于一些具有复杂曲面的实物模型（如模具）的三维数据重构，不妨借鉴用来对生物医学图象进行数字图象处理，为医务人员的临床诊断和治疗提供更逼真的三维模型和实体模型；
（5） 基于电动机――发电机可逆原理的新型电动自行车的设计，把（下坡时）车轮转动的动能所转化成的电能再回充给蓄电池，从而增加电动自行车蓄电池一次充电使用的续行距离；
（6） 加工中心自动换刀功能的扩展，用于东风4（11）型内燃机车发动机端面多轴孔加工的自动换箱多轴箱设计；
（7） 把列车检修工人的丰富经验升华为专家系统――基于加速度传感器和单片机控制的智能式检振锤的设计；
（8） 虚拟轴机床（并联机床）的概念设计。
这里以铁路机车车身设计为例，对概念设计及创新的过程加以说明。
时速300公里以上的高速列车在欧美、日本等发达国家得到广泛应用。我国已通过论证并计划在下世纪初建设第一条（京沪）高速铁路。
当我们看到法国tgv（train de la grande vitesse）实验车速达到515.25公里／小时时，我们知道这已经超过了我国“运八”飞机的时速，设计师的头脑中自然应该产生这样的概念：时速300公里的铁路机车车头的外型也应该像飞机那样具有流线型和光顺性，才会有较好的动力学特性。“光顺”一词的几何意义是所构造的曲线、曲面应具有c2连续，且无奇点。从通俗的概念来理解，即为“光滑顺眼”之意。
由这些概念和构思出发，我们可以由整体构思和概念设计逐步进入流线型机车车身的细节设计环节。
铁路工业和汽车工业对车身外型设计的先进性和创新性的都有着一致和迫切的要求。归纳起来应是以下几个方面：
具有良好的空气动力学特性，以减少在高速运行时的摩擦阻力。
具有良好的结构布局及足够的强度和刚度。
具有美学曲面的质感和动感，以美化生活和环境。
