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產品創新設計理論、方法與工具是基于現代設計理論和方法，應用微電子、信息、管理等現代科學技術，以提高產品質量、用戶滿意的價格和款式（造型色彩）、提高產品的功能、縮短產品開發周期為目的的一切設計技術的總稱。產品創新理論、方法與工具技術研究的宗旨是從產品的工作特性和功能目標出發，在特定技術、經濟和社會等具體條件下，根據相鄰學科的原理，創造性地設計產品，并使它在技術及經濟上達到最佳水平。該技術鼓勵設計人員，從原來固有的常規設計模式中跳出來，用新觀點、新原理、新方法來設計新產品。在發明了新產品后，在技術領先的有利條件下，將該技術領域擴展，并形成此方面的技術優勢。

產品創新設計理論、方法與工具的研究范圍大體可分為：產品創新設計、降低成本設計、快速設計、仿真與虛擬設計、智能設計、廣義優化設計等設計技術。

二、現狀及國內外發展趨勢

二戰以后的幾十年來，各主要發達工業國家先后開始重視起對設計技術的研究，如英國從60年代開始，就以國家政策和財力來支持發展與推廣設計新技術；德國提出“設計就是科學”，且其設計學的發展已初具規模；美國成立有“設計委員會”。日本同樣也非常重視設計技術的發展，將設計看作是技術、經濟、美學和人機學的一體化整體，并極力推廣和采用新技術，從而大大提高了機械產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計有拳國際會議，探討設計的新理論和新方法。

我國工業產品設計的發展經歷了一個曲折的過程。以前都是憑借設計者的經驗，以模仿為主，故局限性大。從60年代開始，加強了新產品的開發設計與實驗研究工作，從而使設計從仿制和經驗設計逐漸走向實驗研究和計算分析階段。到了80年代，開始在國內介紹一些國際上的先進技術與方法。同時將計算機引入設計領域，對設計工作的發展起了很大的推動作用。

但是，我國在設計領域中仍存在很大問題，主要是對設計研究不夠，已有的成果得不到有效的推廣和應用，資金投入少，人員培訓工作跟不上發展的需要，一直沒形成開發新產品或更新老產品的設計和應變能力，對引進的先進技術和產品，更沒有從設計的角度進行消化。

在創新設計方面，隨著科技和經濟的迅速發展，計算機在設計領域的應用已越來越廣闊，創新也由原來的仿生法、智爆法、聯想法、形象思維法和陣列法等基于認知的方法（CognitiveApproach）過渡向基于系統的方法（SystemApproach）方向發展，對設計進程和設計對象進行建模、模擬人類的認知思維模式，極大地推進了創新設計的自動化，并且利用系統論和信息論的研究成果，創新設計開始向智能化發展。

在降低成本設計方面，國內外專家對成本估算及降低成本的方法進行了大量的研究。德國學者提出了成本結構和分類，用相對成本概念來實現不同設計方案之間的對比評價，同時利用設計方法學和控制成本的設計思想研究成本特征與設計特征之間的轉化，提出了面向用戶的目標成本核算法；美國學者（在面向報價方面）對已有或生產過的產品作回歸統計的結果，建立了成本模型；日本、瑞士、英國等學者也均對制造階段的成本估算進行了較多的研究。國內的許多學者也對這一課題進行了數年的研究，但由于工廠數據可靠性較差，研究經費和人力不足，工作量和難度大等原因，進展緩慢，從上述可看出對產品降低成本的設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計全過程一體化的CAD系統中，且分析結果大多是定性的，少數定量分析又是基于統計分析基礎上的，因此，建立支持設計全過程尤其是原理方案和總體結構設計階段的成本信息模型已成為實現低成本設計的關鍵和迫切需要解決的難題。

在快速設計方面，1992年6月，在東京國際會議上正式提出并行工程技術，在此基礎上發展成旨在縮短產品設計周期的快速設計技術（RapidDesignTechnology,RDT），目前國際上在針對快速設計的并行設計技術、快速原型技術、系列化模塊化技術和虛擬制造技術等發展均較為迅速。

在仿真與虛擬設計技術方面，國內外的研究均較為活躍，在機械產品設計的仿真建模中，目前應用最廣泛的包括有限元方法（FEM），有限差分法等。在一些實際應用領域，希望從仿真系統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具有超越現實的虛擬性，這些客觀需求推動了一種新興的技術——虛擬現實（VR-VirtualReality）技術的發展；同時，在計算機虛擬現實系統（VRS）環境中的虛擬設計（VirtualDeign-VD）技術方面的研究也越來虎受到人們的重視。

在智能設計技術方面，各主要工業發達國家正從傳統的CAD技術不斷向智能CAD（ICAD）和人機智能化設計系統方向發展，對設計型專家系統的研究也正逐漸走向縱深，智能設計技術向著不但提供知識處理自動化，而且實現決策自動化，以支持大規模的多學科多領域知識集成設計全過程的自動化。

廣義優化設計方面，國內的數值優化技術約在70年代初應用于工程設計，且目前離形和隨機變量優化、結構優化、智能優化、優化建模和復雜系統優化方法學等領域的研究已取得具有相當水平的理論和應用成果，但對向前擴展到建立模型、處理模型，向后擴展到優化結果顯示的全過程的研究還很不夠，與主要工業發達國家有著一定差距。

三、“十五”目標及主要研究內容

1.目標

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

2.主要研究內容

（1）創新設計技術

開展對產品功能原理創新、結構創新和形態創新等方面理論及技術基礎研究，為此著重研究創新設計技術中的原理方案設計目錄（PCDC）、創新問題求解理論（TIPS）、材料選擇，從而通過對原理方案的優選、分解和組合來產生新的原理方案；利用求解理論解決工程系統中新的需求與不能滿足要求的舊系統之間的沖突問題，以及利用不同的材料選擇來達到完全創新的設計結果。

（2）降低成本設計技術

在產品設計過程中采用面向成本設計技術和并行的成本估算技術是使產品成本降低的關鍵，其中重點要研究的是成本結構分析技術和價值工程分析技術，且需要構造多種專用的設計知識庫來精確地并行估算成本。同時，目標成本控制技術和成本優化技術及對降低成本的知識基系統技術也是降低產品成本、提高產品競爭優勢所要重點研究的內容。

（3）快速設計技術

開展基于網絡的協同（異地）設計技術、并行工程技術研究，可以縮短產品的開發周期。其中，系列化模塊化設計技術、人工智能技術、快速原型成形技術和虛擬制造技術也是快速設計的所要研究的重要內容。

（4）仿真與虛擬設計技術

建模/仿真方法學、仿真計算機、CAE和仿真軟件是計算機仿真技術中的重要研究課題，對科學計算的可觀化研究，分布仿真系統以及在將專家系統模糊決策和人工神經網絡等技術引入仿真系統的研究將有助于形成一個高效的、智能仿真系統。開展虛擬現實（VR）技術的研究，使多種仿真技術具有一個更加真實方便的輸入輸出系統，并能使用戶根據仿真結果快捷地作出各種決策。

（5）智能設計技術研究

智能CAD（ICAD）技術和人機智能化設計系統技術的研究，使得面向CIMS的智能設計走向智能設計的高級階段，原理方案智能設計、協同求解、基于實例的推理、知識獲取、表達和利用等技術也是智能設計技術所要研究的重要內容。

（6）廣義優化技術

企業建模和規劃策略技術、復雜系統優化算法、工程數據技術等均是廣義優化技術所要研究的重要技術，對這些技術的研究使得人們能夠從模型的建立、處理、一直到優化結果顯示等全過程進行優化。