创新设计管理论文范文

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篇1

机械方案设计是一个创造性很强的活动，其思维过程是形象思维和抽象思维综合作用的结果。目前计算机辅助设计（CAD）主要解决了在计算和绘图等设计后续阶段对设计者的支持。而对于极富创造性的早期方案设计阶段的计算机支持至今没有取得实质性的进展。即使是智能CAD系统，所采用的方法的理论基础仍是基于传统的人工智能的知识表示与推理方法，即逻辑思维为基础，其中多以知识工程和专家系统的方法实现。这种CAD与AI的简单组合，没有也不可能从真正意义上实现方案设计自动化。创造性如何在方案设计过程中体现一直是困扰设计理论研究工作者的棘手问题，也一直没有很好地解决，本文将就这一问题作一探讨。

1机械方案设计的一般过程

一般认为，方案设计阶段主要有两个任务：首先是建立技术系统的功能结构。然后通过选择相应于功能结构中的每个功能的功能载体，并组合这些被选择的功能载体形成整个技术系统的设计方案。

通用设计理论认为，方案设计过程可表述为两个映射过程（图1）：即用户需求域到功能域的映射以及功能域到结构域的映射。由需求域到功能域的映射过程最能体现设计者的创造能力，这一过程涉及到对设计思维规律以及创造性机理认识水平，涉及到自然语言到专业技术语言的转化。尽管有些学者提出通过对设计要求进行层次分解来建立功能结构图的讨论，但一般还要通过人工干预进行。从功能到结构的映射，实际上是功能结构图中的每一个分功能与能实现该分功能的结构进行匹配，一般情况下，总体功能往往包含着许多分功能。而每一功能可以由不同的结构来实现，因此存在组合、协调和评价筛选的问题。具体的机械方案设计过程如图2所示。

图2所示的机械方案设计过程还可通过数学形式进行描述。设总体功能为U，它可分解为一些子功能，分解过程可形式化为：

U＝（U1，U2，…Um）（1）

即总体功能是有m个子功能UI（I＝1，2，…m）组成的。

任何一个子功能UI（I＝1，2，…，m）对应着能够完成该分功能的子结构的集合TI，即

TI＝（tI1，tI2，…，tin）（I＝1，2，…，m）（2）

式中tij（j＝1，2，…，n）对应于能完成子功能UI的所有子结构，n为完成该子功能的子结构总数。如果用UI定义行，tij为元素构成矩阵，即得到功能与结构相联系的“功能—结构技术矩阵”：

（3）

当然能够实现各子功能的子结构数并不相等，可以将能够实现某一子功能的最多子结构数定为n，少于这个数的子功能元素项用零表示。图2所描述的机械方设计的一般过程，看起来很简单，但计算机实现有许多问题需要解决。如总功能如何分解为子功能、功能如何表达（因为从不同的角度提出的功能表达词汇是不相同的）以及如何有效根据功能索引子结构等问题有待进一步探讨和研究。

2基于机构结构类型变异综合方法

自60年代图论理论首次被应用于机构设计以来，它在机构分析与综合方面的应用得到深入的研究。在图论中，封闭的图代表机构，顶点代表连杆，边代表运动副。图可以用矩阵（如邻接矩阵和关联矩阵）表示、分析和计算。1979年，Freudenstein和Maki提出“功能与结构分离”的方法用于机构综合，随后许多学者对这一方法进行研究和深化。该方法包括如下几个环节：

2．1根据用户的需求，提出机构创新设计任务与技术要求：

（1）拓扑结构要求

如运动性质（平面运动或空间运动）、基本回路数（或独立环数目）、运动副类型及数目、构件类型及数目、主动副类型及其位置以及机架的构件类型及其位置；

（2）功能性要求

如输出构件数目及其位置、每一输出构件的任务（如轨迹生成、函数生成、导引以及其它要求、满足对预定的速度及加速度要求、满足对机构整体的动力学性能要求；

（3）约束条件

如运动精度、结构紧凑性、刚度、机械效益、轴销作用反力以及制造、装配、成本等方面的约束。

2．2结构类型综合

通过结构类型综合列出满足设计任务要求的全部结构类型并以适当形式表示。

2．3优选结构类型

根据功能要求和约束条件，筛选出好的结构类型。

该方法目前研究局限在平面连杆机构的结构类型综合，且一般集中在运动链同构识别、自由度识别方法以及平面运动链自动生成等理论方法研究阶段。尽管有一些应用的研究报道，但都是针对简单机构（如变冲程发动机活塞机构、车门开启机构等）通过人工方式实现。计算机实现还有一些关键技术没有很有效的方法，如运动链同构识别问题，主动副位置确定、机架位置的确定、杆组的自动划分以及对运动链进行评价筛选等问题。

3集成功能推理及结构推理的方案创新设计过程模型

如果用人工智能语言描述，在上述第1小节中讨论的机械方案设计的一般过程是基于功能推理方式，而第2小节中所讨论的机构结构类型变异综合方法是基于结构推理方式。这两种方式有其内在的联系，如何将这两种方式有机地联系在一起对于机械方案创新设计是一件很有意义的工作。功能推理主要解决功能到结构之间的映射，通过结构部件组合途径形成机械方案。而结构推理是从结构部件的拓扑结构上通过机构演绎（机架变换，主动件位置变换以及运动副类型变换）途径对机构进行变异创新，尽管目前结构推理局限在平面连杆机构结构类型综合，但通过本文的研究，该方法可以扩展到一般刚体机械方案创新设计。有鉴于此，作者提出如图3所示的集成功能推理和结构推理的机械方案创新设计过程模型。

该设计过程模型由以下主要步骤组成：

Step1：功能结构图的建立。根据设计要求，建立功能结构图。

Step2：根据建立的功能结构图，寻找满足各子功能要求的功能载体并组合成为原始机械方案。

Step3：将原始机械方案进行抽象化为表达机械方案连接信息的运动链表示。并记录原始方案一些约束信息，如自由度数、杆数、原动件必须是几副杆、输出构件是否必须与机架相连等等。

Step4：运动链发散。列举所有与抽象化表示的运动链具有相同自由度、杆副类型以及杆数的非同构运动链，并进行筛选。

Step5：机械方案元型集的生成。对筛选的运动链进行机架识别、原动件识别、杆组识别，形成用连杆和转动副表达的机械方案元型。

Step6：候选方案集的生成。将以上生成的机械方案元型通过类型替代，形成候选方案集。

Step7：方案的评价决策。得到最优方案。

Step8：方案的尺度综合。

4机械方案创新设计智能支持系统

根据以上的过程模型，我们开发了机械方案创新设计智能支持系统MCIDISS。系统的结构如图4所示。该系统由五大模块组成：

（1）基于实例功能推理的原始机械方案生成模块：该模块采用两级实例推理的模型，完成从设计任务到功能结构图的建立以及装置提取与组合协调设计生成原始机械方案的

任务。

（2）基于结构推理的方案设计创新模块：该模块在上面模块产生的原始机械方案的基础上，通过抽象化表示，将原始机械方案表达为一般化运动链，从机械方案拓扑联接上进行变异创新。

（3）评价决策模块：该模块主要任务是对各阶段的设计解进行评价决策。系统主要采用模糊综合评价决策方法。

（4）机构尺度综合模块：该模块主要任务是对组成机械方案的机构参数进行综合，以便从尺度上论证方案的可行性。

（5）运动分析及仿真模块：该模块是在完成机构尺度综合后，对其进行运动分析和仿真，以便使设计者对所设计的方案有一个清晰直观的认识。

篇2

联想创新设计中心总经理姚映佳告诉《财富》（中文版），中心的作品曾获得世界最著名的三项工业设计领域大奖（IDEA、REDDOT、IF）和日本G-Mark工业设计大奖、亚洲最具影响力设计奖、Intel创新PC奖等奖项。最近，在本刊进行的中国最佳创新设计评选中，联想的产品又名列前茅。北京工业设计促进中心主任陈冬亮在跟联想共同工作的十年当中，见证了它从一个自发的工业设计小组逐渐成长为国际著名设计机构的过程。他说，联想获得的奖项已经不仅仅是奖励，而是已经成了一个品牌、一种标志，它标志著企业自主创新能力和企业设计师的创新能力的形成。

企业重视设计工作，最直接的目的是希望通过产品获得市场更大的认可，推动产品的销售。具体到一种设计到底能给企业带来多大的收益，姚映佳认为这是很难具体量化的，但国外的统计显示，在设计方面每投入1美元，就会给企业带来至少10倍的增值。设计带来的不仅是企业有形的价值增值，更重要是无形资产包括品牌价值的提升。1999年联想天禧电脑上市后，由于是一款创新性的产品，其中的单键飞梭设计让用户上网更加容易，因此深受欢迎。再加上创新的商务模式和服务模式，使天禧成了既叫好又叫座的产品。到了2000年，天禧已经为联想创下37.5亿元的产值，也帮助联想在1999年登上亚太市场PC销量榜首，并跻身全球十强。同时，它使联想在香港的股价同期上升了100%。另一款创新性产品天骄电脑，由于新颖的设计和独特的功能，上市当天就获得了2.5万台的订单。如果按照1万元1台计算，其所创造的销售收入就达到2.5亿元。

一款设计新颖的产品，也意味著新的商机。不久前，联想设计的一款笔记本电脑产品，采用了中国红的颜色外观，可口可乐公司觉得很漂亮。在请联想打上自己公司的标识后，可口可乐公司进行了集中采购。在姚映佳的印象里，诸如此类的例子举不胜举。

当然，设计不是产品热卖的惟一原因，热卖是多方面因素共同作用的结果。至于技术创新与设计创新的关系，姚映佳说，如果用"桃核"理论来比喻，那么技术就是桃核。消费者在买桃子时，不会直接看到桃核，但桃子是不能没有桃核的。消费者关注的是桃肉、桃皮，这些就是设计所带来的东西。因此，设计和技术是一个密不可分的整体，它们的联系越紧密，越能充分发挥企业的核心竞争力。技术和设计还有一层关系，涉及到设计的一个基本目的:实现技术对用户的价值最大化。

不管是技术还是设计，都有一个共同点，那就是创新。在联想集团高级副总裁兼首席技术官贺志强看来，设计就是创新，就是不断追求新的可能。这种理念也是为什么联想把工业设计中心变成创新设计中心的原因之一。

联想早在1996年就在业界率先引入工业设计，使之开始在产品开发中发挥作用。当时，姚映佳是联想引进的第一位设计师。到了2000年，联想成立了工业设计中心，开始把关注点转移到"以用户为核心"上。通过对产业生命周期的分析，联想发现，在产业成熟期，以用户需求为中心，对用户群进行细化，满足用户需求和实现用户增值，是实现商业突破性发展的关键。在不断强化设计工作的过程中，联想发现只做好外观和结构设计并不能满足市场的需要，不能满足产品创新深度需求和用户对产品易用性和安全性需求，于是多专业协同开发创新就成了必然的选择。如今的联想创新设计中心，已经是一个跨越众多专业的部门，涵盖了模具工程、材料工程、产品设计、结构设计、平面设计、交互设计、机电工程以及社会学、心理学等多专业领域。

经过10年的体验，姚映佳觉得，联想重视设计是意料之中的事情，因为设计跟商业的联系越来越紧密。天禧电脑正是有了设计师的参与，才取得不同凡响的市场效果。现在，联想重视创新设计中心的程度跟其重视PC市场份额一样，已经把设计工作视为联想的核心竞争要素之一。对于设计工作的重要性，姚映佳喜欢把它比喻成企业的右大脑，负责情感管理，是人类思考艺术情感的器官。一个企业就像一个人一样，如果右脑被抑制，就会显得缺乏活力和吸引力。在整个联想集团，创新设计中心的另一种突出作用是成为集团的桥梁，连结著几乎所有部门，包括市场、制造、服务等。正是设计把集团连成了一个更加紧密的整体。

在一般人心目中，一谈到设计，想到的更多是风格、造型等因素。实际上，设计工作是艺术与技术的统一体，它本身就是一个具有人文成分的学科，要求设计师既要理性思考，又要用感性去创新和发现。在产品创新过程中，不是说做一个多么漂亮的设计，而是首先了解设计为谁而做。在联想创新设计中心，专门有从事用户研究的部门──焦点用户实验室。比如，要开发一种针对高端人士的手机，首先要确定哪些用户属于高端用户。在具体研讨时，各个部门都要参与进来。

联想内部经常说的一句话，就是"满足用户的潜在需求"。联想的设计理念，可以理解为"以用户需求为核心，使设计成为连接技术和市场的桥梁，多专业协同增值"。

在这个意义上，企业的设计产品与艺术作品会有很大的区别。艺术作品要求尽善尽美，而企业设计则要充分考虑用户的使用感受。艺术家可能会呕心沥血于一件经典之作，而设计人员会考虑产品是否可以批量制造，跟商业结合是否紧密。当年，联想在设计天禧电脑的单键飞梭时，是根据当时国人普遍不会熟练操作电脑的情况出发，设计出只要按下一个键就可以方便进入操作界面的易用功能，使普通用户使用电脑不再是一件难事。姚映佳说，这一设计加快了因特网在中国的普及，为中国社会的进步做出了贡献。

设计工作要满足用户的潜在需求，姚映佳觉得最大的困难是设计师如何挑战自己，超越自己。只有跳出老圈子，原有的束缚，才能打开一片新天地。同时，设计作为一门给人以舒适和美的艺术，离不开文化和社会环境。联想作为一家起源于中国的国际企业，已经形成了基于中国文化基因的创新设计风格。获得本刊最佳设计大奖的联想天骄A电脑的整体造型，其语言灵感就来自中国的玉器；新天逸系列笔记本电脑的外形曲线灵感，则来源于中国古代的陶器（这款产品于2005年获得被誉为工业设计界"奥斯卡"的德国"红点奖"）；而在天逸F30/40笔记本电脑上，可以看到一个明显的标志性设计，能够一指玩转所有影音功能的"娱乐飞梭"。这一设计巧妙地运用了点线的组合，让人联想起中国古代的折扇。