通用技术作品设计要求范文第1篇

一、对反求对象的分析

在进行反求设计前，首先要对反求设计的对象（全文简称反求对象）进行分析。

1.对反求对象的设计指导思想和功能原理的分析

产品的设计指导思想决定了产品的设计方案，深入分析并掌握产品的设计指导思想是分析了解整个产品设计的前提。充分了解反求对象的功能有助于对产品原理方案的分析、理解和掌握，且有可能在进行反求设计时得到基于原产品而又高于原产品的原理方案。

2.对反求对象的工艺和装配的分析

反求设计和反求工艺是相互联系的，缺一不可。在缺乏制造原型产品的先进设备与先进工艺方法和未掌握某些技术技巧的情况下，对反求对象进行工艺分析通常采用以下几种常用的方法。

2.1采用反判法编制工艺规程。以零件的技术要求如尺寸精度、形位公差、表面质量等为依据，查明设计基准，分析关键工艺，优选加工工艺方案，并依次由后向前递推加工工序，编制工艺规程。

2.2改进工艺方案，保证引进技术的原设计要求。在保证引进技术的设计要求和功能的前提条件下，局部地改进某些实现较为困难的工艺方案。

2.3用曲线对应法反求工艺参数。先将需分析的产品的性能指标或工艺参数建立第一参照系，以实际条件建立第二参照系，根据已知点或某些特殊点把工艺参数及其有关的量与性能的关系拟合出一条曲线，并按曲线的规律适当拓宽，从曲线中找出相对于第一参照系性能指标的工艺参数，即是需求的工艺参数。

2.4材料国产化，局部改进原型结构以适应工艺水平。由于材料以及工艺对加工方法的选择起决定性作用，所以，在无法保证使用原产品的制造材料时，或在使用原产品的制造材料后，工艺水平不能满足要求的情况下，可以使用国产化材料，以适应当前的工艺水平。对反求对象进行装配分析，应主要考虑：用什么装配工艺来保证产品的性能要求，能否将原产品的若干个零件组合成一个部件，如何提高装配速度等。

对反求对象精度的分析，产品的精度直接影响到产品的性能，对反求对象精度的分析包括了对反求对象形体尺寸的确定、精度的分配等内容。在确定形体尺寸时，根据反求对象软件、影像或实物的不同，所选用的反求方法也有所不同。若是实物反求，则可通过常用的测量设备（如万能量具、投影仪、坐标机等）对产品直接进行测量，以确定形体尺寸；若是软件反求和影像反求，则可采用参照物对比法，利用透视成像的原理和作图技术并结合人机工程学和相关的专业知识，通过分析计算来确定形体尺寸。在进行精度的分配时，根据产品的精度指标及总的技术条件、产品的工作原理图，并且综合考虑生产技术水平、产品生产的经济性和国家技术标准等，按以下步骤进行：明确产品的精度指标；综合考虑理论误差和原理误差，进行产品工作原理设计和安排总体布局；在完成草图设计后，找出全部的误差源，进行总的精度计算；编写技术设计说明书，确定精度；在产品的研制、生产的全过程中，根据实际生产情况，对所作的精度分配进行调整、修改。

产品造型设计是产品设计与艺术设计相结合的综合性技术。其主要目的是运用工业美学、产品造型原理、人机工程学原理等对产品的外形造型、色彩设计等进行分析，以提高产品的外观质量和舒适方便程度。例如，在数控系统的设计中，就要充分考虑到数控系统的显示器的布局问题，图形和汉字显示问题，数控系统操作面板的造型和色彩问题，各个功能操作按键的造型、色彩、布局及操作的方便性问题等等。

分析反求对象时，要考虑到所引进的产品是否已经系列化，是否为系列型谱中的一个，在系列型谱中是否具有代表性，产品的模块化程度如何等具体问题，使得在设计制造时少走弯路，提高产品质量，降低成本，生产出多品种、多规格、通用化较强的产品，从而提高产品的市场竞争力。

二、反求设计的研究内容与方法

1.软件反求设计法

软件反求设计法是以产品的样本资料、产品标准、产品规范以及与设计、研制、生产制造有关的技术资料和技术文件等为研究对象的反求工程技术。软件反求设计的目的是通过对所引进的如上所述的技术软件的分析、研究，提高本国在该产品技术上的设计、生产制造能力。

2.影像反求设计法

影像反求设计是以产品照片、图片、影视画面等参考资料为对象来进行分析设计的。在运用影像反求设计的方法进行分析、设计时，由于研究对象主要是产品的外观图片、画面、影像等，很难甚至无法了解到产品的内部结构。为此，在进行设计时，要求工程技术人员必须掌握相应的理论和分析方法，如中心投影规律，透视变换和透视投影，透视图的形成原理、色彩、阴影等相关知识。影像反求设计法的设计步骤：广泛地收集参考资料；多方面分析、研究参考资料；设计产品的方案；评价方案；设计反求技术。

3.实物反求设计法

实物反求设计法的研究对象为引进的比较先进的设备或产品实物，其目的是通过对产品的设计原理、结构、材料、工艺装配等进行分析研究，研制开发出与被分析产品功能、结构等方面相似的产品。实物反求设计是一个认识产品—再现产品—超越原产品的过程。

实物反求可分为对整个设备的反求（即整机反求）、对组成机器的部件的反求（即部件反求）和对机器零件的反求（即零件反求）三个组成部分。

实物反求设计法一般是通过三坐标测量机或激光扫描机等先进的数据采集设备获取复杂零件的三维数据点，然后利用反求软件进行数据点处理，实现由点一线一面的CAD三维模型设计。所以，软件反求设计法主要包含两项内容，一是实物模型表面数据点的获取，即数字化技术，二是曲面造型技术。

通用技术作品设计要求范文第2篇

关键词：CIMS；并行工程；敏捷制造；虚拟制造

0 前言

计算机辅助设计(CAD)技术是近几十年来迅速发展起来的一门新兴的综合计算机应用技术,它的应用和发展已经成为衡量一个企业工业现代化水平的重要标志。特别是在当今市场竞争日趋激烈的条件下，要想赢得竞争，企业必须以最快的上市速度、最好的质量、最低的成本、最优的服务、最利于环境的产品满足用户的不同需求。在各种先进的制造模式中，CAD技术得到了广泛的应用。无论是并行设计、协同设计、虚拟设计，还是环保设计都离不开现代CAD技术的应用。应用现代CAD技术能使设计工作实现网络化、集成化和智能化，以求达到产品设计周期短、成本低和高质量的目标。

1 CAD技术在并行工程中的应用

并行工程和协同工作是一种新型的设计模式，通过把先进的企业管理和先进的自动化技术结合在一起，采用并行化的产品设计理念及其相关过程，在产品的设计早期全面考虑产品的制造过程和生命周期。并行工程的设计方法强调功能和过程的集成。在对产品设计过程进行集成的前提下，优化和重组产品的开发过程，实现多学科专家群体协同工作的工作方式。

（1）将企业实施的各种串行过程转变为并行工程，要求在进行上游工作环节设计的同时，尽可能多的考虑下游工作环节的工作。在产品设计的初始阶段，应全面考虑后续制造的相关问题，对产品的可靠性、可制造性、可测试性、规范性和成本可计算性进行设计，尽早考虑产品整个生命周期中的所有设计因素，以求达到各项设计工作的协调一致，力争设计工作一次完成。

（2）并行工程的实施需要建立多学科协作的组织形式，运用可制造性设计DFM方法开发新产品。当采用这种设计方法时，由于需要集体合作，所以个体的设计结果应该信息共享，设计规范统一，应用集体的智慧和经验，产生高质量、低成本的产品。

（3）在进行产品的并行设计时，要选择合适的软件工具和方法，选定的软件能对产品的设计、制造周期进行全程服务。在设计、制造周期中的数据交换应符合STEP标准，便于实现产品数据管理PDM。通过这些CAD技术的应用使产品的开发集体所有成员都组合在同一个信息环境中，保证所有成员得到最新、最准确的产品信息，协同一致的完成设计任务。在产品的设计早期全面地考虑产品的制造周期。

2 CAD技术在敏捷制造中的应用

精良（Lean Production,LP）生产是一种新的生产模式，这种生产方式在日本企业中得到了推广应用，并且取得了成功，促进了日本经济的快速发展。在精良生产方式中，从生产操作、组织管理、经营方式等各方面，找出一切不能为产品增值的活动和人员，加以改革，进而杜绝浪费，提高经济效益。精良生产方式实现了精良管理、精良设计、协同配套、用户至上、高素质人员的集成。在此基础上，美国的制造业界提出了敏捷制造（Agile Manufacturing, AM）的先进制造模式，为了实现企业生产制造的敏捷性，采取现代通讯手段，通过快速配置各种资源，以有效和协调的方式响应用户需求的一种新的企业发展战略。这种生产模式正在发展之中，其基本思想是将灵活的动态联盟组织、先进的柔性生产技术和高素质的人员全面集成，使企业能够应付迅速变化和不可预测的市场需求，以求得长期稳定的经济效益。CAD技术在产品设计、生产全过程的动态联盟组织中的应用有如下特点：

（1）实现产品的敏捷设计和管理。

应用CAD技术可实现设计资源共享、信息服务、合作建模、数据管理和设计过程管理，达到敏捷设计的目的。在敏捷设计中，产品的开发是利用数字方式确定工作任务，用数字方式在各部门、各地点的合作者之间进行联络。产品开发环境中的产品实际上是一种数字模型，在同一个数字模型上工作，通过PDM系统管理和集成，PDM是管理产品信息的重要技术措施。

（2）实现网上协同设计。

在网络环境下，从事CAD技术工作的人员组成跨专业学科的设计团队，分散在不同的企业中，实现企业间的动态集成。随着产品结构的日益复杂化以及新技术更替的加快，对某些产品一个企业已不可能快速、经济的独立开发和制造，必须寻求企业的动态联盟形式，把具有各种特点和优势的企业以产品为纽带联合在一起，共享一个产品数据库和统一的产品数据管理系统，最大限度的保证设计者和制造者以优化的形式在网上进行新产品的协同设计和制造。

3 CAD技术在CIMS集成系统中的应用

早期的CAD系统是致力于提高绘图的工作效率，数控机床的出现，发展成了计算机辅助制造CAM，进而促进了CAD技术的发展。在CIMS系统中，要求产品的信息实现CAD、CAPP和CAM的集成，实现产品设计到制造各环节中资源共享和信息传递，提高设计效率。CAD技术在CIMS系统中的应用有如下特点：

（1）CAD建模技术的应用。

特征建模技术是CIMS的关键技术之一。它是在CAD/CAPP/CAM范围内建立相对统一的、基于特征的产品定义模型，包括了从产品设计到制造各阶段所需要的产品定义信息，通过产品的几何形状信息和工程信息的描述，体现设计意图，并将产品的设计意图反映到各个后续环节。特征建模技术是CAD/CAPP/CAM集成的重要前提。

（2）数据交换技术的应用。

对于以单元自动化为目标的CAD/CAPP/CAM应用系统，各子系统数据的逻辑和物理结构差异很大，这给各子系统间的数据传递带来了一定的困难。因此，需要设计专用的数据格式文件交换产品信息。为了提高产品数据格式的标准化程度，可通过标准数据格式文件交换产品信息，这需要在各个子系统中设计前/后置数据处理程序，实现系统数据格式与标准格式的转换，常用IGES图形数据交换格式作为各子系统数据转换的标准格式。也可以通过统一的产品模型交换设计信息，使各子系统间直接进行信息交换，采用STEP标准以通用的数据格式描述一个产品在生产周期内完整的产品模型。这样做可以大大提高系统的集成性。

（3）产品数据管理（PDM）技术的应用。

为了提高数据传输效率和系统的集成化程度，保证各子系统间设计数据的一致性、可靠性和数据共享。可采用产品数据管理系统（PDM）统一管理与生产有关的全部信息。CAD/CAPP/CAM之间不需要传递信息。各子系统从PDM系统中提取和存放各自需要的信息，从而真正实现CAD/CAPP/CAM的集成。通过PDM实现产品设计、分析、制造、工艺规划和质量管理等方面的信息集成，确保CAD/CAPP/CAM设计出最新、最好、性能最优的产品。

通用技术作品设计要求范文第3篇

一是“人性化设计”与我国古代所崇尚的人文关怀异曲同工，意在符合人们的物质需求，并在此基础之上进一步强调设计中的精神需求与情感需求。“人文关怀”恰恰是对这种关系的辩证认识。二是中国文化一直主张万物同体，天地相携，认为人和自然是密不可分的，世间万物都有相互关联，是不可分离的。古人能够把自己融入到环境当中，依山傍水最佳状态，休养生息比比皆是。反过来我们看看今天人类的行为，乱砍滥伐、污染遍布，所以产生了很多不和谐的因素，对人类的生存发展构成严重威胁，现在人们又在反思，重新提出“天人合一”的理念，注重绿色设计。从某种角度看，是自然对人们的惩罚，更是不尊重传统文化的后果。所以“天人合一”思想也必然为我们当今的设计师及其后人推崇。这些传统性美学观在根本上影响着我们的现代设计思想。

二、工业设计之产品美学元素

产品的形态、材料、工艺、声、光、色等要素构成其所特有的系统———符号系统。它是设计师与使用者之间沟通的桥梁，是设计师设计思想的具体体现，通过这一系统的“描绘”，能够表达出产品的实际功能，说明产品的特征，突出设计师的思想，表现产品的美。产品的美反映的是使用者与产品之间融洽的内在关系，由产品作用于使用者的视觉、触觉、听觉等感官，使其得到最高的心理与生理享受。

三、工业设计之技术美学

通用技术作品设计要求范文第4篇

关键词：计算机；产品设计；应用

通过在产品设计中引入计算机技术，不仅能够大大提升产品功效，而且其开发周期也得以大幅缩减。在产品设计的各环节，包括调查、分析、定位等由于有了计算机技术的应用而更加便捷，而且计算机技术也在产品设计的草图、效果图、模型制作等各环节都发挥着重要的作用。无论是产品设计的前期市场调研、还是工厂加工等方面，都可以通过计算机展开科学的组织与运营。计算机在产品设计中的应用涉及到多种学科知识，包括工程设计、计算机科学、社会学、协同学以及相关的基础理论与技术支持等等[1]。计算机设计的理论基础为计算机在产品设计中的应用提供理论支持，技术支持使得计算机在产品设计的系统实施、支撑环境等方面提供切实可行的技术方案。在对计算机在产品设计中的应用研究中，除了应该注重设计环境的优化，还应该加强对产品设计的内在特征与机理提高重视。

1产品设计的概念

1984年出版发行的《EngineeringDesign》一书中，首次提出了产品设计的概念，并将其过程分成任务的明确、概念设计、具体设计以及详细设计这四个环节。该书中对于产品设计的定义如下：源于技术和艺术，充分运用造型与艺术原则实现所需要的功能，通过对于设计过程中的不断分析、修改、调整，确保其能够与人、机器以及环境的互动界面相适应。在产品设计的整个过程中，能够从产品生命周期中各阶段的要求出发，对产品进行功能创作与分解，并对产品的功能及子功能作出结构设计与系统优化，使得产品设计达到一种最优的效果。

2计算机下的产品设计

随着计算机技术的普及和发展，计算机在产品设计中的应用已经非常普遍。但是，在计算机下的产品设计中，CAD系统的研发初衷并不是产品设计，虽然现代的主流设计软件例如3DMAX等，都可以形成复杂而准确的三维模型，加之CAD系统中的约束性条件，使得CAD处于产品设计方案定型后的辅助绘图工具，并没有发挥真正意义上的产品设计功能。面对如此情况，未来计算机产品设计软件应该以计算机辅助智能化设计以及专家系统为基础进行发展。具体而言，主要包含以下几个方面：第一，增加三维或者多维交互功能，全面提升概念设计阶段的人机交互效率[2]。第二，确保CAD系统能够在产品设计阶段参数不完整的情况下展开产品设计。而且待详细结构设计完成以后，无需重新建模，通过直接修改便可以使用，并不会对设计效率及周期产生影响。第三，应该同时满足设计者脑海中关于产品概念的需求及其直接参与CAD建模的需求。新的系统应该力求操作简洁、易于交互，从而为设计者集中精力展开创新创造条件。

3虚拟现实技术简介

该技术指的是通过对三维图形生成、多传感器交互等一系列以计算机为基础而发展起来的技术的综合应用，从而形成具有真实效果的多维虚拟环境，然后通过专业化视觉、听觉以及触觉等各种感知设备的应用，为用户创造出一个虚拟的空间，保障用户在这一空间中能够和其中的人或者物展开适时交流，使用户产生一种和真实环境类似的感受和体验。

4计算机在产品设计中的应用

随着现代计算机技术的应用与普及，各种软硬件技术、图形学、虚拟与仿真技术也得以飞速发展，并且在产品设计中得到了良好的应用。此外，CAD技术以及RPM等技术的应用，极大推动了先进设计理论与方法的发展。由于虚拟现实技术的交互性推动了计算机辅助设计的发展，将产品设计产业推向了新的发展阶段。

4.1计算机在课题和产品设计定位环节的应用

对于产品设计过程而言，其设计定位环节的主要任务在于对整体设计方案的提出、制定开发目标，并在此基础上展开信息调研和分析工作。通过在产品设计定位中引入计算机技术，设计师的工作被大大简化。设计师在以往设计环节中繁琐的工作被抛弃，他们只需要提出调研思想、对分析方式作出判断，选择定性或者定量分析，在调研问卷的制作过程中，可以充分运用计算机办公软件中的Word功能，在调查结果的分析中，可以通过Access进行分析，筛选出有用数据，并将这些信息整合，生成数据库系统，从而便于后期的检索与查询，在数据的分析计算中，可以利用办公软件的另一大功能———Excel，根据数据统计生成用户所需的各种图表，非常方便，而且计算准确。在数据分析中，除了能够使用办公软件中的各种组件，还可以利用其他的分析软件，如SPSS等。在产品设计中，注意到其核心内容始终围绕用户需求而展开，因此，无论是引入计算机技术，还是展开其他方面的变革，它的最终目的便是，迎合人类越来越高的需求，为人们生产生活方式指明方向。和以往那种落后而又粗略的人工信息调研方式相对比而言，通过计算机的应用，现代新型的调研方式更能够满足产品设计师的要求，有利于产品设计师能够更深入、更准确地了解人们需求，从而使得产品设计能够紧紧围绕设计的核心目标而展开。

4.2计算机在产品设计环节的应用

4.2.1产品外形设计

随着现代市场竞争激烈化程度的加深，各厂商为了提升自身竞争力，都纷纷加大了对产品研发设计的投入，积极探索产品设计的新思路、新方法，而且推动了研究成果向生产力的转化，将新产品迅速推向市场。通过计算机中的绘图技术在产品外形设计中的应用，做到了对产品外形设计过程中的随时修改、评测。近年来，计算机技术中的虚拟现实与仿真技术由于能够为用户带来逼真的视听效果，而受到了普遍欢迎，而且在产品的设计过程中发挥着重要作用。通过三维造型软件，例如3DMAX，Pro/E等，完成对数字模型的创建，或者利用三坐标测量仪进行直接测量，得到点云数据之后，然后将其拟合，最终得出三维模型。以上通过计算机对产品设计模型做出反复修改、分析的过程，将产品设计的工作量降低到传统设计中的二分之一。此外，在产品外形设计过程中，还能够根据不同用户的需求，在计算机软件所营造的虚拟环境下，让其感受到产品外观的质感、色彩、风格等等，将最真实的产品外观以虚拟的形式加以呈现。

4.2.2产品的动力学仿真

在对新产品的设计时，必须对解决好运动构件工作中的运动协调关系、运动范围以及产品的动力学性能等问题，包括强度以及刚度两个方面，这些都离不开计算机的作用。计算机图形图像学技术支持下的虚拟现实技术为可视化的实现提供了强大的界面，将以CAD为基础建立起的三维模型做出有关功能、几何、加工与装配等多方面的交互性修改。同时还可以动态查看产品装配的一切运动过程，也能够实现对运动零部件的动态检测，科学评价各零部件之间的比例关系。

4.2.3产品的展示设计

通过计算机三维动画或者虚拟现实技术设计的产品广告，其展示推广效果非常强烈，除了能够全方位展示出产品的外观，而且也能够将产品的内部结构、装配过程以及使用方法等多方面进行展示[3]。此外，通过新技术的使用，能够有效合成虚拟环境，确保用户能够在这一环境中漫游、选择合适的观察点及方向对场景进行实时计算。还可以通过快速、低价的以影像合成为基础的虚拟环境来完成对主场景的营造，并且与计算机绘制的虚拟模型相融合，实现互动式交互[4]。通过现代计算机互联网技术，对产品进行介绍，具有直观、生动的特点，全面提升广告的效果，更为直观便捷地和使用者进行互动。

5结论

综上所述，在产品设计环节引入计算机技术可以说是产品设计发展史上的一次标志性变革。计算机在产品设计中的应用，需要系统的理论研究在做支撑，同时，广大产品设计以及计算机工程师们的重点研究方向之一便是对系统理论的研究。随着计算机在产品设计中的应用而产生的新设计技术主要包括：在虚拟环境中定义3D约束、交互设计、手绘草图、零部件的物理性能等等[5]。相信在未来，伴随着新技术的发展以及产品设计理论的更加丰富，制造业市场竞争日趋激烈的形势下，计算机在产品设计中的应用必定会获得有力发展，并且随着和当前CAD系统的融合，必定会形成一个完整高效的系统，并在产品设计领域得到普遍应用。

作者:聂永涛 单位:黄河科技学院附中

参考文献

[1]古丽巴努•阿不来提.试论通信电子线路中的EAD技术[J].电脑知识与技术,2016,12(2):174-175.

[2]吴冷杰.计算机辅助设计是现代陶瓷产品设计发展的必然趋势[J].中国陶瓷,2005,41(1):9-11.

[3]沈学利,张纪锁.工业产品设计建模方法的研究[J].信息技术,2010,(6):223-225.

通用技术作品设计要求范文第5篇

[关键词] 概念产品 功能技术矩阵 创新设计方法

为了更好地规划公司发展战略，更早地预判市场需求趋势，使设计更具超前性、更具竞争力，概念设计应运而生。“概念设计”最早于1984年由德国学者Pahl和Beitz提出，他们认为：在确定设计任务之后，通过抽象化，拟定功能结构，寻求适当的作用原理及其组合等，确定出基本求解途径，得出求解方案，一部分的设计工作叫做概念设计[1]。概念设计在产品设计过程中占有非常重要的地位，类似于生物的基因，从质的层面决定产品的品质[2]。各大知名厂商诸如伊莱克斯、飞利浦、苹果、宝马等每年都投入大量的人力物力进行相关领域的概念设计实验，并定期推出概念产品展示活动，以求准确把握未来市场的需求与动向，在产品竞争中立于引领地位，实现企业利润最大化。

1 理论基础

目前，国内对概念产品设计理论研究的主体为高校，主要有浙江大学、西北工业大学、河北工业大学等，主要的理论基础有TRIZ、AD、QFD（质量功能配置理论）理论，国家863 科技计划和国家自然科学基金均资助了很多相关的研究课题。

浙江大学的冯培恩教授及其指导的研究生陈泳基于仿生学对概念产品设计方法学进行了探索，为建立基于遗传和重组的技术产品计算机辅助概念设计的新理论和方法做了探索性工作。

河北工业大学的檀润华教授及其指导的研究生王永山基于QFD及TRIZ理论对概念产品设计进行了研究，将QFD与TRIZ有机的结合，应用QFD解决设计中做什么的问题（What），应用TRIZ解决设计中如何做的问题（How），提升产品创新性。

以上对概念设计开发设计的研究虽然取得了一定了成效和进展，但仍然存在很多问题，比如：产品未来概念仅仅从技术进化规律层面研究是远远不够的，人们的审美、需求是多元、动态变化的，对未来需求的预测需要从文化、能源、环境等综合大环境角度进行研究；TRIZ理论解决具体工程问题很有效，但对建立丰富的、多元化的概念路线方面还有许多不足之处；此外现代产品的需求分析分为显性需求分析和隐性需求分析两个层面，苹果公司、微软公司、谷歌公司所创造的极富想象力的新产品显现出对隐性需求分析的重要性，而上述研究都没有涉及如何在概念产品研发中进行隐性需求分析。

本课题针对上述问题提出基于功能技术矩阵的概念产品开发模式，并在需求分析阶段引入TRIZ预测技术与未来预测理论相结合，针对隐性需求分析进行相应研究。

功能技术矩阵是一种非常直观的表格，它将产品所有分功能及其对应的所有可能实现途径罗列其中，设计者可以借助于功能技术矩阵进行各种组合，从中形成实现产品总功能的原理方案。功能技术矩阵为丰富产品开发方案、开拓设计思路、进行方案评价提供了有效解决模式。

TRIZ起源于前苏联，是俄语“发明问题解决理论”的缩写，前苏联著名发明家阿奇舒勒所领导的研究机构为研究人类进行发明创造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理和法则，分析了世界上近250万件高水平的发明专利，并综合多学科的原理和法则，形成了一套TRIZ理论体系（见图1）[3]。此外，阿奇舒勒发现，技术从结构上可以进行进化，并总结出进化的趋势， 该进化趋势概括出：技术系统是按照刚体单铰链多铰链柔性体液体/气体场的趋势进化，我们可以据此总结现在的产品技术处于技术进化中的何种阶段，并预测出该技术进化的趋势，从而在未来竞争中占得先机。例如，海尔集团等就在积极研发替代机械洗衣的利用水电解与超声波震荡相结合的新型洗衣机，这种新型洗衣机符合TRIZ技术进化趋势，能够实现省水、省电、省洗衣剂的要求。

* 福建工程学院教育科学规划项目基金：“基于工作过程导向的创新设计课程教学模式研究”（GB-K-11-05）。

TRIZ有三种工具：①39个通用过程参数和40条发明原理；②物质—场模型和76个标准解；③效应原理解[4]。

图1 TRIZ 理论体系关系

2 基于功能技术矩阵的概念产品开发模式

在概念产品设计过程中，对未来需求的准确预测是成功的起点，准确的设计定位可以为企业赢得市场先机，在科学技术高度发展的今天，单纯利用现有的科技已经不能适应市场的竞争了，苹果、Google等企业的经验告诉我们，现在的产品研发必需具有超前意识，产品开发的模式也必须进行必要的调整；与此同时，如何将未来的需求用最低的成本、最令消费者满意的形式进行展现也是概念产品开发取得成功的另一关键。

隐性需求是与显性需求相对的，隐性需求可以通过一定的转化过程而表现为显性需求从而被企业和用户认知。为了在激烈的市场竞争中赢得先机，国际上比较知名的几大企业甚至提出引导消费者生活习惯的设计口号，在这种背景下，如何挖掘隐性需求成为设计师必须解决的难题。因此，本课题在研究概念产品开发的需求分析过程中，引入需求预测概念——即通过TRIZ预测理论及未来环境预测、归纳，发掘用户的隐性需求，以提升产品开发的创新性。

TRIZ技术进化理论中包含10条定律（或模式）与多条进化路线。这里的10条定律是指技术进化的10个方向。技术进化路线指出了某种技术进化的状态序列，实质是技术如何从一种状态移动到另一种新的状态，新旧状态所完成的基本功能相同，但性能极限提高，或成本降低，即产品沿进化路线进化的过程是新旧技术更替的过程。基于当前的产品技术所处的状态，按照进化路线，通过设计，可使其移动到新的状态。基于TRIZ中技术进化理论的预测结果可以帮助企业确定新产品开发战略机遇。

对未来进行预测，主要通过分析推导得出预期的环境变化、用户使用变化、审美、价值观变化等。这要求在产品开发过程中，多咨询、了解相关专家的科研预测成果，并对技术发展趋势进行充分调研，在后续的概念产品方案评价阶段对新技术、新工艺等应用于新产品中的提案进行中立环境下分析。在确定了用户的需求之后，如何将需求转换为结构随之成为概念产品开发的关键，此过程也称为求解过程，并且解的数量不是单一的，我们必须对解进行评价、取舍。在系统论设计方法的指导下，本研究综合产品开发中的单项技术、理论，并融入相关的预测技术，将功能技术矩阵与创造性解决问题理论相结合，以得到新型创新设计解决模式，对概念创新设计提出新思路、指导一般性概念产品设计。

应用于具体的概念产品开发过程中，本理论的操作流程为：获取需求信息需求转换为功能功能转换为结构方案评价。在此过程中，主要基于功能技术矩阵模型进行产品开发，运用TRIZ理论进行开发定位技术性预测、方案具体求解、方案评价。

2.1 需求设计

获取需求信息：为获得最充分、最全面的需求信息，产品研发团队应对消费者进行全面的需求调查，进行必要的访谈与产品使用观察实验；同时，设计师进行产品试用、专家访谈，以寻求产品缺陷及消费者潜在的需求。

获取隐性需求：隐性需求是指人们还没有意识到的、客观存在的需求。这种需求通常是设计师本人通过敏锐的感觉能力、训练有素并且善于观察和思考的头脑产生出的需求信息。

隐性需求是概念产品赢得未来市场的基础，是概念产品研发的重中之重。获取隐性需求的关键是进行未来预测，这要求我们要洞悉未来社会的发展趋势、人们的生活习惯、科技的动向、人们的审美等等， TRIZ中的技术进化理论为我们对技术的发展提供了未来预测的可能。

2.2 需求转换为功能功能转换为结构

按功能论设计方法进行功能定义、功能分类、功能整理、形成功能技术矩阵。与传统建立功能技术矩阵的方式不同，本研究模式融合了TRIZ创新理论原理（见图2），可以在产品设计过程中提出尽可能多的、有效的设计方案，正确反映设计提案的成本与设计品质，为设计师及企业决策者提供清晰的选择提案，可以有效提高产品设计方案的商业成功率、提升产品品质。

图2 TRIZ创新原理

具体操作步骤为：在建立功能技术矩阵过程中，先将前期的需求设计结果表述为具体的总体功能和分功能（与传统的产品开发过程不同，本研发模式为先确定理想的结果，不考虑具体的实现技术），运用TRIZ创新理论原理生成框架式的广义上的解，再把设计知识、制造知识、商业运作知识等诸多方面融合在一起，最终形成更广度范围内的创新设计方案，建立反映成本、设计品质、实现途径技术先进性等选项的概念产品设计方案多维矩阵模型（见图3），然后按照设定的权重对每个方案进行评分（公式参照式（1）），评分最高的选定为设计方案，进行产品量产、推广。

Si=ΣkjCiI （i=1，2，…n；j=1，2，…m） 式（1）

其中：

Si——第i 项方案的综合评分；

j——表示产品研发评价特性的指标个数；

kj——评价指标为j 时所对应的权重值；

i——产品分功能项；

I——可以实现产品分功能i项的技术途径项；

CiI——多维矩阵模型中可以实现产品分功能i项的技术途径项I的分值。

图3 概念产品设计方案多维矩阵模型

在利用“基于TRIZ、功能技术矩阵的概念产品开发模式”过程中，进行功能转换时，会遇到各种技术矛盾或物理矛盾，TRIZ技术提供了系统的解决方案，融合本多维矩阵模型的方案评价体系，按如下步骤进行：

（1）进行问题分析；

（2）确定理想状态产品所要具备的功能，包括总功能及各个分功能；

（3）查找效应库，解决各功能需求；

（4）对所得出的各个方案选取成本、技术先进性、品质、美学评价等方面进行综合评价，利用前文提到的方案权重综合评价公式进行评分，优选分值最高的方案。