基于增材思维的创成式正向设计 课件03面向子功能的概念设计

基于增材思维的创成式正向设计

第三章从需求到产品概念第6-7课授课教师：

面向子功能的概念设计&概念的模型化表达面向子功能的概念设计：功能分解产品概念——原理性解决方案，是对产品的技术、工作机理和形式的大致描述，能简要地说明该产品如何满足顾客需求，通常采用草图、三维模型表示，并附带简要的文字描述，概念生成的步骤如图所示。产品概念生成初期，设计师首先对产品总体功能进行分解，将复杂问题简单化处理，并以分解出的子功能为基础建立功能模型。功能分解描述产品的功能要素，而不是描述其工作原理。面向子功能的概念设计：原理型机构在产品复杂功能分解为子功能后，设计师必须为每一个子功能找到解决方案（逻辑关系如图所示），这是整个设计过程中最具创造性的工作，需要为各个子功能找到工作原理，这些原理必须最终结合到工作结构中。“功能——机构——结构”的设计思考过程是螺旋演进的。概念的模型化表达厘清产品功能与原理的映射关系之后，需要将概念抽象为理论模型。所谓理论模型，即是产品“功能-原理-形态”的结构化表示，如图所示。用户需求决定产品功能；结构、原理、形态实现产品功能；概念是功能、结构等的解决方案。第8课授课教师：

概念的系统性组合概念的系统性组合：概念分类树

信息和数据的系统性呈现在两方面是有帮助的：一方面刺激在不同的方向上进一步搜索解决方案；另一方面有利于识别兼容的组合。通过构建理论模型，可以将针对功能、结构等的解决方案按照一定的逻辑关系罗列开来，然而，由于特定的功能可通过不同的原理/结构实现，因此在产品方案提出时会产生大量排列组合问题，这些问题会导致设计工作陷入混乱。为了避免这种混乱，我们引入概念分类树这一工具。概念分类树把可能的解决方法组成的整个空间划分为若干类别，以便比较与修正，如图所示。分类标准和特征在系统地搜索解决方案和技术系统解决方案概念的变化时可能会很有用，它们包括：能量类型；物理效应和现象；工作几何；工作运动；基本材料属性。另外，概念分类可以将某一特定分支的功能进一步分解，以提升设计可靠性。概念的系统性组合：概念组合表

概念组合表是另外一种解决方案管理/调用的工具，它能从系统的角度考虑解决方案的组合，如图所示。概念组合法的主要作用是确定哪些解决方案原理是兼容的，也就是说，将理论上可能的搜索字段缩小到实际可能的搜索字段。第9课授课教师：

概念的选择及验证概念的选择及验证：概念的选择概念选择：对各概念间的优劣进行比较，筛选一或多个概念进一步调查、测试、研究，使得概念能够更好地达成顾客需求及其他指标的过程。它虽然是一个收敛的过程，但不一定能很快就选出最优概念，所以必须反复进行筛选。概念选择是一个迭代的过程，与概念生成、概念测试紧密相连，概念筛选和评分则帮助团队凝练和改进概念，并最后选择出一个或多个优质概念进行接下来的测试，或进一步的产品开发行为。概念选择方法主要包括：外部决策、资深设计人员决策、直觉、表决、网络调查、优劣对比、原型测试、决策矩阵、产品对标等，其中决策矩阵是一种准确率、效率较高的选择手段，它可以避免人工决策所带来的主观性缺陷，其实施步骤如图所示。概念的选择及验证：概念的选择确定评估标准：任何评估的第一步即制定一套目标，并从中推导出评估标准。在技术领域，这些目标主要来源于需求清单和总体约束，这些要素列出了特定解决方案中确定的要求。

一套目标通常包括了各种技术、经济和安全因素，而且它们在重要性上也有很大差异，这些目标应尽可能满足以下条件：目标必须尽可能完整地涵盖决策相关要求和一般限制，以免忽略基本标准；评估所依据的单个目标应尽可能独立；即，对一个目标增加一个变量的值，不能影响其对于其他目标的值；如果可能的话，要评估的系统的属性必须以具体的定量或至少定性（口头）术语表达。这些目标的列表在很大程度上取决于特定评估的目的，即设计阶段和产品的相对新颖性。评估标准可以直接从目标中得出。由于值的后续分配，所有标准必须给出一个积极的表述，即使得更高的值更便于表示。概念的选择及验证：概念的选择概念筛选包括四个步骤：（1）准备选择矩阵，概念最好同时通过文字和草图来描绘，这里列出的指标都是重要指标；（2）选出一个参考概念做基准；对概念评级，使用“优于（+）、相似（0）、差于（-）”来进行判定；（3）对概念排序，优于的个数减去差于的个数为净得分；（4）对概念进行整合和改进，需要考虑：是否有总体上很好，却因为一个不好的特征而降级的？一个较小的改进是否能够是否能提升？是否有两个概念合并后能保持“优于”的数量，却减少“差于”的数量？（5）选择一个或多个概念，选择进行更深层次研究的概念数目将会受到团队资源，如人员、经费、时间的限制，在选择最终概念之前，团队还必须弄清，那些问题是必须研究调查的；（6）对结果和过程进行反思，最终的结果须使得团队的所有成员都满意，考虑结果是否满足每个成员的意愿，会减少错误发生的可能性，增加整个团队开展后续工作的凝聚力。概念的选择及验证：概念的选择概念评分步骤：（1）准备选择矩阵，对概念的各个指标做更细致的比较，如有必要，可以分解选择标准为更精细的指标，如“使用方便”分解为“易于连接”、“易于清除”、“易于安装”；（2）对概念评级，通常使用1~5的标度。可以用参考概念，但参考概念并不总处于平均水平；（3）对概念排序，加权得分之和为总得分；（4）对概念进行整合和改进；（5）选择一个或多个概念；（6）对结果和过程进行反思。概念的选择及验证：概念的验证概念测试与概念选择密切相关，它们都是为了缩小可考虑概念系列的数目，但不同的是，概念测试是建立在直接从潜在顾客那里获取的数据上的，它对开发团队自身判断的依赖程度较小。概念测试往往需要一些产品概念的描述，如产品原型，所以概念测试与原型化也联系紧密。概念测试得到的结果之一是对公司可以卖出多少单位产品的一个估值，而这个预测是产品经济分析的关键信息之一。

如果某些类别的产品的概念测试所需的时间过长，或成本过高，可能会选择不做测试。例如，有些互联网公司仅发行产品并在后续的产品更新中不断使其完善。但对于商用飞机来说，不做概念测试则非常愚蠢，因为这些产品的研发成本和所需的时间非常多，如果研发失败，后果是灾难性的。大多数情况下，概念测试非常有用。

下列是概念测试的7步法：（1）确定概念测试的目的；（2）选择调查人群；（3）选择调查方式；（4）沟通概念；（5）测试顾客反应；（6）解释结果；（7）对结果和过程进行反思。第10课授课教师：

子功能表达的系统规则子功能表达的系统规则目标规格只是开发团队在产品开发的初期阶段对目标进行的大体描述，通常并不精确。因此，在进行产品概念选择后，需要对目标规格进行修正。选择最终的产品规格最困难的是权衡，可采用下面的过程方法：开发产品的技术模型；开发产品的成本模型；修正规格，必要时进行权衡分析；确立合理的规格；对结果和过程进行反思。1.开发产品的技术模型：产品技术模型是一种针对特殊设计决策的工具，可以用来预测决策中度量指标的值。这里模型指的是产品的解析模型或者物理模型，其中，解析化模型是产品数学上的近似，一般包含随设计修改而变化的参数；物理模型是实体化的，检测不可预见现象需要采用实体化原型进行试验测试。子功能表达的系统规则2.开发产品的成本模型：这步确保产品最终按目标成本生产；通过罗列材料清单（包含所有组件的清单）估计购买成本，完成制造成本的初步预算，并且清单需要不断更新以及时反映制造成本的最新进展。3.修正规格，必要时进行权衡分析：通过使用技术模型确定可行的组合值，然后探索成本范围；通过迭代的方法，找到在有竞争地位、最大程度满足顾客需求并确保足够的利润的产品最终规格；将技术性能模型和成本模型作为辅助工具，开发团队可以估计自己是否能处理析竞争性分析图（权衡图）中显示的权衡问题，如图所示。子功能表达的系统规则4.确立合理的规格：前面通过迭代修正得到的最终规格是组件规格或者子系统的规格，具有多个子系统的复杂产品的规格是按照子系统的规格来确定的。当确保实现子系统规格，不同子系统的特定规格实现难度相当时并能如实反映产品整体规格，则整体规格就会实现；否则，制造成本将会过高。一些整体性规格可以通过预算分配来建立，例如，确定产品的整体成本、重量和能耗仅仅是各个子系统的综合，那么制造成本