创新设计研究现状

邹金桥++燕必成

摘要：

创新设计是创新理念和设计实践的结合。为了对创新设计内在规律、外在表现形式更加深入的加以了解，从而为系统指导设计尤其是创新设计奠定基础，从创新设计理论方法、思维与建模及冲突问题消解等几个方面的发展现状进行了介绍，为促进设计创新的产生提供有益的参考。

关键词：

创新设计；理论方法；冲突消解；设计思维与建模

中图分类号：

F27

文献标识码：A

文章编号：16723198（2015）09007502

0引言

设计是把一种计划、规划、设想通过某种形式表达出来的活动过程。创新设计是指充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相关科技成果进行创新构思，设计出具有科学性、创造性、新颖性及实用成果性的一种实践活动。创新设计是产品进化的直接原动力，涉及了多方位、多领域、多层次设计要素的综合集成，体现了需求定性要求的量化转换，决定了产品技术发展的方向和目标。创新设计的范围涵盖了产品全生命周期的各个阶段。国内外专家学者对创新设计理论方法、思维与建模及冲突问题消解等方面都做了大量的研究，并取得了很大的研究成果和应用价值。

1创新设计理论方法研究现状

自1912年创新理论提出以来，创新理论在不断的完善及应用研究在不断的深化过程中，逐步形成技术创新的专业化、综合化、智能化及简捷化发展思想。且在创新设计方面，原来所使用的创新方法如仿生法（Bionic Design）、形象思维法、阵列法和智爆法等基于认知的方法（Cognitive Approach），随着计算机在设计领域的广泛应用，有逐渐向基于系统的方法（system Approach）方向发展的趋势。

1.1基于认知方法研究

对于产品创新思考的过程，通常包含发现并确定创新问题，生成解决问题的创新想法，选择、发展并确定创新方案等思考阶段。对创新从认知的角度进行分析开始较早，这方面的研究也较多，如英国学者T.J.Howard，美国的Janet.L等。

1.2基于系统方法研究

德国的Pahl和Beitz提出的普适设计方法学（Comprehensive Design Methodology，CDM）为设计员在每一个设计阶段建立了工作步骤计划。公理性设计（Axiomatic Design，AD）是由美国麻省理工学院（MIT）的Suh提出的一种设计决策方法。质量功能配置（Quality Function Deployment，QFD）则是将用户需求转化为设计需求、工艺要求等多层次演绎的分析方法。另外，最有名气的还是前苏联G.S. Altshuler领导的研究小组提出的发明问题解决理论（Theory of Inventive problem Solving，TRIZ）。

此外，美国学者Carayannis和Coleman提出的新的复杂产品设计创新工程设计方法；Goldenberg提出的创造性模板方法；John提出的组合创造方法；新加坡学者Jiao和美国的Helande和Khalid等研究了情感设计；英国学者Ammon Salter和David Gann，美国学者Galanakis等对创新设计过程中不同学习机制、动机、问题解决及各方面的局限性等方面进行了分析。

2创新设计思维与建模研究现状

近年来很多学者着重在创造性思维、创新技法、创新设计建模等方面进行了研究。

2.1在产品创造性思维方面

由浙江大学潘云鹤教授提出的基于空间探索的创造性设计方法通过类比的设计，将新的结构、行为等从设计需求引入目标设计中。通过采用设计目录法对复杂技术产品进行了智能优化，浙江大学冯培恩教授提出了机械广义优化设计的理论框架和学科体系。山东大学陈洪武则依据分解重构理论和生物基因工程，提出了机械产品基因工程设计理论。浙江工业大学赵燕伟教授依据可拓学理论，根据菱形思维的一些特点，提出了基于多级菱形思维模型的方案设计新方法。

2.2在产品创新设计建模和开发方面

上海交通大学蔡鸿明和何援军利用树结构，结合设计实例，构建出产品结构树模型。面向机械创新设计的概念结构模型，由西安电子科技大学的冯力和叶尚辉提出，解决目前基于特征的机械结构模型还难以适应结构演化的需要。北京航空航天大学邓家提教授为了建立支持产品创新设计的新一代设计自动化技术系统，则带来了一个名为“三叶草（Clover）”的设计自动化系统概念模型。

在产品创新设计过程中，创新思维和创新设计问题的可视化、形式化建模对于设计团队的协同性和效率起着重要作用。且创新思维的可贯彻性与创新设计问题求解的可追溯性很大程度上决定了产品的研发周期和产品创新设计方向控制的可修正性。

3创新设计系统国内外研究现状

3.1国外研究现状

国外较早就已经开展了创新设计方面的研究，许多大公司已经开发出了基于TRIZ理论的创新设计软件。

美国的Invention Machine公司研究开发出了基于TRIZ的计算机辅助产品创新设计软件TechOptimizer，它是基于知识的创新工具，将TRIZ的原理与其知识库紧密结合，为设计者提供高质量的设计思路。

美国Ideation International公司也研究开发出了基于TRIZ的计算机辅助产品创新设计软件 Innovation Workbench。它被称为可携式专家智慧系统的专业创新软件，其最大的特点是内含一个分析知识转换的问题形成器（Problem Formulator），并广泛应用于管理流程或工程中。

3.2国内研究现状

国内对创新设计的研究起步较晚，技术方面有待进一步完善，高等院校的研究更多些。endprint

北京亿维讯公司开发了Pro/Innovation创新设计平台及创新能力拓展平台。河北工业大学檀润华通过对TRIZ的深入研究，开发出了Invention tool，天津大学徐燕申教授和林岳等人也开发出了自己的创新设计系统。

产品创新设计系统的应用研究是创新设计理论与方法转化的直接体现，因此，创新设计系统的开放性高、去专业限制好、形式化描述强、可视化操作简捷、稳定性好是该系统的发展方向及广泛被应用的前提条件。

4创新设计冲突问题协调方法研究现状

创新设计冲突消解过程是一个不断化解设计矛盾、反复协调多设计目标与约束、变对立设计为共存设计的复杂演化过程。目前产品设计中的冲突问题消解大多集中在协同设计、并行设计、公理设计和多目标优化设计等领域中，采用的冲突消解方法主要包括以下方面：

4.1基于规则推理的冲突协调方法研究

设计中的冲突问题一般较为复杂，涉及到产品整个生命周期和多个相关领域知识，在这种情况下基于规则和实例推理的冲突协调支持库较难构建，但它能快捷而高效地解决一些常规的、耦合度较低的冲突问题。赵阳运用一种快速的规则匹配算法，提出了一种基于规则推理的冲突消解体系架构。Wong和Klein，指出领域知识通常可以通过规则形式表达以形成知识库，在推理机制下进行冲突协调，从而提出了基于知识的冲突协调方法。

4.2基于协商、回溯的冲突协调方法研究

Pena-Mora综合应用协商理论和博弈论设计开发协商系统。Shan-Lin Yang等提出了一种信念函数间的一致度方法，其目的是为减少信念函数间冲突测度的内在差异性。浙江大学魏宝刚对DAI系统中主体间的结构冲突进行分析，提出了协商冲突消解策略。徐文胜等提出了一种基于标准满意度空间的并行工程冲突协商的方法。

4.3基于TRIZ理论的冲突协调方法研究

台湾的张祥唐等针对技术创新与环境保护方面的冲突问题，糅合TRIZ与生态创新的观点，构建出冲突问题协调的CAD软件，同时用一些成功的产品实例验证了生态设计工具的实用性。日本的Yamashina等全面结合质量功能配置QFD和TRIZ方法，形成了一种叫创新产品发展过程（Innovative Product Development Process）的冲突协调方法，此法可系统性的对产品进行创新。

4.4基于可拓学的冲突协调方法研究

可拓学是用形式化的模型研究事物拓展的可能性和开拓创新的规律与方法，并用于解决矛盾问题的科学。国内外可拓学研究工作目前已形成由可拓论、可拓方法和可拓工程构成的学科体系，并已在诸如机械等领域进行了应用的尝试。广东工业大学的杨春燕提出了可拓策划的理论和方法，构建“化对立为共存”的策划创意。刘飞、曹华军等提出基于可拓理论的绿色制造实施方案设计方法。谭建荣、马辉等通过设计事元、物元对产品设计知识单元进行描述，给出了面向产品设计过程的设计知识重用模型。对于产品配置效率低难以变型等矛盾问题，楼健人提出了产品层次可拓配置设计方法。然而，针对复杂多变的低碳设计过程的冲突问题，各设计域、设计因素之间如何进行知识关联、拓展、转换和推理，如何实现低碳设计定性表达与定量求解算法的智能化，尚缺乏严格、可行的研究支持，可拓设计逻辑发展也还处于起步阶段，对于它的研究应该就是下一个热点了。

因此，结合两种或者两种以上矛盾问题消解方法去求解现代产品快速响应设计中的复杂问题是可行的也是必须的。在充分发挥每种冲突消解方法的优势情况下，实现不同方法的优势互补是研究的创新点也是难点。

参考文献

[1]檀润华.创新设计[M].北京：机械工业出版社，2002.

[2]T.J.Howard，S.J.Culley.Describing the creative design process by the integration of engineering design and cognitive psychology literature[J].Design Studies，2008，29（2）：160180.

[3]Candy L，Hori K.The Digital Muse：HCI in Support of Creativity，Creativity And Cognition Comes of Age[J].Interactions Journal，2003，（4）：4454.endprint