多視角的產品概念設計研究范文

本站小編為你精心準備了多視角的產品概念設計研究參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

1基于多視角的概念設計表達層次模型

概念設計的利益相關者是與概念設計過程有關的一切人和事，但并非所有的利益相關者都是概念設計的參與者。設計參與者是利益相關者的代表，參與者對概念設計的要求直接影響設計方案，他們的要求就是概念設計需求的來源。參與者通過對概念設計提出要求來獲得他所代表的利益相關者的利益。視角是人們觀察事物的角度。一方面，從信息的展示角度，恰當的視角可以讓觀察者更容易抓住信息的本質；另一方面，從觀察者的角度，觀察者只會關心信息中感興趣的那一部分，其他視角的信息沒有多少用處。與產品概念設計相關的利益相關者很多，有產品前期溝通人員、市場營銷人員、產品策劃人員、外觀造型設計人員、工業設計人員、結構設計人員、工藝設計人員、質量管理人員和產品經理負責人等。結合產品概念設計的現狀，通過對概念設計的利益相關者和設計參與者的分析討論，得出主要參與到產品概念設計過程中的設計參與者共有五類，分別是用戶、概念設計者、產品經理、結構設計者和工藝設計者。這五類人員參與概念設計過程，從各自角度關注特定的產品設計信息，對在概念設計過程中形成最終的產品概念設計方案起不同的作用：用戶關注產品功能和概念模型，表達對產品的需求；概念設計者進行產品概念設計，從分析用戶需求到產生概念方案，關注與功能相關的實現原理、行為和結構；產品經理傾聽用戶需求，關注市場及產品總體競爭性，做各種復雜決策，保證設計順利開展等；結構設計者輔助概念設計者，對產品進行簡單設計，關注產品功能結構的具體完成形式及其合理性；而工藝設計者關注的是產品的可制造性及功能結構材料對工藝流程的影響。因此，將五類設計參與者的關注視角作為產品概念設計表達研究的五個視角，在產品概念設計過程中選擇合適的表達視圖，將需要的設計信息展示給適當的設計參與者。

基于多視角，結合概念設計的研究現狀，本文構建了基于多視角的概念設計表達層次模型，此模型包含四層三映射。整個結構分為設計參與者層、概念設計過程層、表達視圖層、視圖生長層4層，各層的主要功能描述如下：（1）設計參與者層指參與概念設計的相關人員，如上述五類。他們是進行產品概念設計的主體，同時也是多視角的構建基礎。（2）概念設計過程層相當于工作流，按照時間的順序描述概念設計過程的進行，劃分為機會識別、方案產生、方案評價和方案輸出。（3）概念設計表達層包括概念設計過程中產生的概念設計信息，其表達形式多種多樣。運用各種概念設計方法和工具能夠產生各種概念結果，如質量屋、功能分解圖和概念草圖等。概念設計表達層是設計參與者進行概念設計活動的產物。（4）視圖生長層概念設計表達層中的每一類視圖的形成都有一定的流程，遵循一定的規律，每一類表達視圖亦或存在多種方案，即視圖具有多粒度性。概念設計信息流主要表現為向下傳遞和向上反饋，向下傳遞的是上層的設計信息，向上反饋的是設計參與者對上層設計信息的意見、變更建議等。整個多視角概念設計表達層次模型以設計參與者為中心，存在三種映射關系，各映射實現的功能描述如下：（1）Map1多視角概念設計通道實現機制Map1表示各類設計參與者進入適合其視角的設計入口進行概念設計，各類角色能夠在概念設計的任意時間點參與到概念設計中。基于已有的概念設計研究成果，采用各種方法和工具進行概念設計，得到不同的表達視圖。（2）Map2概念設計的多視圖表達實現機制Map2表示設計參與者與多種表達視圖的對應關系。依據五類設計參與者所代表的利益相關者的利益，建立參與者與表達視圖的對應關系。有的表達視圖只有一類設計參與者關注，有的表達視圖則有多類設計參與者共同關注，且對于共同關注的表達視圖，各類參與者的關注程度不同。（3）Map3多粒度的表達視圖實現機制Map3表示各類設計參與者間的角色交互與操作權限。一個表達視圖的形成，有時需要多類設計參與者往復多次設計決策，針對同一表達視圖，必須設置各類設計參與者不同的操作權限。在多設計參與者共同參與設計某一表達視圖的過程中，協調每類設計參與者間的協作，規定設計參與者的操作權限。Map1，Map2和Map3是并行和相互依賴的關系，基于多視角的概念設計表達視圖的研究依賴于上述三種映射。

2映射實現機制

2．1Map1多視角概念設計通道實現機制

多視角概念設計通道。將概念設計過程分為機會識別、方案產生、方案評價和方案輸出四個階段，采用各種概念設計方法與工具進行產品概念設計，將產生與其對應的概念設計信息和結果，稱為概念設計表達視圖。概念設計表達視圖擬采用相對成熟的概念設計工具和方法構建：①在機會識別階段，采用用例建模的形式，捕捉功能性需求。功能從用例推導出來，功能性創新也在用例建模中完成。另外，顧客需求的表達采用質量功能配置（QualityFunctionDe－ployment，QFD）建模方法，將顧客需求轉化為相應的設計要求或控制特性等。②在方案產生階段，采用功能—行為—結構（FunctionBehaviorState，FBS）方法，致力于尋找概念設計問題的結構化求解方法，結構化地表達設計過程，同時得出規范化的概念表達視圖。③在方案評價階段，采用多屬性決策方法，建立評價指標體系、分配權重等，計算總價值，最后得出評價矩陣，決策出最優最合適方案。在方案輸出階段，設計參與者自定義勾選需要查看的表達視圖，將視圖進行組合，并輸出結果，得出合理的概念方案，使其更好地服務于后續設計。在概念設計過程中按照時間順序輸出相應的表達視圖，前段表達視圖支持后段表達視圖的構建。多視角概念設計為各類設計參與者提供相應的設計入口，其操作過程為：（1）在整個概念設計過程中的各個設計階段、各個時間點，登陸與其對應的設計入口。（2）獲取概念設計表達視圖庫中的概念表達視圖，根據其關注視角的不同搜索查看其關注的概念表達視圖，然后進行產品概念設計。（3）新的概念設計結果，或者對已有概念設計結果進行添加、修改、評價及反饋，并將所有概念表達視圖輸入保存到概念表達視圖庫中。（4）設置感興趣的概念設計表達視圖類型、關注的關鍵詞等，預定向其推送的視圖和信息種類。

2．2Map2概念設計的多視圖表達實現機制

概念設計的表達視圖多種多樣。因此，基于設計參與者的不同關注視角，將以上表達視圖進行組織分類。例如，在機會識別階段，用戶只表達其對產品各方面的需求，產品經理關注用戶需求、技術需求、用例建模圖和設計進度表，概念設計者關注用戶需求、用例建模圖、技術需求、質量屋和設計進度表。對于不同設計參與者共同關注的同一種表達視圖，設計參與者關注的程度不同，操作權限也不盡相同，如2．3節所述。按照以上分類，各類角色能夠在任意設計時間點進入各自的設計通道，系統根據關注視角向其推送產品已建立的表達視圖；各類角色也能根據其感興趣的關鍵詞搜索需要的表達視圖來指導設計。將表達視圖按照關注視角分類后，才能實現Map1中多設計通道的功能。

2．3Map3多粒度的表達視圖實現機制

在進行產品概念設計時，不同設計參與者共同關注的同一種表達視圖的構建往往需要多類設計參與者協同合作完成，當兩個或兩個以上設計參與者同時對同一表達視圖進行操作時，可能會發生沖突；若某一表達視圖的建立完全由某一類設計參與者完成，則不存在沖突。設計參與者A和各個概念設計表達視圖P間的關系。用A表示設計參與者，則有用戶A1、概念設計者A2、產品經理A3、結構設計者A4、工藝設計者A5；用P表示概念設計表達視圖。A與P之間的關系有三種：①A不關注P，則A對P不進行任何操作，用0表示；②A關注P，但對P不進行處理操作，A可對P進行評價反饋，將建議反饋給具有更高權限的設計參與者進行修改，P對A也起提示啟發作用，用－1表示；③A關注P，且A對P進行處理操作，包括提交、修改、刪除等，用大于0的整數表示。對于一個表達視圖，若大于0的整數個數多于1，則需設置設計參與者的操作處理權限等級。區間內的整數代表處理權限的高低，1為最高，4為最低。據此構建設計參與者A與概念設計表達視圖P間的關系矩陣表。設置好不同設計參與者對同一種表達視圖的操作權限后，本文構建了概念設計表達視圖的流動方式，任何一種視圖的構建都必須經過若干設計參與者的溝通反饋和修改等活動，即每一種表達視圖都會在用戶、概念設計者、產品經理、結構設計者和工藝設計者等至多五種角色間進行反復流動，直至關注此表達視圖的所有參與者都認可通過，方可形成此表達視圖，存入表達視圖庫。如圖5a所示，實線箭頭表示設計參與者進行產品概念設計，向系統輸入概念設計表達視圖；雙點劃線表示同一視圖在各類設計參與者之間流動；虛線箭頭表示向設計參與者輸出已有的或正在構建的概念設計表達視圖。當設計參與者對某一表達視圖的操作權限為－1時，具有對表達視圖的查看及評價反饋權限。若查看后滿意，則將表達視圖傳遞給具有更高權限的設計參與者或者輸出保存到表達視圖庫中；若查看后不滿意，則將反饋意見傳遞給該表達視圖的構建者。當設計參與者對某一表達視圖的操作權限大于0時，則具有對表達視圖的構建、修改、刪除和評價反饋等權限。

權限較低的設計參與者將其所構建的表達視圖傳遞給權限較高者，若權限較高者查看后滿意，則將表達視圖傳遞給具有更高權限的設計參與者進行進一步審查，直至存入表達視圖庫；若查看后不滿意，則將反饋修改意見傳回給該表達視圖的構建者。每一種概念設計表達視圖經過上述流動后，在多類設計參與者之間流動，形成的表達視圖具有多粒度的特性。例如對于質量屋的設計。用戶與產品經理不關注質量屋。概念設計者將構建好的質量屋提交，結構設計者進行評價反饋，概念設計者進行修改后再次反饋給結構設計者，結構設計者滿意后傳遞給工藝設計者，工藝設計者若不滿意則重新流動，若滿意則輸出構建好的表達視圖質量屋，并存入表達視圖庫。對于概念草圖的設計，參與設計構建概念草圖視圖的設計參與者有用戶和概念設計者，結構設計者與工藝設計者能查看和評價視圖，而產品經理具有最高決策權。用戶進入設計入口，提交U1．1和U2．1兩套草圖方案。其中，方案U1．1經過概念設計者、結構設計者和工藝設計者的評價反饋后，修改得到U1．2，結構設計者再次反饋評價后，用戶再次修改得到U1．3，最終存入表達視圖庫；而對于方案U2．1，不但用戶在得到評價反饋后對其進行修改，最終得到U2．3存入表達視圖庫，而且概念設計者受到U2．1的啟發，在U2．1的基礎上設計出草圖C1．1，經多次評價反饋修改后最終得到草圖方案C1．3存入表達視圖庫。概念設計者也能進入概念設計者設計入口，直接提交概念草圖C2．1和C3．1，進行修改完善后存入表達視圖庫，或因與某些指標沖突，直接由產品經理刪除。整個設計過程是一個往復循環的過程，因此每一個表達視圖都按照表2的權限級別，最終確定視圖的形式，實現表達視圖在各設計者間的交互，而圖6所示概念草圖的形成過程僅為其中的一種情況。

3系統建模分析

基于上述理論研究能夠構建計算機輔助概念設計原型系統的多視角信息管理模塊。在建模方面，采用SysML進行功能建模分析。用例圖和需求圖是SysML的重要組成部分，用例驅動的軟件開發方法已在軟件系統分析和開發過程管理中得到廣泛應用。

3．1多視角信息管理模塊實現的功能結構

（1）SysML需求圖需求圖支持需求的分解，并以樹形層次結構表示出來。符號表示需求的分解關系。計算機輔助概念設計原型系統的多視角信息管理模塊包含六個子需求，即登錄、設計過程管理、概念設計、表達視圖管理、資源搜索、幫助，每個子需求下又能分解為更細致的子需求。（2）用例圖用例圖定義用例、參與者及其之間的通信，從用戶的角度描述系統的功能。本文通過用例模型表述多視角信息管理模塊的主要功能，分為六個功能組。1）登陸認證功能組設計參與者共有五類，分別為用戶、概念設計者、產品經理、結構設計者、工藝設計者，這五類參與者在登錄時被授予了不同的使用權限，以實現基于多視角的概念設計建模。2）設計過程管理功能組以樹形圖與流程圖相結合的方式，實現從機會識別、方案產生、方案評價和方案輸出的整個產品概念設計過程的導航，且設計參與者在設計的任意階段可以返回到以前的步驟中進行信息查詢或重新編輯。設計過程結束后，整個設計過程被記錄下來，以便今后查詢。3）概念設計功能組將產品概念設計方法分為系統化設計方法和非邏輯思維方法兩類。其中系統化設計方法包括FBS方法、系統設計等；非邏輯思維方法包括頭腦風暴法、KJ法（又稱親和圖法（af－finitydiagram））、檢核表法、六帽思考法、形態分析法等。4）概念設計表達視圖管理功能組提供對視圖的參考查看、構建保存、入庫、修改刪除、預定信息等功能。同時，系統的另一個參與者為概念設計表達視圖庫，這個庫將模型進行組織分類，向不同的參與者推薦適應其特有視角的表達視圖，并將該特定的表達視圖類型存儲于系統中，同時根據參與者的預定信息，保存更新其角色資料，以便更準確地推薦視圖，使設計參與者能夠以自己獨立的視角參與產品的表達視圖構建。5）幫助功能組包括理論基礎說明、操作使用說明、培訓教程三部分。采用文字、圖表、動畫、多媒體和實例等方式介紹系統的使用方法。6）資源搜索功能組采用自然語言搜索方式，從設計資源庫中搜索相關信息。

3．2多視角信息管理模塊框架

計算機輔助概念設計原型系統的多視角信息管理模塊，包括用戶層、表示層、功能層和數據層。用戶層是五類設計參與者的用戶登錄層，設計參與者通過登錄進入自己對應的設計通道進行概念設計，查看與其所代表的利益相關者相關的概念設計信息；數據層存放的是多視角信息管理模塊自帶的設計資源數據庫、設計過程中產生的表達視圖庫、設計參與者資料庫，以及管理和記錄設計過程的設計過程數據庫；功能層即應用服務器，是多視角信息管理模塊的核心部分，能夠實現模塊的邏輯功能；表示層主要是將功能層提供的功能表示出來，提供給最終用戶使用，對應于圖中的客戶端。最終用戶從客戶端登陸，應用服務器端向用戶提供設計過程導航，用戶能夠進入概念設計的任意階段進行設計操作，同時服務器端根據登錄進來的設計參與者的角色類型，決定其能夠查看的概念表達視圖類型。最終用戶能夠進行表達視圖的參考、搜索及查看，同時服務器也向用戶推送其可能感興趣的表達視圖。設計過程的處理是模塊的核心部分，服務器端將記錄整個設計過程。最終用戶能夠提交、修改、刪除其所建立的表達視圖，也能提交對其他用戶建立的表達視圖的意見和更改建議等，還能夠預定感興趣的信息，服務器將上述用戶的預定信息等資料進行儲存更新，以便后續推送。最后，用戶經過協商一致的表達視圖，服務器存儲視圖。在概念設計的方案輸出階段，用戶根據其關注點，勾選表達視圖，服務器輸出個性化的概念方案。利用本文所述方法，在本課題組CAIP3．0計算機輔助創新設計系統的基礎上，在Eclipse環境下，采用Java語言，增加多視角信息管理模塊，開發計算機輔助概念設計原型系統的多視角信息管理模塊。多視角信息管理模塊界面圖，它包含七個組成部分，分別為設計參與者通道、設計過程導引、表達視圖導引、設計窗口、查看窗口、設計資源搜索窗口和參考視圖搜索窗口。五類設計參與者分別登錄自己的設計通道，在設計過程導引處選擇概念設計階段，再選擇要設計的表達視圖，就能夠在左上角的“設計窗口”提交、修改構建的功能分解圖，也能在右上角的“查看窗口”查看已經建立起來的表達視圖，同時利用左下角的“設計資源搜索窗口”搜索其他資源來幫助其設計，還能夠利用右下角的“參考視圖搜索窗口”對相關的、感興趣的表達視圖進行搜索查看。

4多視角概念設計應用實例

本文以冰茶機的設計為例，展示采用上述方法實現多設計參與者參與的概念設計。冰茶機的工作原理如下：自來水被注入一個水槽或蓄水容器中，茶葉則被放在一個浸泡籃中；當冰茶機被打開時，水通過產品底部的耐熱元件加熱，經由一個管道“蒸發”到其頂部，然后被引入浸泡籃中并滴在茶葉袋上，茶水則從浸泡籃底的孔中流出并進入一個裝滿冰的水罐里，從而制出冰茶。在冰茶機概念設計過程中產生的視圖種類較多，由于篇幅限制，本文無法一一展示；而概略布局圖反映的是產品各模塊間的關系，它根據排列方式、配置方式、尺寸比例等要素進行產品布局，作為概念草圖的一個雛形，描繪了產品的基本形狀和布局，是產品概念方案產生的關鍵環節。因此，本文以概略布局圖的形成為例闡述多視角多視圖概念設計理論的可行性。根據冰茶機的工作原理，概念設計者簡單地畫出了此項產品的組成模塊。五類設計參與者對概略布局圖的關注程度和操作權限不同。對于概略布局圖，產品經理、概念設計者、結構設計者和用戶都對自己建立的概略布局圖具有提交、修改和刪除等權限。其中數字越小，權限等級越高，產品經理的操作權限最高，且權限高者可以更改、刪除權限低者創建的表達視圖。若在某一視圖或某一細節處出現沖突，則遵循權限高者的意見。工藝設計者的操作權限為－1，表示工藝設計者關注概略布局圖，但不可對其他設計參與者提交的概略布局圖進行修改等操作，只可對概略布局圖進行反饋評價，將建議反饋給具有更高權限的設計者。首先，用戶進入冰茶機概略布局圖的設計，提交了兩套方案，然后，概念設計者、結構設計者、工藝設計者和產品經理也進入了設計、查看和反饋的過程。為了更好地展示各類設計參與者的設計、反饋和評價等過程，描述后臺的設計思路和方向，繪制出冰茶機概略布局圖在多類設計參與者間的生長過程圖。概念設計者參考用戶方案U1．1，進行變式設計，提交了三套概略布局圖方案C1．n，C2．2和C3．2。其中：方案C1．n將浸泡籃和水箱疊加起來，置于茶水盛放容器左側；方案C2．2將浸泡籃和茶水盛放容器疊加起來，置于水箱右側，水箱的形狀則十分瘦長；方案C3．2相比方案C2．2，縮小了水箱和茶水盛放容器間的距離，使結構更為緊湊。結構設計者對以上三種方案查看后發現，用戶需求中有兩項為“外形尺寸小”和“質量輕巧”，但這三種拼合式的方案都會導致外形尺寸較大，整體形狀稍顯臃腫；工藝設計者認為，疊加式產品相比拼合式產品，更容易實現加工和裝配，建議返回給概念設計者，概念設計者贊同并刪除了這三種方案。與此同時，概念設計者將用戶方案U2．1作為靈感來源，再次進行變式設計，經過反復思考修改，采納了結構設計者和工藝設計者的建議，這四套方案使得冰茶機有較為輕巧的結構，區別在于三個部分之間的疊加順序不同。經結構設計者、工藝設計者和產品經理查看滿意后，存入表達視圖庫。冰茶機概略布局圖的生長過程闡述了多視角多視圖的概念設計表達過程。五類設計參與者參與協作，形成了冰茶機概略布局圖的多套方案多個表達視圖，體現了概念設計過程的多視圖性和多粒度性。概念設計者視角下，冰茶機概略布局圖設計過程的模塊界面圖。概念設計者首先查看了結構設計者和工藝設計者對概略布局圖C3．2的建議，結構設計者認為，C3．2是拼合式的設計，會導致底面積和體積較大，在考慮用戶需求“外形尺寸小”、“質量輕巧”的情況下，建議刪去此方案，采用疊加式設計；工藝設計者認為，疊加式設計相比拼合式設計，更容易實現加工和裝配。概念設計者再次確認了用戶需求，刪去了C3．2，繼而采用疊加式的設計方法設計出概略布局圖C4．4，提交至表達視圖庫。

5結束語

本文建立了基于多視角的概念設計表達層次模型。分析了基于多視角的概念設計表達層次模型的主要層次、映射和功能，探索了概念設計過程中產生的表達視圖，研究實現功能的各映射機制，完成整個概念設計過程。利用該方法，各類設計參與者能夠快速精準地獲取其關注的特定視角的設計信息，得出合理的產品概念設計方案；同時，設計參與者能以各自的視角進行創新性思考，提高了產品創新設計質量和效率。該研究為產品概念設計研究提供了一條新思路，但其中還有很多問題有待進一步研究，如多視角信息管理模塊的完善問題、輔助機電領域解決實際問題的研究、概念設計表達視圖的進一步完善等。

作者：姜莉莉李彥李文強熊艷單位：四川大學制造科學與工程學院