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1、创新设计的综述,成员：,创新设计简介,“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。,创新设计的形成,创新理念与设计实践的结合。发挥创造性的思维，将科学、技术、文化、艺术、社会、经济融汇在设计之中，设计出具有新颖性、创造性和实用性的新产品。创新设计可以从以下几点出发： 1、从用户需求出发，以人为本，满足用户的需求。,创新设计的形成,2、从挖掘产品功能出发，赋予老产品以新的功能、新的用途。 3、从成本设计理念出发，采用新材料、新方法、新技术，降低产品成本、提高产品质量、提高产品竞争力。,创新设计的形成,
2、随着信息通讯技术的发展，知识社会环境的变化，以用户为中心的、用户参与的创新设计，以用户体验为核心的设计的创新模式正在逐步形成。,创新设计的本质,创新是设计本质的要求，也是时代的要求。作为“为传达而设计”的视觉传达设计，如何正确充分地传达信息是每一个设计者始终要面临的中心问题。 必须要把视觉传达设计的创新重视起来，从设计理念、视觉语言和技术表现方式的创新入手，正确充分地传达信息。,计算机辅助创新设计,随着计算机技术普及和应用的不断拓展 ,社会各领域的科技水平得到了大幅度的提升 ,在机械创新设计方面 ,出现了一系列新技术 ,大大提高了机械设计制造过程的效率 ,降低了生产成本 ,对推动机械行业的发展
3、发挥了越来越重要的作用。,常见的计算机辅助创新设计方法,科学技术的发展 ,特别是计算机技术的发展 ,对整个人类社会产生了巨大影响。计算机辅助设计(CAD)技术起步于上个世纪 50年代后期的工业发达国家 ,开始被用于军事工业 ,主要是飞机与汽车制造业这些大型工业 ,进入 60年代后 ,随着在计算机屏幕上绘图变为可行而迅速发展。,CAD技术已经发展到计算机为整个产品的辅助设计 ,即包括产品的构思、 功能设计、 结构分析、 加工制造等 ;集成的、 智能化的 CAD系统也即将成为当今 CAD工程的发展主流;所以 CAD已经不再仅仅是计算机辅助绘图 ,而已演变成为计算机辅助设计 Computer Aid
4、ed Design。,现代的 CAD (计算机辅助设计 )与 CAE (计算机辅助工程分析 )、 CAM (计算机辅助制造 )、 CAPP (计算机辅助工艺规程设计 )、 CNC(计算机数字化控制技术 )、 CI MS(计算机集成制造系统 )等技术结合起来 ,促使一些新的设计技术和手段出现并在一定程度上得到了应用 ,主要表现在基于 CAD软件的创新设计、 虚拟设计、 协同设计、智能设计等等。,CAD、 CAE 、 CAM 、 CAPP、 CNC、 CI MS等技术的应用和推广起到了提高设计效率、 优化设计方案、 减轻技术人员劳动强度、 缩短设计周期、加强设计的标准化等作用 ,使工业产品的更新换
5、代周期大大缩短 ,也降低了生产成本 ,推动着机械行业快速向前发展。,基于 CAD软件的创新设计,可分为两大类:一类是以二维设计为主 ,另一类是以三维建模为基础的大型 CAD /CAM软件。,计算机辅助设计,二维辅助设计亦可以分为两种类型 ,一种是以美国 Autodesk公司 AutoCAD为基础开发的辅助设计软件 ,如清华天河公司的 P CCAD、 清华华教公司的 THCAD及华中科技大学的 InteCAD等;另一种是国内自主开发的 CAD软件 ,如清华高科 CAD、 开目 CAD和正直 CAD等 ,这一类软件按照我国制图和国家标准设计 ,且具有自主的版权。,三维建模的 CAD软件目前比较常见
6、和使用的有 Pro-E,UG, Solidworks等等 ,借助于计算机语言编程可对这些软件进行二次开发 ,这样就能够体现计算机人机交互的优越性 ,用户想单一的设计和制造某一类产品 ,可对这些软件进行二次开发 ,使其方便快捷为自己服务 ,这就能够满足现在机械产品市场越来越倾向于定单生产的需要 ,相对于传统产品计划和大批大量生产来说 ,它就具有更强的灵活自主性 ,缩短了生产准备周期 ,减少了资源闲置浪费。,协同设计技术,协同设计或计算机支持的协同设计 CSCD (Computer Supported Cooperative Design)的概念源于 CSCW(Computer Supported
7、 CooperativeWork) ,即计算机支持的协同工作。 CSCW 是要研究在计算机技术支持环境下 ,特别是在计算机网络环境下 ,一个群体如何协同工作完成一项共同的任务。它的目标是要设计出能支持各种各样协同工作的工具、 环境与应用系统。,协同设计的主要研究内容： (a)协同设计求解模型。Thomas Kvan提出了三种协同设计方式:相互协同、 分散协同、 集中协同; (b)协同设计体系 计算机辅助创新设计综述结构及系统。协同设计系统的研制主要保证以下几个方面:同步和异步交互、 任务协调、 远程交互和控制、数据可视化和易用性、 数据共享等; (c)协同设计冲突消解方法。目前代表性的冲突消解
8、方法主要包括:基于共享数据库的协作事物模型、 基于约束的冲突消解方法、 基于知识的冲突消解方法、 冲突分层消解策略、 基于经济效用协议的消除策略、 基于协商的冲突消解策略、 基于集成的冲突消解策略等。,虚拟设计技术,虚拟设计是一种新的设计概念和技术。 本质上讲 ,虚拟设计是将产品从概念设计到投入使用的全过程 (产品的生命周期 )在计算机上构造的虚拟环境中虚拟地实现 ,其目标不仅是对产品的物质形态和制造过程进行模拟和可视化 ,而是对产品的性能 ,行为和功能以及在产品实现的各个阶段中实施方案进行预测、 评价和优化。,利用虚拟设计技术进行设计或者制造的过程中 ,不需要像传统产品设计制造中那样需要大量
9、的人力和物力实体 ,也避免了在实际生产和试验中不必要的损失 ,大大缩短了新产品的开发时间 ,降低了新产品的风险 ,只要配备上专用设备就可以实现人类自然对虚拟环境中实体的交互考察与操作。 在应用方面虚拟设计不仅可以实现对产品的设计 ,还能够进行虚拟装配设计、 虚拟人机工程设计等。,智能设计技术,生产的发展和科技的进步 , CAD逐渐发展到 I CAD (智能 CAD)阶段 , ICAD是在 CAD引入知识工程这个概念后产生的。 ICAD系统中的智能设计 ( Intelligent Design)和基于知识库系统 (Knowledge Based System)的工程是出现在产品处理发展过程中的新
10、趋势。在运用知识化、 信息化的基础上 ,建立基于知识的设计仓库 (Design repository)。 可以将设计活动划分为三类:智力创造、 分析计算和设计表达。,ICAD是一种多个智能体与多种 CAD功能模块有机集成的支持产品设计的复杂设计系统。但要注意的是它也并不是真正的能做到完全的“ 自主设计 ” ,在设计的过程中 , ICAD仍然强调计算机在设计工作中的“ 辅助地位 ” ,设计者仍然需要参与设计活动 ,并且仍然是设计活动的主宰者。,ICAD目前已经形成了一些比较成熟的设计方法，主要有:面向对象的知识表示方法 (OOKR) ,基于规则的智能设计方法 (RBD) ,基于案例的智能设计方法
11、 (CBD) ,基于原型的智能设计方法 (PBD) ,基于约束满足的智能设计方法 (CSD)等。,随着科学的发展和技术的进步 ,基于 CAD软件的创新设计 ,协同设计 ,虚拟设计 ,智能设计 ,以及基于进化算法的机电系统创新优化设计等都将成为常见的机电系统创新设计方法 ,这些方法和技术必定能在推动未来社会生产进步中发挥越来越重要的作用。,前沿创新设计理论与研究方法,1、发明问题解决理论 (TR IZ) 2、公理化设计 (Axiomatic Design:简称 AD) 3、通用设计理论 (GDT)与泛设计理论 (UDT),1、发明问题解决理论 (TR IZ),TR IZ正是设计规律的综合和创新问
12、题解决方法体系 , TR IZ的理论体系如图,在数百种创新理论和方法当中 , TR IZ理论以其良好的可操作性、 系统性和实用性在全球的创新和创造学研究领域占据着独特的地位 ,受到了广大创造发明爱好者的青睐 ,人们通过利用该理论的思想方法已取得良好的效果。 但是TR IZ理论本身还有许多有待于解决的问题 ,如: TR IZ没有提出如何随着人类在构思、 创新产品过程中的规律而建立一种有效的产品设计机制。为了解决这些问题 ,很多的理论工作者正为之而努力,2、公理化设计 (Axiomatic Design）,AD的出发点是将传统上以经验为主的设计 ,建立以科学公理、 法则为基础的公理体系。设计的问题
13、域看作为顾客需求域 CAs、 功能域 FRs、 物理域 DPs、 过程域 PVs 四个依次通过映射机制相联系的问题域概念模型。其主要贡献在于提出公理抽象本身推进了设计研究的深化。,AD提出了两个基本公理 ,此两个公理为: 独立性公理 ,它保持功能需求的独立性 ,功能需求是满足设计目标的独立性功能需求的最小数目; 信息公理 ,它使设计信息内容最小化 ,信息内容定义为满足给定 FR的可能性。,3、通用设计理论 (GDT)与泛设计理论 (UDT),主要通过用数学形式化来表达设计过程 ,处理人类思维活动领域内设计表示为计算机辅助创新设计综述知识处理的概念模型 ,GDT不仅是设计的理论 ,还是关于设计知
14、识的抽象的理论。 泛设计理论 (UniversalDesign Theory,) ,是研究结构化表达设计过程的方法 ,以奠定实现新一代计算机辅助设计技术系统的理论前提 ,并开发了一个原理性的演示系统 ,其目的在于探求设计过程是如何组织的 ,计算机如何能用于支持设计的全过程。,其他辅助创新理念,1、把产品的设计、制造及其相关过程作为一个有机整体进行综合协调的并行工程设计模式 2、将产品或系统的创新或变异性设计与虚拟设计、远程协同与分布设计糅合起来并结合市场要求进行的快速响应设计 3、将产品或系统的环境和生态因素考虑到设计过程中的绿色设计 4、以现代设计理论方法、方法和技术为基础、运用各种专业人员
15、的工程设计经验、知识和创新思维 ,对已有的系统或产品进行剖析、重构、再创造的反求设计 ,还有网络合作设计 5、 QFD (Quality Function Deployment) 6、普适设计方法学 (Comprehen2sive esignMethodology)等等,感想,在计算机辅助创新设计研究领域,各种模式与传统过程都有自己的优势 ,但也存在一些研究和应用中的问题 ,相信随着先进设计制造技术手段尤其是计算机技术的飞速发展 ,这些新的计算机辅助创新设计方法的实现必将成为来未来的发展趋势 ,得到越来越广泛的应用。针对我国工业化、 信息化起步较晚的现状 ,我们还有较长的路要走 ,一方面必须强调我们自主研发和创新 ,另一方面也可以适当借鉴下国外研究的一些研究成果 ,尽快推动我国先进设计模式的发展和推广。,Thank you !,