機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新方法綜述

吳俊鋒

摘要：機(jī)電產(chǎn)品的創(chuàng)新是一種具有經(jīng)濟(jì)性，時(shí)效性的創(chuàng)新性活動(dòng)，其核心就是創(chuàng)新思維，通過多種創(chuàng)新設(shè)計(jì)的方法聚集各個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)于一體，完成低成本高效率的機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過程，最終達(dá)到應(yīng)用的目的。機(jī)電產(chǎn)品作為中國工業(yè)的一個(gè)至關(guān)重要的領(lǐng)域，追求創(chuàng)新設(shè)計(jì)的方法以用來謀求發(fā)展已經(jīng)成為一個(gè)重要的戰(zhàn)略舉措。

關(guān)鍵詞：機(jī)電產(chǎn)品;創(chuàng)新設(shè)計(jì);優(yōu)化設(shè)計(jì);功能方法樹;廣義特征

產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程是一個(gè)創(chuàng)新思維的過程，所謂的機(jī)電創(chuàng)新設(shè)計(jì)主要就是指充分發(fā)揮創(chuàng)造者的主觀的能動(dòng)性和創(chuàng)造力，利用人類已經(jīng)存在的相關(guān)的科學(xué)技術(shù)成果，其中包括理論、方法、技術(shù)原理等等，進(jìn)行創(chuàng)新性的構(gòu)思，設(shè)計(jì)出具有新穎性、創(chuàng)造性以及實(shí)用性的機(jī)電產(chǎn)品的一種實(shí)踐活動(dòng)。它包含有兩大部分：一部分是改進(jìn)和完善生產(chǎn)生活中已經(jīng)存有的機(jī)電產(chǎn)品的技術(shù)性能、實(shí)用性能、適用性能、經(jīng)濟(jì)性能、可靠性能、便捷性能等等;另一部分則就是創(chuàng)造設(shè)計(jì)出全新的機(jī)器，全新的產(chǎn)品，以用于滿足全新的生產(chǎn)和生活的需求和需要。由于機(jī)電創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過程高度地凝結(jié)了人們的創(chuàng)造性的智慧和結(jié)晶，因?yàn)闄C(jī)電創(chuàng)新的產(chǎn)品無疑是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和藝術(shù)之間互相結(jié)合的產(chǎn)物，具有超高的完美的品性。

1. 功能分析系統(tǒng)技術(shù)

在面對(duì)已經(jīng)存在的產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)或者面對(duì)反向求解工程概念設(shè)計(jì)的相關(guān)問題當(dāng)中，設(shè)計(jì)者必需要完成的工作就是在原有的產(chǎn)品的基礎(chǔ)上再做補(bǔ)充的工作，因此在概念設(shè)計(jì)的功能分解時(shí)，要對(duì)現(xiàn)有存在的產(chǎn)品的系統(tǒng)進(jìn)行充分地了解，并將其逐步細(xì)化，在此基礎(chǔ)上建立起系統(tǒng)的功能模型，在模型當(dāng)中找出需要改進(jìn)的地方進(jìn)行產(chǎn)品改進(jìn)的概念設(shè)計(jì)。根據(jù)此類設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，適合面向已經(jīng)存有的產(chǎn)品改進(jìn)創(chuàng)新功能。

這種方法是由拜瑟韋學(xué)者建立在價(jià)值工程的基礎(chǔ)上，將功能分析方法進(jìn)一步發(fā)展成為功能分析系統(tǒng)技術(shù)，后經(jīng)眾多學(xué)者的研究和發(fā)展后，逐漸形成了一套比較成熟的功能分解方法。它可以被用來定義、分析、和理解產(chǎn)品的功能，功能之間的聯(lián)系，以及哪些方面的功能需要加以改善以增加產(chǎn)品的價(jià)值，并把功能按照一定的邏輯順序和優(yōu)先次序排列用以測試他們之間的從屬關(guān)系。此方法是一種自頂向下的功能分解的方法，設(shè)計(jì)者在功能分解的過程中，從最基本的功能開始，逐步將產(chǎn)品的各種功能展開后并且合并，從而搭建起系統(tǒng)的功能模型，該模型可以清楚的反映出產(chǎn)品功能之間的因果關(guān)系和層次關(guān)系，這有利于設(shè)計(jì)者充分了解產(chǎn)品的機(jī)理和需要改進(jìn)的部分，適用于對(duì)已有的產(chǎn)品的改進(jìn)或者反向求解工程中的概念設(shè)計(jì)。但是，顯然確定各的種功能的過程依賴于已經(jīng)存在的產(chǎn)品，因此此類方法不適用于新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)當(dāng)中。

2. 功能方法樹

在面向全新的產(chǎn)品創(chuàng)新概念設(shè)計(jì)的問題中，設(shè)計(jì)者一般都需要對(duì)將要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品中所含有的未知的信息進(jìn)行全面地“探索”和對(duì)多種的可行性進(jìn)行“選擇”的工作。因此，在此類概念設(shè)計(jì)的功能分解時(shí)必須要充分地了解產(chǎn)品當(dāng)中的模糊的信息以及可以擴(kuò)展的信息，由于這些信息又結(jié)合著許多相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，在此基礎(chǔ)上建立起來的系統(tǒng)的功能模型，然后選擇相對(duì)應(yīng)的最優(yōu)解以完成全新產(chǎn)品的概念計(jì)。根據(jù)此類設(shè)計(jì)具有的特點(diǎn)，適合面向已經(jīng)存有的產(chǎn)品改進(jìn)創(chuàng)新功能的分解方法。

功能方法樹是一種在平面上以“樹”的形式展開的功能分解方法。馬姆奎斯特描述功能方法樹：功能方法樹是一個(gè)被用在機(jī)械設(shè)計(jì)的分析的綜合工具，它逐次地采用了功能-方法進(jìn)行求解設(shè)計(jì)問題，即選擇出一個(gè)相對(duì)特定的方法來求解一個(gè)可以滿足特定需求的功能，然后逐步分解成功能，再逐步求解分功能，直到滿意的程度。在這里功能主要就是方法的實(shí)現(xiàn)，方法在設(shè)計(jì)當(dāng)中對(duì)應(yīng)為一系列相對(duì)應(yīng)的實(shí)體，實(shí)體的作用就是功能的體現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)方法，又可以將方法分解成對(duì)應(yīng)的幾個(gè)分功能，繼續(xù)對(duì)分功能求解。在自上而下的分解過程中，可以產(chǎn)生出若干種不同的方案，從這些方案當(dāng)中選擇出一個(gè)或者幾個(gè)最佳的方案來，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新。功能方法樹就是一種分層次的結(jié)構(gòu)，功能與方法之間會(huì)構(gòu)成不同的層次。在功能由高層往低層分解的過程中，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案也會(huì)由粗到精、由抽象到具體逐步地展現(xiàn)出來。這種自頂向下的設(shè)計(jì)方法，不僅符合概念設(shè)計(jì)的規(guī)律，而且適用于原始產(chǎn)品的創(chuàng)新的概念設(shè)計(jì)。但是由于其求解的過程是發(fā)散的，最終會(huì)產(chǎn)生大量的解，使最終方案的選擇相對(duì)的困難。

3. 基于廣義特征的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

近幾年來出現(xiàn)了一種“基于廣義特征的創(chuàng)新設(shè)計(jì)”方法，就是將狹義的產(chǎn)品特征拓展成為包含有物理特征和抽象特征的產(chǎn)品特征。抽象特征不僅重點(diǎn)考慮顧客的心理特征和生理特征，而且還包括了使用環(huán)境對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響等因素。廣義特征有效地融合了產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的三大創(chuàng)新源泉：產(chǎn)品、使用者以及使用環(huán)境，將產(chǎn)品與人之間的關(guān)系緊密結(jié)合起來，使產(chǎn)品更加具有市場的競爭力。

基于廣義特征的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，就是將目前常見的產(chǎn)品形狀特征、技術(shù)特征、精度特征、材料特征、抽象特征以及幾何特征等產(chǎn)品的物理特征拓寬為包含產(chǎn)品的物理特征、抽象特征，顧客的生理和心理特征以及產(chǎn)品的使用環(huán)境特征的廣義特征。

從廣義特征的角度，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)創(chuàng)新活動(dòng)是一個(gè)以產(chǎn)品特征為主要依托，以顧客特征為主要導(dǎo)向，充分考慮特定地使用環(huán)境和特征的產(chǎn)品與人的多種特征的碰撞和整合的過程。

4.小結(jié)

機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)是一個(gè)十分重要而且具有很強(qiáng)的實(shí)踐性的研究課題，相比于其他，我國在機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)仍然有很長的一條路要走，與先進(jìn)的工業(yè)強(qiáng)國之間也存在著不小的差距。我們必須加大力度，加強(qiáng)對(duì)幾點(diǎn)產(chǎn)品創(chuàng)新的研究，盡可能得跟上世界的先進(jìn)水平。

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