基于增材思維的創(chuàng)成式正向設計 課件03面向子功能的概念設計

基于增材思維的創(chuàng)成式正向設計

第三章從需求到產品概念第6-7課授課教師：

面向子功能的概念設計&概念的模型化表達面向子功能的概念設計：功能分解產品概念——原理性解決方案，是對產品的技術、工作機理和形式的大致描述，能簡要地說明該產品如何滿足顧客需求，通常采用草圖、三維模型表示，并附帶簡要的文字描述，概念生成的步驟如圖所示。產品概念生成初期，設計師首先對產品總體功能進行分解，將復雜問題簡單化處理，并以分解出的子功能為基礎建立功能模型。功能分解描述產品的功能要素，而不是描述其工作原理。面向子功能的概念設計：原理型機構在產品復雜功能分解為子功能后，設計師必須為每一個子功能找到解決方案（邏輯關系如圖所示），這是整個設計過程中最具創(chuàng)造性的工作，需要為各個子功能找到工作原理，這些原理必須最終結合到工作結構中。“功能——機構——結構”的設計思考過程是螺旋演進的。概念的模型化表達厘清產品功能與原理的映射關系之后，需要將概念抽象為理論模型。所謂理論模型，即是產品“功能-原理-形態(tài)”的結構化表示，如圖所示。用戶需求決定產品功能；結構、原理、形態(tài)實現(xiàn)產品功能；概念是功能、結構等的解決方案。第8課授課教師：

概念的系統(tǒng)性組合概念的系統(tǒng)性組合：概念分類樹

信息和數(shù)據的系統(tǒng)性呈現(xiàn)在兩方面是有幫助的：一方面刺激在不同的方向上進一步搜索解決方案；另一方面有利于識別兼容的組合。通過構建理論模型，可以將針對功能、結構等的解決方案按照一定的邏輯關系羅列開來，然而，由于特定的功能可通過不同的原理/結構實現(xiàn)，因此在產品方案提出時會產生大量排列組合問題，這些問題會導致設計工作陷入混亂。為了避免這種混亂，我們引入概念分類樹這一工具。概念分類樹把可能的解決方法組成的整個空間劃分為若干類別，以便比較與修正，如圖所示。分類標準和特征在系統(tǒng)地搜索解決方案和技術系統(tǒng)解決方案概念的變化時可能會很有用，它們包括：能量類型；物理效應和現(xiàn)象；工作幾何；工作運動；基本材料屬性。另外，概念分類可以將某一特定分支的功能進一步分解，以提升設計可靠性。概念的系統(tǒng)性組合：概念組合表

概念組合表是另外一種解決方案管理/調用的工具，它能從系統(tǒng)的角度考慮解決方案的組合，如圖所示。概念組合法的主要作用是確定哪些解決方案原理是兼容的，也就是說，將理論上可能的搜索字段縮小到實際可能的搜索字段。第9課授課教師：

概念的選擇及驗證概念的選擇及驗證：概念的選擇概念選擇：對各概念間的優(yōu)劣進行比較，篩選一或多個概念進一步調查、測試、研究，使得概念能夠更好地達成顧客需求及其他指標的過程。它雖然是一個收斂的過程，但不一定能很快就選出最優(yōu)概念，所以必須反復進行篩選。概念選擇是一個迭代的過程，與概念生成、概念測試緊密相連，概念篩選和評分則幫助團隊凝練和改進概念，并最后選擇出一個或多個優(yōu)質概念進行接下來的測試，或進一步的產品開發(fā)行為。概念選擇方法主要包括：外部決策、資深設計人員決策、直覺、表決、網絡調查、優(yōu)劣對比、原型測試、決策矩陣、產品對標等，其中決策矩陣是一種準確率、效率較高的選擇手段，它可以避免人工決策所帶來的主觀性缺陷，其實施步驟如圖所示。概念的選擇及驗證：概念的選擇確定評估標準：任何評估的第一步即制定一套目標，并從中推導出評估標準。在技術領域，這些目標主要來源于需求清單和總體約束，這些要素列出了特定解決方案中確定的要求。

一套目標通常包括了各種技術、經濟和安全因素，而且它們在重要性上也有很大差異，這些目標應盡可能滿足以下條件：目標必須盡可能完整地涵蓋決策相關要求和一般限制，以免忽略基本標準；評估所依據的單個目標應盡可能獨立；即，對一個目標增加一個變量的值，不能影響其對于其他目標的值；如果可能的話，要評估的系統(tǒng)的屬性必須以具體的定量或至少定性（口頭）術語表達。這些目標的列表在很大程度上取決于特定評估的目的，即設計階段和產品的相對新穎性。評估標準可以直接從目標中得出。由于值的后續(xù)分配，所有標準必須給出一個積極的表述，即使得更高的值更便于表示。概念的選擇及驗證：概念的選擇概念篩選包括四個步驟：（1）準備選擇矩陣，概念最好同時通過文字和草圖來描繪，這里列出的指標都是重要指標；（2）選出一個參考概念做基準；對概念評級，使用“優(yōu)于（+）、相似（0）、差于（-）”來進行判定；（3）對概念排序，優(yōu)于的個數(shù)減去差于的個數(shù)為凈得分；（4）對概念進行整合和改進，需要考慮：是否有總體上很好，卻因為一個不好的特征而降級的？一個較小的改進是否能夠是否能提升？是否有兩個概念合并后能保持“優(yōu)于”的數(shù)量，卻減少“差于”的數(shù)量？（5）選擇一個或多個概念，選擇進行更深層次研究的概念數(shù)目將會受到團隊資源，如人員、經費、時間的限制，在選擇最終概念之前，團隊還必須弄清，那些問題是必須研究調查的；（6）對結果和過程進行反思，最終的結果須使得團隊的所有成員都滿意，考慮結果是否滿足每個成員的意愿，會減少錯誤發(fā)生的可能性，增加整個團隊開展后續(xù)工作的凝聚力。概念的選擇及驗證：概念的選擇概念評分步驟：（1）準備選擇矩陣，對概念的各個指標做更細致的比較，如有必要，可以分解選擇標準為更精細的指標，如“使用方便”分解為“易于連接”、“易于清除”、“易于安裝”；（2）對概念評級，通常使用1~5的標度?？梢杂脜⒖几拍?，但參考概念并不總處于平均水平；（3）對概念排序，加權得分之和為總得分；（4）對概念進行整合和改進；（5）選擇一個或多個概念；（6）對結果和過程進行反思。概念的選擇及驗證：概念的驗證概念測試與概念選擇密切相關，它們都是為了縮小可考慮概念系列的數(shù)目，但不同的是，概念測試是建立在直接從潛在顧客那里獲取的數(shù)據上的，它對開發(fā)團隊自身判斷的依賴程度較小。概念測試往往需要一些產品概念的描述，如產品原型，所以概念測試與原型化也聯(lián)系緊密。概念測試得到的結果之一是對公司可以賣出多少單位產品的一個估值，而這個預測是產品經濟分析的關鍵信息之一。

如果某些類別的產品的概念測試所需的時間過長，或成本過高，可能會選擇不做測試。例如，有些互聯(lián)網公司僅發(fā)行產品并在后續(xù)的產品更新中不斷使其完善。但對于商用飛機來說，不做概念測試則非常愚蠢，因為這些產品的研發(fā)成本和所需的時間非常多，如果研發(fā)失敗，后果是災難性的。大多數(shù)情況下，概念測試非常有用。

下列是概念測試的7步法：（1）確定概念測試的目的；（2）選擇調查人群；（3）選擇調查方式；（4）溝通概念；（5）測試顧客反應；（6）解釋結果；（7）對結果和過程進行反思。第10課授課教師：

子功能表達的系統(tǒng)規(guī)則子功能表達的系統(tǒng)規(guī)則目標規(guī)格只是開發(fā)團隊在產品開發(fā)的初期階段對目標進行的大體描述，通常并不精確。因此，在進行產品概念選擇后，需要對目標規(guī)格進行修正。選擇最終的產品規(guī)格最困難的是權衡，可采用下面的過程方法：開發(fā)產品的技術模型；開發(fā)產品的成本模型；修正規(guī)格，必要時進行權衡分析；確立合理的規(guī)格；對結果和過程進行反思。1.開發(fā)產品的技術模型：產品技術模型是一種針對特殊設計決策的工具，可以用來預測決策中度量指標的值。這里模型指的是產品的解析模型或者物理模型，其中，解析化模型是產品數(shù)學上的近似，一般包含隨設計修改而變化的參數(shù)；物理模型是實體化的，檢測不可預見現(xiàn)象需要采用實體化原型進行試驗測試。子功能表達的系統(tǒng)規(guī)則2.開發(fā)產品的成本模型：這步確保產品最終按目標成本生產；通過羅列材料清單（包含所有組件的清單）估計購買成本，完成制造成本的初步預算，并且清單需要不斷更新以及時反映制造成本的最新進展。3.修正規(guī)格，必要時進行權衡分析：通過使用技術模型確定可行的組合值，然后探索成本范圍；通過迭代的方法，找到在有競爭地位、最大程度滿足顧客需求并確保足夠的利潤的產品最終規(guī)格；將技術性能模型和成本模型作為輔助工具，開發(fā)團隊可以估計自己是否能處理析競爭性分析圖（權衡圖）中顯示的權衡問題，如圖所示。子功能表達的系統(tǒng)規(guī)則4.確立合理的規(guī)格：前面通過迭代修正得到的最終規(guī)格是組件規(guī)格或者子系統(tǒng)的規(guī)格，具有多個子系統(tǒng)的復雜產品的規(guī)格是按照子系統(tǒng)的規(guī)格來確定的。當確保實現(xiàn)子系統(tǒng)規(guī)格，不同子系統(tǒng)的特定規(guī)格實現(xiàn)難度相當時并能如實反映產品整體規(guī)格，則整體規(guī)格就會實現(xiàn)；否則，制造成本將會過高。一些整體性規(guī)格可以通過預算分配來建立，例如，確定產品的整體成本、重量和能耗僅僅是各個子系統(tǒng)的綜合，那么制造成本