基于增材思維的創(chuàng)成式正向設(shè)計 課件03面向子功能的概念設(shè)計

基于增材思維的創(chuàng)成式正向設(shè)計

第三章從需求到產(chǎn)品概念第6-7課授課教師：

面向子功能的概念設(shè)計&概念的模型化表達(dá)面向子功能的概念設(shè)計：功能分解產(chǎn)品概念——原理性解決方案，是對產(chǎn)品的技術(shù)、工作機(jī)理和形式的大致描述，能簡要地說明該產(chǎn)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(chǎn)品概念生成初期，設(shè)計師首先對產(chǎn)品總體功能進(jìn)行分解，將復(fù)雜問題簡單化處理，并以分解出的子功能為基礎(chǔ)建立功能模型。功能分解描述產(chǎn)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(shè)計：原理型機(jī)構(gòu)在產(chǎn)品復(fù)雜功能分解為子功能后，設(shè)計師必須為每一個子功能找到解決方案（邏輯關(guān)系如圖所示），這是整個設(shè)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(jié)合到工作結(jié)構(gòu)中?！肮δ堋獧C(jī)構(gòu)——結(jié)構(gòu)”的設(shè)計思考過程是螺旋演進(jìn)的。概念的模型化表達(dá)厘清產(chǎn)品功能與原理的映射關(guān)系之后，需要將概念抽象為理論模型。所謂理論模型，即是產(chǎn)品“功能-原理-形態(tài)”的結(jié)構(gòu)化表示，如圖所示。用戶需求決定產(chǎn)品功能；結(jié)構(gòu)、原理、形態(tài)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能；概念是功能、結(jié)構(gòu)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(jù)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(jìn)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(gòu)建理論模型，可以將針對功能、結(jié)構(gòu)等的解決方案按照一定的邏輯關(guān)系羅列開來，然而，由于特定的功能可通過不同的原理/結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，因此在產(chǎn)品方案提出時會產(chǎn)生大量排列組合問題，這些問題會導(dǎo)致設(shè)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(biāo)準(zhǔn)和特征在系統(tǒng)地搜索解決方案和技術(shù)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(yīng)和現(xiàn)象；工作幾何；工作運(yùn)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(jìn)一步分解，以提升設(shè)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(diào)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(shí)際可能的搜索字段。第9課授課教師：

概念的選擇及驗(yàn)證概念的選擇及驗(yàn)證：概念的選擇概念選擇：對各概念間的優(yōu)劣進(jìn)行比較，篩選一或多個概念進(jìn)一步調(diào)查、測試、研究，使得概念能夠更好地達(dá)成顧客需求及其他指標(biāo)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(fù)進(jìn)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(tuán)隊凝練和改進(jìn)概念，并最后選擇出一個或多個優(yōu)質(zhì)概念進(jìn)行接下來的測試，或進(jìn)一步的產(chǎn)品開發(fā)行為。概念選擇方法主要包括：外部決策、資深設(shè)計人員決策、直覺、表決、網(wǎng)絡(luò)調(diào)查、優(yōu)劣對比、原型測試、決策矩陣、產(chǎn)品對標(biāo)等，其中決策矩陣是一種準(zhǔn)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(shí)施步驟如圖所示。概念的選擇及驗(yàn)證：概念的選擇確定評估標(biāo)準(zhǔn)：任何評估的第一步即制定一套目標(biāo)，并從中推導(dǎo)出評估標(biāo)準(zhǔn)。在技術(shù)領(lǐng)域，這些目標(biāo)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(biāo)通常包括了各種技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和安全因素，而且它們在重要性上也有很大差異，這些目標(biāo)應(yīng)盡可能滿足以下條件：目標(biāo)必須盡可能完整地涵蓋決策相關(guān)要求和一般限制，以免忽略基本標(biāo)準(zhǔn)；評估所依據(jù)的單個目標(biāo)應(yīng)盡可能獨(dú)立；即，對一個目標(biāo)增加一個變量的值，不能影響其對于其他目標(biāo)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(shù)語表達(dá)。這些目標(biāo)的列表在很大程度上取決于特定評估的目的，即設(shè)計階段和產(chǎn)品的相對新穎性。評估標(biāo)準(zhǔn)可以直接從目標(biāo)中得出。由于值的后續(xù)分配，所有標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)證：概念的選擇概念篩選包括四個步驟：（1）準(zhǔn)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(biāo)都是重要指標(biāo)；（2）選出一個參考概念做基準(zhǔn)；對概念評級，使用“優(yōu)于（+）、相似（0）、差于（-）”來進(jìn)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(jìn)行整合和改進(jìn)，需要考慮：是否有總體上很好，卻因?yàn)橐粋€不好的特征而降級的？一個較小的改進(jìn)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(jìn)行更深層次研究的概念數(shù)目將會受到團(tuán)隊資源，如人員、經(jīng)費(fèi)、時間的限制，在選擇最終概念之前，團(tuán)隊還必須弄清，那些問題是必須研究調(diào)查的；（6）對結(jié)果和過程進(jìn)行反思，最終的結(jié)果須使得團(tuán)隊的所有成員都滿意，考慮結(jié)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(tuán)隊開展后續(xù)工作的凝聚力。概念的選擇及驗(yàn)證：概念的選擇概念評分步驟：（1）準(zhǔn)備選擇矩陣，對概念的各個指標(biāo)做更細(xì)致的比較，如有必要，可以分解選擇標(biāo)準(zhǔn)為更精細(xì)的指標(biāo)，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(biāo)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(quán)得分之和為總得分；（4）對概念進(jìn)行整合和改進(jìn)；（5）選擇一個或多個概念；（6）對結(jié)果和過程進(jìn)行反思。概念的選擇及驗(yàn)證：概念的驗(yàn)證概念測試與概念選擇密切相關(guān)，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(jù)上的，它對開發(fā)團(tuán)隊自身判斷的依賴程度較小。概念測試往往需要一些產(chǎn)品概念的描述，如產(chǎn)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(jié)果之一是對公司可以賣出多少單位產(chǎn)品的一個估值，而這個預(yù)測是產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)分析的關(guān)鍵信息之一。

如果某些類別的產(chǎn)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(wǎng)公司僅發(fā)行產(chǎn)品并在后續(xù)的產(chǎn)品更新中不斷使其完善。但對于商用飛機(jī)來說，不做概念測試則非常愚蠢，因?yàn)檫@些產(chǎn)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(zāi)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(diào)查人群；（3）選擇調(diào)查方式；（4）溝通概念；（5）測試顧客反應(yīng)；（6）解釋結(jié)果；（7）對結(jié)果和過程進(jìn)行反思。第10課授課教師：

子功能表達(dá)的系統(tǒng)規(guī)則子功能表達(dá)的系統(tǒng)規(guī)則目標(biāo)規(guī)格只是開發(fā)團(tuán)隊在產(chǎn)品開發(fā)的初期階段對目標(biāo)進(jìn)行的大體描述，通常并不精確。因此，在進(jìn)行產(chǎn)品概念選擇后，需要對目標(biāo)規(guī)格進(jìn)行修正。選擇最終的產(chǎn)品規(guī)格最困難的是權(quán)衡，可采用下面的過程方法：開發(fā)產(chǎn)品的技術(shù)模型；開發(fā)產(chǎn)品的成本模型；修正規(guī)格，必要時進(jìn)行權(quán)衡分析；確立合理的規(guī)格；對結(jié)果和過程進(jìn)行反思。1.開發(fā)產(chǎn)品的技術(shù)模型：產(chǎn)品技術(shù)模型是一種針對特殊設(shè)計決策的工具，可以用來預(yù)測決策中度量指標(biāo)的值。這里模型指的是產(chǎn)品的解析模型或者物理模型，其中，解析化模型是產(chǎn)品數(shù)學(xué)上的近似，一般包含隨設(shè)計修改而變化的參數(shù)；物理模型是實(shí)體化的，檢測不可預(yù)見現(xiàn)象需要采用實(shí)體化原型進(jìn)行試驗(yàn)測試。子功能表達(dá)的系統(tǒng)規(guī)則2.開發(fā)產(chǎn)品的成本模型：這步確保產(chǎn)品最終按目標(biāo)成本生產(chǎn)；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(yù)算，并且清單需要不斷更新以及時反映制造成本的最新進(jìn)展。3.修正規(guī)格，必要時進(jìn)行權(quán)衡分析：通過使用技術(shù)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(chǎn)品最終規(guī)格；將技術(shù)性能模型和成本模型作為輔助工具，開發(fā)團(tuán)隊可以估計自己是否能處理析競爭性分析圖（權(quán)衡圖）中顯示的權(quán)衡問題，如圖所示。子功能表達(dá)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(fù)雜產(chǎn)品的規(guī)格是按照子系統(tǒng)的規(guī)格來確定的。當(dāng)確保實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)規(guī)格，不同子系統(tǒng)的特定規(guī)格實(shí)現(xiàn)難度相當(dāng)時并能如實(shí)反映產(chǎn)品整體規(guī)格，則整體規(guī)格就會實(shí)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(yù)算分配來建立，例如，確定產(chǎn)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