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第1篇

關鍵詞：機電一體化;產(chǎn)品創(chuàng)新;概念設計

機電一體化產(chǎn)品的概念設計有著極其豐富的內(nèi)容，同時也是產(chǎn)品在整個生產(chǎn)過程內(nèi)最具創(chuàng)造性的階段。其中，包含的原理與方法論對相關產(chǎn)品研發(fā)者起到關鍵的引導效用。因此，對機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新性概念設計進行探索，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1機電一體化產(chǎn)品概念設計的概述

1.1機電一體化產(chǎn)品概念設計的內(nèi)容

機電一體化產(chǎn)品是在機電一體化基礎上建立起的包含系統(tǒng)與構件、基本元內(nèi)容的集合，而機電一體化產(chǎn)品概念設計的含義則是依據(jù)產(chǎn)品使用周期中各個環(huán)節(jié)所需要求對產(chǎn)品實施功能改造、分析和子功能開發(fā)，進而實現(xiàn)其滿足功能結構要求的系統(tǒng)化設計活動。這種設計工作的過程包括前期規(guī)劃、設計概念以及對計劃進行詳細化和豐富化，并加以改進補充。機電一體化產(chǎn)品概念設計過程中的程式化內(nèi)容可以通過計算機技術代為實現(xiàn)，但除此之外難以被程式化的方面還需產(chǎn)品設計人員通過人工設計逐步完成。通過構建人機協(xié)同的概念設計理念，對其功能與組織開發(fā)的過程按照模塊化思想進行劃分，以此實現(xiàn)這一設計工作的層次性、協(xié)調(diào)性。目前，發(fā)達國家對機電一體化概念設計的深入研究大體集中于其調(diào)控系統(tǒng)的設計。機電一體化的理念自1971年被提出以來，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，內(nèi)容也在逐步豐富，尤其在科技快速發(fā)展的今天，廣闊的市場空間與消費需求的升級，更加迫使機電一體化產(chǎn)品對自身性能、可靠程度提出更高要求。而計算機技術、互聯(lián)網(wǎng)信息技術、傳感技術、AI技術、微電子技術、新材料技術、集成技術以及其他相關技術的進步，都為機電一體化產(chǎn)品的革新打下了技術根基，使得機電一體化產(chǎn)品朝著更優(yōu)質(zhì)、更高效的方向邁進。

1.2機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新概念設計的意義

機電一體化產(chǎn)品的創(chuàng)新型概念設計本身有著重要作用，其既是產(chǎn)品品質(zhì)的深層內(nèi)容，又是其功能屬性得以發(fā)揮的保障，對其本身質(zhì)量的影響也約占60%～70%。因此，建成機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設計具有極其顯著的意義。簡要概括，主要包括以下三方面內(nèi)容。第一，創(chuàng)新機電一體化產(chǎn)品的概念設計是保障機電一體化產(chǎn)品品質(zhì)的必要性要求。機電一體化體系具有多種學科互相交叉、集成融合的特點，本身具有著復雜內(nèi)涵。因此，現(xiàn)今許多的機械產(chǎn)品的設計并不適應機電一體化技術本身的特色，難以做到根據(jù)機電一體化技術特征隨之作出應對。第二，機電一體化產(chǎn)品概念設計的創(chuàng)新促使其理論體系得到發(fā)展。要創(chuàng)新這一概念設計，必將建立新的方式、理論基礎。只有在合理、可靠的概念設計基礎上，才能使之收獲具有優(yōu)異性能的機電一化體產(chǎn)品。再加之如今概念設計的思想理念獲得了社會中乃至整個世界越來越多的關注與認同，如QFD理論、公理化理論、TRIZ理論等設計理論的建立，對于推動創(chuàng)新機電一體化產(chǎn)的概念設計發(fā)展起到了不可忽略的效用，進一步促進了機電一體化技術體系的建立和機電一體化技術的完善。第三，機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新概念設計對于生產(chǎn)能力與工作質(zhì)量的提高起到切實的幫助作用。許多機電一體化產(chǎn)品都帶有自動處理、調(diào)節(jié)的功效，通過這些能力的實現(xiàn)，能夠保證工作質(zhì)量與效率的穩(wěn)步提升。例如，在數(shù)控機床的使用過程中，其生產(chǎn)效率要高出普通基礎5～6倍，并能夠實現(xiàn)機床數(shù)量減少50%，節(jié)省50%操作人員的效能，生產(chǎn)周期也能縮短40%，進而使得生產(chǎn)成本降低50%左右。

2機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新概念設計理論

2.1機電一體化產(chǎn)品應用到的系統(tǒng)原理

機電一體化系統(tǒng)是該類產(chǎn)品中最為重要的基礎。就其本質(zhì)來說。它算是一種復雜機械，但與普通的機械相比還有著顯著區(qū)分。機電一體化體系是通過在機構的動力功效、信息功效、控制功效以及主功能方面引入先進的電子技術，并使之與軟件相互聯(lián)合形成的一類新型機械系統(tǒng)。就其功能來說，機電一體化系統(tǒng)包含機械力、能量流、運動力等多種動力學有關的特殊機械，以及一些機電部件互相關聯(lián)的系統(tǒng)。其中，機電一體化系統(tǒng)的核心又在于集成協(xié)調(diào)各種技術，通過對機械工程、控制系統(tǒng)、計算機技術、電子技術、電工技術等多項技術的聯(lián)合利用，實現(xiàn)其運動行為可控的目標，而不僅簡單對各項技術進行拼湊堆積。這也是利用計算機的調(diào)節(jié)和處理能力，實現(xiàn)驅動元件可控特征的現(xiàn)代化機械系統(tǒng)。有關機電系統(tǒng)化原理的研究主要包含三方面內(nèi)容。第一，三環(huán)論。研究者認為，機電一體化產(chǎn)品可以劃分為電子、機械、軟件三項功能模塊。第二，五塊論。通常視機電一體化產(chǎn)品是由動力功能、控制功能、構造功能、操作功能和傳感檢測五個功能模塊組成的。第三，兩個子系統(tǒng)理論。研究人員認為，機電一體化系統(tǒng)是由控制系統(tǒng)和物理系統(tǒng)兩項分支系統(tǒng)共同組成的。以上三種理論的提出具有重要意義，但同時也有著較大的局限性。三者立足于控制和電力兩部分，但沒有對機械主體加以強調(diào)，也并未對處理好機電一體化系統(tǒng)的概念設計中出現(xiàn)的復雜性、多面性和模糊性等問題提出方法。因此，這些理論對該類產(chǎn)品的概念設計不能起到重要作用。在概念設計實際工作中，機電一體化系統(tǒng)往往會被劃分為傳感檢測、執(zhí)行機構、信息控制處理三個子系統(tǒng)。通過這三個子系統(tǒng)的系統(tǒng)分工，各自完成信息檢測、機械運動與信息控制的工作，這種分工方式才能真正實現(xiàn)該系統(tǒng)中各項功能的優(yōu)化和最佳效果的發(fā)揮，并以此獲得機電一體化系統(tǒng)的概念設計合理的相關方案。

2.2機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設計方法

對機電一體化產(chǎn)品而言，其概念設計是許多領域內(nèi)知識、技術之間的交織融合，具有新穎復雜、反復迭代、目標多解、結構不良等特點。滿足機電一體化產(chǎn)品概念設計的創(chuàng)新，關鍵在于發(fā)揮設計者的主觀能動性，通過展現(xiàn)設計智慧，滿足創(chuàng)新性的要求。要實現(xiàn)這一目標，主要在于實現(xiàn)人機協(xié)調(diào)配合。計算機技術的飛速進步，促使人們對人工智能提出新的期待。但創(chuàng)新產(chǎn)品設計這類任務，主要還得依靠人類的智能實現(xiàn)。機電一體系統(tǒng)也是人機協(xié)同系統(tǒng)，通過對設計者與計算機的分工，來達到創(chuàng)新概念設計的目的。機電一體化產(chǎn)品概念設計創(chuàng)新主要方法包括三方面內(nèi)容。第一，落實人才戰(zhàn)略，培養(yǎng)專業(yè)性人才?？萍几偁幾罱K都會落實在人才競爭上。要實現(xiàn)機電一體化產(chǎn)品概念設計的創(chuàng)新，人才供應是重要保障。機電一體化技術專業(yè)人才在制造行業(yè)占據(jù)就業(yè)滿意度第三位的好名次，就業(yè)率更是高達100%。因此，加強專業(yè)人才培養(yǎng)更有著多方面的積極意義，國家以及機電行業(yè)要在培養(yǎng)、優(yōu)化道路中貢獻出更多力量，從多方面對學生展開培訓工作，以此實現(xiàn)增強研究者、開發(fā)者、設計者以及其他相關從業(yè)人員素質(zhì)的目的。第二，努力拓寬供應市場，嚴守質(zhì)量關。市場是檢驗產(chǎn)品的試金石，將機電一體化產(chǎn)品投放到市場中，一方面保障其生命周期能夠實現(xiàn)，另一方面通過買方對產(chǎn)品性能體驗所作反饋也對產(chǎn)品研發(fā)起到反作用力的效果，使其優(yōu)點得以保存、延續(xù)，缺點得到改良、進化，從而不斷促進機電一體化產(chǎn)品性能的整體提升。第三，將環(huán)保技術納入機電一體化的發(fā)展策略中。機械技術、計算機技術、電子技術、電力技術等多種技術的應用，往往會伴隨著電子、機械污染的問題。在機電一體化產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，無可避免也會產(chǎn)生一些污染物。因此，設計者在設計研發(fā)過程中要考慮到環(huán)保問題，讓機電一體化產(chǎn)品朝著節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展，以施行環(huán)保、可持續(xù)的發(fā)展策略為其提供方法指引。通過一些環(huán)保設施和環(huán)保科技的實行，有效遏制資源浪費、污染物增多的問題。當實際運行過程中出現(xiàn)技術故障時，也可以反復利用一些資源，以減少資源、材料的消耗。相關生產(chǎn)負責人還應主動淘汰一些產(chǎn)能落后的設備、產(chǎn)品，以此改變過去投入高、輸出高的模式，最終實現(xiàn)發(fā)展的可持續(xù)，使人們擁有健康的生存環(huán)境。

2.3機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設計的發(fā)展展望

機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設計主要發(fā)展在于理論的進步。雖然機電一體化體系中依舊存在許多問題需要加強分析、研究，但其發(fā)展總趨勢還是積極向上的。概括有五方面內(nèi)容：第一，根據(jù)被測物理量，建立傳感器特點和類型的知識庫；第二，構建與機電一體化產(chǎn)品的概念設計相關的推理方法庫；第三，將執(zhí)行機構的實現(xiàn)運動與動作進行分類，構建執(zhí)行機構庫和驅動元件庫，以促進驅動元件、執(zhí)行、傳動機構和兩者的集成選擇實行；第四，實現(xiàn)對該類產(chǎn)品概念設計在各個環(huán)節(jié)評價體系的建立，尤其在概念設計初期中構建對功能原理設計環(huán)節(jié)的評價體系；第五，構建調(diào)節(jié)和控制信息的資料庫，以促進挑選硬件和編制軟件中對機構子系統(tǒng)高效管控的實現(xiàn)。隨著機電技術與各項科技的快速進步以及機電一體化研究的逐步深入，促使機電一體化產(chǎn)品概念設計的理論體系更加豐富，并具有更為強大的實用功能和操作功能，從而順利實現(xiàn)對機電一體化產(chǎn)品的創(chuàng)新與研發(fā)。

3結束語

機電一體化產(chǎn)品的研究雖然已經(jīng)取得了較為矚目的成績，但關于機電一體化產(chǎn)品設計的研究成果目前依然處于初級階段，仍需要相關從業(yè)者不斷加強探索、創(chuàng)新，通過大量細致的實踐研究工作，促進機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新概念設計的完善和成熟，并最終實現(xiàn)其優(yōu)異的實用價值。

作者:王中元 單位:內(nèi)蒙古機電職業(yè)技術學院

參考文獻:

第2篇

關鍵詞 工業(yè)設計 文化產(chǎn)品 概念設計 綜合創(chuàng)新能力

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

0引言

工業(yè)設計專業(yè)的人才培養(yǎng)要注重“通過融知識學習，能力培養(yǎng)和素質(zhì)提高為一體，理論與實踐相結合的學習方法，培養(yǎng)提出問題、分析問題和解決問題的能力，尤其培養(yǎng)動手能力和創(chuàng)新能力”。

1概念設計教學現(xiàn)狀

1.1概念設計課程特點

《概念設計》課程的教學目標是通過教學提高學生設計創(chuàng)新能力?！皠?chuàng)新能力是一種綜合能力，是創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新人格、創(chuàng)新技能和已有知識經(jīng)驗等在創(chuàng)新主體身上的綜合表現(xiàn)”。本課程一般開設在本科三年級，此階段學生的特征是已對前期基礎理論知識進行了系統(tǒng)學習，但缺乏有機綜合各項單一能力進行設計創(chuàng)新的實踐訓練和經(jīng)驗總結。因此，本課程的教學研究工作也就主要以設計課}項目教學的方式圍繞培養(yǎng)學生的綜合創(chuàng)新能力而開展。

2綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)導向的文化產(chǎn)品概念設計教學研究

2.1 概念設計課程教學研究的基本思路

通過對課程教學現(xiàn)狀的梳理，圍繞“綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)”的課程目標，課程教學形成以下基本思路：采用“以培養(yǎng)學生綜合創(chuàng)新能力為本位，教師為主導，學生為主體，教學練做一體化” 的教學模式，將文化產(chǎn)品概念設計項目貫穿課程教學全過程，學生以團隊形式參與，按照概念設計教學流程來開展。

2.2研究過程

在課程教學前期的準備階段，為了讓學生形成對本課程的整體概念，可以通過緒論課讓學生宏觀把握概念設計的含義、特征、意義、構思方向和關注熱點等知識點。此階段授課可結合圖文并茂的案例教學，通過具有前瞻性且符合未來生活趨勢的概念設計案例為學生展示概念設計的魅力和重要價值，并讓學生明確課程的教學目標、組織形式、產(chǎn)品概念設計階段任務及能力培養(yǎng)導向、考核方式和評價標準，做好參與概念設計的準備。

隨后，課程教學進入學生綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)的關鍵階段――實質(zhì)設計期，學生作為主體實際參與概念設計全流程，教師則通過組織和引導，在實踐中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。設計流程以學生團隊分組開始，要求學生圍繞特定地域文化人群展開生活形態(tài)的調(diào)研。目的是通過生活形態(tài)研究來挖掘用戶的潛在需求和問題點，進而開展文化概念設計。此階段的教學，教師應該注意培養(yǎng)學生兩方面的能力：一是觀察能力，學會認真觀察是開展概念設計的第一步，通過課堂和課后的訓練，引導學生形成觀察習慣，并以觀察特定地域文化人群的生活形態(tài)作為訓練重點；二是調(diào)研分析能力，明確“收集信息要博，選擇信息要精”這一調(diào)研分析的基本原則，培養(yǎng)學生靈活運用不同的設計調(diào)研記錄技巧，如剪貼簿、記事本、建立信息庫等來實現(xiàn)對信息、圖片和物品的收集。重視分析過程的講解，向學生介紹概念設計“透過現(xiàn)象看本質(zhì)、面向未來看趨勢、對比分析看特點”的調(diào)研分析特征，并通過形象直觀的案例明確調(diào)研分析的方法和有效途徑。通過對用戶的研究，從用戶的生活、文化、居住環(huán)境等特征角度來琢磨產(chǎn)品的文化屬性，使產(chǎn)品能更多地體現(xiàn)出用戶的精神文化和情感需求，以獲得用戶的認同，進而確定產(chǎn)品的概念模型。需要注意的是，“概念模型設計需要設計師大量閱讀與研究設計所關聯(lián)的文化內(nèi)容、現(xiàn)實狀態(tài)、市場環(huán)境、民俗特征、造物文化等，并由此提取出可設計與延伸的文化因素，進而提出與市場具有相溶性的設計模型，即設計創(chuàng)意構想”。提出概念模型后，教學進入了方案構思階段。此時需要提醒學生的是：此階段的方案構思一定是建立在前期用戶研究的結果之上。教師應該結合問題的實際，引導學生理性分析；課堂上構建案例式和互動式為主的教學模式，為學生創(chuàng)設形象生動、接近實際的設計情境和多邊互動的教學環(huán)境；課后多多拓寬交流渠道，形成熱烈的設計研討氛圍；同時要加強概念發(fā)散的方法指導，從案例模仿開始，逐步讓學生形成概念充分發(fā)散的系統(tǒng)方法。

最后，課程進入設計視覺化階段，教學將圍繞概念細化、效果圖表達等環(huán)節(jié)開展。學生可選擇自己擅長表現(xiàn)手法開展設計，這有助于調(diào)動學生實現(xiàn)設計的積極性，促進團隊合作的優(yōu)勢互補，激發(fā)學生圍繞設計中關于材料、結構、造型等問題積極思考對策。設計完成后組織學生對各組設計方案展開設計評價，以此來衡量各組設計的最終效果。

3結論

通過教學研究，清晰地理順了綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)導向的概念設計教學的目標、思路、教學過程和方法。以文化產(chǎn)品設計開發(fā)為課題研究內(nèi)容，探索了新的概念設計課程教學模式，為學生綜合創(chuàng)新能力的提高和地域文化傳承提供了有效的途徑。

參考文獻

[1] 孫誠.現(xiàn)代包裝人才培養(yǎng)的研究與實踐[J].包裝工程，2003（04）.

第3篇

機械產(chǎn)品創(chuàng)新的核心在于構思產(chǎn)品的創(chuàng)新概念。產(chǎn)品概念設計決定性地影響后續(xù)的產(chǎn)品詳細設計、產(chǎn)品生產(chǎn)開發(fā)、產(chǎn)品市場開發(fā)以及企業(yè)經(jīng)營戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)。一旦概念設計被確定，產(chǎn)品設計的60%～70%也就確定了。因而，產(chǎn)品概念設計成為設計過程中最重要、最復雜，最不確定的設計階段。機械產(chǎn)品概念設計是一個創(chuàng)造性問題求解過程，其主要特征是初始狀態(tài)定義不良。只有弄清楚設計者在創(chuàng)新設計過程中到底是如何進行認知操作的，才能更好的理解創(chuàng)新設計過程，并為該過程建立有效的支持工具。因此，通過結合工程領域的概念設計過程與認知心理學領域的創(chuàng)造性過程，建立面向產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設計認知過程模型，該模型的主要作用在于揭示創(chuàng)新設計過程本質(zhì)，確定影響設計結果的設計資源和設計行為，幫助設計者更好的使用來自于設計領域及認知領域的的創(chuàng)造性工具、方法及技術。以認知科學為基礎，機械產(chǎn)品創(chuàng)新設計為對象，實現(xiàn)人機智能協(xié)同設計為目的，研究機械產(chǎn)品概念設計行為機理。首先分析影響創(chuàng)新設計的關鍵因素，并對這些因素進行歸類分析，確定可以通過外部資源得以促進的可控因素；其次，對創(chuàng)造性概念設計過程中的關鍵認知行為、信息傳遞、信息操作及認知回路進行分析，并基于此建立有利于創(chuàng)新實現(xiàn)的一般設計過程，為建立計算機輔助設計系統(tǒng)的概念平臺奠定基礎。

2人機智能協(xié)同的內(nèi)在機理研究

利用計算機技術、信息技術及智能技術實現(xiàn)概念設計行為機理研究結果的具體方法，從而建立人機智能協(xié)同的模式。首先，根據(jù)信息加工理論，分析從刺激的選擇和注意，到對刺激意義的理解，工作記憶對信息的存儲并進行加工處理，長時記憶的形成和使用，對創(chuàng)新設計的影響，確定人機智能協(xié)同應遵循的原則；其次，為影響創(chuàng)新設計的可控因素尋找利用機器智能實現(xiàn)的方法；最后，研究利用計算機技術實現(xiàn)創(chuàng)新認知規(guī)律的方法。

3計算機輔助機械產(chǎn)品創(chuàng)新設計原型系統(tǒng)研究

計算機輔助機械產(chǎn)品創(chuàng)新設計系統(tǒng)是認知科學、信息技術、設計理論與方法的會聚平臺，也是創(chuàng)新設計的工作平臺。該系統(tǒng)主要由知識庫系統(tǒng)、信息檢索系統(tǒng)、概念設計空間及創(chuàng)造性思維方法等部分構成，其關鍵作用是在產(chǎn)品的概念設計階段、方案設計階段為設計者提供有用的工具，并實現(xiàn)與設計者之間的智能交互，從而提高設計者的創(chuàng)新設計能力。在本研究方案中，原型系統(tǒng)的邏輯體系結構共分為三層：界面層、應用程序服務器層、資源層。

4結束語