緒論：寫作既是個人情感的抒發，也是對學術真理的探索，歡迎閱讀由發表云整理的11篇設計方法范文，希望它們能為您的寫作提供參考和啟發。

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摘 要：IDEO作為全球十大創意公司之一，應用以人為本的「設計思考，為全世界的領導企業以及政府、教育、健康等社會部門，驅動創新和成長。它的「設計思考所擁有的三大準則的考驗、三大探索的過程以及成功的三要素是未來設計師所必須面對以及思考的。

關鍵詞：IDEO；設計思考；創新；商業

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A 文章編號：1672-8122（2014）05-0118-02

一、IDEO

作為全球十大創意公司之一的IDEO，成立于1991年，是由一群斯坦福大學畢業生所創立的。1991年由大衛凱利設計公司（David Kelley Design）與ID Two設計公司以及Matrix產品設計公司共同組成。多年來，IDEO強調設計創新，以站在人的立場上來制造產品。其客戶遍布在全世界，且多有一些知名廠商：如BMW汽車，NIKE，3M，飛利浦等等。IDEO以其精確的設計水準，在商場上奔走30余年，成功設計并開發了諸多已成為行業標準的創新產品，其中包括蘋果電腦的第一個鼠標器――滑鼠；以及世界上第一臺筆記本電腦――GRID電腦；掌上型電腦（開創了掌上電腦的先河，引領了新的市場）；寶麗來的Zyliss廚房用具以及歐樂B的軟柄兒童牙刷等等。

1991年，IDEO即連續14年獲得了《商業周刊》的產品設計大獎。19次榮獲Red Dot設計概念獎以及超過15次的IF Hanover設計大獎。2001年，其創始人David Kelley和IDEO因在產品設計方面的突出成績，榮獲紐約國立設計博物館授予的國家設計獎。2005和2006年IDEO連續被波士頓咨詢協會評為全世界最富創新精神的20家公司之一，其中前十名最富創新精神的公司里有一半是IDEO的合作商。如今，擁有500設計精英的IDEO，以設計幫助客戶提供品牌體驗，是全球領先的商業創新咨詢機構。他們幫助遠見卓識的商業領導者探討核心問題，開創價值新領地。同時，他們設計有意義的產品，鍛造品牌策略，開發數字體驗。身為世界頂尖創意公司的掌門人，Tim Brown是《財星》百大企業不可或缺的顧問。他服務的客戶遍及各產業，包括蘋果電腦、微軟、百事、梅約診所和Steelcase家具等。也是協助貧困民眾的聰明人基金會董事成員。布朗是工業設計出身，曾經多次獲得設計大獎。他的作品曾在紐約現代博物館、東京AXIS藝廊、倫敦設計博物館展出。他于2008年，在《哈佛商業評論》的文章中講到：“像設計師一樣思考，不只能改變開發產品、服務與流程的做法，甚至能改變構思策略的方式。他應用以人為中心的設計思考為全世界的領導企業以及政府、教育等部門，驅動創新和成長。他一貫認為，比起打造外形酷炫的小玩意，設計更應該跳出設計師受限的小圈子，以解決問題為準則，走進市井小民的生活，他呼吁設計師們必須將視野轉移到區域性、合作性與參與性的「設計思考之上。

二、IDEO的「設計思考

1.「設計思考的三大準則。“科技是設計思考之本，講求「感性科技；人性是設計思考之始，注重「人性設計；文化是設計思考之源，追求「文化創意。因此，現代的設計師必須融合「感性設計與「人性設計的設計思考，營造一個具有「文化創意的人性化的組織與生活環境[1，2]。誠如Tim Brown所講，「設計思考是以人為本的過程?！冈O計思考的三大準則是可行性（feasibility）、延續性（viability）與需求性（desirability）。“可行性，在可預見的未來，有可能實現功能；延續性，有可能成為可持續商業模式中的一部分；需求性，對人們來說是有意義的?！奔醇夹g的可行性、商業的延續性以及人的需求性。設計師創造了世界所需要的東西，通常是他們自己所需要的東西，本質上就是通過滿足人們的需求來獲得真正的創意空間。技術在這里應當如何呈現，可以創造怎樣的價值，以及這種價值在商業的延續性。不同的創新手段在這個空間體現不同，傳統的研發技術，就是通過這種科技手段來實現的。首先創造發明了新技術，為滿足人們的需求，利用這些技術來謀利。許多傳統的商業咨詢和商業創新就是通過這種方式實現的。

如今，該如何創新，設計師首先應該在商業的延續性以及技術的可行性基礎之上著重考慮用戶的需求即以人為中心來解決問題。另一方面，也就是不容忽視的地方是這個圖中相交的地方。如果說用戶的需求性與商業的延續性以及科技的可行性這三個條件下產生創新的話，那么用戶的需求與商業的延續性相交產生什么？商業的延續性與科技的可行性相交會產生什么？用戶的需求與科技的可行性相交會產生什么？這兩兩相重疊時所體現出來的創新，恰恰是設計師需要完成的部分。

例如技術與人重疊的部分代表著功能創新（Functional innovation），是技術與人類的協調發展。這里的功能可以理解為產品功能。產品功能有著物質功能與精神功能之分。物質功能通常指技術、實用與環境功能。其中，技術功能一般強調的是性能、可靠性與安全性；實用功能強調的是其操作性與宜人性以及效能；環境功能中強調人工自然與生存方式。精神功能通常指審美、象征和教育功能。審美功能中強調造型美與技術美；象征那功能中強調集團、地位、意義與個人象征；教育功能中強調陶冶情操與影響思想。這些都是功能創新所需要關注的重要環節，也是工業設計團隊真正需要實現的。工業設計作為一種賦予技術使用價值和吸引力的工藝，其本質也在于協調技術和人類。

在商業和人類重疊的這一部分中，包含營銷創新（Marketing innovation）、品牌創新（Brand innovation）、以及一些其他的設計方式。這是廣告人需要做的，我們稱之為情感創新（Emotional innovation）。在商業與人類的交集中，尤為凸顯的就是情感化創新，體現在設計中可以歸納為形態的情感化設計創新、風格的情感化設計創新以及特質的情感化設計創新。Norman在他的著作《情感化設計》中指出，情感化設計需要在三中水平上尋找平衡：本能水平的設計――外形；行為水平的設計――使用的樂趣和效率；反思水平的設計――自我形象、個人滿意、記憶。還有商業和技術重疊的部分，這里產生的是工藝創新（Process innovation）。更進一步說，這跟設計師們以往做的那些事情不一樣，而且會越來越重要。最中間的重疊部分就是「設計思考，也可以說是一種體驗式創新。“從日用品到商品，到服務，再到體驗，與體驗世界方式的根本轉變吻合，從主要考慮功能，轉變為主要考慮產品與服務所帶來的情感體驗。[2]”此外，還有一些手段（Tools）、工藝（processes）、人（roles）和環境（Environment）因素的支持。臺灣政大科技管理研究所的李仁芳教授曾指出：“「設計思考遠遠超乎我們以往所認知的美學與風格課題。它其實更代表一種對實驗的開放精神，對說故事的熱愛，對異質性成員編組合作的需求，以及用手思考，強調原型實作的直覺――它是用簡潔純熟的技巧去建造、制作和溝通復雜構想的整套體系的做事方法。真正的設計思考家，不只是「做設計，他們更是「活在設計里。[1]”

2.「設計思考的三大探索過程?！冈O計思考的三大探索過程分別是：發想（Inspiration）、構思（Ideation）、執行（Implementation）。「設計思考的發想本質是生活化的，指的是刺激你尋找解決方案的機會與需求。發想也可以說是靈感，然而靈感的獲得并非易事。我們很難從抽象中獲取靈感，除非有著敏銳的洞察力。對周圍世界的探索，對新事物的詳細觀察，使我們產生敏銳的洞察力?！冈O計思考的構思過程是專業化的，指的是想法的催生、發展和驗證?！冈O計思考的執行成果則是普遍化的，指的是從研究室通往市場的步驟。布朗用很生動的話語來解釋了這個過程：“首先是如何獲得啟發，也就是你的想法和創意從哪里來，為此你需要走出辦公室，直接觀察用戶和世界，提出問題并獲得洞察；然后是如何產生想法和創意，為此你需要用到頭腦風暴、搭建模型等方法來表達和引導想法；最后是如何執行創意，為此你需要進行制作和開發，講出一個好故事，為推向市場作準備。[3]”

3.「設計思考的三要素。除此之外，洞見（insight）、觀察（observation）與同理心（empathy）是設計思考成功的三要素，在設計思考過程中，扮演極重要的角色。洞見（insight）指的是未來的設計師將扮演科技的詮釋者。即需要分析人和產品的關系，并進而推展到分析人和人之間的關系。觀察（observation）是人性的引領者，即看人們不做的，聽人們不說的。有時，為了達到目的，需要通過不同的方式生活、思考以及對極端人群進行深入觀察。同理心（empathy）是感性的創造者與品位的營造者。強調設身處地、感同深受。通過人性設計，營造一個人性化的組織與環境。

三、小 結

IDEO作為世界頂級的商業創新咨詢公司，將以人為本的「設計思考運用于設計創新之中。同時，在工作中不只局限于某一產品的外形美觀或者功能的合理性，還幫助企業在技術的可行性、商業的延續性以及人的需求性之中尋找到平衡。由這個脈絡重新思考，設計的時代意義，不只是讓人迷戀的風格，審美，而是給予人心振奮的生活改變。

參考文獻：

1 （英）提姆?布朗（Tim Brown）著.吳莉君譯.設計思考改造世界[M].聯經出版事業股份有限公司，2010.

2 （英）提姆?布朗（Tim Brown）著.侯婷譯.設計改變一切[M].萬卷出版公司，2011.

3 黃晨嵐.IDEO蒂姆?布朗：設計以人為本[J/OL].環球企業家， 2011-10-10.

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    在確定研究方法時，需要對以下四個方面的問題綜合加以考慮：

（1）研究被試的取樣方法（明確研究的總體、樣本的大小、取樣的手段等）；

（2）研究的控制方法（操縱、控制變量的方式，實驗處理，儀器的配備和程序的安排等）；

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自2010年研究生入學以來，便一直和導師在做與手持IT設備相關的一些研究和一些實際項目。這是一個前景非常廣闊的領域。在這些研究過程中，我感覺到隨著手持IT移動端功能模塊的不斷疊加，導致產品的可用性和人機交互性有所降低。而未來隨著移動技術的不斷發展，突破以產品功能為主而忽略人機的局面，著重于功能的豐富性和用戶體驗之間的高度契合將成為手持IT產品的一大重要課題。

紙張的消費隨著互聯網的飛速發展，每年已成倍的速度在增長。隨之打印機的銷量也在飛速的增加。這些結果預示著打印機并不會隨之而消亡，而會發展的越來越迅猛，應用領域也越來越廣泛。手持打印標簽機，即屬于打印機系統下面的一個分支，也可以說是一種滿足特殊需求的手持移動端。在標簽機的早期階段，隨著工業時代生產力的極大發展，倉庫，工廠，商場，辦公室等越來越多的地方需要各種類型的標簽。傳統意義上的打印機一般用于辦公室和家庭，需要與計算機連接，體積龐大不便于攜帶，無法滿足大部分用戶。

在手持標簽打印機的整個操作流程中，由于需要通過手對其進行攜帶，把持，操作，同時需要頻繁通過使用者讀取，輸入來對其有關的信息進行處理，所以其人機形態和操作界面的布局設計涉及到了更多復雜的交互方式和交互因素。另一方面其中有很多本想為用戶提供更多便利的先進技術、功能完備的新產品卻因設計師與使用者所在文化、社會、知識等的差異的影響，讓使用者有些措手不及，面對操作復雜、功能強大的新鮮事物感到生理和心理的疲憊，對此，一套合理的設計方法勢在必行。（圖1）

圖1

用戶體驗要求就是指用戶在使用和操作產品時的行為，包括用戶的需求、目標和偏好。設計師需要發現這些并為其設計。在此之間設計師需要對產品使用者進行詳細的調查，調查的方式i包括問卷的形式、用戶訪談、用戶行為觀察等。其次對問卷問題進行篩選和總結，這就需要設計師能夠準確的把握住用戶的心理特征，要知道什么樣的問題是使用者所關心的。最后對問卷結果再一次進行歸納總結，得出一個能夠代表大多數用戶需求的合集，我們稱其為用戶模型。以手持標簽打印機問卷調查為例，特別圍繞手持標簽打印機的人機工程學、可用性、美學、等三個方面設計調查問題。

1.人機工程學方面的問題：

* 在使用手持標簽打印機時，您最在意的是哪些方面？

* 在操作手持標簽打印機時，你覺得哪些區域對于舒適度更加敏感？

* 在操手持標簽打印機時，你覺得會產生哪些不舒適感？

* 您認為影響手持標簽打印機的操作方式是什么？

2.可用性的問題

* 您習慣操作方式是什么？

* 您認為標簽打印機的操作按鍵應該在視覺的正面還是在側面？

* 您認為現有手持標簽打印機的按鍵會不會因為過于小而難以操作？

3.美學因素

* 您更看重是手持標簽打印機的外觀，品牌還是功能。

* 您認為手持標簽打印機的造型對您的工作心情有影響嗎？

* 您希望手持標簽打印機的外觀造型趨向于曲線修長型還是方正硬朗型？

您希望手持標簽打印機的按鍵形狀是什么樣的？

通過分析資料建立用戶模型，主要包括用戶對使用方式、對按鍵改進方面、外觀審美方面、情感價值、用戶思維模型。從標簽打印機的手持方式，操作方式和美學因素上所得到的結論是：第一，用戶需求手持操作要達到一定的舒適度，手與打印機的契合度要適中以及標簽打印機對使用者手部位置的壓力要分布均勻。操作方式上用戶要求在操作按鍵上做人性化處理，包括按鍵大小、按鍵的排布方式等。美學因素上用戶對于打印機的外觀造型需求：簡潔統一、需要與用戶的情感聯系起來等要求。

產品的可用性要求ii是指產品對用戶來說有效、易學、好記及令人滿意的程度，即用戶能否用產品完成他的任務，效率如何，主觀感受怎樣。如何更快的讓用戶在生理和心理上接受產品，即產品的生理接受性與心理接受性。這就需要設計師對產品的特征要求足夠了解。通過文獻資料等理論作為設計依據對產品進行初步的概念設計。我們稱其為概念模型。最后通過概念模型與用戶模型相結合最終形成用戶心智模型iii。在對其進行產品的方案設計。對最終設計出的用戶心智模型做設計評價。

通過對標簽打印機手持方式設計的人機交互研究出發，通過對IT產品特點進行用戶問卷調查，數據整理和統計建立了手持標簽打印機的用戶模型和基于用戶心智模型的手持標簽打印機的交互設計方法。并運用其方法對實踐進行指導，評價，總結。

注釋：

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傳統的模具設計是二維平面繪圖設計，很大程度上依賴于設計者的經驗，設計和制造都是屬于黑匣子工作，是一個費時、費力的串行工程。而計算機科學和軟件技術的發展，可以幫助設計者克服傳統方法無法避免的困難，由二維設計轉變為三維參數化設計，通過利用軟件的模擬功能進行成型模擬，在設計階段就可以發現設計是否合理，設計與制造是并行工程，節省工時、縮短周期、降低成本。因此，企業要求模具設計人員除了具有模具設計的基礎理論知識和經驗外，還必須將CAD/CAE/CAM技術應用于模具設計中，才能符合企業的發展，才能使企業具有較強的競爭力。《現代模具設計方法》正是為了適應社會對模具設計人才的需要而開設的一門前沿性課程，是一門多學科、綜合性很強的應用型新課程，目的是讓學生掌握和了解模具設計的前沿技術，適應企業的發展需要。由于開設時間比較短，本課程的教學內容、教學方法、教學手段正處于一個探索的階段。為了提高教學質量，改善教學效果，培養適應21世紀的具有創新思維模具技術人才，本課程的理論教學與實踐教學需要進行不的完善和整合。

一、現代模具設計方法課程的定位

進入21世紀，在經濟全球化的新形勢下，隨著CAD/CAE/CAM/CAPP技術的迅猛發展和在模具行業中的日益廣泛的應用，給模具工業帶來了巨大的變革。目前在我國模具工業生產的第一線，反映出缺少高素質技術應用型人才，從而導致產業創新能力不強，先進模具設計與制造技術應用不普及，模具產品的商品化率、標準化率不高等現象。這是因為模具工業現今已成為制造業中產品需求量增加最快和科技含量增長最快的行業。不論是各類模具的設計，還是各種模具制造，都是高精度設備的操作與計算機技術應用的集合，都大量需要技術應用型專業人才。國外先進制造技術發達的國家早在70年代就可開始利用計算機進行模具的設計，發展至今，許多國家都推出了自己比較成熟的模具設計軟件，如美國PTC公司的Pro/E，EDS公司的UG-Ⅱ，SOLIDWORKS公司的SOLIDWORKS軟件，以色列的CIMATORON軟件等，這些軟件在各自國家的汽車、飛機行業中有著非常廣泛的應用。我國現代模具制造起步較晚，僅僅是在90年代，才有部分院校和大型企業進行相關的研究，并陸續推出了一些比較成熟的軟件，如北京航空航天大學軟件工程研究所的CAXA軟件，華中科技大學的模具技術重點實驗室的注塑模HSC311軟件等。特別是近幾年隨著CAD/CAE/CAM技術的快速發展，我國許多企業引進了國外的一些模具設計軟件、模具模擬軟件，因此今后的模具設計和制造必然走三維化、無圖紙化的道路。

因此21世紀模具專業畢業生除必須具備政治和人文科學的基本素質外，還必須具備一些專業特色：1.具備寬口徑的知識能力結構。模具設計人員除了要掌握模具結構的工藝設計外，還必須具備模具結構的制造、模具材料的性能、金屬材料或塑料材料的成型工藝特性等知識。2.具有較強的實踐動手能力。學生不僅具備扎實的理論基礎知識還應有較強的實際動手能力，不僅能將整個設計思維體現在圖紙上面，還能將其具體化、實物化；不僅能設計模具，還能針對具體問題進行分析并提出解決方案。3.具有現代制造技術的應用能力。傳統的設計制造思維方法在計算機的幫助下發生了很大的變化，只有熟練應用各種專業軟件和數控加工手段，才能真正掌握現代模具設計方法和先進制造技術，從而成為名副其實的模具設計大師。

現代模具設計方法課程的定位是以培養具有創新能力的人才為指導思想，以培養工程實用型人才為根本目標，通過現代模具設計方法課程的教學，讓學生了解并能初步掌握現代模具設計的新理念、新方法，使學生適應21世紀先進制造技術發展的需要，滿足我國的工程實用型人才緊缺，促進我國高新模具人才培養的目的。

二、現代模具設計方法課程理論教學內容的設計

由于現代模具設計方法課程是一門新型的前沿性課程，還沒有一本很好的教材作為依托，因此任課教師對該門課程的理論教學內容的確定還處于一個探索的階段。因此為了讓學生真正掌握現代模具設計方法的核心技術，而不僅僅是學會某種CAD/CAM軟件，完善本門課程的理論教學內容是迫在眉睫的。完善該門課程的理論教學內容的基本思路是以就業導向的課程定位為原則，根據目前世界模具制造業發展趨勢而展開的。具體設計思路為：

1.塑料模具三維設計軟件、模擬軟件、制造軟件的設計原理。在“以塑代鋼”思想的指導下，注塑產品應用范圍越來越廣泛，塑料模所占的比例越來越大。因此，掌握塑料模具三維設計軟件、模擬軟件、制造軟件的設計原理作為理論教學內容的重點。

2.鈑金模具三維設計軟件、模擬軟件、制造軟件的設計原理。

3.三維模具設計軟件、模擬軟件、制造軟件的核心開發技術。模具CAD/CAE/CAM是隨著計算機技術的發展而發展的，與模具CAD/CAE/CAM相關的核心技術有參數化技術、建模技術、裝配技術、人工智能技術、有限元分析技術等。通過對這些技術的理論教學內容的介紹，讓學生掌握在進行產品開發的過程中，從產品到模具再到產品的全過程通過CAD/CAE/CAM實現的道理。

通過對理論教學內容的完善，讓同學們在進行上機實踐的同時能夠“知其然，更知其所以然”，做到融會貫通，充分調動學生的創造性思維，使學生能夠適應企業的模具設計新技術。

三、現代模具設計方法實踐教學內容的設計

現代模具設計方法是一門實踐性很強的課程，如果僅僅通過課堂教學，學生自己不上機實踐，該門課程的教學就無法達到預期的效果。本門課程實踐教學內容的設計思路為：

1.基于校內仿真模擬平臺的現代模具設計實踐教學內容的確定。由于目前各大中型企業所用的模具設計軟件各不相同，因此教師必須根據各種模具設計軟件的企業使用率而篩選出具有代表性的軟件進行實踐教學。在校內機房的計算機上安裝這些軟件，讓每一個學生都有一臺計算機進行上機訓練。老師通過給定一個產品二維圖，讓學生進行產品設計模具設計模具成型模擬模具仿真加工等內容，通過訓練讓學生初步了解每一個模塊的功能及操作原理。

2.基于項目教學的實踐內容的確定。為了充分地讓學生具有自主創新的能力和自主解決實際問題的能力，在課程結束的后期，設計一個項目式的實踐教學內容。即老師布置一個學生比較熟悉的實際產品，如手機、鼠標、U盤等，讓學生通過查閱資料了解產品的功能，然后根據產品的功能，學生自己制定實驗任務，實驗目的，完成產品從零件結構設計、模具設計、模擬分析、模具仿真加工、模具結構優化的全過程，學生通過這種系統的設計，深入地將模具設計的理論知識、CAD/CAE/CAM技術融合在一起，培養學生的應用能力、工程能力、創新思維的能力。在實驗的過程中，樹立“以學生為中心”的觀念，老師引導學生主動學習，以激發學生的學習興趣。

3.基于畢業設計的現代模具設計的教學內容的確定。由于課堂教學課時及上機課時有限，學生可能還不能很好的掌握現代模具設計的方法，因此對于該門課程的實踐教學就考慮到延續到畢業設計中來，通過畢業設計這個環節來鞏固和熟練運用現代模具設計方法，從而掌握現代模具設計的核心技術，為學生即將走向工作崗位打下良好的基礎。

四、現代模具設計方法課程理論教學與實踐教學整合優化

1.理論教學與實踐教學的關系?，F代模具設計方法課程理論教學與實踐教學是相輔相成，互相交叉，互相滲透，密切聯系的。理論教學是實踐教學的前提基礎，實踐教學是理論教學的知識再現。通過本課程的理論教學與實踐教學的有機融合，充分發揮和體現本課程的特色，培養出適應經濟與社會發展需要的具有創新思維的工程實用型人才。

2.理論教學與實踐教學整合優化的思路。本課程理論教學與實踐教學整合優化的思路是以培養具有創新思維的工程技術人才為出發點，培養學生能利用所學的理論知識用于現代模具設計的實踐中去，具有較強的解決實際問題的能力和自主性。

3.理論教學與實踐教學的整合優化體系的建立。①理論教學內容與實踐教學內容的融合。通過理論教學內容的設計以及實踐教學內容的設計，能在實踐教學中充分融合理論知識，在理論教學中始終貫穿模具設計的實踐，使學生不僅具有較強的理論功底，而且具有較好的動手能力和結合企業實際的設計思維。

②教學方法、教學手段的改進。傳統的教學方法是老師為主體，大部分學生僅僅是帶著耳朵聽，屬于填鴨式的教學，往往教學效果較差。通過改革教學方法，在理論教學和實踐教學中充分發揮學生的主動性，采用課堂討論、小組合作、現代信息技術等多種教學方法來增強學生的理論知識。通過改善實驗設備、實驗裝置，利用各種資源進行實踐教學來促進學生對知識的鞏固和理解。

③不提高教師的業務素質水平?，F代模具設計方法課程是一門新型的前沿課程，而且其知識體系是隨著社會和科技的發展而不發展的，因此對承擔該門課程的教師具有較高的要求，需要教師的知識不更新。為了使該門課程具有較好的教學效果以及適應現代模具發展的需要，必須提供老師各種各樣的培訓以及深入企業觀察的機會。

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中圖分類號：J05 文獻標識碼：A 文章編號：1005-5312（2013）17-0045-02

在市場全球化和多元化的國際競爭中，國家間的競爭實際上就是設計的競爭。設計作為經濟和意識形態的載體，已成為一個國家、機構或企業發展自己的有力手段。設計已成為許多國家政府所關注的重點。每個設計要想突破常規，取得好的成果，必須要有創新。創新是設計的靈魂，是推動設計前進的動力。設計要以科學的創新方法為前提，創新使我們必須具備創造性的思維方式。因此，掌握和學習多種思維方式是設計必不可少的前提。

一、想象是創意思維的基礎

創造性的思維方式是推動設計創新的前提，它是一種復雜的思維形式，要求我們在已有經驗的基礎上進行多方位的思考，運用獨特性和新奇性的方法去解決問題。想象是創造性思維的前提。我們可以借助想象力產生預期的結果。我們要是設計一套房子，首先要構思它的整體造型和室內的各個結構，這些大腦中構思的形態就是想象的形態。合理的想象加上先進的科學技術，造就了今天多姿多彩的設計產品，使設計也朝著科技化、多元化的方向發展。

想象的思維還包括聯想思維、抽象思維和形象思維。創造想象大部分伴有聯想思維，聯想總受解決問題的方向牽引，按照事物間的關聯性，從一件事物聯想到另一件事物。我們獲得創意的前提就是打破傳統和習慣性的思維途徑和思維模式，從新穎的角度去思考問題。在聯想中開闊思維。我們可以從表面、事物特征或相同屬性的方面進行思考，還可以通過對比的方法進行聯想。聯想分為相似聯想、接近聯想和對比聯想。相似聯想是指大腦受刺激后自然而然的會聯想到與這一事物類似或相似的事物。夏天我們能聯想到茂盛的花草，冬天我們聯想到蕭條。接近聯想是指在空間或時間上接近的事物，在知識經驗中容易形成聯系。比如故宮使我們能聯想到皇帝，辣椒使我們能聯想到重慶的火鍋。對比聯想是指運用事物之間的對比性進行思維的聯想，我們可以從優缺點、物質屬性、結構等角度進行對比。這些聯想的方法都能使我們的思維開闊，從而獲得新的認識角度。

抽象思維是創造性思維的主要表現形式，抽象思維是運用抽象化的表現方式去表達具象事物的一種獨特性的思維方式，抽象思維通過對圖形的分解、重構、變形等方法對圖形進行抽象、夸張的組合，使之成為一種新的視覺語言。抽象圖形在某種條件下比具象形更容易觸動人的感知，給人帶來意想不到的視覺感受?？鋸埵浅橄笏季S的一種表現形式，它夸大了原型的主要特征，用簡化或裝飾的方法使原型神似或相似。在設計中，我們可以用點、線、面等抽象的構成的基本元素傳達信息。這種不直接反映商品或相關的具體形象的抽象表現，給人以概括簡練，現代的適當感覺。

形象思維也是創造思維的一種表現形式，是指對具體存在的事物作為設計參考的對象，根據它們的特征塑造出容易被人識別和理解的新物體。在整個思維過程中不脫離具體的形象，在整個思考的過程中，我們要以事物具體的特征進行結構創造，用創新性和想象性的思維去進行仿生和替代，從而創造出能夠準確表達圖形意義的視覺新形象。形象思維的方法有模仿法、想象法、組合法和替換法。模仿是我們一貫采取的設計手段，手工業時代，我們創造了很多手工業工具，雖然采用了簡單的機械原理，但都與人手的功能相似。

二、發散、收斂和逆向思維的重要性

發散思維也叫輻散思維，它不受現代知識和傳統觀念的局限和束縛，沿著不同的角度去擴散，向四面八方進行輻射狀的思考和聯想，用多角度、多方位去思考問題。這種思維不受局限，我們可以進行和它相關的任何方面的聯想，并且在短時間內能有較多的想法，不受制于一個方面、一個角度，體現出思維的靈活性。比如我們對木頭進行發散思維。有的人會想到保暖、門、桌子、床等，這種發散思維就沒有獨特性，僅僅從材料這一個角度去聯想。但有的人會想到桌子、耍雜技、敲擊等，這種發散思維就有獨特性，從材料、工具、玩具等角度去進行發散思維。發散思維的另一特征就是啟發式的思維，是舉一反三、觸類旁通的方法。

與發散思維相反的是收斂思維，收斂思維又稱“求同思維”和“集中思維”，以某個方向為中心，使思維從不同的角度，不同的方向進行思考，最終使這些思考集中到一個方向，以尋求解決問題的最佳答案。發散思維和收斂思維是相輔相成的，發散思維是不受任何約束的，天馬行空的想象，一定要有收斂思維做補充，使想象具有合理性。發散的目的就是讓收斂思維做出最佳的選擇。發散思維是“一到多”的思考，而收斂思維是“多到一”的總結。在解決問題的過程中。始終要堅持發散-集中-再發散-再集中的方式進行思考。最終選出最佳答案。比如衣服的制作方法有很多，我們可以運用發散的思維去考慮，可以是報紙、塑料、棉、布等，但是我們做最終選擇的時候一定要考慮到我們選擇的是不是最佳的答案，我們要考慮到舒適度，耐用性等，不能一味的瞎想，要在各種答案中選擇最佳的，然后圍繞這個最佳的答案再進行分散思考然后再進行總結。

逆向思維也是創造性思維的一種方式，逆向思維是打破習慣的思維方式，把思維方向逆轉，讓思維向對立面的方向發展，從問題相反或表面上看似不可能并存的兩條思路去尋找解決問題的辦法。對于事物的質疑反而會讓我們突破思維的限制，解放思想，從而產生意想不到的新思路。在我們進行創作時，往往會陷入思維的死角不能自拔，如果我們進行逆向思維，反其道而行之，思考說不定就會“柳暗花明”。逆向思維看起來是違背常理的思考，但其結果往往會出其不意、出乎意料。

三、直覺和靈感是創造性思維不可缺少的

直覺和靈感思維也是創造性思維中首要考慮的，直覺思維多從人的感性方面出發，不過于考慮事物的邏輯性，追尋內心的感受和想法，是一種潛意識的思考。直覺思維是對思維對象從整體上進行考察，直接把握事物的本質和規律，利用自己已有的知識經驗，通過聯想做出假象和判斷，是一種不加論證的判斷力，是思想的自由創造。直覺思維需要直覺經驗為基礎。靈感思維是借助直覺啟示而快速得到解決問題的領悟和理解。靈感思維有隨機性和偶然性。直覺思維和靈感思維都需要掌握大量的知識經驗為前提。我們要善于學習不同學科的知識，善于總結和思考，在已有的知識上進行大膽合理的聯想，從而找出創作的靈感和啟發。我們只有掌握了大量的知識，才能憑靠直覺去進行判斷，才能尋找更多的靈感。著名的一位氣象家因為發現非洲西海岸和南美洲東海岸的輪廓十分相似，利用直覺思維，創造了大陸漂移說。靈感來源于生活，生活中的每個細節，每個偶然，都會使你頓然開悟。

結語：創新是設計迅速前進的不竭動力，是設計發展的前提。掌握不同的創新手法是設計靈感來源的基本途徑。我們要善于運用多方位的思維模式，大膽進行創新。同時，還要緊跟時代的步伐，結合時代的信息進行超前的思維發散，使我們的設計思維緊跟時代的步伐。

參考文獻：

篇（6）

1 合作型設計

公眾的意愿與訴求是規劃及設計決策的依據，合作性設計即是使設計師與公眾之間形成合作關系，公眾將自己的需求與設計師交流溝通，并從設計初期的研究開始貫穿整個設計過程直至設計的決策，而設計師則充當公眾意愿的倡導者，保證公眾的意愿在規劃設計中得以體現。

2 項目解讀

2.1 社區概況

汽發社區位于武漢市珞瑜路與關山大道丁字口處，毗鄰光谷廣場，北面為華中科技大學，南面以光谷街為界，東面為長江動力集團，西臨常青藤名苑、湖北省中醫院。

汽發社區上個世紀50、60年代的產物，為集團家屬區，歷經了歲月的侵蝕，現在的汽發社區已衰敗破舊，與周圍繁華發達的城市景觀格格不入，它正掙扎著、在夾縫中努力著，尋找它在這個城市中的位子。

2.2 項目目標解析

2.2.1 對社區環境的改造提出建議

汽發社區隨處可見任意丟棄的垃圾，肆意停放或橫行的汽車、電動車、自行車，以及荒棄的活動空間，其擁有的人居環境與現在環境優美的居住區可以說有天壤之別。因此，對汽發社區并不理想的生活環境進行改造便成為了此次項目的直接目標，以服務于社區居民，為社區居民提供良好的生活居住環境。

2.2.2 合作性設計方法的探究

此次項目是對合作性設計方法的探究，設計者希望擺脫慣有的藍圖式設計方法，將整個設計建立在汽發社區居民的想法上，使居民充分的參與項目的每一個過程，做到真正意義上的實現公眾參與。

2.3 汽發社區特征解析

汽發社區為典型的老舊社區，這樣的社區除了居住環境較為惡劣外，其最突出的特征即在于其人口結構，這也是使這樣的老舊社區形成現有文化特征的最重要因素。

汽發社區的人口結構具有兩點非常鮮明的特征。首先，老年人所占比例大概占整個社區的30%左右，很明顯，汽發社區屬于老年人社區；其次，社區中大部分人居民為租客，占整個社區居民的40%左右。

2.3.1 社區原住民

這一部分居民大多為集團老員工，在與他們的談話中得知，年輕員工幾乎都全部搬出汽發社區，以尋求更好的居住條件，現在留下的基本上為老年人。

2.3.2 租客

通過調查得知，由于汽發社區房屋破舊，其租金非常便宜，因此吸引了大量的外來打工者——即租客。租客是整個社區中極為重要的組成部分，他們來自于各行各業，由于汽發社區極為廉價的租金而聚集在了一起。

2.4 項目問題及特征解析

2.4.1 項目問題

2.4.1.1 與原住民的合作

社區中的原住民幾乎是從社區落成時便住在里面，他們是社區的活躍分子，是社區活動中的中堅組成部分，對社區充滿感情。但是由于大部分原住民為老人，除了對于規劃設計中的許多問題無法理解之外，還有一個非常嚴重的問題，即無法對社區的改造提出意見，他們無法定義自己認為適宜居住的環境，只能被動的接受外界給出的條件，沒有自主參與改造的能力，在對社區的改造上顯得力不從心。

2.4.1.2 與租客的合作

租客平時比較冷漠，很少參與社區活動，租客和原住民之間幾乎沒有交流互動，各個租客之間交流也很少。他們雖然住在同一社區，但卻都是單獨的個體，社區對于他們來說指揮一個臨時的落腳點，隨時可以住進來，也隨時可以離開。因此，對于社區的改造，他們是持一種漠不關心、事不關己的態度。

2.4.2 項目特征

汽發社區特有的人群結構使得項目的合作有別于普通合作性設計，與原住民之間的溝通障礙和與租客間的交流隔閡對項目的進行形成了巨大障礙。社區原住民對項目呈現出被動的狀態，而租客則呈現出抗拒的態度。因此，如何調動這兩類人群的公眾參與積極性成為了使此項目比普通的合作性項目更有難度，也是此次社區環境改造中需要重點突破的問題。

2.5 合作型設計方法探究

2.5.1 由政府機構引導的合作型設計模式

中國特有的社會體制，決定了政府機構對公眾參與的引導作用，而在此項目中則反應為基層居民管理機構——即居委會對社區居民積極性的引導。

為了改善社區居民對社區環境改造的被動狀態，居委會充分發揮了其對社區居民的引導作用。在項目得到了得到了居委會熱情的支持后，由居委會組織與安排展開了一系列的宣傳與引導，主要包括兩種方式，第一種方式是通過居委會統一向居民發放問卷，第二種方式是通過居委會組織統一活動號召黨員和一些社區活躍分子以帶動整個社區居民參與的積極性。很大一部分居民開始關注本項目，并由一開始的被動態度向主動轉移。

居委會的引導對項目的進行起到了推動作用，它成為了設計者與社區居民之間的媒介，協調了兩者之間的關系，并為設計者和社區居民之間的合作打下了良好的基礎。

2.5.2 問題導向的合作型設計模式

正如前面所提到的，大部分原住民為老人，雖然在社區居委會的引導下激發了他們對于社區的改造的熱情，但由于老年人對于良好的社區環境幾乎沒有認知，所以他們無法直接向設計者傳遞他們的需求。因此，在對這一部分居民進行需求及意愿調查時，設計者并沒有直接詢問居民對社區環境的愿景，而是采用了問題導向型的調查方式，即通過居民反映出的社區問題來獲取社區的信息，成為之后設計過程中的依據。

這種方式是對設計語言的一種轉換，由于居民無法向設計者直接表達最終需求，所以便通過中間媒介的轉換，由居民反映問題，再由設計者將問題轉換為設計語言。

2.5.3 激發式的合作型設計模式

租客對于社區環境好壞持無所謂態度，僅有少數租客會在設計者的熱情邀請下與之交流，反映社區狀況。在與租客的接觸中可以發現，租客收入少、社會地位低，導致他們對于生活的熱情不高；其次，租客通常較為急躁，所以通常無法耐心參與社區環境改造。這兩點直接導致在前期調查中無法收集租客的意愿及需求，也正是導致設計者無法與租客合作設計的根本原因。

通過初期的調查及居民意向反映，第一輪的社區環境改造方案出爐，這個時候的方案是較為缺乏租客的意向的。為了激發租客的積極性，設計者將初期作品通過模型、圖片等直觀的載體在居民日?；顒宇l率較高的地點進行展示，以引起居民的好奇心，當然其中便不乏大量的租客，這個短暫的停留便贏取了與租客進行交流的機會。

傳統的方案設計過程可以大致分為三步，一為初期調查、二為方案設計，三為方案決策，通常二會在一結束后再進行，而在這種設計模式中，由于初期調查并不完善，所以設計者將設計的一二兩個步驟融合，以二來彌補一的不足。這種合作設計模式改變傳統的由調查再到設計的方法，運用靈活的操作使得各方面趨于完善。

2.5.4 交流式的合作型設計模式

在成功引導了原住民的共參與和激發了租客的公眾參與后，項目進入了正式的設計過程，由于前期已經將與居民交流上的障礙突破，所以在后期方案設計中便實現了真正意義上的合作——即居民主動參與到設計中，并對設計提出意見與建議，以使居民的需求充分的融入到設計中。

這個環節與常規的合作型設計相同，但難得的是突破了與社區原住民以及租客之間的障礙，所以相同中又有些許獨特之處。

3 從合作性項目中獲得的啟發

3.1 對于與具有特征的公眾進行合作行設計的思考

在中國，與汽發社區具有相同特征的社區不在少數，而老年人以及租客這兩種人群卻常由于其特殊性而不被考慮在合作設計范圍內，除此之外，弱勢群體等同樣具有代表特征的公眾群體也常遭受與老年人和租客一樣的待遇。通過本項目的探索，與這樣的帶有一定特征的人群進行合作雖然可能具有難度，但有時反而會是一個設計中的重要考慮因素，不可忽略。反思在現在的許多設計中，設計者常常為了簡單方便而忽視與部分群體的溝通合作，這正是一種避重就輕的錯誤表現。

篇（7）

有人說過：“一位優秀的設計藝術家，需要有敏銳的美感及豐富的創意，最重要的是要有創新思維?！逼矫鎻V告教育的目的是為社會培養具有創新意識和創造能力的平面設計師。然而在實際教學中，對學生創新能力的培養重視不夠，過多地交給學生設計技能，使學生有較強的操作能力，但涉及到具體的廣告設計時，模仿成分過多，形式味重，創造意味不強。廣告設計思維包括以下幾種：橫向思維、求異思維、想象思維、發散思維、直覺思維。

一、橫向思維

橫向思維能使我們擺脫舊有的思維模式和思維習慣，有助于我們尋找盡可能多的不同的解題途徑和思路。它可作為縱向思維的對立方式?？v向思維是要把同一口井繼續挖深，橫向思維則是要試試其它位置。從美術創作的角度看，如不同工具材料的運用，不同構圖方法的表現，不同題材、內容的選擇等形式都是要運用橫向思維來創作。

二、求異思維

求異思維也是相對于常規思維來說的，其思維活動的要訣在于不受任何框架、模式的約束，從而突破傳統觀念和習慣勢力的禁錮，從新的角度認識問題，以新的思路、新的方法解決現實難題或創造更好、更美的東西。逆向思維是求異思維的一種重要形式，也是眾多創造性思維成果誕生的重要運思策略。我們從美術創作的角度看，如可以畫花的生長或凋謝過程，可以把正視、俯視、仰視等結合起來在同一作品中，可以把一幅作品剪貼、隨意粘貼、想象成另外的作品等形式都是要運用求異思維來創作。

三、想象思維

想象思維也是創造性思維的主要表現形式之一。想象思維是人體大腦通過形象化的概括作用，對腦內已有的記憶表象進行加工、改造或重組的思維活動。想象思維可以說是形象思維的具體化，是人腦借助表象進行加工操作的最主要形式，是人類進行創新及其活動的重要的思維形式。想象思維有再造想象思維和創造想象思維之分。再造想象思維是指主體在經驗記憶的基礎上，在頭腦中再現客觀事物的表象；創造想象思維則不僅再現現成事物，而且創造出全新的形象。我們從美術創作的角度看，如可以創作飛翔的人，可以創作把地球放在手上，也可以創作動植物組合成新的生物等形式都是要運用想象思維來創作。

四、發散思維

突破常規是創造型思維的本質所在，這一點在發散思維中表現得十分明顯?！罢窃诎l散思維中，我們看到了創造性思維最明顯的標志?！卑l散思維是指從一個目標出發，沿著各種不同的途徑去思考，探求多種答案的思維，與聚合思維相對。

五、直覺思維

直覺思維是相對于邏輯思維來說的，它是指人們不經過逐步分析而迅速對問題的答案做出合理猜測或突然頓悟的思維形式。直覺思維著眼于對研究對象的整體性把握，它與邏輯思維強調對研究對象的局部性分析是很不同的。直覺思維能力強的人常常會從一些偶然事件中突然領悟問題的實質。

在廣告設計方法中，感性訴求廣告具有極大的魅力和說服力，但它畢競基于人類的感情，人的感情是最復雜而又最易變的，要想真正使感性訴求廣告達到預期的目的，它還是必須在遵循一定的原則下進行的。　包含著以下的幾個原則：

1．現實基礎的原則

消費者不是一個可以任意施加影響的消極主體，而是一個具有一定的要求、信念、定勢和意向，有著判斷是非標準的積極客體，他們對廣告的內容完全是根據自己要求的價值標準加以攝取或排斥的。所以，說實話、抒真情是廣告的生命，是贏得受眾的本質力量，也是對社會負責，對消費者負責的表現。

2．諧趣幽默的原則

幽默廣告之所以受人們的喜愛，根源在于其獨特的美學特征與審美價值，它運用“理性的倒錯”等特殊手法，通過對美肯定和對丑的嘲異兩種不同質的情感復合，創造出一種充滿情趣而又耐人尋味的幽默境地，促使接受者直覺地領悟到它所表達的真實概念和態度，從而產生一種會心微笑的特殊審美效果，感性訴求廣告正是通過幽默的情趣談化了廣告的直接功利性，使消費者在歡笑中自然而然、不知不覺地接受某種商業和文化信息，從而減少了人們對廣告所持的逆反心理，增強了廣告的感染力。

3．理性浪漫的原則

感性訴求廣告創作的一個最基本的條件就是要具有創作的沖動，在廣告中表現激情，只有在這種情感狀態下才能夠創作出優秀的作品。在感性訴求廣告創作中，情感始終起著重要的作用。感性訴求廣告不同于一般的藝術創作，它的目的是促進消費，它的目標受眾是消費者。如果說自由藝術創作的情感可以是隱晦的、深奧的，別人不理解也可以的話，感性訴求廣告則不能這樣，它必須注重效應，因此它要求較為直觀和外露，使人們能夠在短時間內能夠理解。因此在進行感性訴求廣告的創作時，我們鼓勵宣泄激情，但這種激性的宣泄又必須在一定的理智控制之下進行，這就是我們所說的“理性浪漫”，只有這樣它才能把主體內在的濃烈的情感作為對象納入一定的視覺形式之中，使之對象化和物態化，成為有意義的形式。

4．藝術表現的原則

感性訴求廣告的目標受眾是消費者，在人們的社會心理和市場競爭日新月異的今天，它的表現形式更應該向藝術化的方向發展。今日的消費者不再是純粹的追求物質滿足，他們不僅要求廣告能告之他們信息，而且要求有藝術性和娛樂性，滿足其心理上的審美需要，所以，沒有強撼的藝術感染力的廣告是很難與消費者產生情感共鳴的。

在感性訴求廣告中可運用的藝術表現手法很多，除了我們前面所提到的諧趣幽默外，還有對比、抒情、夸張、比喻和聯想等，應在不同的場合下運用不同的創意以期達到預期的目的。

總之，在競爭日益激烈、廣告鋪天蓋地的當今社會里，感性訴求廣告已經成為悅取消費者的一把利劍，特別是在中國這么一個“情為上”的國度里，這種情況更加顯得重要。所以在廣告設計中要遵循合理的設計思維和設計方法，這樣才能更好的為廣告設計提供源源不斷的新鮮血液。讓中國的廣告走在世界的前沿。

篇（8）

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

0 前言

現代設計方法課程是我校機械設計制造及其自動化專業的專業課，是一門綜合性課程，它融匯了當今科學技術的精華，涵蓋了基礎學科、計算機及機械學科的大部分內容，與各相關學科緊密相聯?，F代設計方法課程的特點是設計方法種類繁多、理論性很強，部分基礎理論知識復雜且抽象，涉及到高等數學、工程數學、機械制圖、數學建模、數值分析、

美學法則等基礎及專業知識。①②根據本課程內容的特點，如果單純運用板書教學方法，學生會感到枯燥乏味，失去學習的興趣；多媒體教學雖然具有傳遞的信息量大、生動、形象直觀及便于理解的優點，但是仍不能使學生親身感觸到現代設計手段在實際產品設計過程中的顯著優勢。因而，有必要對現代設計方法的教學方法和手段進行全方位的改革，從而調動學生學習的積極性和主動性，提高學生應用現代設計方法解決實際工程問題的能力。

1 現代設計方法內容簡介

（1）計算機輔助設計CAD。主要講述現代CAD技術的內涵及主要研究內容；工程數據處理方法；計算機繪圖基本原理及機械工程圖的繪制。（2）計算機輔助工程CAE。主要講述在現代設計方法中，對產品及其重要零部件進行力學分析及優化分析計算的有限元法。（3）機械優化設計。主要講述借助于最優化數值計算方法在計算機上尋求工程最優方案的數值解法。（4）可靠性設計。主要講述產品的可靠性指標及量值，對可靠性指標進行合理的分配，再把規定的可靠性指標設計到產品中去。

2 教學方法及手段改革探索

現代設計方法理論內容的整個教學過程以多媒體課件教學為主線，板書教學為輔助手段進行。每一獨立授課環節的多媒體課件都是根據授課內容的具體特點采用不同表現形式進行制作，③并附之與講解內容相關的成功案例。例如理論性較強的內容，多媒體課件的制作為綱領性的，具體內容講解以板書為主，將所用到具體基礎學科知識依據學生所用教材給予提示，具體到章節；實踐性較強的內容，以實際應用案例為導向，實施啟發性教學，④使現代設計概念先入為主，增強學生學習的能動性。為使學生能夠充分理解消化所學知識，根據授課進度安排上機訓練。利用比較教學法，將傳統機械設計方法設計的減速器關鍵部件及整體模型用現代設計手段進行重現，比較二者的設計結果。

2.1 計算機輔助設計CAD階段

（1）工程數據處理。播放精選的相關視頻資料，使學生體會傳統設計與現代設計過程中查詢工程數據的不同手段和方法，從而理解對傳統紙質記載的工程數據進行處理的必要性。選用機械設計課程設計中所用到的典型數表和線圖，根據其不同特點采用不同方法進行工程數據處理，常用方法是程序化和建立工程數據庫。課后安排上機練習，主要熟悉工程數據的各種處理方法。建議學生自由選擇機械設計課程設計過程中曾用過的數表或線圖進行處理，同學之間最好不要重復，以盡可能多地處理工程數據。所有結果留待后續設計使用。（2）關鍵零部件的三維模型建立。結合工程應用軟件Solidworks講述不同的產品建模方法，重點講述特征建模方法。上機練習時，同學們分成幾個小組，嘗試采用調用程序或檢索數據庫的方法進行齒輪和軸的幾何尺寸設計。設計過程中及時發現工程數據處理結果的不合理及不正確性并進行修改。

2.2 計算機輔助工程CAE階段

有限元基本理論部分涉及大量高等數學公式的推導，知識點比較分散、零碎，學生聽課時感覺枯燥、乏味，不感興趣，不利于集中注意力。因而，該部分內容的講解主要注重關鍵問題的處理方法，對于繁瑣的公式推導僅給予簡單的處理說明，并給出具體參考資料讓學生課下參閱。本章內容主要包括結構離散化、單元分析、整體分析及后續結果處理。每一個知識環節講解完畢，通過上機訓練，利用Ansys軟件進行演示，將理論知識與實際應用結合起來。

上機練習課時，學生練習使用Ansys應用軟件，將設計過的齒輪和軸等減速器的關鍵零部件進行應力、應變及變形分析。

2.3 機械優化設計階段

傳統產品設計過程中，為保證產品能滿足使用及壽命要求，關鍵零部件的設計和選用會在強度、剛度和壽命等方面有冗余，最終導致產品整體尺寸大，體積重，從而造成材料浪費。采用機械優化設計的思想可以使產品在滿足使用要求的同時，具有最優的結構尺寸，從而減小產品總體額尺寸、降低產品的重量，達到節省使用空間、節約材料和降低產品成本的目的。

結合實例講解優化設計數學模型的建立、最優化求解方法的選擇及問題的求解步驟。通過上機練習，采用機械優化設計思想設計斜齒輪減速器的關鍵零部件，并以減速器中心距最小為目標，進行減速器的優化設計。

2.4 可靠性設計階段

在產品設計過程中，為消除產品可能存在的潛在缺陷和薄弱環節，防止產品使用過程中發生故障，采用可靠性設計知識進行產品設計，以確保產品滿足規定的固有可靠性要求。可靠性設計是可靠性工程的重要組成部分，是實現產品固有可靠性要求的最關鍵的環節，是在可靠性分析的基礎上通過制定和貫徹可靠性設計準則來實現的。

講解可靠性的相關知識，結合實例講解可靠性模型的建立，使學生掌握把規的可靠性指標值直接設計到零件中去，使它們能夠保證可靠性指標值的實現。

3 創新設計能力培養

常規機械設計方法是依據力學和數學建立的理論公式和經驗公式為先導，以實踐經驗為基礎，運用圖表和手冊等技術資料，進行設計計算、繪圖和編寫設計說明的過程?，F代設計方法強調以計算機為工具，以工程軟件為基礎，運用現代設計理念進行的機械設計。機械創新設計是指充分發揮設計者的創造力，利用人類已有的相關科學技術知識，進行創新構思、設計出具有新穎性、創造性及實用性機械產品的一種實踐活動。

在講授現代設計方法的同時，使學生了解現代設計手段和技術的發展使產品設計過程更方便、快捷、高效，但常規設計仍然是最基本的設計方法，是機械設計課程的根本內容。關鍵是要能夠將所學習的新手段、新方法應用于實際工程領域，進行產品創新設計。結合大學生學術科技活動，進一步加強學生創新設計能力的培養。

4 結論

針對不同類型的知識采用不同的授課方法，多媒體演示與實際操作及訓練相結合，具體內容講解過程中，穿插實際應用案例，采用探究式教學方法進行講解。將采用傳統設計方法已經完成的減速器設計貫穿于現代設計方法的整個教學過程，在學習現代設計基本理論的同時進行實際應用訓練。在熟知的減速器設計過程中，使學生對現代設計的理論、思想、手段和方法有所掌握，增強學生對新知識的渴求，利于激發學生學習的興趣、提高學習積極性及能動性。

中國交通教育研究會項目：交教研1202-78；山東交通學院教育研究課題與教學改革資助項目

注釋

① 鐘志華，周彥偉.現代設計方法[M].武漢：武漢理工大學出版社，2007.

篇（9）

中圖分類號 TP13 文獻標識碼 A

the design method for multivariable PID controller based on INA method

CUI Lianjie1 CAO Ming2 SONG Jianfeng1 ZHANG Min1

1(Liaoning Hongyanhe Nuclear Power Co., LTD, Dalian 116001,China )

2(Automation Department of Southeast University, Nanjing 210096，China)

【Abstract 】 A design method of the multivariable PID controller based on Inverse Nyquist Array method is proposed based on reading plenty of literatures in this paper. The theoretical basis and related concepts (ultimate point, ultimate gain and ultimate frequency) of this design method is launched firstly. Take TITO multiloop sytem for example, the design methodology is introduced in detail on the basis of brief introduction of the theoretical basis and related concepts (ultimate point, ultimate gain and ultimate frequency). At the same time, a series of comparative simulation experiments between this proposed design method and the design method proposed by [8] are given with related analysis and conclusion.

【Key words】diagonally dominant; ultimate point; ultimate gain; ultimate frequency; multivariable control

0 引 言

羅森布洛克（H.H.Rosen-brock）在1969年提出的奈奎斯特陣列設計法[1] （正Nyquist陣列（DNA）設計方法和逆Nyquist陣列（INA）設計方法）是多變量系統的頻域理論中提出最早、應用廣泛的一種方法。它是基于近似對角矩陣的設想，利用對角優勢的概念發展起來的一種分析和設計方法[2]。奈奎斯特陣列設計法在多變量控制系統設計領域占有舉足輕重的地位，自誕生以來，一直是多變量控制系統領域學者們研究的熱點。文獻[3]和[4]是對逆Nyquist陣列設計方法的擴展，其中文獻[3]提出了一種魯棒逆Nyquist設計方法。逆Nyquist陣列設計方法在多變量控制系統設計中得到了廣泛地應用[5][6][7]。另外，以正Nyquist陣列設計方法為基礎的多變量PID控制器設計方法[8][9][10]也在多變量控制系統領域得到了廣泛的應用。

PID控制作為經典的控制策略之一，產生并發展于1915年~1940年期間[11]。其算法簡單，易于工程實現，并具有良好的魯棒性和簡易的操作性，在電力、化工、石油、冶金和機械等工業過程中得到了廣泛地應用。對于單變量控制對象而言，其PID控制器的參數整定方法已趨于完善；然而，對于多變量控制對象而言，多變量控制系統的內部互聯性使得多變量PID控制器的設計比單變量PID控制器的設計要復雜得多。一直以來，多變量PID控制器的設計是多變量控制系統設計領域的研究熱點。目前，已有大量的相關文獻。就自己檢索到的相關文獻而言，多變量的PID控制器的設計方法大致可以分為兩類，第一類是基于解耦控制的設計方法；第二類是不需要解耦的直接設計方法。文獻[8]、[9]、[12]、[13]中所提出的設計方法都屬于第一類方法。其中文獻[8]提出了一種基于正Nyquist陣列（DNA）設計方法中Gershgorin帶的設計方法，文獻[9]對這種設計方法進行了一定的改進，在文獻[8]、[9]所提出的設計方法中，使用了PID控制參數的經驗整定公式來求解控制參數，從而簡化了計算過程，然而，同時使得這種設計方法具有一定的狹隘性。1986年William L. Luyben基于單變量控制系統的傳統PID控制器的整定思想，提出了BLT（Biggest Log Modulus Tuning）法，這是第二類方法的典型代表，此方法為后續的多變量PID控制器設計方法的研究提供了一個起點。文獻[14]所提出的設定方法也屬于第二類方法，它將單變量控制系統的極限點整定思路運用到多變量控制系統的PID控制器的設計中，從而提出了一種有效的多變量PID控制器設計方法，這種設計方法涉及到一個預期臨界點（DCP）的概念，對于如何選擇預期臨界點的問題，在許多文獻中有相關的論述[15][16]。

本文提出一種基于逆Nyquist陣列（INA）設計方法的多變量PID控制器設計方法。首先，簡要介紹了設計方法的理論基礎和相關概念（極限點以及極限增益和極限頻率）；其次，基于增大求解方法選擇性的目的，本文給出了一種新的求解極限增益和極限頻率的計算方法；再次，以TITO多變量控制系統為例，簡述設計思路，并給出其推導過程及其設計步驟；然后，在本文所提出的設計方法與文獻[8]所提出的設計方法之間，進行了簡要地比較分析；最后，借助仿真實驗，進一步探討了本文所提出的設計方法，而且與文獻[8]所提出的設計方法進行了一系列的對比仿真實驗，并給出了相關的分析和結論。

1 基于INA設計方法的多變量PID控制器設計方法

1.1 理論基礎

在多變量的頻域理論中，對角優勢系統的奈奎斯特穩定判據是一個重要而且極具工程設計意義的定理。下面所要闡述的多變量PID控制器設計方法就是以基于逆奈奎斯特陣列穩定判據[17]作為理論基礎。這里需要指出，該設計方法是針對開環穩定系統而提出的。

根據上述穩定判據，可知：對于開環穩定系統來說，如果系統的開環傳遞函數矩陣的逆具有對角優勢，且其各對角元素對應的Gershgorin帶的包絡線與負實軸的交點都在 的左側，那么該閉環系統必然穩定。該多變量控制器的設計方法就是在這個結論的指導下進行的。

1.2 極限點定義

文獻[8]給出了極限點以及極限頻率和極限增益的定義，其中極限點的定義有些狹隘，現給出一個更準確的定義。

定義2.1 設多變量控制系統的對象傳遞函數矩陣 具有列對角優勢，而且第 個對角元素的Gershgorin帶與實軸相交于一個或多個點，把其中距離原點最遠的交點定義為對應于 第 個對角元素Gershgorin帶的極限點。

定義2.2 設極限點在復平面內的坐標為 ，則對應于 第 個對角元素Gershgorin帶的極限點的極限增益為 。

定義2.3 把對應于 第 個對角元素Gershgorin帶的極限點的頻率定義為極限頻率。

在此，對極限點的相關概念有如下幾點說明：

(1) 文獻[8]給出的極限點的定義把極限點的范圍限定在Gershgorin帶與負實軸的交點中，在此，所給出的極限點的定義將這種限定擴展到Gershgorin帶與實軸的交點中。

(2) 從上述定義中，不難看出極限增益的本質是：在P控制器的控制下，能夠使得Gershgorin帶的極限點恰好為 時的控制器參數。

(3) 實際上，極限點就是相應Gershgorin帶的外包絡線（若存在）與實軸的其中一個交點。

(4) 對于某些系統來說，相應Gershgorin帶的外包絡線在零頻率處所對應的點可能在實軸上，但是一般并不把此點作為極限點的考慮對象。

(5) 對于絕大部分的MIMO系統，該極限點是唯一確定的，因此，相應的極限增益和極限頻率也是唯一的。

本文提出的設計方法所對應極限點的定義與文獻[8]提出的設計方法所對應極限點的定義有所不同，現給出其相應極限點的定義。

定義2.4 設多變量控制系統的對象傳遞函數矩陣的逆 具有行對角優勢，而且第 個對角元素的Gershgorin帶與實軸相交于一個或多個點，把其中距離原點最近的交點定義為對應于 第 個對角元素的Gershgorin帶的極限點。

相應極限增益和極限頻率的定義分別與定義2.2、定義2.3相同，在此，不再贅述。

本文提出的設計方法所對應的極限點的定義與文獻[8]提出的設計方法所對應極限點的定義之間的比較：

(1) 本文提出的設計方法所對應的極限點的定義與文獻[8]提出的設計方法所對應極限點的定義相似，一些相關的結論也相同，比如上述對文獻[8]提出的設計方法所對應極限點的定義的幾點說明。

(2) 從上述兩種極限點的定義中，可以看出，兩者主要區別在于Gershgorin帶與實軸交點的選擇條件，即：一個是距離原點最遠的交點，一個是距離原點最近的交點。

基于INA設計方法的極限增益與極限頻率的計算可以借鑒文獻[8]、[9]中所提出的計算方法。一般不要超過兩行。（小五 宋體）

1.3 推導過程

由于計算過程復雜，以TITO多變量控制系統為例，簡述設計思路，并給出其推導過程。為了便于敘述，現假設如下：

到此，基于INA設計方法的多變量PID控制器設計方法的所有推導過程完成。這里需要指出，上述推導計算過程可以使用MATLAB軟件來實現。

1.4 設計步驟

簡單歸納一下基于INA設計方法的多變量PID控制器設計步驟，如下所述：

(1) 首先判斷對象傳遞函數矩陣的逆 是否具有行對角優勢，若具有行對角優勢，直接轉到步驟(3)。

(2) 設計預補償器，實現 具有行對角優勢。借鑒文獻[18]所提供的常熟補償矩陣計算方法設計預補償器。對于設計過程中的對焦優勢頻率范圍的問題，建議要保證 的行Gershgorin帶在所選的頻率范圍內與實軸有交點。這里需要指出，本文只考慮常數補償器的預補償方案。

(3) 計算 的各對角元素行Gershgorin帶所對應的極限增益 和極限頻率 ?？墒褂梦墨I[8]和文獻[9]所提及的計算方法來計算極限增益和極限頻率。在這里需要注意，在計算極限增益 和極限頻率 時，計算的相關步長要盡可能的小，否則，對于某些對象而言，會出現較大的計算誤差，甚至是錯誤計算。

(4) 設定尋優參數的范圍。尋優參數的范圍可按如下原則來確定。

對于 ， ，可以選擇 ， 的某個范圍；對于 ，可以選擇 ， 的小范圍；對于 ，一般在零附近的小范圍內取值。有時也可以根據 第 個對角元素的Gershgorin帶的形狀來確定設置點 的移動方向。在這里需要指出：一般來說，按照上述原則，可以很快找到穩定的控制參數，但這些原則并不是絕對的。

(5) 計算PID控制參數。確定好 ， ， ， 后，利用方程（15），求解 ，然后，用不等式10判斷 的有效性。如果 在上述范圍內，也就是說 是有效的，那么用式9求解 。在得到 ， 后，利用式17、式18計算PID控制參數。

從上述步驟中，可以看出：該設計方法的計算量較大，其中的原因如下所述：

首先，本文所考慮的PID控制器的形式較為復雜，即 ，若考慮PI控制器或者PID控制器的形式為 時，該設計方法的計算量會大大減少；其次，為了尋找更優的控制參數，在該設計方法的計算過程中沒有采取任何經驗公式來簡化計算過程。

1.5 算法比較分析

文獻[8]所提出的設計方法和基于INA設計方法的多變量PID控制器設計方法都屬于基于對角優勢特性的多變量PID控制器設計方法，現對這兩種設計方法進行簡要的比較分析。

文獻[8]所提出的設計方法計算簡便，可以找到較優的控制參數，是一種有效的多變量PID控制器設計方法。同時，它也存在著一些缺點。由于該方法是使用某些經驗公式來求取控制參數，因此，在進行PID控制參數尋優時，該設計方法存在一定的狹隘性。對于一些特定的多變量控制系統可能存在無法得到滿意控制參數的問題。另外，該設計方法需要實現傳遞函數矩陣在某個頻段內具有列對角優勢，以便求取各列Gershgorin帶所對應的極限增益和極限頻率。然而，對于一些特定的控制對象來說，要想得到各列Gershgorin帶對應的極限增益和極限頻率，需要在一個較大的頻段內進行計算，這樣一來，就增加了計算量。

可以將文獻[8]所提出的設計方法看作是一種基于正Nyquist陣列（DNA）設計方法的多變量PID控制器設計方法，而本文所提出的設計方法是基于逆Nyquist陣列（INA）設計方法的。采用逆傳遞函數矩陣進行多變量控制系統的設計具有很多優點[1]，這些優點從側面說明了本文所提出的設計方法具有文獻[8]所提出設計方法所無法比擬的優點。另外，該設計方法思路清楚，可以實現大范圍尋優。然而，該設計方法的計算過程復雜，計算量大。在分析文獻[8]所提出多變量PID控制器設計方法時，提到了對象傳遞函數矩陣對角優勢頻段的問題。在此，針對這個問題，給出一個建議：通過一些仿真例子，發現上述兩種設計方法在這個問題上存在此消彼長的一種規律，因此，在實際應用中，可以選擇性的使用這兩種方法來減小這種問題對設計工作帶來的影響。

2 實例驗證仿真

為了進一步深入研究基于INA設計方法的多變量PID控制器設計方法和驗證該設計方法的有效性，選取以下兩個典型對象模型作為研究對象，進行一系列的仿真實驗研究。

仿真模型1：在許多文獻中[8][14][12][19]，前人都把Wood-Berry蒸餾塔作為研究對象。其數學模型如下所示：

仿真模型2：在文獻[14][16][19]中，采用下述模型作為研究對象，本文也以此作為一個研究對象。該數學模型如下所示：

2.1 常數補償器設計

仿真模型1的傳遞函數矩陣及其逆對應的Gershgorin帶以及各對應元素組成的Nyquist曲線對如圖1，圖2所示。

從圖1和圖2中可以看出：仿真模型1的傳遞函數矩陣具有列對角優勢，同時其傳遞函數矩陣的逆具有行對角優勢。因此，在使用基于對角優勢特性的多變量PID控制器設計方法時，不需要額外的補償環節。

從圖3和圖4中可以看出：仿真模型2的傳遞函數矩陣不具有列對角優勢，同時其傳遞函數矩陣的逆也不具有行對角優勢。因此，在使用基于對角優勢特性的多變量PID控制器設計方法時，需要額外的補償環節。借鑒文獻[18]所給出的常數補償矩陣算法得到模型2的傳遞函數矩陣所對應的常數補償矩陣 及其傳遞函數矩陣的逆所對應的常數補償矩陣 。其結果如下所示。

利用上述常數補償矩陣對模型2的傳遞函數矩陣及其逆補償后，相應的Gershgorin帶圖以及相應的Nyquist曲線對如圖5和圖6所示。

從圖5和圖6中可以看出：常數補償矩陣使得仿真模型2的傳遞函數矩陣及其逆在必要頻段上具有了對角優勢。這里需要指出，在進行仿真時，需要將 取逆后作為常數補償器加入到仿真平臺中。

2.2 驗證仿真

文獻[8]所提出的設計方法和基于INA設計方法的多變量PID控制器設計方法都屬于基于對角優勢特性的多變量PID控制器設計方法，下面將通過實例仿真實驗，對這兩種基于對角優勢特性的多變量PID控制器設計方法進行比較。這里需要指出，因為文獻[8]所采用的PID控制器形式與本文所考慮的PID控制器形式并不一致，所以在進行仿真結果比較時，并沒有使用文獻[8]所給出的控制參數，而是采用了雙協調因子 的方法擴大了文獻[8]所給出的設計方法的尋優范圍，來求取更好的控制參數。關于仿真模型1和仿真模型2的傳遞函數矩陣及其逆的對角優勢問題已在3.1節中給出論述，在下面的敘述中，不再提及該問題。另外，為了方便表達，將基于INA設計方法的多變量PID控制器設計方法簡記為BINA，將文獻[8]所提出的多變量PID控制器設計方法簡記為BDNA。

對于仿真模型1，兩種設計方法所給出的PID控制器參數如表1所示。文獻[8]所提出的多變量PID控制器設計方法所對應的極限增益和極限頻率為：

從圖7中可以看出，對于第一控制回路而言，基于INA設計方法的多變量PID控制器設計方法所設計的控制系統在設定值階躍擾動下的超調量和調節時間都明顯小于文獻[8]所提出的多變量PID控制器設計方法，而且抗干擾的性能也好于文獻[8]所提出的多變量PID控制器設計方法。對于第二控制回路而言，基于INA設計方法的多變量PID控制器設計方法所設計的控制系統在設定值階躍擾動下的震蕩性明顯弱于文獻[8]所提出的多變量PID控制器設計方法，同時，調節時間略大于文獻[8]所提出的多變量PID控制器設計方法，其抗干擾的性能明顯好于文獻[8]所提出的多變量PID控制器設計方法。

從圖8中可以看出，對于第一控制回路而言，基于INA設計方法的多變量PID控制器設計方法所設計的控制系統在設定值階躍擾動下的超調量明顯大于文獻[8]所提出的多變量PID控制器設計方法，在調節時間上，兩種設計方法相差無幾；基于INA設計方法的多變量PID控制器設計方法的抗干擾的性能稍好于文獻[8]所提出的多變量PID控制器設計方法。對于第二控制回路而言，基于INA設計方法的多變量PID控制器設計方法所設計的控制系統在設定值階躍擾動下的超調量和調節時間都明顯小于文獻[8]所提出的多變量PID控制器設計方法；但其抗干擾的性能稍遜于文獻[8]所提出的多變量PID控制器設計方法。

從上述仿真結果中可以看出和基于INA設計方法的多變量PID控制器設計方法所設計的控制器性能要好于文獻[8]所提出的多變量PID控制器設計方法，但在某些控制性能方面各有千秋，因此，在進行多變量PID控制器設計時，可以選擇性的使用這兩種設計方法。

3 結 論

從本文的敘述中可以看出，本文所提出的多變量PID控制器設計方法是逆Nyquist陣列（INA）設計思想的實現，與文獻[8]所提出的設計方法之間存在著一種互為補充的關系，是一種可行有效的多變量PID控制器設計方法。同時，該設計方法一味的追求更優的計算結果，沒有進行合理的簡化，從而計算量較大，計算過程復雜。

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崔連杰（1983－），男，碩士研究生，助理工程師，主要研究領域為多變量控制系統設計及應用；

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關于最好的設計

什么才是最好的設計?設計方式分成兩個主要方面，這兩個主要方面就的外部屬性和內部屬性。外部屬性包括功能、外觀、生產流程和費用，包括所有一系列的內容。內部屬性在當今世界變得越來越重要，一定意義上看到反饋。外部屬性是可觸摸的，而內部屬性是不可觸摸的，但內部屬性十分重要。外部屬性和內部屬性之間的不同點在于，外部屬性是客觀的，而內部屬性是主觀的，可以采取某種方式，對產品進行評估，會得到一個結果，即外部屬性，但內部屬性則是不可以預測的。外部屬性的主要設計方面是關于一些理性的方面，而內部屬性是包括一些感性的方面。

對于清楚與模糊之間的關系，舉例來說，如果想做一個從物理學角度來說比較輕的物品，首先的做法就是減少材料的使用，或者使用更為輕便的一些材料，但是到底要怎么樣做呢?這是基礎。下面一個區別就是分析功能的區別，外部屬性是在整個過程當中運用分析的方法，而內部屬性是用中等的方法。對于外部屬性來說是一步步變化的，而內部屬性是在一天之間發生一種大的變化，會產生今非昔比的情況。外部屬性是有關于物品的使用價值的，而內部屬性是所有這種特質，比如說我想要擁有一種物品，這完全是內部屬性所影響的。

創新是今天設計中最重要的一點，他們會告訴人們什么是創造，怎樣將奇思妙想付諸實踐。通常情況下，客戶要設計師設計產品，但有時卻沒明確地告訴設計師他們想要的是什么。因此設計師要有敏銳的市場目標，設計師必須要明確所想要的產品，必須知道這是一個整體策略。其次要做到充分溝通，比如某種特性的產品，究竟這種特性是什么意義，可能每個人的想法都不同。之后要做到專注，如果不知道確切的想要什么的話，就會迷失，所以設計師要清楚地知道想要的是什么，要有明確的決定：明確的決定非常重要，它使設計師不完全跟隨自己自由的想法，這是值得的。對于整個項目的控制也很重要，要做到省時省力省錢。最后就是設計質量，人們都知道，設計師不喜歡一種系統的工作，應該使整個過程變得簡單，而不是設計很復雜的東西。

關于EDM(Effective Design Method)

EDM首先是創新力，很多人認為創新和按照有程序的方法工作是背道而馳的，其實恰恰相反。如果以一種系統的方式工作，展開自己的頭腦思維的話，則機會更多。保留設計的原始功能，我們所做的一切就是做出正確的決定，并且使整個過程更加有效。專注問題和專注內容，可能是設計師與工程師不同的地方。工程師可能會問到問題是什么，然后再著手尋找答案；而設計師不同，他們需要尋找其他的，設計師必須在開始規劃一個草案之前就明確這一點。還有就是使用語言、文字和視覺文件，這會幫助設計師找到一個正確的方式，幫助設計師正確定義想要什么。例如，一個工作流程，首先要理解，然后才能進行創新、創造和評價，這一點是非常重要的，有些客戶直接到設計師這里，告訴設計師他們期望直接就從創新這一部分開始做，當然設計師應該知道不可能直接跳到創新這步，在之前必須經過理解和評價這兩個步驟。設計師通過一個系統的工作方式，尋找更多的機會，找到更新的一些解決方案。使用明智的知覺，用腦子思考，但是這一點并不是僅僅用腦子去思考，而是在深入研究之后用腦去思考的一種模式。對于專注，就是讓設計師專注于某一點，而不是隨隨便便的行動，控制也是同樣重要的。

整個的設計過程分為三個部分，信息、產出和評價。有很多客戶首先開始談項目，第一提到了產品，其實是不對的，在提到產品之前設計師還有許多其他的東西需要進一步探討。第一個步驟是產品的特點，在這方面討論的是這個公司，而不是他的產品。第二是設計方向，在這一點中還沒涉及到產品，涉及到的只是一些利益的相關方，包括終端用戶、生產商和一些維護者等等，參與者一起討論整個產品的價值，一直到終端的使用情況。第三個方面是產品的方向，這一方面有獨特特點――只有在這點才可以談到為創新創造機會。在信息這一步驟之后開始了創新過程，比如說開始設計，當然這是基于已有一個目標的前提下，對于設計師來說，他們設計的不僅僅是他們所喜歡和想要的東西，而是根據他們了解的信息，根據這些指導方案來進行設計。

案例　一簡易飲水機(EASY―Mineral WaterDispenser)

這是世界上第一款節約型飲水機　一個以節約用水和防漏相結合的水龍頭概念。產品規格為27×35×16厘米，重量1.7公斤。設計通過杠桿原理的自然法則，使水位排放流程更加物理性。它的容量在3至5加侖，重量輕以及現代感以無限的混合搭配的可能性，隨心可選的多種顏色的機身，使它變得完美。根據使用者所有居住空間大小，飲水機可以被隨意安置在適當的位置和區 域，可放置在臥室、工作室的休息區，包括區域空間有限的可用性，放置在桌面、墻角甚至廚房的櫥柜中。

案例二　LIVE―U電視發射機(LlVE―U TVTransmitter)

這是一款先鋒型便攜式移動影像一電視發射器。它使專業媒體的現場直播和廣播成為可能，取代了衛星廣播貨車。產品規格為28×37×7.5厘米，重5.5公斤。此款設計的主打產品包括手提高清晰畫質的創新傳播。小裝置像一個便于攜帶的盒子，使高品質視頻媒體可以在任何地方進行廣播，它取代了價值高達30000多美元一天衛星租賃車。

案例三　MODU手機定制外殼(MODU MobilePhone Jackets)

這款設計又被稱為modu 夾克，用聚碳酸酯注射成型，材料為ABS以及高彈體。它利用USB閃存驅動器研發的技術，運用先進的手機用戶自定義外觀和功能的手機，以滿足客戶的需求變化。每個定制外殼都是最優秀、最合適的解決方案，其目標用戶都使用相同的技術。一個用戶可以擁有多個手機外殼，用功能化和設計充分地適合每個人在工作中以及娛樂活動中的個人角色，其人們的行為和生活方式增添了一道靚麗的風景。

案例四　TicTac磁鐵夾(TicTac2 MagnetClip)

這是一種獨特的紙裝夾、控股磁鐵，在金屬表面(如門、冰箱、或其他的金屬類平面)均可使用。這一設計是為任何人所做，包括上班族以及家庭主婦。產品規格為65×29×7毫米，重15克。采用聚碳酸酯塑料注射成型和磁鐵為基本材料。該磁鐵夾比起其他類似的磁鐵夾有一些獨到之處：它可以僅僅只用一只手操作。夾子的磁鐵由于產品中部的凸起作用，使得兩端的磁鐵成為了一種特別堅固的磁鐵(是一般磁鐵磁力的5倍)。由于物理作用與彎矩，盡管產品本身是塑料和磁鐵合二為一，但將兩個TicTac磁鐵夾結合起來，則會產生一個磁性更加強大的紙夾，成為了一種獨特的、理想的產品。TicTac2磁鐵曾獲得2004年IDSA設計大獎。DESIGN vs.Yariv Sade

Yariv Sade：人們都喜愛好設計，并且熱愛好的產品。一個成功的設計是一個綜合的設計解決方案，考慮到產品的內部屬性，包括用戶體驗和外部屬性，即功能性。成功的設計會考慮到所有的利益相關者(制造商、供應商、銷售方、維修工人等等)，考慮到人機工學，包括身體上的、認知程度上的和情感上的，它會帶給制造商和終端用戶在情感和環境中的愉悅。

Yariv Sade：這其中包含兩方面，第一方面是調研，每一個設計項目我們都需要進行前期調研，為了得到質量更好的產品，滿足使用者需求，你必須清楚地明白用戶在尋求什么樣的商品。要知道這并非是件容易的事，因為你不可能去直接詢問你的未來用戶群到底想要什么。一個全球性的汽車制造商曾經說過，人們其實不知道自己需要的產品是什么樣子，只是知道現有產品哪里不好，問題是什么。制造商能做是，考慮怎樣的產品才能讓用戶滿意，因此我們能做的只有調研。

說到調研，我們有一套很特別的方法：第一，根據產品的不同，我們會在商店、家中或是汽車里對產品的使用者，也就是產品的終端消費者進行調研。觀察、用筆記錄、甚至錄影，然后得到足夠多的信息，去發現男人和女人、老人和年輕人、左撇子和右撇子的區別。之后，我們會根據這些資料，列表分析，頭腦風暴。第二，與潛在用戶做訪問，舉例來說，玩具的潛在用戶包括花錢買玩具的父母、玩兒這些玩具的小孩們，不同潛在用戶群的需求是不同的，因此我們必須對不同用戶群進行調研訪問：爸媽們、孩子們，甚至零售商店的店員們，因為他們知道各種商品的銷售情況，之后我們會將調查到的信息和數據進行分析整合。第三，我們買來同行業相似的產品，檢測、拆解、分析結構，了解用戶如何操作，了解人們在使用這一產品中的用戶體驗。最終，我們講這些信息總結，寫出產品概要，即設計指導方針。

設計師使產品具有增值的額外價值，就如同我的EDM理論，一步一步理論，這一理論幫助我們提出問題，有信心嘗試各種方式方法。這就如同你去超級市場買東西一樣，如果你沒拿上清單，可能你會忘記買一些東西，你寫清單的目的就是為了讓自己不落下任何一件你所需要的商品。

DESIGN我們發現，目前用戶體驗設計也是貴公司的業務項目之一，用戶體驗在整個項目開發會起到怎樣作用，即其重要性體現在哪些方面?

Yariv Sade：關于用戶體驗設計，我們沒有專門的設計項目，它的重要性取決于我們所設計的產品和項目。

第一，從人機工學或者使用角度來說，如果使用一部手機，我們要知道它的操作方式，但人們其實不喜歡閱讀菜單，只想尋找使用起來方便的手機。第二是情感方面的，對于一件產品來說，最大的肯定莫過于人們對于它的喜愛。如同現今的iphone，人們會因為手持一部iphone而感到自豪或者驕傲，原因之一是由于iphone的市場和品牌效應，其二是它的外形優美、功能優越。第三是情感表達的需求，也就是使用Apple的產品會象征著富有、快樂或者歸屬感等等諸如此類的。用戶體驗是關于產品如何讓使用者感覺更好而設置的，其中包括產品的外形，使用的舒適感，CMF，品牌設計、產品的廣告包裝等等。或許十年前，市場上產品的競爭是在技術與執行，性能與能力上。技術很重要，但僅有好技術不行的，用戶體驗也很重要。

DESIGN：請介紹一下你們通常做用戶體驗設計研究的步驟和方法(以一個為例，說說周期、過程等)?

Yariv Sade：一般來說，這取決于產品和客戶。一些客戶或許會說我們對于市場還不熟悉，比如，蘋果在四五年前還沒有手機，只生產電腦，ipod播放器。如果客戶需要我們設計一款新產品，那這種設計研究將會是非常深入的，因為這是一種全新的設計，從無到有。但是如果諾基亞找到我們，讓我們在上百種樣式的手機的基礎上設計一款手機，其實他們已掌握了產品的大部分信息。很有意思的事情是，歐洲的公司可以銷售他們的產品長達20、30年，但他們從不向使用者詢問他們的使用體驗，即用戶體驗。他們知道很多精確的數據，有多少消費者想買這一產品，價格定位是多少。我們的調研是基于這一基礎上，但并不是數字化的、經濟的，而是對于產品的外觀、形狀、感覺以及消費者的心理需求。大多數客戶并不知需要提出這些問題，舉個例子來說，我們曾經有一個歐洲的客戶，是飲水機廠商，他們要我們設計一款新型飲水機，我們給了他們幾個報價，并且說明第一階段是調研，我們需要花錢完成這項工作，他們卻說，我不明白為什么你需要把錢用在這上面?我說因為這樣才能寫出產品設計綱要，如果你知道怎樣寫的話，傳給我，那么我就可以設 計出新產品。他說，我不知道怎么寫，你去寫。我說好，那我需要做完以上調研，才能完成這一設計綱要。兩天后，我將調研需要的大概50個問題都傳送過去給他，這其中包括在歐洲，男士和女士在使用產品上是否有所不同?左撇子和右撇子使用時的區別?使用者會不會根據產品的高度而改變他們的操作模式?他說好吧，你去調研?？偟膩碚f，關于用戶體驗調研的時間根據產品、用戶和使用者的不同而不同，大概需要三周至六周之間。調研集中在目標用戶群中，但對于不同地區，比如對于歐洲和亞洲的使用者和用戶群，調研會根據地域的不同而有所差別。歐洲的用戶和亞洲的用戶也許在身高上有差別，在腳的大小上有差別，但這些都是身體上的區別，差別不會很大；但對于心理上的需求，由于文化和認知的不同，則完全不同的。比如，中國的家電設計和歐洲的家電設計很不同。很多花的樣式，很多裝飾，在歐洲的家電不會看到如此的裝飾。

對于用戶體驗研究的人群，在我們進行調研之前，會進行調研準備。調研是關于質量的調研，我們不會訪問上干名用戶，我們會將地域標記出來，也許使用同一件產品，男人和女人是不同的，因此我們會訪問十個人，五男五女。對于不同產品我們會對不同用戶群進行調研，也就是不同產品會有不同的目標用戶群，包括兒童組、青年組、成年組、老年組，高個、矮個，或者左撇子、右撇子等等。如果產品對于男女使用的區別不是很明顯，那么設計將不會以用戶體驗的這些數據作為考量；如果不同的話，我們會將產品的設計分別進行，將為男性和女性設計的區分開來。

Yariv Sade：用戶體驗研究的人群根據市場需求的不同而定，設計依據公司的商業決策而定。到底是將產品投向歐洲還是亞洲市場，這不是設計師所能決定的，但我們會和商業決策者一起討論，一件產品是否適合銷往一個國家或區域。一個設計的決定，包括三部分，一部分是商業決策、一部分是產品本身的設計，而在這其中是策略設計，也叫設計策略。策略設計即包括商業決策也包括產品設計，所有一切的品牌和市場也都包合在內。

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隨著近年來人類科學技術水平的加速發展，特別是計算機軟硬件性能的持續提高，以及計算機技術對各行各業全面深入的滲透，各技術領域的思維、觀念和方法不斷得以更新。機械設計作為一個具有幾百年歷史的技術領域，也在世界科技進步的大潮中獲得了新生。目前，計算機輔助產品的設計繪圖、設計計算、加工制造、生產規劃已得到了比較廣泛和深入的研究，并初見成效。

根據目前國內外設計學者進行機械產品方案設計所用方法的主要特征，我們可以將方案的現代設計方法概括為下述四大類型。

一、系統化設計方法

系統化設計方法的主要特點是：將設計看成由若干個設計要素組成的一個系統，每個設計要素具有獨立性，各個要素間存在著有機的聯系，并具有層次性。所有的設計要素結合后，即可實現設計系統所需完成的任務。

系統化設計思想于上世紀70年代由德國學者Pahl和Beitz教授提出，他們以系統理論為基礎，制定了設計的一般模式，倡導設計工作應具備條理性。德國工程師協會在這一設計思想的基礎上，制定出標準VDI2221技術系統和產品的開發設計方法。

由于每個設計者研究問題的角度以及考慮問題的側重點不同，進行方案設計時采用的具體研究方法亦存在差異。具有代表性的系統化設計方法有設計元素法、圖形建模法、“構思”―“設計”法、矩陣設計法、鍵合圖法，等等。

二、結構模塊化設計方法

從規劃產品的角度提出：定義設計任務時以功能化的產品結構為基礎，引用已有的產品解（如通用零件部件等）描述設計任務，即分解任務時就考慮每個分任務是否存在對應的產品解。這樣，能夠在產品規劃階段就消除設計任務中可能存在的矛盾，早期預測生產能力、費用，以及開發設計過程中計劃的可調整性，由此提高設計效率和設計的可靠性，同時也降低新產品的成本。Feldmann將描述設計任務的功能化產品結構分為四層：（1）產品（2）功能組成（3）主要功能組件（4）功能元件。并采用面向應用的結構化特征目錄，對功能元件進行更為具體的定性和定量描述。同時研制出適合于產品開發早期和設計初期使用的工具軟件STRAT。

這種方法認為專用機械中多數功能可以采用已有的產品解，而具有新型解的專用功能只是少數。因此，在專用機械設計中采用功能化的產品結構，對于評價專用機械的設計、制造風險十分有利。

這種方法提倡在產品功能分析的基礎上，將產品分解成具有某種功能的一個或幾個模塊化的基本結構，通過選擇和組合這些模塊化基本結構組建成不同的產品。這些基本結構可以是零件、部件，甚至是一個系統。理想的模塊化基本結構應該具有標準化的接口（連接和配合部），并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經濟化，具有互換性、相容性和相關性。我國結合軟件構件技術和CAD技術，將變形設計與組合設計相結合，根據分級模塊化原理，將加工中心機床由大到小分為產品級、部件級、組件級和元件級，并利用專家知識和CAD技術將它們組合成不同品種、不同規格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。

這種方法以設計為目錄作為選擇變異機械結構的工具，提出將設計的解元素進行完整的、結構化的編排，形成解集設計目錄。并在解集設計目錄中列出評論每一個解的附加信息，非常有利于設計工程師選擇解元素。

根據機械零部件的連接特征，將其歸納成四種類型：

1）元件間直接定位，并具有自調整性的部件；

2）結構上具有共性的組合件；

3）具有嵌套式結構及嵌套式元件的連接；

4）具有模塊化結構和模塊化元件的連接，并采用準符號表示典型元件和元件間的連接規則，由此實現元件間聯接的算法化和概念的可視化。

在進行機械系統的方案設計時，用“功能建立”模塊對功能進行分解，并規定功能分解的最佳“粒化”程度是功能與機構型式的一一對應。“結構建立”模塊則作為功能解的選擇對象，以便于實現映射算法。

三、基于產品特征知識的設計方法

基于產品特征知識設計方法的主要特點是：用計算機能夠識別的語言描述產品的特征及其設計領域專家的知識和經驗，建立相應的知識庫及推理機，再利用已存儲的領域知識和建立的推理機制實現計算機輔助產品的方案設計。

機械系統的方案設計主要是依據產品所具有的特征，以及設計領域專家的知識和經驗進行推量和決策，完成機構的型、數綜合。欲實現這一階段的計算機輔助設計，必須研究知識的自動獲取、表達、集成、協調、管理和使用。

四、智能化設計方法

智能化設計方法的主要特點是：根據設計方法學理論，借助于三維圖形軟件、智能化設計軟件和虛擬現實技術，以及多媒體、超媒體工具進行產品的開發設計、表達產品的構思、描述產品的結構。在利用數學系統理論的同時，我們考慮了系統工程理論、產品設計技術和系統開發方法學VDI2221，研制出適合于產品設計初期使用的多媒體開發系統軟件MUSE。上述各種方法并不是完全孤立的，各類方法之間都存在一定程度上的聯系。

機械產品的方案設計正朝著計算機輔助實現、智能化設計和滿足異地協同設計制造需求的方向邁進，由于產品方案設計計算機實現方法的研究起步較晚，目前還沒有成熟的、能夠達到上述目標的方案設計工具軟件。我認為，綜合運用文中四種類型設計方法是達到這一目標的有效途徑。雖然這些方法的綜合運用涉及的領域較多，不僅與機械設計的領域知識有關，而且涉及系統工程理論、人工智能理論、計算機軟硬件工程、網絡技術等各方面的領域知識，但仍然是產品方案設計必須努力的方向。

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