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摘要：本文对产品设计理论的相关研究内容做了概述，主要从几个典型的方面入手进行论述，还对未来产品设计理论的发展趋势做了总结，最后就企业怎样选择设计理论提出了建议。
关键词：产品设计 设计理论 设计方法
中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-574-01
1 前言
“设计”的起源应该追溯到遥远的古代，人类开始制造工具时开始。它是根据已掌握的知识去解决困难和创造新事物，是人类高等思维发展的结果，是人类历史中非常重要的活动。20世纪60年代之后，某些发达国家的学者提出了一些新的思想，开始领导设计学从艺术领域步入到科学领域。自20世纪70年代末以来，各国成立了许多产品设计研究相关的组织（如WDK）、发行了许多相关的刊物（如《Design Studies》）、开了一些重要的会议（如ICED、DTM），其中许多都延续至今。
在产品生命周期中，产品设计有着不可撼动的重要地位。决定产品的竞争力大小的最重要的因素是功能及质量，而产品设计又是影响这两个因素的主要过程。现在制造技术和设备都很先进，产品制造质量产生的差距并没有以前那么大，所以产品设计的水平就起到了关键的作用，制造企业之间的竞争焦点就成为了产品设计的竞争。而且就成本考量，产品设计阶段所花费的成本大概占到总成本的七成，制造和其他阶段所花费的成本只占了总成本的三成左右。种种结果说明，提高产品设计水平能够有效加强企业竞争力。所以，现在对产品设计理论的研究，越来越得到设计人员、研究人员、企业等的重视。
2现代设计理论的相关研究
2.1 公理化设计理论（Axiomatic Design Theory）
该理论主要包括顾客域、功能域、物理域、工艺域和独立性公理、信息公理[1]。四个域之间是映射关系；进行映射时，设计解需要符合独立性原理；如果产生多解，就要根据信息公理进行选择；信息公理的作用是最小化设计信息、衡量成功的可能性、评估解决方案在指定范围的满足程度等。
2.2 一般设计理论及其扩展（General Design Theory，GDT ）
这种理论是日本东京大学的吉川、富山等提出的一种设计的数学表示。一般设计理论假设每一个设计元素都可以被抽象概念准确表达，同时认为一旦设计规则被描述，设计在功能、属性领域的映射立刻结束。
2.3 通用设计理论（Universal Design Theory）
德国PRK研究所的一些学者通过研究不同学科的设计特点，提出了跨学科的通用设计理论。UDT把设计过程分为需求、产品功能、物理的分别建模和详细设计4个阶段。每个阶段模型之间的矛盾能帮助完善模型自身，还可以重新组合基本元素来达到设计过程的创新。
3 产品设计过程的相关研究
国外自20世纪60年代起开始加强对产品设计过程和方法的研究。
3.1 描述性的设计过程
描述性的设计过程揭示了设计过程的本质。UDT认为设计过程是从功能领域到属性领域的映射，这就对描述性的設计过程进行了模型的建立。Takeda基于GDT进一步提出了进化模型，把设计过程描述为由功能领域向属性领域逐渐进化的过程。
3.2 规范化的设计过程
Pahl等把产品当做对象，将物质、信息的输入转换为相应的输出，之间的差别就是功能。Hubka在系统理论的基础上，采用系统分析法，以满足人类需要为目的，研究得出许多可行方法，然后建立了设计过程的一般模型，这个模型显示了提高设计技术对设计阶段的重大作用。
3.3 可计算的设计过程
这是一种偏向与计算机相关的产品设计过程的理论，它的主要思想是将设计过程可计算化、计算机化。Suh利用微机技术建立了设计过程模型，它能将设计过程中的定性需要转化为定量参数。
4 产品设计求解的相关研究
4.1 基于知识本体的设计过程求解方法
知识表达是人工智能使用在产品设计上的基础，现在研究多为知识的理解和表达及本体化。在这方面，很多国内外学者都做了相关研究。比如Guarino等的知识工程本体理论、Kitamura提出的功能本体概念、Horvath提出的设计概念本体、中国的胡玉杰提出的基于本体的产品知识表达、王昕等提出的设计原理信息提取方法等。
4.2 基于软计算方法的设计过程求解
基因算法是软计算方法中的一个重要组成部分。在设计中使用基因算法，能够减少设计过程中人的主观干扰。这方面的相关研究很多，如Poon的共同进化基因算法、Dorst的共同进化模型等。
5 产品设计过程中功能的相关研究
5.1 从价值工程观点来研究
Struge以价值工程理论为基础，用功能逻辑分解对产品功能进行分解并定义它们之间的关系。这种方法注重功能间的关系，但不能对功能进行重组，多应用于相关概念，而实际中使用的较少。
5.2 从工程设计的观点来研究
Pahl等提出了以物理量的变换为定义的功能模型。它着重功能的整体和分解的部分间的形式，和各自的功能构造概念，而且把这种功能构造当做概念设计的关键步骤。
5.3 从人工智能的观点来研究
从人工智能的观点来研究是从基于模型的推理开始，强调功能推理。功能推理是指从结构到功能的推理，目的是对功能可以解释。产品设计人工智能的研究也有许多问题：某些定义模糊、功能推理的使用范围小等等。而其在机械设计领域还没有有效的方法和应用。
5.4 其他的一些观点
对产品设计过程中功能的相关研究不仅限于以上几种，还有其他方向。如结合产品设计和人工智能的相关研究成果，在此之上对功能进行深入研究，这是一个热门研究方向。 6 未来发展趋势
6.1 设计理论与方法的集成
不同的设计理论有不同的应用领域，如质量功能展开理论在转化需求为技术指标领域很优秀，创新问题解决理论在解决产品设计矛盾领域很优秀等。随着产品设计愈加复杂，设计时间和产品的使用寿命却愈加短暂，使用一个设计理论无法达到产品设计的需求。所以应该集合不同设计理论的设计工具，统一于一个设计模型为产品设计服务。所以说设计理论与方法的集成是设计理论的未来发展趋势之一。
6.2 设计过程的虚拟化
信息技术的发展改变了产品设计的理念，让虚拟化设计过程成为可能，因此可以减少设计成本。不过在虚拟化设计过程中，对CAD提出了更高的要求。虚拟化设计过程可以使企业之间共同合作设计；可以使顾客参与到产品设计中去并将其需求更好地融入到设计中，让设计的产品更符合市场需要。因此这是一个重要的发展趋势。
6.3 设计方法的科学化
相比于设计工具的快速进步，设计理论和方法的研究速度比较缓慢，所以应该加大产品设计理论和方法的研究力度，进而提高设计效率。
6.4 研究创造性的基本规律和人类思维的本质
这是因为设计者是人，人的创造性具有极大潜力，所以要开发设计师的创造思维潜力，公理化设计和创新问题解决理论是这方面比较好的一个进展。
7 设计理论的选择
随着设计理论的不断出现，企业怎样选择合适的理论和方法就成为了需要关注的问题，其中还要兼顾学习成本。理想情况下，可以使用全部的设计理论和方法，但是这非但沒有必要，而且在成本上面也不允许。企业要“因地制宜”，根据要设计的产品本身的特性来选择最合适的设计理论和方法。在这之中，如果企业已经有某种成熟的设计方法就应该优先选择，如果是对产品功能和质量有关键作用的方法应该考虑采用，而影响小的则考虑舍弃。
8 结语
随着社会的进步和科技的发展，产品生产企业为了满足消费者越来越高的要求，就必须提高自身生产产品的功能和质量，那么就离不开设计理论和方法的进步；与此同时，设计理论和方法的创新也会引领产品的创新，它们两者之间是互为促进的。所以，设计理论与方法需要各个学者、企业和研究单位等的共同努力才能不断发展，提高整个产品设计生产行业的水平。
参考文献
[1]单鸿波. 现代产品设计理论的相关研究现状综述[J]. 东华大学学报（自然科学版），2006，（05）：118-122，124.
[2]丁俊武，韩玉启，郑称德. 现代产品设计理论研究综述[J]. 机械制造，2005，（12）：8-10.
[3]闻邦椿. 产品设计理论与方法的发展趋向及产品的现代设计[J]. 机电工程，2011，（03）：255-259，264.
[4]荆洪英，张利，闻邦椿. 产品设计理论与方法研究综述[J]. 机械科学与技术，2009，（08）：999-1004.
关键词：产品设计 设计理论 设计方法
中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-574-01
1 前言
“设计”的起源应该追溯到遥远的古代，人类开始制造工具时开始。它是根据已掌握的知识去解决困难和创造新事物，是人类高等思维发展的结果，是人类历史中非常重要的活动。20世纪60年代之后，某些发达国家的学者提出了一些新的思想，开始领导设计学从艺术领域步入到科学领域。自20世纪70年代末以来，各国成立了许多产品设计研究相关的组织（如WDK）、发行了许多相关的刊物（如《Design Studies》）、开了一些重要的会议（如ICED、DTM），其中许多都延续至今。
在产品生命周期中，产品设计有着不可撼动的重要地位。决定产品的竞争力大小的最重要的因素是功能及质量，而产品设计又是影响这两个因素的主要过程。现在制造技术和设备都很先进，产品制造质量产生的差距并没有以前那么大，所以产品设计的水平就起到了关键的作用，制造企业之间的竞争焦点就成为了产品设计的竞争。而且就成本考量，产品设计阶段所花费的成本大概占到总成本的七成，制造和其他阶段所花费的成本只占了总成本的三成左右。种种结果说明，提高产品设计水平能够有效加强企业竞争力。所以，现在对产品设计理论的研究，越来越得到设计人员、研究人员、企业等的重视。
2现代设计理论的相关研究
2.1 公理化设计理论（Axiomatic Design Theory）
该理论主要包括顾客域、功能域、物理域、工艺域和独立性公理、信息公理[1]。四个域之间是映射关系；进行映射时，设计解需要符合独立性原理；如果产生多解，就要根据信息公理进行选择；信息公理的作用是最小化设计信息、衡量成功的可能性、评估解决方案在指定范围的满足程度等。
2.2 一般设计理论及其扩展（General Design Theory，GDT ）
这种理论是日本东京大学的吉川、富山等提出的一种设计的数学表示。一般设计理论假设每一个设计元素都可以被抽象概念准确表达，同时认为一旦设计规则被描述，设计在功能、属性领域的映射立刻结束。
2.3 通用设计理论（Universal Design Theory）
德国PRK研究所的一些学者通过研究不同学科的设计特点，提出了跨学科的通用设计理论。UDT把设计过程分为需求、产品功能、物理的分别建模和详细设计4个阶段。每个阶段模型之间的矛盾能帮助完善模型自身，还可以重新组合基本元素来达到设计过程的创新。
3 产品设计过程的相关研究
国外自20世纪60年代起开始加强对产品设计过程和方法的研究。
3.1 描述性的设计过程
描述性的设计过程揭示了设计过程的本质。UDT认为设计过程是从功能领域到属性领域的映射，这就对描述性的設计过程进行了模型的建立。Takeda基于GDT进一步提出了进化模型，把设计过程描述为由功能领域向属性领域逐渐进化的过程。
3.2 规范化的设计过程
Pahl等把产品当做对象，将物质、信息的输入转换为相应的输出，之间的差别就是功能。Hubka在系统理论的基础上，采用系统分析法，以满足人类需要为目的，研究得出许多可行方法，然后建立了设计过程的一般模型，这个模型显示了提高设计技术对设计阶段的重大作用。
3.3 可计算的设计过程
这是一种偏向与计算机相关的产品设计过程的理论，它的主要思想是将设计过程可计算化、计算机化。Suh利用微机技术建立了设计过程模型，它能将设计过程中的定性需要转化为定量参数。
4 产品设计求解的相关研究
4.1 基于知识本体的设计过程求解方法
知识表达是人工智能使用在产品设计上的基础，现在研究多为知识的理解和表达及本体化。在这方面，很多国内外学者都做了相关研究。比如Guarino等的知识工程本体理论、Kitamura提出的功能本体概念、Horvath提出的设计概念本体、中国的胡玉杰提出的基于本体的产品知识表达、王昕等提出的设计原理信息提取方法等。
4.2 基于软计算方法的设计过程求解
基因算法是软计算方法中的一个重要组成部分。在设计中使用基因算法，能够减少设计过程中人的主观干扰。这方面的相关研究很多，如Poon的共同进化基因算法、Dorst的共同进化模型等。
5 产品设计过程中功能的相关研究
5.1 从价值工程观点来研究
Struge以价值工程理论为基础，用功能逻辑分解对产品功能进行分解并定义它们之间的关系。这种方法注重功能间的关系，但不能对功能进行重组，多应用于相关概念，而实际中使用的较少。
5.2 从工程设计的观点来研究
Pahl等提出了以物理量的变换为定义的功能模型。它着重功能的整体和分解的部分间的形式，和各自的功能构造概念，而且把这种功能构造当做概念设计的关键步骤。
5.3 从人工智能的观点来研究
从人工智能的观点来研究是从基于模型的推理开始，强调功能推理。功能推理是指从结构到功能的推理，目的是对功能可以解释。产品设计人工智能的研究也有许多问题：某些定义模糊、功能推理的使用范围小等等。而其在机械设计领域还没有有效的方法和应用。
5.4 其他的一些观点
对产品设计过程中功能的相关研究不仅限于以上几种，还有其他方向。如结合产品设计和人工智能的相关研究成果，在此之上对功能进行深入研究，这是一个热门研究方向。 6 未来发展趋势
6.1 设计理论与方法的集成
不同的设计理论有不同的应用领域，如质量功能展开理论在转化需求为技术指标领域很优秀，创新问题解决理论在解决产品设计矛盾领域很优秀等。随着产品设计愈加复杂，设计时间和产品的使用寿命却愈加短暂，使用一个设计理论无法达到产品设计的需求。所以应该集合不同设计理论的设计工具，统一于一个设计模型为产品设计服务。所以说设计理论与方法的集成是设计理论的未来发展趋势之一。
6.2 设计过程的虚拟化
信息技术的发展改变了产品设计的理念，让虚拟化设计过程成为可能，因此可以减少设计成本。不过在虚拟化设计过程中，对CAD提出了更高的要求。虚拟化设计过程可以使企业之间共同合作设计；可以使顾客参与到产品设计中去并将其需求更好地融入到设计中，让设计的产品更符合市场需要。因此这是一个重要的发展趋势。
6.3 设计方法的科学化
相比于设计工具的快速进步，设计理论和方法的研究速度比较缓慢，所以应该加大产品设计理论和方法的研究力度，进而提高设计效率。
6.4 研究创造性的基本规律和人类思维的本质
这是因为设计者是人，人的创造性具有极大潜力，所以要开发设计师的创造思维潜力，公理化设计和创新问题解决理论是这方面比较好的一个进展。
7 设计理论的选择
随着设计理论的不断出现，企业怎样选择合适的理论和方法就成为了需要关注的问题，其中还要兼顾学习成本。理想情况下，可以使用全部的设计理论和方法，但是这非但沒有必要，而且在成本上面也不允许。企业要“因地制宜”，根据要设计的产品本身的特性来选择最合适的设计理论和方法。在这之中，如果企业已经有某种成熟的设计方法就应该优先选择，如果是对产品功能和质量有关键作用的方法应该考虑采用，而影响小的则考虑舍弃。
8 结语
随着社会的进步和科技的发展，产品生产企业为了满足消费者越来越高的要求，就必须提高自身生产产品的功能和质量，那么就离不开设计理论和方法的进步；与此同时，设计理论和方法的创新也会引领产品的创新，它们两者之间是互为促进的。所以，设计理论与方法需要各个学者、企业和研究单位等的共同努力才能不断发展，提高整个产品设计生产行业的水平。
参考文献
[1]单鸿波. 现代产品设计理论的相关研究现状综述[J]. 东华大学学报（自然科学版），2006，（05）：118-122，124.
[2]丁俊武，韩玉启，郑称德. 现代产品设计理论研究综述[J]. 机械制造，2005，（12）：8-10.
[3]闻邦椿. 产品设计理论与方法的发展趋向及产品的现代设计[J]. 机电工程，2011，（03）：255-259，264.
[4]荆洪英，张利，闻邦椿. 产品设计理论与方法研究综述[J]. 机械科学与技术，2009，（08）：999-1004.