时间：2023-08-17 18:04:37
关键词：机电产品；UGNX平台；使用寿命；概念设计
为了实现机电一体化设计目标，优化各种机电产品长期使用中的服务功能，需要加强对机电产品概念设计内容的深入理解，结合其多学科相互融合的特点，合理运用UGNX平台增强产品概念设计的合理性。因此，在进行机电产品概念设计时，应提高UGNX的利用效率，加强MCD工具的合理使用，促使机电一体化产品概念设计能够达到预期的效果。
一、机电一体化产品概念设计系统分析
结合传统的机电产品概念设计系统的实际应用状况，可知其在实际的应用中依然存在着一定的缺陷。具体表现在：1）过于侧重控制系统研究，忽略了执行机构的主体地位；2）产品内部的信息处理水平有待提升；3）驱动器、传感器等组成部分之间的融合设计问题考虑不充分，未实现三维空间的动态仿真。因此，为了优化机电一体化产品概念设计系统的服务功能，增强产品概念设计的合理性，需要注重UGNX平台支持下MCD设计工具的有效利用，提高概念设计工作效率。机电产品概念设计系统MCD的特点主要包括：1）注重了集成式系统工程方法的使用，优化设计流程的同时避免了实际设计中集成问题的产生；2）结合MCD的优势，在机电产品概念设计中采用了模块化设计方式，并将机电一体化产品信息存储在相关的区域，实现了信息重用。
二、UGNX在机电产品概念设计中应用与研究要点分析
为了对UGNX平台中MCD在机电一体化产品概念设计中的可行性进行必要地验证，需要明确具体的设计步骤。以圆形装载机概念设计为例，主要的设计步骤包括以下方面：（一）明确设计需求，注重设计过程管理通过对基于机电一体化产品生命周期管理软件与MCD的配合使用，有利于实现端到端问题处理方案的制定，保持概念设计过程的高效性。实际操作中设计人员通过对产品生命周期管理软件的灵活使用,构建出机电产品概念设计所需的基于客户需求分析的参考模型，并对产品各部分功能进行必要地说明，增强产品概念设计方案的适用性。在生命周期管理软件及MCD的支持下，可以为跨学科机电产品概念设计目标的实现提供可靠地保障，对传统的概念设计方式进行改进。（二）产品功能模型构建在基于生命周期管理软件的作用下，可以根据设计需求将圆形装载机的功能模型按照一定的方式导入到预先设置好的MCD中，增强管理软件与设计需求之间的紧密联系。在构建圆形装载机功能模型的过程中，需要从这些方面入手：1）明确机电一体化系统各部分功能，优化循环装载功能设计；2）在MCD的功能导航器的支持下构建出可靠的基于功能分解的功能树层次结构，促使圆形装载机内部处理单元、握爪、辅助机构等组成结构使用中可以处于稳定的工作状态；3）各功能单元的循环使用。机电一体化产品概念设计中需要充分地考虑同一功能的多次利用，实现功能单元的循环使用。因此，需要借助MCD设计工具的作用，提高机械产品概念设计效率，充分发挥各功能单元的实际作用。（三）明确机械概念的具体定义当构建出可靠的机电产品功能模型后，需要利用UGNX平台支持下MCD设计工具的作用，构建出与产品功能模型相适应的粗糙3D模型。此时，圆形装载机概念设计中对其中各组件的机电属性进行了定义，从机械角度对不同组件行为进行了必要地说明。基于功能模型的粗糙三维模型的构建，客观地说明了基于MCD机电产品概念设计的良好性。具体表现在：1）可以对功能模型中的各组件的机电属性进行科学地定义；2）明确了不同组件的运动副联接类型；3）实现了不同子功能之间的有效衔接。（四）抽象执行机构的添加及基于时间操作的定义机电一体化产品概念设计中应充分地考虑机械系统的设计合理性，在保持机电一体化系统运动学特性良好的基础上，添加必要的抽象执行机构。此时，MCD可以提供速度控制及位置控制两种机构，实现圆形装载机概念实际中广义执行机构系统设计。与此同时，当执行机构定义完毕后，需要对执行机构如何操作控制进行说明。因此，需要定义基于时间的操作。定义过程中应充分地考虑圆形装载机的操作顺序：1）基座处于正常的旋转运动状态；2）滑块的运动形式是垂直运动；3）握爪处于线性运动模式中。（五）产品概念设计的三维动态仿真，详细模型构建基于MCD机电一体化概念设计目标的实现，可以对不同机电产品概念设计进行三维动态仿真，弥补传统概念设计缺陷。由于MCA是UGNX平台支持下的重要程序，可以利用建模的方式对现实环境进行模拟，明确机械概念的同时优化机电产品的服务功能，因此，需要注重基于MCD概念设计方式的合理使用。同时，在MCD中仿真技术的支持下，可以将机电产品的各种机械行为引入虚拟环境中，实现模型的三维动态仿真，构建出详细模型，增强圆形装载机概念设计的科学性。
三、结语
在可靠的UGNX平台支持下，可以扩大MCD在机电产品概念设计中的实际应用范围，提高设计质量的同时缩短设计周期，最大限度地满足机电一体化产品的各种设计设计要求。未来机电产品概念设计工作开展的过程中，应结合UGNX平台的作用处理相关的设计问题，保持这类产品概念设计作业的高效性，实现对设计成本的有效控制，改善机电产品的工作性能。
参考文献：
[1]孙伟平.基于UGNX的产品设计重用性研究[J].机械工程师,2015(5):48-50.
关键词：文化衍生产品；文化形象设计；产品设计；文化创作；手工艺设计；系统设计
中图分类号：J50 文献标识码：A
随着改革开放的进一步深入，我国制造业占国民生产总值比重已超过三分之一，占工业企业工业增加值70%以上，成为世界重要的制造大国。但是，我们必须清醒地看到，我国虽有不少产品产量已居世界前列，但产品创新带来的附加价值极低；我们挣的是廉价劳动力的血汗钱。产品创新是提高制造业价值的重要手段，它包含技术创新和设计创新两方面内容；文化创新则是设计创新的核心内容。现代西方发达国家普遍重视中国雄厚的传统文化宝藏，认为后工业时代中国将逐渐成为世界的主流。如果说前一轮国际竞争是一场以技术创新为主知识产权大战的话，那么现在美国、日本及欧洲发达国家有计划、有目的地研究我国的传统文化，正昭示着另一场以文化创新为主的知识产权大战已拉开序幕。文化创新将是我国制造业转型升级的必经之路。如果说现代工业产品制造业主要满足人们生产和生活的物质需求，那么文化衍生产品制造业主要满足人们生产和生活的精神需求。因此，文化衍生产品开发是我国未来制造业的热点。
一、文化衍生产品概念界定
文化衍生产品是文化产业与制造业融合的产物，是文化产业存在和发展的重要经济基础，也是现代制造业的重要内容。文化衍生产品是满足消费者精神需要的物化产品形态，是记载人类文明成果的物质形态和传播科学文化知识的媒介，是具有特定文化含量的消费品。从文化衍生产品所具有的精神属性的意义上说，现代文化衍生产品制造业是在社会发展到一定程度，可以满足生产力的发展、人们社会物质需求的情况下出现的，是在社会物质生产和精神生产融合的基础上出现并发展起来的。
（一）文化衍生产品与文化的关系
文化衍生产品是服务于文化产业的。换言之，文化衍生产品是对文化的一种表达，是通过对文化的不同特征的解构后产生的一种新的物化的文化产品形态。文化是文化衍生产品形成的必要条件，文化衍生产品是基于一定的文化背景借助现代制造技术才能得以形成的。这里的文化是指一个群体（可以是国家，也可以是民族、企业、家族）在一定时期内形成的思想、理念、行为、风俗、习惯、代表人物及由这个群体整体意识所显现出来的一切生产和生活活动。2008年奥运会期间，吉祥物“福娃”将中国文化很好地展现给了世界。首先是对中国传统文化符号的传播。造型方面将鱼、大熊猫、藏羚羊以及燕子等中国传统文化符号运用到形象设计中，以中国独有的方式向世界传递祝福。其次是对中国风俗文化和语言文化的传播。每个娃娃都有一个朗朗上口的名字：“贝贝”、“晶晶”、“欢炊”、“迎迎”和“妮妮”。在中国，叠音名字是孩子纯真表达事物的方式。谐音是大家含蓄表示美好愿望的方式。当把五个娃娃的名字连在一起，就能读出“北京欢迎您”的寓意。
（二）文化衍生产品与传统手工艺品的关系
文化衍生产品是由文化衍生出的主要用以满足消费者精神需求的。文化衍生产品源于传统文化（含传统手工艺）但又不同于传统手工艺品。传统手工艺品是传统文化物化的表现。工业社会之前的手工艺品是指当时劳动者为生计，就地取材，以手工生产为主的生产工具和生活用具。当今，传统生产和生活必需的工具与用具渐渐丧失其实用性，变成人们缅怀传统文化的精神消费品。文化衍生产品是根据不同地域，不同民族的文化所形成的以机械化批量生产为主要手段的现代工艺产品，主要满足消费者的精神需求。文化衍生产品与传统手工艺品是相互影响，相互促进的。不管是传统手工艺品还是文化衍生产品都不是纯艺术现象，它们服务于民众，并都代表了其区域或族群文化的风格特色。
二、文化衍生产品与现代工业产品开发设计过程的异同
（一）现代工业产品开发过程概述
现代工业产品开发设计又称为产品系统设计。现代工业产品是工业革命之后机械化大批量生产的生产工具和生活用具。产品系统设计是现代工业设计理论的重要组成部分，是工业设计与其他学科相互渗透、融合、吸纳而成的新的分支。它继承了传统手工艺“设计、制造和使用紧密结合”的优良传统，将现代工业产品当作一个整体的系统，加以认识和研究，从全局出发将各组成部分看作是子系统或要素，通过整合，建立起相互之间有机联系以及系统与外界之间的有机关系。一个完整的产品系统设计由产品概念设计、产品造型设计、产品工艺设计和产品商品化设计四部分组成，是由工业设计师、工程师和市场销售人员协同完成的系统工作（如图1所示）。产品概念设计和产品造型设计是产品形象设计的核心工作，是工业设计师的主要工作，其具体过程一般包括产品调研、设计定位、方案构思、结构设计、标识设计、产品原型（样品）制作、人机分析、材料与工艺分析、产品价值工程分析等。
产品概念设计是指从分析用户需求、现有技术、人为因素到形成产品概念的全过程。产品概念设计的首要任务是产品调研，产品调研是收集产品创新元素的过程，是最终确定未来产品文化价值和经济价值所在的过程，它包括：产品市场调研、消费者调研、技术调研、人机调研、造型规律调研、法律法规调研等。因此，产品调研是产品产品概念形成的重要途径。
产品造型设计是工业设计师在遵循实用、经济、美观、舒适安全、绿色、文化认同等美学原则的基础上，按照产品定位的既定目标对产品的形态、结构、色彩、材料等方面进行全面设计的过程。它包括：产品造型方案设计、色彩与标识设计、产品结构设计、产品原型制作、产品人机分析、产品材料与工艺分析、产品价值工程分析等几部分。
产品工艺设计是产品批量化生产之前的技术预演，是产品系统工程的关键过程。产品工艺设计由产品结构工程师和制造工艺工程师（包括技师）领衔，依据产品造型设计定案，确定产品零部件逻辑关系，设计专用件制造工艺，组织零部件装配工艺等。期间，工业设计师配合工程人员，负责设计意图的解释和造型设计方案的进一步完善。
产品商品化设计是产品批量化生产之前的市场预演，是产品实现商品化的关键过程。由于社会分工和艺术门类设计学科的发展，工业设计师不再包揽产品商品化设计工作。产品商品化设计主要由艺术设计师负责。他们遵循企业形象规范，依据销售人员的市场信息，对产品包装、广告、服务等精心设计，以平面、立体，数字多媒体等形式向消费者展销商品。
（二）文化衍生产品开发过程概述
文化衍生产品开发设计同样是一个系统设计过程，一般分为文化形象设计和衍生产品设计两大部分（见图2）。
1 文化形象设计
文化形象设计是对所要表现文化进行综合归纳，并以图形、符号、形态等可视化的方式展示的过程。文化形象设计分为文化概念设计和文化形象可视化设计两大部分。其中，文化概念设计是文化形象可视化设计的基础，是文化形象可视化设计所要表达的主要内容。
文化概念设计由文化概念调研和文化概念定位两过程组成。文化概念调研主要包括文化现象调研和消费群体调研两方面内容。文化现象调研是文化概念调研的核心工作，是文化概念定位的重要依据，决定后期文化衍生产品开发设计的正确方向。文化现象调研运用科学的研究方法，对研究对象所体现出的各种文化现象进行收集和整理，了解其形成和发展的自然和社会基础，把握其各种表现特征和运行规律。消费群体调研是对不同层次消费者对所研究文化的消费观念、消费行为和消费心理特征的调查研究，是后期文化衍生产品开发设计市场可行性的科学依据。文化概念定位是在文化概念调研的基础上对所要表现文化的总结和概括，是文化衍生产品开发设计的根本出发点。
文化形象可视化设计是文化概念的视觉传达设计。文化形象即文化概念在人们心目中的意象（文化原形），可以是现实事物的夸张变形（如动物、植物、生活用品等），也可以是人为事物的抽象形态（如神像、圣物、吉祥物等）。面对一种文化，人们心中会有丰富多彩的意象。为此，文化形象可视化设计造型要素的选择必须符合文化概念定位，表达大家都能接受的文化意象。文化形象可视化设计主要通过夸张、联想、变形、拟人等手法进行设计表现。其中“拟人化”的表现手法在现代文化形象可视化设计中最为重要。在设计创造过程中，拟人化的形态具有了一些人的基本特征，更容易在形态上赋予人的情感，给人以似曾相识亲切感，容易得到大众的认同。文化形象可视化设计应尽可能地简洁。使后期开发设计的文化衍生产品适应机械化大批量生产的需求。文化形象可视化设计的具体过程如下：
（1）充分了解文化原形的特征。对文化历史、表象、内涵等诸方面加以综合归纳，得出原形与该文化概念的最佳契合点。
（2）通过夸张、变形、拟人等艺术手法设计出文化形象的基本形态。文化原形应造型简洁、个性突出、色彩鲜艳、动作神态丰富，视觉冲击力强。
（3）根据已定的文化原形方案进行衍生形象设计，完善文化形象体系。如：丰富其形象的动作神态，增添不同的性格特征，又或者是将其衍生成为家族形式等。
2 衍生产品设计
衍生产品设计是把文化可视化形象融入礼品、纪念品、玩具、用品等物品形态的过程，是文化产业商业化的重要途径。衍生产品设计包括产品载体选择和产品造型设计两个重要过程。产品载体选择即衍生产品概念设计过程，是设计师在文化概念定位和形象设计的基础上，选择某一产品作为文化形象载体的过程。对所有备选产品的调研、定位及后期的造型设计过程与现代工业产品系统设计过程相似。
（三）文化衍生产品与一般工业产品开发设计过程的联系与区别
文化衍生产品制造行业作为现代制造业的重要组成部分，必须遵循现代工业产品开发设计的一般规律，自然离不开产品系统设计理论的指导。文化衍生产品设计只是比现代工业产品设计更大的一个系统，即在产品内部系统设计之外还兼顾文化形象设计的系统。
文化衍生产品与现代工业产品开发设计的区别主要表现为两个方面。一方面，在保证产品实用功能的前提下，文化衍生产品开发更加注重产品的精神功能开发。创新设计则侧重于产品外观造型的艺术设计；而现代工业产品开发设计则更为注重产品的实用功能开发，体现科学技术与文化艺术良好结合的精神功能，创新设计侧重于产品结构和人机界面的优化设计。另一方面，文化衍生产品开发设计系统由文化形象设计和衍生产品设计两个子系统组成；而现代工业产品开发则是对既定的产品系统进行开发设计。
三、文化衍生产品开发设计的核心工作
（一）文化衍生产品对文化概念的合理演绎
文化衍生产品是文化概念的物化表现，坚持产品形象对文化形象的正确表述。文化衍生产品设计是系统设计过程。必须保证各个环节运行的内在序列，这是由系统理论的基本属性决定的。没有对纷繁复杂的文化现象和形形的消费群体进行深入调研，就不可能形成较为全面和准确的文化概念。不从文化概念出发，文化形象设计就无法保证其科学性和合理性，文化形象就很难被大众所接受。文化衍生产品形态构思不以文化形象为原形，形态转换就无从下手且不知所终。因此，文化产业绝不是单纯的文化艺术现象，是一个较为庞大的社会系统工程。
文化衍生产品又是文化概念的再次升华，坚持产品形象对文化形象的必要创新。文化是特定人群生产和生活过程中形成的共同规范，引导并约束着新人的思维和行为方式；新人们根据自然与社会的变化，又不断地传承和发展着该文化。因此，文化形象设计结果基本符合文化概念定位的同时，又不能完全拘泥于传统的观念和形式。全球化与信息化促进了文化的交流，大家需要彼此交流的平台。文化的认同和交融，使民族化和国际化不再是水火不容的冤家。充分认识本土传统文化的魅力，发挥中国悠久传统文化的优势；冷静面对东西方文化的差异，深入分析东西方文化的共性与个性，科学地解决文化差异带来的矛盾，做好东西方文化的融合，给中国文化注入新的活力。从文化概念入手，文化衍生产品可以借鉴“国际化”的设计风格和现代文化理念来进行造型设计。意大利设计师阿莱西对文化形象产品——清宫木偶设计，遵循清宫人物的基本形制，概括和简化文化概念，对人物的形状、比例和色彩进行大胆的抽象和变形，最终取得巨大的成果。
（二）文化衍生产品材料与工艺的科学选择
材料与工艺的选择直接影响着文化形象和产品形象设计效果的表现。有些材料和工艺本身就具有特殊的文化内涵，在文化衍生产品设计时须充分兼顾这些特质。文化衍生产品设计既要兼顾产品对传统材料与工艺文化的传承，又要避免替代材料与工艺带来的文化冲突。旅游景区商铺中，粗制滥造、以次充好的纪念品问题往往出在材料与工艺的文化表述。现代文化衍生产品设计中，对材质的恰当表现能够与人的心理产生一种心灵呼应的感觉。不同的材料和加工工艺对使用者的视觉和触觉感受是不尽相同的，同时不同的消费者又有着不同的爱好倾向、心理需求和安全需求。如女性喜欢钻石般晶莹剔透的、男性喜欢青铜般雄浑厚实的材质等。当产品使用对象为儿童时，为保证儿童使用的人身安全，必须充分研究儿童的人体机能；产品材料就应该避免使用坚硬、易碎的材料（如：玻璃、金属等），选用柔韧、无毒、不易滋生细菌的材料（如：布艺、橡胶等）。设计师必须充分了解选材的物理化学、人体感觉、机械加工等特性，将产品造型尺度控制在材料各项性能的有效承受范围内，并合理选择产品结构和表面处理工艺。
从设计到市场，还有制造和销售的环节。文化衍生产品在生产运营方面所体现出来的是以现代工业生产效率、产品规模、生产组织、品质管理和市场销售为形式的文化产业。材料与工艺决定产品的生产成本，材料与工艺的选择最终影响着产品制造和商品化的可行性。不同的材料对应不同的加工工艺，不同的加工工艺又决定着产品批量化生产形式。既然文化衍生产品主要是满足大众精神需求的产品，那么面对大众多样化的个性需求产品开发设计也必须表现出多样化。为此，柔性生产方式应该是文化衍生产品生产的首选。柔性生产方式是相对刚性生产方式而言的。刚性生产方式是指机械化自动流水线生产方式，它只能满足单一产品的生产。它的物流、信息流基本上是串行的，即必须按经营、管理、设计、制造的流程一步一步地运作。尽管流水线生产效率很高，但整个工厂运作效率并非很高。某个部门工作脱节往往会影响整个生产。柔性生产方式是在信息技术（计算机技术、网络技术）基础上，以合理的设备配置和系统优化去适应产品多样化的生产方式。它的物流、信息流基本上是并行的。它不排挤传统手工艺和机械加工工艺，不迷信电子加工工艺。追求以有限的投入创造更高的经济效益为目的。尽管流水线生产效率不如刚性生产方式那么高，但整个工厂运作效率很高，产品的市场适应性很强。如南京云锦材料——金线体现特有的金箔文化、纺织工艺体现特有的云锦手工艺文化，在其文化衍生产品——领带批量生产的过程中上就巧妙地掺入部分云锦手工艺、较好地体现了南京金箔和云锦文化。
关键词：机电一体化;产品创新;概念设计
机电一体化产品的概念设计有着极其丰富的内容，同时也是产品在整个生产过程内最具创造性的阶段。其中，包含的原理与方法论对相关产品研发者起到关键的引导效用。因此，对机电一体化产品创新性概念设计进行探索，具有十分重要的现实意义。
1机电一体化产品概念设计的概述
1.1机电一体化产品概念设计的内容
机电一体化产品是在机电一体化基础上建立起的包含系统与构件、基本元内容的集合，而机电一体化产品概念设计的含义则是依据产品使用周期中各个环节所需要求对产品实施功能改造、分析和子功能开发，进而实现其满足功能结构要求的系统化设计活动。这种设计工作的过程包括前期规划、设计概念以及对计划进行详细化和丰富化，并加以改进补充。机电一体化产品概念设计过程中的程式化内容可以通过计算机技术代为实现，但除此之外难以被程式化的方面还需产品设计人员通过人工设计逐步完成。通过构建人机协同的概念设计理念，对其功能与组织开发的过程按照模块化思想进行划分，以此实现这一设计工作的层次性、协调性。目前，发达国家对机电一体化概念设计的深入研究大体集中于其调控系统的设计。机电一体化的理念自1971年被提出以来，经过几十年的发展，内容也在逐步丰富，尤其在科技快速发展的今天，广阔的市场空间与消费需求的升级，更加迫使机电一体化产品对自身性能、可靠程度提出更高要求。而计算机技术、互联网信息技术、传感技术、AI技术、微电子技术、新材料技术、集成技术以及其他相关技术的进步，都为机电一体化产品的革新打下了技术根基，使得机电一体化产品朝着更优质、更高效的方向迈进。
1.2机电一体化产品创新概念设计的意义
机电一体化产品的创新型概念设计本身有着重要作用，其既是产品品质的深层内容，又是其功能属性得以发挥的保障，对其本身质量的影响也约占60%～70%。因此，建成机电一体化产品创新的概念设计具有极其显著的意义。简要概括，主要包括以下三方面内容。第一，创新机电一体化产品的概念设计是保障机电一体化产品品质的必要性要求。机电一体化体系具有多种学科互相交叉、集成融合的特点，本身具有着复杂内涵。因此，现今许多的机械产品的设计并不适应机电一体化技术本身的特色，难以做到根据机电一体化技术特征随之作出应对。第二，机电一体化产品概念设计的创新促使其理论体系得到发展。要创新这一概念设计，必将建立新的方式、理论基础。只有在合理、可靠的概念设计基础上，才能使之收获具有优异性能的机电一化体产品。再加之如今概念设计的思想理念获得了社会中乃至整个世界越来越多的关注与认同，如QFD理论、公理化理论、TRIZ理论等设计理论的建立，对于推动创新机电一体化产的概念设计发展起到了不可忽略的效用，进一步促进了机电一体化技术体系的建立和机电一体化技术的完善。第三，机电一体化产品创新概念设计对于生产能力与工作质量的提高起到切实的帮助作用。许多机电一体化产品都带有自动处理、调节的功效，通过这些能力的实现，能够保证工作质量与效率的稳步提升。例如，在数控机床的使用过程中，其生产效率要高出普通基础5～6倍，并能够实现机床数量减少50%，节省50%操作人员的效能，生产周期也能缩短40%，进而使得生产成本降低50%左右。
2机电一体化产品创新概念设计理论
2.1机电一体化产品应用到的系统原理
机电一体化系统是该类产品中最为重要的基础。就其本质来说。它算是一种复杂机械，但与普通的机械相比还有着显著区分。机电一体化体系是通过在机构的动力功效、信息功效、控制功效以及主功能方面引入先进的电子技术，并使之与软件相互联合形成的一类新型机械系统。就其功能来说，机电一体化系统包含机械力、能量流、运动力等多种动力学有关的特殊机械，以及一些机电部件互相关联的系统。其中，机电一体化系统的核心又在于集成协调各种技术，通过对机械工程、控制系统、计算机技术、电子技术、电工技术等多项技术的联合利用，实现其运动行为可控的目标，而不仅简单对各项技术进行拼凑堆积。这也是利用计算机的调节和处理能力，实现驱动元件可控特征的现代化机械系统。有关机电系统化原理的研究主要包含三方面内容。第一，三环论。研究者认为，机电一体化产品可以划分为电子、机械、软件三项功能模块。第二，五块论。通常视机电一体化产品是由动力功能、控制功能、构造功能、操作功能和传感检测五个功能模块组成的。第三，两个子系统理论。研究人员认为，机电一体化系统是由控制系统和物理系统两项分支系统共同组成的。以上三种理论的提出具有重要意义，但同时也有着较大的局限性。三者立足于控制和电力两部分，但没有对机械主体加以强调，也并未对处理好机电一体化系统的概念设计中出现的复杂性、多面性和模糊性等问题提出方法。因此，这些理论对该类产品的概念设计不能起到重要作用。在概念设计实际工作中，机电一体化系统往往会被划分为传感检测、执行机构、信息控制处理三个子系统。通过这三个子系统的系统分工，各自完成信息检测、机械运动与信息控制的工作，这种分工方式才能真正实现该系统中各项功能的优化和最佳效果的发挥，并以此获得机电一体化系统的概念设计合理的相关方案。
2.2机电一体化产品创新的概念设计方法
对机电一体化产品而言，其概念设计是许多领域内知识、技术之间的交织融合，具有新颖复杂、反复迭代、目标多解、结构不良等特点。满足机电一体化产品概念设计的创新，关键在于发挥设计者的主观能动性，通过展现设计智慧，满足创新性的要求。要实现这一目标，主要在于实现人机协调配合。计算机技术的飞速进步，促使人们对人工智能提出新的期待。但创新产品设计这类任务，主要还得依靠人类的智能实现。机电一体系统也是人机协同系统，通过对设计者与计算机的分工，来达到创新概念设计的目的。机电一体化产品概念设计创新主要方法包括三方面内容。第一，落实人才战略，培养专业性人才。科技竞争最终都会落实在人才竞争上。要实现机电一体化产品概念设计的创新，人才供应是重要保障。机电一体化技术专业人才在制造行业占据就业满意度第三位的好名次，就业率更是高达100%。因此，加强专业人才培养更有着多方面的积极意义，国家以及机电行业要在培养、优化道路中贡献出更多力量，从多方面对学生展开培训工作，以此实现增强研究者、开发者、设计者以及其他相关从业人员素质的目的。第二，努力拓宽供应市场，严守质量关。市场是检验产品的试金石，将机电一体化产品投放到市场中，一方面保障其生命周期能够实现，另一方面通过买方对产品性能体验所作反馈也对产品研发起到反作用力的效果，使其优点得以保存、延续，缺点得到改良、进化，从而不断促进机电一体化产品性能的整体提升。第三，将环保技术纳入机电一体化的发展策略中。机械技术、计算机技术、电子技术、电力技术等多种技术的应用，往往会伴随着电子、机械污染的问题。在机电一体化产品的生产过程中，无可避免也会产生一些污染物。因此，设计者在设计研发过程中要考虑到环保问题，让机电一体化产品朝着节能环保的方向发展，以施行环保、可持续的发展策略为其提供方法指引。通过一些环保设施和环保科技的实行，有效遏制资源浪费、污染物增多的问题。当实际运行过程中出现技术故障时，也可以反复利用一些资源，以减少资源、材料的消耗。相关生产负责人还应主动淘汰一些产能落后的设备、产品，以此改变过去投入高、输出高的模式，最终实现发展的可持续，使人们拥有健康的生存环境。
2.3机电一体化产品创新的概念设计的发展展望
机电一体化产品创新的概念设计主要发展在于理论的进步。虽然机电一体化体系中依旧存在许多问题需要加强分析、研究，但其发展总趋势还是积极向上的。概括有五方面内容：第一，根据被测物理量，建立传感器特点和类型的知识库；第二，构建与机电一体化产品的概念设计相关的推理方法库；第三，将执行机构的实现运动与动作进行分类，构建执行机构库和驱动元件库，以促进驱动元件、执行、传动机构和两者的集成选择实行；第四，实现对该类产品概念设计在各个环节评价体系的建立，尤其在概念设计初期中构建对功能原理设计环节的评价体系；第五，构建调节和控制信息的资料库，以促进挑选硬件和编制软件中对机构子系统高效管控的实现。随着机电技术与各项科技的快速进步以及机电一体化研究的逐步深入，促使机电一体化产品概念设计的理论体系更加丰富，并具有更为强大的实用功能和操作功能，从而顺利实现对机电一体化产品的创新与研发。
3结束语
机电一体化产品的研究虽然已经取得了较为瞩目的成绩，但关于机电一体化产品设计的研究成果目前依然处于初级阶段，仍需要相关从业者不断加强探索、创新，通过大量细致的实践研究工作，促进机电一体化产品创新概念设计的完善和成熟，并最终实现其优异的实用价值。
作者:王中元 单位:内蒙古机电职业技术学院
参考文献:
关键词：汽车；产品概念；产品开发
中图分类号：U469.7 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）06-0231-01＼
1 绪论
1.1 概念开发在汽车新产品开发中的定位和意义
在汽车，产品概念开发涵盖了市场定义、平台结构分析、项目路标设计、技术路线、QCD目标设定及相关价值链规划方案。其核心是基于平台思想，将市场和用户诉求，转化成为研发指标，并在平衡研发成本与功性能目标之间代表用户做出取舍。概念开发确定的产品定义，决定了后续产品开发的方向和产品的竞争力。不夸张地说，概念开发的质量决定了产品的成败。
1.2 相较于以往产品，全新SUV项目在概念开发工作中的创新
汽车以往的概念开发工作中，产品概念开发主要负责收集市场、技术、质量、财经、制造、物流等业务的分析材料，汇总后向领导呈送报批。技术含量、概念开发质量差。在全新SUV项目中，为了确保高质量的完成产品规划，公司建立了客户需求到产品开发的转化路径，确保了项目评估准确、规划可行、概念开发目标定义准确。过程中开展的创新性工作包括但不限于[1]：
（1）通过采用先进的开发流程和交付物管理体系以及节点过阀控制手段，保障全新项目概念开发评估质量；（2）应用平台、模块化技术，共平台整合开发；采取模块化差异策略满足海外不同区域的差异化需求，降低开发投入；（3）应用平台技术路线及Benchmark，确立技术路线和标杆选择的客观评价体系；（4）应用QFD质量功能展开，实现用户需求转化为功能产品需求；（5）运用LACU质量性能定位技术，量化整车16项性能指标的设计目标。
2 全新SUV概念开发及其关键技术研究
2.1 先进的开发流程及交付物体系研究及其应用
参考业界先进实践形成的开发流程，在SUV项目中试点中，并不断对流程进行修正完善。产品开发流程共设置了6个阶段，10个节点共计461项目一级交付物，通过流程试点取得了如下成果：
（1）通过试点完成了新产品开发流程及交付物管理体系的完善和有效推广应用，在全新SUV项目之后，陆续在后续项目中得到有效运用，均取得了理想的效果。（2）伴随项目开发，建立了较为完善的规划总监管理体系、职能职责、组织机构设置及业务模块管理要素。（3）理顺了概念开发流程及交付物体系。
2.2 平台模块化研究及其应用
2.2.1 平台模块化相关理论研究
（1）产品平台是整个系列产品所采用的共同要素的集合，包括共用的系统架构、子系统、模块/组件、核心技术。（2）基于主流厂商平台战略的研究，平台共享战略可以分成4类：一、跨级别战略：单一平台在不同级别同类别车型中共享。二、跨类别战略：单一平台在同一级别不同类别车型中共享。三、扩张战略：单一平台在不同级别不同类别车型中共享。四、专用战略：为单一细分市场开发的专用平台
2.2.2 产品平台理论的运用实践
全新SUV项目以车架为基础模块、车身+动力为控制模块、悬架+转向+制动+驱动等底盘系统为辅助模块的平台架构体系，最终确定项目的平台架构和产品系列。
2.3 LACU的应用
LACU应用技术是在理解市场及竞争定位需求的基础上，结合benchmark研究理论，对技术标杆车型及竞争车型通过结构拆解及性能数据测试，从产品结构、性能、质量、制造工、成本等进行详细的研究分析，最终确定概念车型的核心卖点及竞争定位，明确VTS/SSTS性能指标体系设计的技术[2]。
2.4 QFD质量功能展开技术的应用
在概念开发中，主要应用多层次演绎分析方式，将顾客的心声转化为产品设计开发过程的一系列工程特性，主要程序：（1）列出客户需求清单；（2）决定客户之声优先顺序；（3）计划矩阵给现有性能评级（我们和竞争对手在多大程度上满足了客户之声）；（4）识别功能产品需求，将客户之声转换成功能产品需求，并确定每一功能需求实行优化的方向；（5）确定客户之声与功能产品需求间的关系；（6）计算功能产品需求的优先级；（7）识别技术相关性；（8）确定竞争标尺；（9）给功能产品需求设定目标值。
3 概念动态管理
在全新SUV概念动态管理中，规范的概念动态管理流程同样至关重要：（1）新产品概念开发动态管理的定义：为确保概念开发产品与市场需求的一致性而定期开展的产品概念开发管理活动；通过对影响市场需求的各概念要素进行动态变更评估管理。（2）概念动态管理的主要关注要素：一、市场概念变化：由于市场需求变化而引发产品概念发生重大变化，影响到概念产品市场定位、技术定位、产品价格或技术开发方案的。二、技术概念变化：涉及产品技术路线、技术定位、技术标杆变化，或在产品设计开发过程中，由于产品技术、工艺、零部件资源等原因引发的产品技术方案变化的。三、成本概念变化：由于制造工程概念变化引起的开发投入变化，或由于技术方案导致的研发投入或产品成本发生较大变化、不能满足目标成本的。
参考文献
1智能化家具情景设计知识构成
智能化家具设计的核心点在“智能”上，使家具实现“智能”是智能化家具设计的基本目标。根据这一特点，笔者将家具本体知识模块作为情景分析的重点，而产品与环境，产品与市场，产品与人等知识模块居于家具本体知识情景分析之后，由此可以把智能化家具内在情景知识分为家具结构知识，家具行为知识和家具功能目标知识三个情景设计知识模块，如图1所示。在智能化家具情景知识分析中，结构知识模块主要有五个大的部分组成，即智能控制设备、智能执行设备、传感装置、家具本体结构和智能传动机构。如果将智能化家具比作人体，家具本体结构与非智能家具一样，是家具的“躯体”，用于连接和支撑其家具功能部分；传感装置是家具的“五官”，用来感知外界和躯体内部的变化，准确测出其当前状态，保证系统进入控制状态；智能控制设备相当于家具的“大脑”，是智能化家具的灵魂；智能传动机构则类似家具的“四肢”，用于完成控制设备传达的任务。智能化家具行为知识模块主要是指不同的家具结构在“智能化”功能实现过程中通过何种行为发挥作用，如智能控制设备主要是按照预先编好的程序进行数据采集、数据处理、逻辑处理、控制量计算等，并通过连接电路向智能系统的各个部分发出控制命令，指挥整个系统有条不紊的工作；智能执行设备的主要行为是根据控制器发出的指令，直接控制执行装置工作；传感装置的作用是把位移、速度、力、温度、光度等物理量和浓度、成分等化学量转换为电信号；家具本体结构是所有功能的支撑结构，完成系统的结构功能；智能传动机构主要是借助一些传动装置对系统作直接、物理性的作用，来达到系统所希望的状态。智能化家具功能目标知识主要是表征智能化家具最终所要实现何种智能化的目标，是概念设计思考的落脚点与归宿所在。根据不同领域智能化发展的现状，以及家具产品本身的特点，智能化家具功能目标知识模块主要包括智能尺度参数调节，如角度调节、高度调节、长度调节、宽度调节、开合度调节、升降度调节、折叠度调节、旋转度调节等，智能感觉系数调节，如亮度调节、温度调节、湿度调节、感应度调节等，以及智能保护功能，如消毒、杀菌、防虫、防蛀等。
2智能化家具情景分析
设计模型笔者在前面提到，情景分析主要适用于产品概念设计阶段，就智能化家具而言，构建具有一般性的情景分析设计模型，对智能化家具产品的开发创新具有重要的指导作用。情景分析设计过程通过情景知识的分析来产生设计设想，进而通过情景知识的限定，来优化设计概念的过程。因此情景知识是设计分析的基础，设计限定所产生的矛盾以及设计需求所产生的概念是设计的关键，鉴于此，笔者认为基于情景分析设计的方法，智能化家具设计模型的建构包括三个方面的内容，一是用于情景分析的设计知识，可以分为六个部分；二是情景分析过程中通过不同的设计限定所产生的矛盾冲突；三是根据情景分析，设计需求所形成的设计概念或设想。矛盾冲突与设计设想之间通过互相交融，以达到设计上的平衡，进而形成合理的设计方案，智能化家具情景分析的知识包括六个基础模块，即环境知识模块，智能化家具知识模块，用户知识模块，用户与环境的交互知识模块，智能化家具与环境的交互知识模块，用户与智能化家具的交互知识模块。由于智能化家具的特殊性，关于智能化家具本身的知识模块在前面已经进行了详细介绍。环境知识模块主要是指智能化家具外在物质与精神空间对设计所产生的影响，一般与产品、用户结合起来分析。用户知识模块对设计概念起着的限定作用，用户的身份、地位、认知、爱好、文化、心理、交往人群，购买力不同，对智能化家具产品的需求也不一样，所形成的设计概念也存在较大的差异。
在情景分析设计过程中，用户、环境及智能化家具三者是相互交融，不可分割的，它们互相交互的过程中，形成了三种具体的设计知识模块。一是用户与环境的交互知识模块，能决定着设计概念的功能和智能化家具产品设计信息传递的是否合理。用户与环境之间的功能活动，能更深层次的挖掘用户的潜在，有针对性的需求；智能化家具产品在环境中信息传递的合理性，对设计概念起着重要的限定作用，不同信息传递方式对应不同设计概念，信息传递的类型也会影响设计概念的种类。同时，智能化家具材料、色彩、功能、形态、风格符号、使用、购买模式的喜好等知识因素，也受外部环境对用户影响。由此可以发现，环境与用户交互知识情景分析，将某种环境下的特定事件的过程分解成了若干细节，使设计师能够注意到用户所没有留意的问题，从而发现智能化家具设计的相关机遇与设想。二是用户与智能化家具之间的交互知识模块，能为设计设想或概念提供直接的目标与需求。
通过用户习惯的操作方式、使用步骤、操作的精确性、健康安全要求、信息通道匹配方式和使用者的心理模型、美学要求、情感要求等，来确定智能化家具所要具备的结构、功能、部件设计、工艺材料、产品的形态语言、指示符号、界面排布等多方面的内容。关于用户与智能化家具交互知识模块所涉及的知识很广，包括人体测量学、心理学、认识学、运动学、生理学、美学、医学和工程技术的多个领域。不同的知识，对设计概念起着重要的限定作用，如人体测量学通过的人体尺寸的测量，能确定人体不同部位的尺寸、运动姿势、活动范围、肌力等，这些知识可以决定智能化家具控制器的形状、尺寸、操作方式、所需的驱动力等，进而决定使用者的操作方式、效率、准确性、舒适度等。三是智能化家具与环境的交互知识模块，对设计概念的生产也有着重要的限定作用。就智能化家具而言，智能化产品系统必须要面对大量的周边环境要素带来的问题，如社会经济、现有产品、社会潮流、制度法规（如安全标准）、市场状况、美学价值、技术条件限制、文化规范、品牌形象、用户期待、产品所在的微观环境要求等知识内容，都对智能化产品设计构思产生规范与限定作用。
情景知识是情景分析设计的基础，在智能化家具设计过程中，通过不同模块的情景知识以及情景知识的交互，能发现和挖掘不同的设计需求（需求1、需求2……需求N）；根据不同的设计需求，生成不同的设计概念或设想（设想1、设想2……设想N）；同时，不同模块的情景知识以及情景知识的交互，又能形成不同的限定条件（限定条件1、限定条件2……限定条件N），在限定条件与设计概念的共同作用下，形成完善合理的设计方案。
3 结语
情景分析设计方法一般运用于概念设计知识的表达，是产品概念设计过程中比较有效的一种方法，运用情景分析能产生大量的设计设想与设计方案。与其他设计方法一样，情景分析设计方法可以减少产品开发资源（时间、金钱等）的使用、改善产品功用、提高产品可靠性、降低产品生命周期成本和缩短制造周期。当前，情景分析设计方法仍处于设计探索阶段，有待进一步完善，通过情景分析的设计逻辑与情景知识的设计表征，来探索智能化家具的设计思路，可以大大开拓智能化家具设计的视野，获得源源不断的设计灵感。
作者：张宗登 刘宗明 单位：湖南工业大学
一、我国成本与往用的一般观念
长期以来，我国对费用的通行看法是指生产经营过程中发生的各项耗费。1992年颁布的《企业会计准则》第七章“费用”采用了这一定义。而成本往往定义为生产一定种类和数量的产品所发生的耗费。从费用与成本的关系角度看，费用的对象化构成产品成本，也就是说发生的耗费是费用，费用分摊到产品或劳务构成产品或劳务的成本。不计入产品成本的费用，如管理费用等，则被称为期间费用或者期间成本。1992年颁布的《企业会计准则》和《企业财务通则》都反映了“费用计入成本”这一观点。
对成本、费用的上述定义存在的问题是：①成本和费用所涵盖的内容基本相同，相互之间的差别很少。从概念体系的科学性上讲，用两个概念表示相近的内容不太合理。②在实际应用中，成本、费用之间的转化太频采，常常是费用转化为成本，成本又转化为费用。如辅助生产车间发生的耗费是费用，这些费用构成辅助生产车间产品的成本；辅助生产车间的产品和劳务被企业内部消耗，又构成管理部门和基本生产车间的费用；基本生产车间将各种费用按照产品归类，又构成产品成本等。③往往用产品成本概念取代成本概念。
我国新颁布的《企业会计制度》（以下简称“新会计制度”）对成本和费用概念作了重大修改，将费用定义为企业为销售商品、提供劳务等日常活动所发生的经济利益的流出；将成本定义为企业为生产产品、提供劳务而发生的各种耗费。同时规定，企业应将当期已销产品或已提供劳务的成本转入当期费用，这种修改是必要的，将费用与成本作了明确的划分。但其表述仍有模糊之处，例如管理过程中发生的管理费用、筹资过程中发生的财务费用属于什么？是属于费用还是属于成本？按照成本的定义，它们显然不属于成本，按照费用的定义，它们也并不属于销售商品、提供劳务等日常活动所发生的经济利益的流出。另外，按照定义，企业为生产产品、提供劳务所发生的各种耗费应该是成本，但在同期颁布的《企业会计制度——会计科目与会计报表》中，又仍然在传统的费用概念基础上使用“费用”概念，如在“生产成本”科目的说明中指出，企业发生的各项生产费用应该技成本核算对象分别归集，属于直接材料、直接人工等直接费用的直接计入生产成本。可以看到，尽管新会计制度在定义上对成本、费用概念作了区分，但在使用时，仍回到了“费用计入成本”的思路上。因此，有必要对成本和费用在功能上进行重新定位，使成本和费用概念体系更加科学。
二、成本与费用概念的功能定位
“成本”和“费用”概念是两个相互联系又存在重大区别的概念。从概念体系的科学性上讲，需要两个不同的概念：一个用来说明企业资产形态变化过程中的计量标准；一个用来说明经济资源的消退。
从概念体系的科学性和人们的使用习惯来看，用成本概念来表述资产变换过程中的耗费比较合适。不论如何表述成本定义，我们始终可以将资产形态变换过程中的耗费理解为成本。如用货币资金购买原材料，被消耗的货币资金形成所购买的原材料的成本。同理，生产产品等发生的材料、人工耗费也构成产品成本。美国会计学会（AAA）所属的成本概念与标准委员会曾经将成本定义为企业为实现特定目的而发生或应发生的价值牺牲。这一定义的外延相当广泛，远远超出了产品成本（劳务成本）概念的范围而延伸到一切发生消耗的项目上。后来这一定义被美国会计师协会（AICPA）修订为；成本是用货币计量的，为取得或即将取得的商品或劳务所支付的现金或转让的其他资产、发行的资本股票、提供的劳务或发生的负债的总额。这一定义同时对“商品和劳务”作了较为广义的解释，存货、预付费用、厂房、投资和递延费用都包括在内，使成本的概念在外延上突破了产品成本的范围。成本可分为已耗成本和未耗成本。已耗成本是那些不再产生未来的经济利益，需要作为当期费用处理的成本，如已经销售产品的成本等。未耗成本是那些能产生未来收入的成本、构成资产，包括存货、预付费用、厂房、投资和递延费用等，这些成本在成为已耗成本之前可能从一种类型转化为另一种类型。
通常可以将费用定义为企业从事营利活动所发生的、能够引起所有者权益变动的资产的减少或者负债的增加。这一定义使成本和费用概念明确区分开来。不引起所有者权益变动的消耗可以是成本，但不能作为费用；被消耗掉的成本要转化为费用。按照这种解释，购买资产、生产产品所发生的耗费是成本而不是费用，因为这些活动并不减少所有者权益，而只引起不同资产之间的变化；已销产品的成本是费用，所得税是费用，它们不仅使企业的资产减少或负债增加，而且使企业的所有者权益减少。
从上述分析可知，成本的基本特征是，成本的发生不影响所有者权益的变动。这一特征具体表现为：①用现金、其他资产等支付的成本，改变的只是资产的存在方式，不改变资产总额。②以负债方式形成的成本，使资产和负债同时以相同的金额增加，但成本的发生不影响所有者权益的变化。而费用的基本特征表现为：在企业从事营利活动过程中发生、能够引起所有者权益的变动。
我国以前的成本、费用概念，在功能分工上并没有作这种区分，经常用“费用”概念来表述“成本”。新会计制度尽管在定义上对成本和费用作了区分，但在概念的使用上仍然沿革老的思路。从成本、费用的基本定义出发，我们认为，企业生产经营过程中所发生的耗费应该称为成本，而当成本不再给企业带来未来经济利益时，作为费用。针对我国成本、费用概念体系及其应用中存在的问题，建议如下：
关键词：工程设计，概念设计，创造性思维，创新
1 工程领域中的概念设计
现代科技的迅猛发展，尤其是微电子、信息、新材料及集成技术的进展，使产品结构发生了革命性的变化，机电一体化、模块化已成为工程产品的发展趋势；计算机技术的飞速发展和广泛应用，深刻的影响着设计开发过程、制造过程、营销和售后服务过程，并改变着产品的结构和功能；先进工艺技术和先进制造技术为现代工程设计提供了前所未有的工艺技术手段和社会化制造体系。这些变化都深刻地影响着工程设计的发展。
工程设计是人们运用科技知识和方法，有目标地创造工程产品构思和计划的过程，几乎涉及到人类活动的全部领域。工程设计的费用往往只占最终产品成本的一小部分（8 ~ 15%），然而它对产品的先进性和竞争能力却起着决定性的影响,并往往决定70 ~ 80%的制造成本和营销服务成本。所以说工程设计是现代社会工业文明的最重要的支柱，是工业创新的核心环节，也是现代社会生产力的龙头。工程设计的水平和能力是一个国家和地区工业创新能力和竞争能力的决定性因素之一。
工程设计的全过程就是不断建立各种模型，并不断进行综合和分析的过程，即反复地创造模型和评价模型的过程。工程设计的内容大致可分为两类：一类是数值计算型的工作，包括大量的计算、分析、绘图、编写说明书和填写各种表格；另一类是符号推理性的工作，主要是方案设计工作。在设计方法学中，前者称之为细节设计，后者称之为概念设计。概念设计主要包括功能设计和结构设计两大部分。其作用主要体现在产品设计的早期阶段，把主设计师根据产品功能的需求而萌发出来的原始构思和冲动形成产品的主体框架，及它应包括的各主要模块和组件，以完成整体布局和外型初步设计。然后进行评估和优化，确定整体设计方案。再由各责任设计师把总设计师的设计思想落实到具体设计中去，实现细节设计。可见概念设计是个创造性过程，它要求设计者能综合运用许多学科的专门知识和丰富的实践经验，并通过广泛的调查研究而占有大量的信息资料，再经过反复思考、推理和决策，才能创造出与众不同的、满足用户要求的设计方案来。
在工程设计领域中存在这样一个误区：设计、构思的原始冲动是三维概念，最终设计实施之结果即产品也是三维形体。可是多年来以二维绘图为基础的产品设计、制造模式严重地束缚了工程技术人员的创造力和想象力，成为创新的桎枯。
三维建模技术的崛起以及虚拟制造技术的出现为概念设计和创新提供了一种极好的工作平台，设计师们可以直接从三维概念和构思入手，进行概念设计，形成产品的初步框架，然后进一步通过工程分析、数字仿真、虚拟现实等高新技术手段来分析和评价设计方案的可行性及未来产品的质量、可靠性。这种设计方法尤其能充分发挥自顶向下的设计过程中,设计者的智慧和创新能力，不必拘泥于平面图纸的限制和束缚，而把主要精力聚焦于创造性的劳动——创新。
2 概念设计与创造性思维和技术创新
2.1 创造性思维及其特点
要设计就要有创新，而创新正是设计人员进行创造性思维的结果。设计人员要打破习惯性思维，变换角度，开阔视野，才能使自己的创造力得到更充分的发挥。创造性思维是指有创建的思维，即通过思维，不仅能揭示事物的本质，而且能在此基础上提供新的、具有社会价值的产物。创造性思维有扩散思维和集中思维、逻辑思维和形象思维、直觉思维和灵感思维等多种形式。在工程设计的概念设计中，要努力发掘创造性思维的能力，充分注意扩散思维和集中思维的辨证统一，准确把握逻辑思维和形象思维的巧妙结合，善于捕捉直觉思维和灵感思维的“闪光和亮点”，这样才有可能设计出新颖、独特、有创意的产品。
创造性思维具有如下一些特点：
（1）独创性：创造性思维所要解决的问题是不能用常规、传统的方式解决的问题。它要求重新组织观念，以便产生某种至少以前在思维者头脑中不存在的、新颖的、独特的思维。这就是它的独创性。独创性要求人们敢于对司空见惯或“完美无缺”的事物提出怀疑，敢于向传统的陈规旧习挑战，敢于否定自己思想上的“框框”, 从新的角度分析问题、认识问题。
（2）连动性：创造性思维又是一种连动思维，它引导人们由已知探索未知，开拓思路。连动思维表现为纵向、横向和逆向连动。纵向连动针对某现象或问题进行纵深思考，探询其本质而得到新的启发。横向连动则通过某一现象联想到特点与它相似或相关的事物，从而得到该现象的新应用。逆向连动则是针对现象、问题或解法，分析其相反的方面，从顺推到逆推，从另一角度探索新的途径。
（3）多向性：创造性思维要求向多个方向发展，寻求新的思路。可以从一点向多个方向扩散；也可以从不同角度对同一个问题进行思考、解决。
（4）善于想象：创造性思维要求思维者善于想象，善于结合以往的知识和经验在头脑里形成新的形象，善于把观念的东西形象化。爱因斯坦有一句名言：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。”只有善于想象，才有可能跳出现有事实的圈子，才有可能创新。
（5）突变性：直觉思维、灵感思维是在创造性思维中出现的一种突如其来的领悟或理解。它往往表现为思维逻辑的中断，出现思想的飞跃，突然闪现出一种新设想、新观念，使对问题的思考突破原有的框架，从而使问题得以解决。
2.2 概念设计呼唤技术创新
技术创新在概念设计中发挥着至关重要的作用。概念设计中技术创新的本质就是要在工程设计领域中发现某种新事物、提出某种新思想，在很多情况下是因为现有的产品不能满足社会（用户）的需求而激发出的新颖构思和创见。技术创新的基础是知识的积累和灵感的迸发，是设计人员进行创造性思维的结果。创新本身就意味着不拘一格，不局限也不依赖于某种特定的模式，以下诸多方面都是孕育技术创新的土壤：
（1） 多项现有技术的有机结合或综合运用往往会产生意想不到的效果；
（2） 对已有知识的创造性总结和应用常常带来重大的科技突破；
（3） 突发奇想但经过科学论证或实验证明所产生的新思路、新方法、新技术；
（4） 新知识与现有知识的合理嫁接；
（5） 产品功能上的兼收并蓄和去粗取精；
（6） 学科间的交叉、交融和借鉴；
（7） 新技术、新材料、新工艺的有机结合及应用；
（8） 科学研究中的新发现和新成果应用于工程实践……。
由此可以进一总结出多种行之有效的创新技法：
l 智力激励法：又称集智法、智暴法。即通过集会让设计人员用口头或书面交流的方法畅所欲言、互相启发进行集智或激智，引起创造性思维的连锁反应；
l 提问追溯法：根据研究对象系统地列出有关问题，逐个核对讨论，从中获得解决问题的办法和创造性发明的设想，或是针对新开发产品的希望点（或缺点），逐点深入分析，寻找解决问题的新途径；
l 联想类推法：通过相似、相近、对比几种联想的交叉使用以及在比较之中找出同中之异、异中之同，从而产生创造性思维和创新的方案；
l 反向探求法：采用背离惯常的思考方法，通过逆向思维、转换构思，从功能反转、结构反转、因果反转等方面寻求解决问题的新途径；
l 系统搜索法：从一个初始状态开始，分析影响系统的各个参量，逐步向前搜索，或采用孤立因素、更换参数等方法获取系统的多种解法并求得最优解；
l 组（综）合创新法：将现有的技术或产品通过功能原理、构造方法的组合变化，或者通过已知的东西作媒介，将毫无关联的不同知识要素结合起来，摄取各种产品的长处使之综合在一起，形成具有创新性的设计技术思想或新产品；
l 知识链接法：创新是一个动态的和复杂的作用过程和知识流，它包括知识的产生、开发、转移和应用，这四个阶段构成一条“知识供应链” 并按照下述原则进行管理：把技术创新过程作为一个集成化的系统，只有将所有涉及该过程的伙伴捆绑在一起，才能发挥最大作用，这些伙伴都应明确什么知识内容才能满足用户最大需求，知识转移的特征和形式是什么，最终用户是谁，他们何时需要使用这些知识？涉及创新的所有信息流和通信流对全体伙伴都是开放的，在每个知识供应者和知识使用者之间建立信息反馈，使信息交换更为有效，知识供应链中每一个伙伴能够感受到整个系统和他们自己都从中获得巨大利益，认识到自己是链中不可缺少的重要环节。该方法适于更大范围内、更高层面上的技术创新。
3工程设计领域中的概念设计技术创新实践
基于上述分析，我们提出了若干种含有技术创新的产品概念设计范例：
（1） 采用先进的控制、驱动和定位系统，由局部小画面组成整体大画面的可变画面巨型灯箱广告机的设计；
（2） 时速超过运七飞机的高速铁路机车车身外型设计，既要满足空气动力学性能，又要有美观的外型，三维CAD建模技术和NURBS曲线面理论的应用；
（3） 适应于多弯道和小半径城市轨道交通环境下的摆式列车车身及减振转向架的设计；
（4） 反求工程已广泛应用于一些具有复杂曲面的实物模型（如模具）的三维数据重构，不妨借鉴用来对生物医学图象进行数字图象处理，为医务人员的临床诊断和治疗提供更逼真的三维模型和实体模型；
（5） 基于电动机——发电机可逆原理的新型电动自行车的设计，把（下坡时）车轮转动的动能所转化成的电能再回充给蓄电池，从而增加电动自行车蓄电池一次充电使用的续行距离；
（6） 加工中心自动换刀功能的扩展，用于东风4（11）型内燃机车发动机端面多轴孔加工的自动换箱多轴箱设计；
（7） 把列车检修工人的丰富经验升华为专家系统——基于加速度传感器和单片机控制的智能式检振锤的设计；
（8） 虚拟轴机床（并联机床）的概念设计。
这里以铁路机车车身设计为例，对概念设计及创新的过程加以说明。
时速300公里以上的高速列车在欧美、日本等发达国家得到广泛应用。我国已通过论证并计划在下世纪初建设第一条（京沪）高速铁路。
当我们看到法国TGV（Train de la Grande Vitesse）实验车速达到515.25公里／小时时，我们知道这已经超过了我国“运八”飞机的时速，设计师的头脑中自然应该产生这样的概念：时速300公里的铁路机车车头的外型也应该像飞机那样具有流线型和光顺性，才会有较好的动力学特性。“光顺”一词的几何意义是所构造的曲线、曲面应具有C2连续，且无奇点。从通俗的概念来理解，即为“光滑顺眼”之意。
由这些概念和构思出发，我们可以由整体构思和概念设计逐步进入流线型机车车身的细节设计环节。
铁路工业和汽车工业对车身外型设计的先进性和创新性的都有着一致和迫切的要求。归纳起来应是以下几个方面：
l 具有良好的空气动力学特性，以减少在高速运行时的摩擦阻力。
l 具有良好的结构布局及足够的强度和刚度。
l 具有美学曲面的质感和动感，以美化生活和环境。
l 尽可能短的设计和制造周期，以尽快地占领市场。
显然满足上述诸要求的车身外型曲面是相当复杂的，非一般常规曲面（如柱面、球面、锥面、环面等）所能表达。再者，若按常规设计、制造方法和过程来完成如此高要求的设计外型，则上述第四项要求更是高不可攀。只有积极谋求技术进步，大力推广应用CAD/CAM技术才是解决车身外型改型频繁、不断创新且满足上述各种要求的关键所在。
近十年来，CAD业界涌现出一批象EDS的UG、PTC的Pro-Engineer、MATRA的EUCLID、IBM的CATIA等等一系列优秀的CAD/CAM软件，为我们提供了一个极好的开发工具和环境。它们的三维实体建模、参数建模及复合（Hybrid）建模技术，实体与曲面相结合的造型方法，以及自由形式特征建模（Free Form Feature Modeling）技术为我们的设计工作提供了强有力的工具。
这里具体地介绍如何使用UG的Free Form Feature等功能，来实现车身外型的概念设计到细节设计。
UG的Free Form Feature Modeling模块把实体建模和表面建模技术集成为一个功能十分强大的建模工具组，它支持复杂自由曲面的造型设计。它的复合建模技术，自由型面特征建模，可视化编辑，多组件装配，二维视图自动生成，尤其是伴随最新UG V14.0版本推出的全新概念设计WAVE（What-if Alternative Value Engineering）可使不同部门的工程师在设计的早期阶段，站在系统工程的角度，同时针对多种可供选择的方案进行评估，通过将设计意图组织到一个“控件结构”中去，使工程师十分有效地控制设计变更，而且所发生的变更会自动地传递到上级设计中去。
这里以创建流线型机车车身外型为例，具体步骤如下：
（1） 根据前节所述模线的来源，本例参考法国TGV和德国ACE机车外型模板，并加以个性化修改。所选定的23条模型基线见于图1。
外形模型基线 向等值半径线云图
以这一组模线为基础，采用UG的Free Form Feature / Through Curve来创建曲面；采用Info/ Analysis / Face Curvature功能来观察和分析该曲面的光顺性，图2即为车身外型曲面及顶面法向半径等值线云图。
在构造模线的原始数据中可能有“瑕点”，或者仅凭“感觉”进行判断，创建的曲面不一定能完全满足C2连续的条件和光顺性的要求,可以通过光顺处理予以满足。图3是对其中一条模线进行光顺处理的过程。值得重视的是：获得一组光顺的模线是生成光顺曲面的必要条件。
采用光顺后的模线重新构造车身外型曲面。采用UG/Photo功能并指定材质，可进行着色、光照、渲染，以得到更为逼真的三维造型图。见图4。
图4 机车车身三维造型 图5 机车车身二维投影图
（5） 对机车车身裙部和头部下端，可采用Feature / Curve / Mesh功能分片进行创建。这里充分体现出UG软件对角域曲面的三维造型能力。
（6） 机车车身三维造型基本实现之后，还可进一步作局部修改，由于UG软件的“相关”（Associative）能力, 这里进行的修改将影响到它所关联的所有设计过程。
（7） 三维造型细节设计完成之后，其各方向二维视图可由应用软件自动生成，设计人员不必再做重复工作。图5即为该机车车身外型的二维侧视图。
参 考 文 献
[1] 齐从谦.汽车覆盖件具CAD/CAM中的曲面特征造型及特征识别.中国机械工程:15~18
[2] 熊鸣镝.三维设计将CAD应用引向深入.机电一体化.1997.(5):5~7
现代科技的迅猛发展，尤其是微电子、信息、新材料及集成技术的进展，使产品结构发生了革命性的变化，机电一体化、模块化已成为工程产品的发展趋势；计算机技术的飞速发展和广泛应用，深刻的影响着设计开发过程、制造过程、营销和售后服务过程，并改变着产品的结构和功能；先进工艺技术和先进制造技术为现代工程设计提供了前所未有的工艺技术手段和社会化制造体系。这些变化都深刻地影响着工程设计的发展。
工程设计是人们运用科技知识和方法，有目标地创造工程产品构思和计划的过程，几乎涉及到人类活动的全部领域。工程设计的费用往往只占最终产品成本的一小部分（8~15%），然而它对产品的先进性和竞争能力却起着决定性的影响,并往往决定70~80%的制造成本和营销服务成本。所以说工程设计是现代社会工业文明的最重要的支柱，是工业创新的核心环节，也是现代社会生产力的龙头。工程设计的水平和能力是一个国家和地区工业创新能力和竞争能力的决定性因素之一。
工程设计的全过程就是不断建立各种模型，并不断进行综合和分析的过程，即反复地创造模型和评价模型的过程。工程设计的内容大致可分为两类：一类是数值计算型的工作，包括大量的计算、分析、绘图、编写说明书和填写各种表格；另一类是符号推理性的工作，主要是方案设计工作。在设计方法学中，前者称之为细节设计，后者称之为概念设计。概念设计主要包括功能设计和结构设计两大部分。其作用主要体现在产品设计的早期阶段，把主设计师根据产品功能的需求而萌发出来的原始构思和冲动形成产品的主体框架，及它应包括的各主要模块和组件，以完成整体布局和外型初步设计。然后进行评估和优化，确定整体设计方案。再由各责任设计师把总设计师的设计思想落实到具体设计中去，实现细节设计。可见概念设计是个创造性过程，它要求设计者能综合运用许多学科的专门知识和丰富的实践经验，并通过广泛的调查研究而占有大量的信息资料，再经过反复思考、推理和决策，才能创造出与众不同的、满足用户要求的设计方案来。
在工程设计领域中存在这样一个误区：设计、构思的原始冲动是三维概念，最终设计实施之结果即产品也是三维形体。可是多年来以二维绘图为基础的产品设计、制造模式严重地束缚了工程技术人员的创造力和想象力，成为创新的桎枯。
三维建模技术的崛起以及虚拟制造技术的出现为概念设计和创新提供了一种极好的工作平台，设计师们可以直接从三维概念和构思入手，进行概念设计，形成产品的初步框架，然后进一步通过工程分析、数字仿真、虚拟现实等高新技术手段来分析和评价设计方案的可行性及未来产品的质量、可靠性。这种设计方法尤其能充分发挥自顶向下的设计过程中,设计者的智慧和创新能力，不必拘泥于平面图纸的限制和束缚，而把主要精力聚焦于创造性的劳动——创新。
2概念设计与创造性思维和技术创新
2.1创造性思维及其特点
要设计就要有创新，而创新正是设计人员进行创造性思维的结果。设计人员要打破习惯性思维，变换角度，开阔视野，才能使自己的创造力得到更充分的发挥。创造性思维是指有创建的思维，即通过思维，不仅能揭示事物的本质，而且能在此基础上提供新的、具有社会价值的产物。创造性思维有扩散思维和集中思维、逻辑思维和形象思维、直觉思维和灵感思维等多种形式。在工程设计的概念设计中，要努力发掘创造性思维的能力，充分注意扩散思维和集中思维的辨证统一，准确把握逻辑思维和形象思维的巧妙结合，善于捕捉直觉思维和灵感思维的“闪光和亮点”，这样才有可能设计出新颖、独特、有创意的产品。
创造性思维具有如下一些特点：
（1）独创性：创造性思维所要解决的问题是不能用常规、传统的方式解决的问题。它要求重新组织观念，以便产生某种至少以前在思维者头脑中不存在的、新颖的、独特的思维。这就是它的独创性。独创性要求人们敢于对司空见惯或“完美无缺”的事物提出怀疑，敢于向传统的陈规旧习挑战，敢于否定自己思想上的“框框”,从新的角度分析问题、认识问题。
（2）连动性：创造性思维又是一种连动思维，它引导人们由已知探索未知，开拓思路。连动思维表现为纵向、横向和逆向连动。纵向连动针对某现象或问题进行纵深思考，探询其本质而得到新的启发。横向连动则通过某一现象联想到特点与它相似或相关的事物，从而得到该现象的新应用。逆向连动则是针对现象、问题或解法，分析其相反的方面，从顺推到逆推，从另一角度探索新的途径。
（3）多向性：创造性思维要求向多个方向发展，寻求新的思路。可以从一点向多个方向扩散；也可以从不同角度对同一个问题进行思考、解决。
（4）善于想象：创造性思维要求思维者善于想象，善于结合以往的知识和经验在头脑里形成新的形象，善于把观念的东西形象化。爱因斯坦有一句名言：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。”只有善于想象，才有可能跳出现有事实的圈子，才有可能创新。
（5）突变性：直觉思维、灵感思维是在创造性思维中出现的一种突如其来的领悟或理解。它往往表现为思维逻辑的中断，出现思想的飞跃，突然闪现出一种新设想、新观念，使对问题的思考突破原有的框架，从而使问题得以解决。
2.2概念设计呼唤技术创新
技术创新在概念设计中发挥着至关重要的作用。概念设计中技术创新的本质就是要在工程设计领域中发现某种新事物、提出某种新思想，在很多情况下是因为现有的产品不能满足社会（用户）的需求而激发出的新颖构思和创见。技术创新的基础是知识的积累和灵感的迸发，是设计人员进行创造性思维的结果。创新本身就意味着不拘一格，不局限也不依赖于某种特定的模式，以下诸多方面都是孕育技术创新的土壤：
（1）多项现有技术的有机结合或综合运用往往会产生意想不到的效果；
（2）对已有知识的创造性总结和应用常常带来重大的科技突破；
（3）突发奇想但经过科学论证或实验证明所产生的新思路、新方法、新技术；
（4）新知识与现有知识的合理嫁接；
（5）产品功能上的兼收并蓄和去粗取精；
（6）学科间的交叉、交融和借鉴；
（7）新技术、新材料、新工艺的有机结合及应用；
（8）科学研究中的新发现和新成果应用于工程实践……。
由此可以进一总结出多种行之有效的创新技法：
l智力激励法：又称集智法、智暴法。即通过集会让设计人员用口头或书面交流的方法畅所欲言、互相启发进行集智或激智，引起创造性思维的连锁反应；
l提问追溯法：根据研究对象系统地列出有关问题，逐个核对讨论，从中获得解决问题的办法和创造性发明的设想，或是针对新开发产品的希望点（或缺点），逐点深入分析，寻找解决问题的新途径；
l联想类推法：通过相似、相近、对比几种联想的交叉使用以及在比较之中找出同中之异、异中之同，从而产生创造性思维和创新的方案；
l反向探求法：采用背离惯常的思考方法，通过逆向思维、转换构思，从功能反转、结构反转、因果反转等方面寻求解决问题的新途径；
l系统搜索法：从一个初始状态开始，分析影响系统的各个参量，逐步向前搜索，或采用孤立因素、更换参数等方法获取系统的多种解法并求得最优解；
l组（综）合创新法：将现有的技术或产品通过功能原理、构造方法的组合变化，或者通过已知的东西作媒介，将毫无关联的不同知识要素结合起来，摄取各种产品的长处使之综合在一起，形成具有创新性的设计技术思想或新产品；
l知识链接法：创新是一个动态的和复杂的作用过程和知识流，它包括知识的产生、开发、转移和应用，这四个阶段构成一条“知识供应链”并按照下述原则进行管理：把技术创新过程作为一个集成化的系统，只有将所有涉及该过程的伙伴捆绑在一起，才能发挥最大作用，这些伙伴都应明确什么知识内容才能满足用户最大需求，知识转移的特征和形式是什么，最终用户是谁，他们何时需要使用这些知识？涉及创新的所有信息流和通信流对全体伙伴都是开放的，在每个知识供应者和知识使用者之间建立信息反馈，使信息交换更为有效，知识供应链中每一个伙伴能够感受到整个系统和他们自己都从中获得巨大利益，认识到自己是链中不可缺少的重要环节。该方法适于更大范围内、更高层面上的技术创新。
3工程设计领域中的概念设计技术创新实践
基于上述分析，我们提出了若干种含有技术创新的产品概念设计范例：
（1）采用先进的控制、驱动和定位系统，由局部小画面组成整体大画面的可变画面巨型灯箱广告机的设计；
（2）时速超过运七飞机的高速铁路机车车身外型设计，既要满足空气动力学性能，又要有美观的外型，三维CAD建模技术和NURBS曲线面理论的应用；
（3）适应于多弯道和小半径城市轨道交通环境下的摆式列车车身及减振转向架的设计；
（4）反求工程已广泛应用于一些具有复杂曲面的实物模型（如模具）的三维数据重构，不妨借鉴用来对生物医学图象进行数字图象处理，为医务人员的临床诊断和治疗提供更逼真的三维模型和实体模型；
（5）基于电动机——发电机可逆原理的新型电动自行车的设计，把（下坡时）车轮转动的动能所转化成的电能再回充给蓄电池，从而增加电动自行车蓄电池一次充电使用的续行距离；
（6）加工中心自动换刀功能的扩展，用于东风4（11）型内燃机车发动机端面多轴孔加工的自动换箱多轴箱设计；
（7）把列车检修工人的丰富经验升华为专家系统——基于加速度传感器和单片机控制的智能式检振锤的设计；
（8）虚拟轴机床（并联机床）的概念设计。
这里以铁路机车车身设计为例，对概念设计及创新的过程加以说明。
时速300公里以上的高速列车在欧美、日本等发达国家得到广泛应用。我国已通过论证并计划在下世纪初建设第一条（京沪）高速铁路。
当我们看到法国TGV（TraindelaGrandeVitesse）实验车速达到515.25公里／小时时，我们知道这已经超过了我国“运八”飞机的时速，设计师的头脑中自然应该产生这样的概念：时速300公里的铁路机车车头的外型也应该像飞机那样具有流线型和光顺性，才会有较好的动力学特性。“光顺”一词的几何意义是所构造的曲线、曲面应具有C2连续，且无奇点。从通俗的概念来理解，即为“光滑顺眼”之意。
由这些概念和构思出发，我们可以由整体构思和概念设计逐步进入流线型机车车身的细节设计环节。
铁路工业和汽车工业对车身外型设计的先进性和创新性的都有着一致和迫切的要求。归纳起来应是以下几个方面：
l具有良好的空气动力学特性，以减少在高速运行时的摩擦阻力。
l具有良好的结构布局及足够的强度和刚度。
l具有美学曲面的质感和动感，以美化生活和环境。
l尽可能短的设计和制造周期，以尽快地占领市场。
显然满足上述诸要求的车身外型曲面是相当复杂的，非一般常规曲面（如柱面、球面、锥面、环面等）所能表达。再者，若按常规设计、制造方法和过程来完成如此高要求的设计外型，则上述第四项要求更是高不可攀。只有积极谋求技术进步，大力推广应用CAD/CAM技术才是解决车身外型改型频繁、不断创新且满足上述各种要求的关键所在。
近十年来，CAD业界涌现出一批象EDS的UG、PTC的Pro-Engineer、MATRA的EUCLID、IBM的CATIA等等一系列优秀的CAD/CAM软件，为我们提供了一个极好的开发工具和环境。它们的三维实体建模、参数建模及复合（Hybrid）建模技术，实体与曲面相结合的造型方法，以及自由形式特征建模（FreeFormFeatureModeling）技术为我们的设计工作提供了强有力的工具。
这里具体地介绍如何使用UG的FreeFormFeature等功能，来实现车身外型的概念设计到细节设计。
UG的FreeFormFeatureModeling模块把实体建模和表面建模技术集成为一个功能十分强大的建模工具组，它支持复杂自由曲面的造型设计。它的复合建模技术，自由型面特征建模，可视化编辑，多组件装配，二维视图自动生成，尤其是伴随最新UGV14.0版本推出的全新概念设计WAVE（What-ifAlternativeValueEngineering）可使不同部门的工程师在设计的早期阶段，站在系统工程的角度，同时针对多种可供选择的方案进行评估，通过将设计意图组织到一个“控件结构”中去，使工程师十分有效地控制设计变更，而且所发生的变更会自动地传递到上级设计中去。
这里以创建流线型机车车身外型为例，具体步骤如下：
（1）根据前节所述模线的来源，本例参考法国TGV和德国ACE机车外型模板，并加以个性化修改。所选定的23条模型基线见于图1。
外形模型基线向等值半径线云图
以这一组模线为基础，采用UG的FreeFormFeature/ThroughCurve来创建曲面；采用Info/Analysis/FaceCurvature功能来观察和分析该曲面的光顺性，图2即为车身外型曲面及顶面法向半径等值线云图。
在构造模线的原始数据中可能有“瑕点”，或者仅凭“感觉”进行判断，创建的曲面不一定能完全满足C2连续的条件和光顺性的要求,可以通过光顺处理予以满足。图3是对其中一条模线进行光顺处理的过程。值得重视的是：获得一组光顺的模线是生成光顺曲面的必要条件。
采用光顺后的模线重新构造车身外型曲面。采用UG/Photo功能并指定材质，可进行着色、光照、渲染，以得到更为逼真的三维造型图。见图4。
图4机车车身三维造型图5机车车身二维投影图
（5）对机车车身裙部和头部下端，可采用Feature/Curve/Mesh功能分片进行创建。这里充分体现出UG软件对角域曲面的三维造型能力。
（6）机车车身三维造型基本实现之后，还可进一步作局部修改，由于UG软件的“相关”（Associative）能力,这里进行的修改将影响到它所关联的所有设计过程。
（7）三维造型细节设计完成之后，其各方向二维视图可由应用软件自动生成，设计人员不必再做重复工作。图5即为该机车车身外型的二维侧视图。
摘要：本文论述了工程领域中的概念设计的主要原理和功能；阐述了概念设计与创造性思维和技术创新的内在联系；举出了各种创造性思维的形式并分析了其特点；强调技术创新在概念设计中的重要的作用；根据作者本人所在的设计群体多年来的设计经验和体会总结出一系列的创新技法，并结合工程设计领域中的概念设计创新实践，列举了若干种含有技术创新的产品概念设计范例。
关键词：工程设计，概念设计，创造性思维，创新
参考文献
[1]齐从谦.汽车覆盖件具CAD/CAM中的曲面特征造型及特征识别.中国机械工程:15~18
[2]熊鸣镝.三维设计将CAD应用引向深入.机电一体化.1997.(5):5~7
摘要：工程设计，概念设计，创造性思维，创新
1工程领域中的概念设计
现代科技的迅猛发展，尤其是微电子、信息、新材料及集成技术的进展，使产品结构发生了革命性的变化，机电一体化、模块化已成为工程产品的发展趋向；计算机技术的飞速发展和广泛应用，深刻的影响着设计开发过程、制造过程、营销和售后服务过程，并改变着产品的结构和功能；先进工艺技术和先进制造技术为现代工程设计提供了前所未有的工艺技术手段和社会化制造体系。这些变化都深刻地影响着工程设计的发展。
工程设计是人们运用科技知识和方法，有目标地创造工程产品构思和计划的过程，几乎涉及到人类活动的全部领域。工程设计的费用往往只占最终产品成本的一小部分（8~15%），然而它对产品的先进性和竞争能力却起着决定性的影响,并往往决定70~80%的制造成本和营销服务成本。所以说工程设计是现代社会工业文明的最重要的支柱，是工业创新的核心环节，也是现代社会生产力的龙头。工程设计的水平和能力是一个国家和地区工业创新能力和竞争能力的决定性因素之一。
工程设计的全过程就是不断建立各种模型，并不断进行综合和分析的过程，即反复地创造模型和评价模型的过程。工程设计的内容大致可分为两类摘要：一类是数值计算型的工作，包括大量的计算、分析、绘图、编写说明书和填写各种表格；另一类是符号推理性的工作，主要是方案设计工作。在设计方法学中，前者称之为细节设计，后者称之为概念设计。概念设计主要包括功能设计和结构设计两大部分。其功能主要体现在产品设计的早期阶段，把主设计师根据产品功能的需求而萌发出来的原始构思和冲动形成产品的主体框架，及它应包括的各主要模块和组件，以完成整体布局和外型初步设计。然后进行评估和优化，确定整体设计方案。再由各责任设计师把总设计师的设计思想落实到具体设计中去，实现细节设计。可见概念设计是个创造性过程，它要求设计者能综合运用许多学科的专门知识和丰富的实践经验，并通过广泛的调查探究而占有大量的信息资料，再经过反复思索、推理和决策，才能创造出和众不同的、满足用户要求的设计方案来。
在工程设计领域中存在这样一个误区摘要：设计、构思的原始冲动是三维概念，最终设计实施之结果即产品也是三维形体。可是多年来以二维绘图为基础的产品设计、制造模式严重地束缚了工程技术人员的创造力和想象力，成为创新的桎枯。
三维建模技术的崛起以及虚拟制造技术的出现为概念设计和创新提供了一种极好的工作平台，设计师们可以直接从三维概念和构思入手，进行概念设计，形成产品的初步框架，然后进一步通过工程分析、数字仿真、虚拟现实等高新技术手段来分析和评价设计方案的可行性及未来产品的质量、可靠性。这种设计方法尤其能充分发挥自顶向下的设计过程中,设计者的聪明和创新能力，不必拘泥于平面图纸的限制和束缚，而把主要精力聚焦于创造性的劳动——创新。
2概念设计和创造性思维和技术创新
2.1创造性思维及其特征
要设计就要有创新，而创新正是设计人员进行创造性思维的结果。设计人员要打破习惯性思维，变换角度，开阔视野，才能使自己的创造力得到更充分的发挥。创造性思维是指有创建的思维，即通过思维，不仅能揭示事物的本质，而且能在此基础上提供新的、具有社会价值的产物。创造性思维有扩散思维和集中思维、逻辑思维和形象思维、直觉思维和灵感思维等多种形式。在工程设计的概念设计中，要努力发掘创造性思维的能力，充分注重扩散思维和集中思维的辨证统一，准确把握逻辑思维和形象思维的巧妙结合，善于捕捉直觉思维和灵感思维的“闪光和亮点”，这样才有可能设计出新奇、独特、有创意的产品。
创造性思维具有如下一些特征摘要：
（1）独创性摘要：创造性思维所要解决的新问题是不能用常规、传统的方式解决的新问题。它要求重新组织观念，以便产生某种至少以前在思维者头脑中不存在的、新奇的、独特的思维。这就是它的独创性。独创性要求人们敢于对司空见惯或“完美无缺”的事物提出怀疑，敢于向传统的陈规旧习挑战，敢于否定自己思想上的“框框”,从新的角度分析新问题、熟悉新问题。
（2）连动性摘要：创造性思维又是一种连动思维，它引导人们由已知探索未知，开拓思路。连动思维表现为纵向、横向和逆向连动。纵向连动针对某现象或新问题进行纵深思索，探询其本质而得到新的启发。横向连动则通过某一现象联想到特征和它相似或相关的事物，从而得到该现象的新应用。逆向连动则是针对现象、新问题或解法，分析其相反的方面，从顺推到逆推，从另一角度探索新的途径。
（3）多向性摘要：创造性思维要求向多个方向发展，寻求新的思路。可以从一点向多个方向扩散；也可以从不同角度对同一个新问题进行思索、解决。
（4）善于想象摘要：创造性思维要求思维者善于想象，善于结合以往的知识和经验在头脑里形成新的形象，善于把观念的东西形象化。爱因斯坦有一句名言摘要：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。”只有善于想象，才有可能跳出现有事实的圈子，才有可能创新。
（5）突变性摘要：直觉思维、灵感思维是在创造性思维中出现的一种突如其来的领悟或理解。它往往表现为思维逻辑的中断，出现思想的飞跃，忽然闪现出一种新设想、新观念，使对新问题的思索突破原有的框架，从而使新问题得以解决。
2.2概念设计呼唤技术创新
技术创新在概念设计中发挥着至关重要的功能。概念设计中技术创新的本质就是要在工程设计领域中发现某种新事物、提出某种新思想，在很多情况下是因为现有的产品不能满足社会（用户）的需求而激发出的新奇构思和创见。技术创新的基础是知识的积累和灵感的迸发，是设计人员进行创造性思维的结果。创新本身就意味着不拘一格，不局限也不依靠于某种特定的模式，以下诸多方面都是孕育技术创新的土壤摘要：
（1）多项现有技术的有机结合或综合运用往往会产生意想不到的效果；
（2）对已有知识的创造性总结和应用经常带来重大的科技突破；
（3）突发奇想但经过科学论证或实验证实所产生的新思路、新方法、新技术；
（4）新知识和现有知识的合理嫁接；
（5）产品功能上的兼收并蓄和去粗取精；
（6）学科间的交叉、交融和借鉴；
（7）新技术、新材料、新工艺的有机结合及应用；
（8）科学探究中的新发现和新成果应用于工程实践……。
由此可以进一总结出多种行之有效的创新技法摘要：
l智力激励法摘要：又称集智法、智暴法。即通过集会让设计人员用口头或书面交流的方法畅所欲言、互相启发进行集智或激智，引起创造性思维的连锁反应；
l提问追溯法摘要：根据探究对象系统地列出有关新问题，逐个核对讨论，从中获得解决新问题的办法和创造性发明的设想，或是针对新开发产品的希望点（或缺点），逐点深入分析，寻找解决新问题的新途径；
l联想类推法摘要：通过相似、相近、对比几种联想的交叉使用以及在比较之中找出同中之异、异中之同，从而产生创造性思维和创新的方案；
l反向探求法摘要：采用背离惯常的思索方法，通过逆向思维、转换构思，从功能反转、结构反转、因果反转等方面寻求解决新问题的新途径；
l系统搜索法摘要：从一个初始状态开始，分析影响系统的各个参量，逐步向前搜索，或采用孤立因素、更换参数等方法获取系统的多种解法并求得最优解；
l组（综）合创新法摘要：将现有的技术或产品通过功能原理、构造方法的组合变化，或者通过已知的东西作媒介，将毫无关联的不同知识要素结合起来，摄取各种产品的优点使之综合在一起，形成具有创新性的设计技术思想或新产品；
l知识链接法摘要：创新是一个动态的和复杂的功能过程和知识流，它包括知识的产生、开发、转移和应用，这四个阶段构成一条“知识供给链”并按照下述原则进行管理摘要：把技术创新过程作为一个集成化的系统，只有将所有涉及该过程的伙伴捆绑在一起，才能发挥最大功能，这些伙伴都应明确什么知识内容才能满足用户最大需求，知识转移的特征和形式是什么，最终用户是谁，他们何时需要使用这些知识？涉及创新的所有信息流和通信流对全体伙伴都是开放的，在每个知识供给者和知识使用者之间建立信息反馈，使信息交换更为有效，知识供给链中每一个伙伴能够感受到整个系统和他们自己都从中获得巨大利益，熟悉到自己是链中不可缺少的重要环节。该方法适于更大范围内、更高层面上的技术创新。
3工程设计领域中的概念设计技术创新实践
基于上述分析，我们提出了若干种含有技术创新的产品概念设计范例摘要：
（1）采用先进的控制、驱动和定位系统，由局部小画面组成整体大画面的可变画面巨型灯箱广告机的设计；
（2）时速超过运七飞机的高速铁路机车车身外型设计，既要满足空气动力学性能，又要有美观的外型，三维CAD建模技术和NURBS曲线面理论的应用；
（3）适应于多弯道和小半径城市轨道交通环境下的摆式列车车身及减振转向架的设计；
（4）反求工程已广泛应用于一些具有复杂曲面的实物模型（如模具）的三维数据重构，不妨借鉴用来对生物医学图象进行数字图象处理，为医务人员的临床诊断和治疗提供更逼真的三维模型和实体模型；
（5）基于电动机——发电机可逆原理的新型电动自行车的设计，把（下坡时）车轮转动的动能所转化成的电能再回充给蓄电池，从而增加电动自行车蓄电池一次充电使用的续行距离；
（6）加工中心自动换刀功能的扩展，用于东风4（11）型内燃机车发动机端面多轴孔加工的自动换箱多轴箱设计；
（7）把列车检修工人的丰富经验升华为专家系统——基于加速度传感器和单片机控制的智能式检振锤的设计；
（8）虚拟轴机床（并联机床）的概念设计。
这里以铁路机车车身设计为例，对概念设计及创新的过程加以说明。
时速300公里以上的高速列车在欧美、日本等发达国家得到广泛应用。我国已通过论证并计划在下世纪初建设第一条（京沪）高速铁路。
当我们看到法国TGV（TraindelaGrandeVitesse）实验车速达到515.25公里／小时时，我们知道这已经超过了我国“运八”飞机的时速，设计师的头脑中自然应该产生这样的概念摘要：时速300公里的铁路机车车头的外型也应该像飞机那样具有流线型和光顺性，才会有较好的动力学特性。“光顺”一词的几何意义是所构造的曲线、曲面应具有C2连续，且无奇点。从通俗的概念来理解，即为“光滑顺眼”之意。
由这些概念和构思出发，我们可以由整体构思和概念设计逐步进入流线型机车车身的细节设计环节。
铁路工业和汽车工业对车身外型设计的先进性和创新性的都有着一致和迫切的要求。归纳起来应是以下几个方面摘要：
l具有良好的空气动力学特性，以减少在高速运行时的摩擦阻力。
l具有良好的结构布局及足够的强度和刚度。
l具有美学曲面的质感和动感，以美化生活和环境。
l尽可能短的设计和制造周期，以尽快地占领市场。
显然满足上述诸要求的车身外型曲面是相当复杂的，非一般常规曲面（如柱面、球面、锥面、环面等）所能表达。再者，若按常规设计、制造方法和过程来完成如此高要求的设计外型，则上述第四项要求更是高不可攀。只有积极谋求技术进步，大力推广应用CAD/CAM技术才是解决车身外型改型频繁、不断创新且满足上述各种要求的关键所在。
近十年来，CAD业界涌现出一批象EDS的UG、PTC的Pro-Engineer、MATRA的EUCLID、IBM的CATIA等等一系列优秀的CAD/CAM软件，为我们提供了一个极好的开发工具和环境。它们的三维实体建模、参数建模及复合（Hybrid）建模技术，实体和曲面相结合的造型方法，以及自由形式特征建模（FreeFormFeatureModeling）技术为我们的设计工作提供了强有力的工具。
这里具体地介绍如何使用UG的FreeFormFeature等功能，来实现车身外型的概念设计到细节设计。
UG的FreeFormFeatureModeling模块把实体建模和表面建模技术集成为一个功能十分强大的建模工具组，它支持复杂自由曲面的造型设计。它的复合建模技术，自由型面特征建模，可视化编辑，多组件装配，二维视图自动生成，尤其是伴随最新UGV14.0版本推出的全新概念设计WAVE（What-ifAlternativeValueEngineering）可使不同部门的工程师在设计的早期阶段，站在系统工程的角度，同时针对多种可供选择的方案进行评估，通过将设计意图组织到一个“控件结构”中去，使工程师十分有效地控制设计变更，而且所发生的变更会自动地传递到上级设计中去。
这里以创建流线型机车车身外型为例，具体步骤如下摘要：
（1）根据前节所述模线的来源，本例参考法国TGV和德国ACE机车外型模板，并加以个性化修改。所选定的23条模型基线见于图1。
外形模型基线向等值半径线云图
以这一组模线为基础，采用UG的FreeFormFeature/ThroughCurve来创建曲面；采用Info/Analysis/FaceCurvature功能来观察和分析该曲面的光顺性，图2即为车身外型曲面及顶面法向半径等值线云图。
在构造模线的原始数据中可能有“瑕点”，或者仅凭“感觉”进行判定，创建的曲面不一定能完全满足C2连续的条件和光顺性的要求,可以通过光顺处理予以满足。图3是对其中一条模线进行光顺处理的过程。值得重视的是摘要：获得一组光顺的模线是生成光顺曲面的必要条件。
采用光顺后的模线重新构造车身外型曲面。采用UG/Photo功能并指定材质，可进行着色、光照、渲染，以得到更为逼真的三维造型图。见图4。
图4机车车身三维造型图5机车车身二维投影图
（5）对机车车身裙部和头部下端，可采用Feature/Curve/Mesh功能分片进行创建。这里充分体现出UG软件对角域曲面的三维造型能力。
因此，在政治课概念的教学中，我们既要重视概念呈现方式的灵活性和多样性，又要充分调动学生头脑中相关的知识经验，促使学生主动对常识材料开展细致入微的探究性活动，在探究中丰富由自发概念向科学概念发展过程中的体验，使学生在探究过程中，把握概念的本质特征，构建概念的“恰当的”心理表征，使学生的政治课概念学习过程变为“学用结合”的过程，在这个过程中逐步形成相应的观念，并通过相应的概念实例，体会政治课的现实意义。
一、充分发挥现代信息技术的优势
在政治课概念的教学中应用现代信息技术可以使概念的呈现方式更加灵活多样。现代信息技术可以用组合的动态的方式灵活地向学生提供图、表、文字或动画等不同概念表示方法，把抽象的概念内涵显性化，从而创设一种学习情境，给学生提供探索的机会。
1.突出了学生主体性
以计算机为基础的信息技术，进行教学设计时，可以优势互补，学和教并重，强调“既要发挥教师主导作用，又要充分体现学生学习主体作用的新型教学结构”。不仅要把他们看作是辅助教师“教”的演示教具，而且要强调把它们作为促进学生自主学习的认知工具与情感激励工具。
政治课的教学目的是让学生会学，培养学生的科学态度和科学素养。通过教师的导学、诱思，学生主动投入所学的概念中，自己得出概念，而不是被动地听教师讲概念。当然教学中以学生的发展为中心，也不能忽视教师的主导作用，教师要确定教学内容，选择组织范例，组织教学活动；学生作为学习的主体，积极参与教学过程，使教学气氛和谐融洽。
2.具有很强的实效性和发展性
在现代教育理论的指导下，利用信息技术丰富课堂教学资源，课堂教学效果非常明显。在概念教学中能注意不同层次的学生的学习困难，不同教学内容的选择，并提供不同的呈现方式，使学生更好地理解教材中的重点难点内容。利用人机的交互，促进概念的学习方式转变，通过对抽象的概念的动态模拟、变式练习等的反复的多元化的呈现，引起学生认知的冲突、主动的参与，增强学生的问题意识和发现问题的能力，为培养学生思考问题能力、获取信息能力和语言表达能力提供契机。
同时，在学习的过程中也做到以人为本，对学生的情感态度和价值观起广泛的教育作用，促进学生身心发展。
二、巧用概念教学中“变式”与“比较”
概念教学中“变式”与“比较”的正确运用有利于加深学生的理解，有利于排除无关特征，突出有关特征。
所谓“变式”，广义地说，就是同一事物非本质属性的转换，这里是指概念的变化。从概念教学的角度来说，就是对概念的条件或结论，对概念的呈现方式、表达形式的变化，思想方法、思维方法的变化进行适当的调整，或增减或转换。注意运用“变式”，有利于学生掌握概念的本质特征。
例如生产关系，它的“变式”有原始社会的生产关系、奴隶社会的生产关系、封建社会的生产关系、资本主义的生产关系、社会主义的生产关系。我在教学中就制定了下面这张表格，让学生在学习生产关系时，同时学习生产关系的几种“变式”，通过“变式”的学习，更加清晰地掌握生产关系的本质和内涵。
“比较”，可以加深学生对概念本质特征与非本质特征的理解。例如，在教学原始社会、奴隶社会的生产关系时，就可以通过比较的方式让学生自己去比较、发现异同点，进一步加深理解。另外，新旧知识的结合处往往是学生智力的“最近发展区”。上述表格的比较分析能使学生发现、理解新旧概念间的联系，从而掌握概念的方式――概念同化。因此，概念教学中不能忽视“概念同化”这一获取概念的主要形式。随着学生年级的升高，已学知识的积累，“概念同化”应逐步成为学生获取概念的主要形式。
三、把学生的思维带回现实中
概念具有概括性、抽象性、精确性等性征，在学习中，无论是概念形成的方式，还是概念同化的方式，都需要以学生头脑中已有的某些自发性概念的具体性、特殊性成分作为依托，从中分化出它的理论侧面，使之能借助经验事实，变得容易理解。因此，要把学生的思维带回现实中，使其主动对常识材料进行细致入微的探究性活动。
中学政治课中的概念特别是一些基本概念，与现实生活有着紧密的联系。因此，在教学中应联系学生日常生活实际，重视挖掘与生活实际联系的因素，通过列举学生熟悉的具体事物引入概念，通过创设情境，激发学生的兴趣，使他们身处现实问题情境中，通过亲身体验，在感性认识基础上，借助分析、比较、综合、抽象、概括等思维活动，对常识性材料进行精微化，使自发性概念逐步摆脱无意识、粗糙、肤浅的劣势，向科学概念发展，达到理性认识的飞跃，使学生掌握概念，并能够应用概念解决生活中的问题。
例如：在讲“价值规律”时，我们可以让学生联系平时自己买东西的经验进一步理解价值规律的科学内涵。在讲解价值规律的内容之后，还可以让学生去市场上调查，从月饼价格看价值规律，让学生通过市场调查发现问题。学生经过调查发现，不同品牌、不同包装、不同时间，市场上月饼的价格有很大不同，对这一经济现象进行深入分析，学生就会对价值规律有一个既感性又深刻的理解。
又如，在讲到“劳动合同”的概念时，我充分利用学校所在地个体、私营经济、外资经济发达的开发区这一优势，让学生开展实地调查，通过前后几年的对比分析发现，以前劳动合同不完善而引发的纠纷、报复等事件频频发生，而这几年随着普法工作的展开，工人的法律意识逐渐提高，加上工厂用人制度的健全、政府管理的进一步规范，这类劳动纠纷正逐渐减少。通过实地调查，学生不仅增强了学法的兴趣，而且认识到学法的重要性。
把思想政治课中的抽象理论与社会、生活联系起来，能够使学生更好地理解和接受课程内容，不仅能激发学生的兴趣，更重要的是能使学生体会到生活中的政治，感受到政治不是课本中条条框框的知识，政治来源于生活，生活中处处有政治。学生在生动活泼的情境中，结合生活实际，主动思考探索，体味学习，提高关心生活、思考现实的理论联系实际能力。
四、将学生带入问题中
问题是政治课的心脏。孔子认为“疑是思之始，学之端”，要求自己和学生“每事问”。在思想政治课概念教学中，将学生带入问题中，培养学生有关“问”的能力，不仅有利于发挥学生的主体作用，激发学生的学习兴趣和动机，更有利于培养学生勇于追求真理的精神和创新精神。他们带着更多更高层次的问题走出教室，必然会更好地投入到后面的学习中。丰富学生在概念学习过程中的体验，将政治课概念的形成过程、形式化的政治课概念及一些相关的材料转化为富有生活意义的问题，创设问题情境，从而把学生带入问题中，在问题情境中展开“火热的思考”，探究概念的本质特征。
例如，在学习“商品”这个概念时，我问学生：“生活中的哪些东西是商品的？”通过讨论，学生回答：“市场上交换的东西。”我接着提问：“那么，为什么只有用来交换的劳动产品才是商品呢？不用来交换的东西为什么就不是商品？”这样就把商品概念的生成过程一步一步地问题化，使学生通过对这些问题探讨，达到对商品的本质属性的理解。
中图分类号：B017文献标识码：A文章编号：1007-8444(2000)05-0037-03
《1844年经济学哲学手稿》是马克思文献中被引用最多的文本之一。其中，最受人们重视的是关于“异化”的思想。然而，与“异化”直接相关的“外化”概念却一般不为人们所重视，有的人把“外化”与“异化”直接等同起来，这是理解上的一个偏误。本文通过对“外化”概念的进一步澄清，从而体悟到青年马克思思想转变的一个侧面，即马克思的研究视角如何从黑格尔的理念世界转向经济社会领域的。
一、“外化”与“异化”概念的澄清
在《1844年经济学哲学手稿》（以下简称《手稿》）中，马克思将异化与外化两个词同时并用，如马克思在《手稿》中说：“占有表现为异化、外化。”[1](P.91)外化在《手稿》中是指劳动的实现、对象化，表现为劳动者的丧失，劳动者将生命投入劳动产品的生产，但是，劳动产品却不属于劳动者自身。在这里，外化是指劳动者主体的丧失(theworker’ssubjectiveloss)，也就是劳动对象占有了劳动者的生命活动，占有劳动者的现实，以致劳动者趋于匮乏，这就是外化(alienation)的概念。当然，马克思是将黑格尔这两个抽象的概念运用在经济领域尤其是劳动的过程中，经过马克思的转用，外化的概念已经和黑格尔在分析“工资劳动”(wagelabor)时的所指不同了。异化(estrangement)，则是指劳动者在劳动过程中，与劳动产品之间表现出一种敌对的权力关系，劳动者感到自身由受到市场调节的劳动产品支配，也就是客体反过来压制主体，主体对客体失去了自觉的联系。由此看来，外化和异化的区别在于概念所指涉的主体与客体之间的敌对性(antagonism)是不是由自在(in-itself)状态发展到自为(for-itself)的状态，异化是指主体与客体之间的敌对性已经表现出来，外化则是指尚在转化过程中。
马克思在《手稿》中，明白地阐述了异化与外化产生于不同的过程，并且导致不同的结果。他在批判黑格尔思辩哲学时说：“全部外化历史和外化的整个复归，不过是抽象的、绝对的、思维的生产史，即逻辑的思辨的、思维的生产史。因而，异化——它从而构成这种外化的以及这种外化之扬弃的真正意义——是自在和自为之间，意识和自我意识之间，客体和主体之间的对立。”[1](P.161)可以看出，异化和外化既相区别，又相联系。换言之，异化包含着外化的形式和此外化形式之扬弃的整个过程，它紧握着这个过程中的对立性。外化是指辩证的过程，但这个过程不能中断，它必须通过自身外化形式（对象化形式）的克服而达到异化的扬弃。
和黑格尔不同，在马克思的观念中外化的必然是进一步变成异化。在这里，马克思比黑格尔更重视外化过程中所表现的对抗作用。单独地看，马克思并没有赋予外化以积极或肯定的意义或形式，于是，外化终究表现为异化。对外化采取否定面的理解，是马克思将外化与异化在一定意义上加以等同并用的主要原因。
马克思在《手稿》中批评黑格尔的“精神现象学”中关于宗教的问题和“法哲学原理”中关于交换问题的部分，以及在批评布鲁诺·鲍威尔的“基督教真相”和黑格尔“精神现象学”中“绝对知识”时，明显地表现出他反对外化具有“肯定”的意义。在马克思看来，所有的外化与异化，都应该在经济现象中找寻其根源——尤其是在工资劳动、商品交换和劳动分工中。但黑格尔认为，外化尤其是具有肯定形式的异化，独立存在于宗教的领域中。在黑格尔看来，外化的根源也是在精神的自我斗争(self-struggle)和发展过程中，工资劳动、交换经济现象，仅仅是精神自我斗争的表现形式，绝不是外化的根源，但马克思认为，即使是宗教或者政治领域的外化和异化，其基础和根源是在经济或社会领域，宗教和政治领域的外化和异化不过是社会经济层面的反映，而且只有通过经济社会领域，才能克服宗教与政治领域的外化与异化。
马克思运用黑格尔的外化来分析经济社会现象时，认为劳动过程的外化，不是劳动者实现其主体性的媒介，而是一种障碍或阻力，或者是一种消极的、不必要的形式。黑格尔的外化是精神发展和提高过程中，逐步达到自我认识，复归绝对精神的一个必要的环节，它是积极的也是必要的，因为，黑格尔认为，外化是思维运动的“动力原则”(energi-zingprinciple)，没有它，概念必将停滞，理念发展也不可能。我们可以看出，产生于德国观念哲学而在黑格尔哲学中居于主导地位的“外化”概念，在马克思手里，出现了一种“认识上的变造”(epistemolo-gicalbreakout)。
二、“积极的外化”与“消极的外化”
“环节”、“中介”等逻辑范畴，在黑格尔哲学中，是具有肯定意义的。因为在黑格尔看来，通过这两个逻辑范畴，精神实体内在的能动性才能表现出来。虽然，精神的实体作为精神的自我异化的产物，本质上含有否定的性质，但是精神实体的本质不是死的，而是活的、现实的。因此，只有当它重建自身的运动时，或者说，只有当它是转化与自身之间的“中介”时，它才是真正的现实的存在。所以，黑格尔才说：“唯有这种正在重建其自身的同一性或在他物中的自身反映，才是绝对的真理。”[3](P.11)由此可见，外化概念，在黑格尔哲学中具有肯定的内涵，或可称之为“积极的外化”(positivealienation)。换言之，市民社会中的劳动分工、商品交换等外化形式，都是肯定而具有积极用意的。然而，马克思却认为市民社会中的商品交换并不是像黑格尔所说的那样，每个人生产和享受就是其他人的生产和享受，他认为，作为交换关系的前提的劳动不是一般的劳动，而是异化的劳动。这种异化劳动的外化形式，表现在两个方面：其一，谋生的劳动以及工人的产品同工人的需要，同他的劳动使命没有任何直接的关系，不论就哪方面来说，都决定于同工人本身格格不入的社会组合。其二，购买产品的人自己不生产，只是换取别人生产的东西[1](P.28)。
这里必须说明的是，马克思观念中的劳动，不仅是一种生活的手段或满足需要的方式，而且是一种“实践”，也就是人类的本质(speciesbeing)的创造与实现。因此，劳动，在马克思看来是一种“历史过程”，包括人与人的社会交往以及人与自然的物质交往，它使人的本质包括人的普遍性、社会性、意识性和自我创造性获得充分的满足与发展。因此，马克思认为劳动不仅是需要的满足，而且是需要的丰富，因而一个获得了“解放”的人必然是具有无限丰富需要的满足的人，能够占有社会发展财富的人。
然而，由于交换，而且正是由于劳动产品的交换，劳动作为人的生活来源，和作为人的存在的表现，彼此割裂开来，变得毫不相干。私有制度商品经济下的交换，使得劳动对人而言，不是需要的丰富而是需要的匮乏，不是个人存在的积极表现而是个人存在的消失。马克思说：“通过交换，他的劳动部分地成了收入的来源。这种劳动的目的和它的存在已经不同了。产品是作为价值，作为交换价值，作为等价物来生产的，不再是为了它同生产者直接的个人关系而生产的。生产越是多方面的，就是说，一方面，需要越是多方面的，另一方面，生产者完成的制品越是单方面的，他的劳动就越是陷入谋生的劳动的范畴，直到最后他的劳动的意义仅仅归于谋生的劳动并成为完全偶然的和非本质的，而不论生产者同他的产品是否有直接消费和个人需要的关系，也不论他的活动，劳动本身的行动对他来说是不是他个人的自我享受，是不是他的天然秉赋和精神目的的实现。”[1](P.28)可见，外化的概念，在马克思的政治经济学中，具有否定的内涵，或可称之为“消极的外化”(negativealienation)。版权所有
三、马克思与黑格尔“外化”的分歧
马克思在运用黑格尔的外化要领来分析社会经济时，认为劳动过程的外化，不是劳动者自身之创造，劳动者并不能意识到外化乃劳动的自我异化，反而认为是私有财产和商品交换由外部的强制和规定所致。在黑格尔那里，外化之所以具有肯定的意义，其基本前提是主体与客体的同一性(identityofsubjectandobject)，亦即意识之主体将意识之外化视为意识自身之创造，或者说，自我认识了对象乃是其自身的外化。对黑格尔来说，这是意识的一种能力，一种知识。卢卡奇将这种认识方法称为“全视概念”(grandioseconception)（“全视概念”是一种认识方法，认为事实之认识只有在对象化的自我创造中，才能真正的了解）。黑格尔《精神现象学》中这种认识论上的“全视概念”占据非常重要的地位，这个原则，不仅使自我意识克服其外化成为可能，也是精神达到现象与本质合一的条件。进一步说，自我意识之所以能够“认识其对象，乃是自我异化的结果，是因为对象是作为自我意识所规定的东西(theobjectasathingpositedbyself-consciousness)。对象不能脱离自我意识，亦即离开了自我意识的认识能力，对象便不具有任何对象性可言。马克思在《手稿》中对黑格尔的这种认识法则也作了说明：“对象的否定，或对象的自我扬弃，对意识所以有肯定的意义（或者说，它所以知道对象的这种虚无性），是由于意识把自身外化了，因为在这种外化中把自身设定为对象，或者说，由于自为的存在的不可分割的统一性而把对象设定为自身。”[1](P.165)在黑格尔那里，外化体现了主体与客体的同一性。将这种原则运用于市民社会的研究，黑格尔自然认为人类劳动之对象化、外化的交换关系，是实现劳动者自身目的的必要手段。
但是，马克思显然反对这种观念。马克思认为，作为人类劳动的对象化世界，有自然界和社会界两个部分。马克思认为，劳动产品是对象化的劳动(productisobjectifiedlabor)，劳动体现在对象之中，而为了进行劳动和生产，劳动者需要自然作为其物质世界，使劳动得以实现。马克思说：“没有自然界，没有感性的外部世界，工人就什么也不能创造，它是工人用来实现自己的劳动，在其中展开劳动活动，由其中生产出和藉以生产出自己的产品的材料。”[1](P.92)就社会界来说，商品的交换的需要而形成社会生产关系，是使人们在自然界中生产出来的产品成为能够进行交换的商品的条件。因此，自然与社会是人们进行劳动的两个对象化世界。
然而，作为劳动的对象化的劳动产品，对劳动者而言，丝毫没有同一性可言。劳动产品并非作为劳动者自身所规定的东西，劳动产品（对象）不仅脱离了劳动者的人的本质，甚至反过来控制劳动者。马克思在《手稿》中反复强调：“工人自己的生命投入对象，但现在这个生命已不再属于他而属于对象了。因此，这个活劳动越多，工人就越丧失对象，……工人在他的产品中的外化，不仅意味着他的劳动成为对象，成为外部的存在，而且意味着他的劳动作为一种异己的东西不依赖于他而在他之外存在，并成为同他对立的独立力量，意味着他给予对象的生命作为敌对的和异己的东西同他相对抗。”[1](P.91)这就是说，表现着市民社会中劳动之外化的商品交换关系，并不具备“肯定”的意义，也不是实现劳动者作为人的人的本质的手段。马克思认为，在市民社会的商品经济中，不存在着劳动外化之克服而达到劳动者人的本质之复归的可能，因为，在市民社会中，劳动的外化必然表现为异化劳动，要消灭异化劳动，不是在劳动外化中加以克服，而是对商品经济赖以存在的市民社会进行革命。
劳动的外化不是劳动者实现其本质的“中介”、“环节”，因此马克思的外化观念和黑格尔并不相同。更重要的是，理解这两个内容，是了解唯心主义哲学和唯物主义哲学之不同的最基本之处，同时也是理解马克思何以接受黑格尔辩证法之后仍然走向唯物辩证法，从而建立他的历史唯物主义的基础。最后，也是理解何以马克思最终强调“革命实践”的重要性，而不是仅仅停留在黑格尔主义的哲学批判之中的基础。
收稿日期：2000-08-29
【参考文献】
[1]马克思恩格斯全集[M]．北京：人民出版社．1979．
[关键词]概念设计 过程 方法
1.产品概念设计定义
产品概念设计是由分析用户需求到生成概念产品的一系列有序的、可组织的、有目标的设计活动，它表现为一个由粗到精、由模糊到清晰、由具体到抽象的不断进化的过程。概念设计是完整而全面的设计过程，它通过设计概念将设计者繁复的感性和瞬间思维上升到统一的理性思维从而完成整个设计。它不同于现实中真实的产品设计，概念产品的设计往往具有一定的超前性，它不考虑现有的生活水平、技术和材料，而是在设计师遇见能力所能达到的范围来考虑人们未来的产品形态，它是一种针对人们的潜在需求的设计。
概念设计最主要的作用在于产品设计的创新，若没有新的创意，概念设计就失去了意义。一个合格的设计师在进行设计之前都会对自己将要设计的产品设定一个新的产品概念定义 ， 这个新的概念定义一般都会包含较大的范围，目的是在初期的 创意阶段不会受到过多的束缚从而使设计更有新意。如，电话机（信息传递机械）的设计。
2.产品概念设计的主要过程
概念设计是在产品开发的前期对将要进入市场的新产品、新技术、新设计进行全方位的验证，提出新的功能和创意，探索解决问题的方案，并为将来新产品的设计、生产、广告宣传和上市销售做好充分准备。其主要过程一般有以下三个：
2.1 产品功能的概念化
在产品概念设计的前期，将产品的功能划分、市场定位、 目标客户、价格区间等概念，用草图的形式确定下来。产品功能的概念化是设计师在概念设计中最艰巨的任务。产品功能的概念化的实质就是要提出问题，即在解决问题之前首先弄清目前存在那些问题，有什么问题需要在设计中解决，找出构成这些问题的主要因素，提出解决问题的设想和方案，这样才能准确地把握我们将要做的产品概念设计的风格与形式。
2.2 设计概念的可视化
把文字和草图形式的产品概念定义，通过图样与样机模型转化为更直观、更容易被普通人所理解的可视化形态。也就是把设计概念具象化的表现出来，使原来“ 无形” 的概念成为“ 有形” 的概念产品。这些概念设计图样或模型可以用于企业各部门在开发过程中的协调与沟通。也可用来征求目标客户和企业内部生产与销售等部门的意见，经过对各方面的意见收集与研讨，最终得到的结论可以作为一个产品设计定型的决策依据。
2.3 概念设计的商品化
就是把一个富有创意的概念设计转化为真正的商品，在概念设计的前期，人们对创新的期待与需求赋予了设计师很大的自由创作空间，而在概念设计商品化的过程中，设计师往往不得不对原来的概念产品设计进行必要的修改，把一个概念产品变成具有市场竞争力的商品，并大批量的生产和销售之前有很多问题需要解决，工业设计师必须与结构设计师、市场销售人员密切配合，对他们提出的设计中一些不切实际的新创意进行修改。对于概念设计中具有可行性的设计成果也要敢于坚持自己的意见，只有这样才能把设计中的创新优势充分发挥出来。
3.产品概念设计方法
概念设计的最大特点就是创新和标新立异 ，概念设计要有创造性，设计师可充分发挥自己的潜力进行设计创新。在产品概念设计阶段，设计师基本上可以不受技术、材料、成本、市场等各种条件的限制。笔者通过自身的学习及工作经验，总结了以下几个创造性的设计方法：
3.1功能联想
在开发新产品的时候联想到一些老产品已经开发成功的技术和功能，通过联想把这个技术转移并与其它产品联系起来，开发出全新的产品。联想有接近联想、类似联想和对比联想等。
3.2复合重组
把两个或更多的产品功能叠加进行重新组合。复合重组有简单功能组合、复杂组合。 复杂的重组一般需要高科技手段的支持。重组时要分清哪些是主要功能，哪些是辅助功能，这样才是组合后的产品具有使用价值。如，可播放MP3 的柯达多媒体数码相机。
3.3 逆向思维
打破原来的思维定式，反常规地逆向思考问题，这样就很容易发现现有产品的不足。实践证明，运用逆向思维产生的发明成果，一般都具有较高的创新型。如，路动人不动的自动扶梯。一 次性纸杯、餐巾、注射器 等， 既便宜又防止传染病。
3.4扩大缩小
由于电子技术和材料科学的发展，很多产品可以设计得更加小巧。如，把卫星定位仪GPS 安装到手表上、缩小到只有名片大小的数码相机。把某些产品放大而产生新的功能也是一种创新，如清扫车、蹦床等。此方法有时只要吧产品局部细节进行放大或缩小就能达到创新的目的。
3.5 缺点举例
收集各种产品进入市场后所暴露出来的缺点和问题。只要找到了问题就可以提出 解决的方法。然后把经改进的新产品投入市场。如，手机有被误按动的情况，就设 计出了翻盖手机和手机键盘锁；电话夜间使用不方便，就设计出了背光数字键盘等。
