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工業產品形態創新設計與評價方法系統研究產品形態原型和形態“傳承度”的思想，通過對產品形態風格的描述與分析，建立起形態原型的參數與產品形態風格之間的關系，將產品形態“有序地創造”與“批判地繼承”相結合，做到定量進行產品形態風格分析與評價，使工業產品形態的創造性設計有章可循，既能保持原有造型風格，又能推陳出新，保持產品品牌的生命力。

本書以設計學、統計學、感性工學、圖論、矩陣論為基礎，提出產品形態原型的思想，基于產品形態3D模型構建了工業產品形態原型的數學模型，提出利用產品照片反求重構形態模型的一種方法。建立以產品形態分體的最適包圍盒作為形態原型的基本單元，基于形態原有拓撲關系構建形態原型的方法，通過對形體最小包圍盒參數及產品形態特征廣義有向圖的分析，建立描述產品形態原型的數學模型。建立了產品形態風格與形態語意之間的關系，提出了一種基于產品形態原型的遞進式產品形態語意獲取方法，建立產品形態語意模型，建立描述產品形態的風格空間和風格玫瑰圖，形成理性描述產品形態風格的理論和方法。建立產品分體形態原型庫、產品形態原型庫和產品方案庫，以及產品形態原型庫與產品方案庫在數據結構上的對應鏈接，提出基于遺傳算法對產品形態設計方案進行風格定位的方法。綜合提出基于風格要求的產品形態創新設計方法，分析了工業產品形態設計評價的內容，提出了產品形態“傳承度”的概念，建立產品形態傳承度和傳承權值的計算模型，確定形態傳承判據的算法，通過對形態傳承度與傳承判據關系的分析，建立基于形態傳承的形態設計評價方法。

本書系統完整、結構嚴謹，既可以作為大學、研究生教材，也可以作為工業設計師和設計方法研究者的必要參考書，更可以成為企事業單位和設計事務所進行產品形態創新性設計及產品形態風格分析評價的指導性書籍。

本書的研究得到陜西省自然科學基金、上海市設計學IV類高峰學科專項基金、上海國際設計創新研究院、上海工程技術大學高層次人才引進基金的資助。

高矚

2017年10月

第1章產品形態創新與評價1

1.1產品形態2

1.2形態創新與評價方法3

1.2.1形態創新3

1.2.2評價方法4

1.3研究及應用現狀5

1.3.1國內外工業設計的研究5

1.3.2產品形態創新設計的研究與應用現狀9

1.3.3產品形態設計評價的研究12

1.3.4形態創新設計與評價軟件開發的研究14

1.4存在的問題及本書研究的切入點15

第2章理論基礎17

2.1已有的相關理論17

2.1.1形態表達中的廣義鄰接矩陣理論17

2.1.2形態設計評價中的感性工學方法21

2.1.3形態風格描述中的統計學原理25

2.2傳承度的概念及其計算模型27

2.2.1產品造型符號的實體及數學表示27

2.2.2形態傳承的定義28

2.2.3產品形態傳承度的計算模型29

2.3本章小結31

第3章產品形態原型及其建模32

3.1產品形態32

3.1.1產品形態的組成32

3.1.2產品形態CAD模型的反求生成33

3.1.3實驗舉例38

3.2產品形態原型40

3.2.1定義403.2.2形態原型的構建41

3.2.3形態原型的層次表示41

3.2.4形態原型的拓撲關系41

3.3最適包圍盒的求取及其數學模型43

3.3.1最小包圍盒的概念43

3.3.2最小包圍盒的確定方法44

3.3.3最小包圍盒的參數表示44

3.3.4最適包圍盒的參數表示45

3.4形態原型廣義鄰接矩陣45

3.4.1一般表達形式45

3.4.2GAM的構成關系46

3.4.3形態原型廣義鄰接矩陣的建立46

3.5基于產品分體最適包圍盒的形態原型重構48

3.5.1形態原型的建模48

3.5.2形態原型設計樹的構建48

3.5.3形態原型設計樹的編輯48

3.6實例分析49

3.7本章小結51

第4章產品形態風格的理性描述52

4.1產品形態風格52

4.1.1定義52

4.1.2產品形態風格的特征53

4.1.3產品形態風格與形態語意的關系53

4.2產品形態語意55

4.2.1形態語意的概念55

4.2.2產品形態語意的獲取56

4.3產品形態語意模型57

4.3.1產品分體及其組合的語意表達57

4.3.2形態語意的集成和提煉58

4.3.3產品形態語意模型的建立61

4.4基于統計學原理的產品形態風格描述62

4.4.1感性意象的量化描述方法62

4.4.2分體形態的風格描述63

4.4.3產品整體形態的風格描述66

4.5實例分析69

4.5.1沖擊鉆形態語意模型的建立69

4.5.2鉆體形態的風格描述70

4.5.3沖擊鉆整體形態的風格描述71

4.6本章小結73

第5章基于風格要求的產品形態創新設計74

5.1產品形態設計過程與特點74

5.2產品形態創新設計方法75

5.2.1產品形態創新設計框架76

5.2.2形態多層次映射求解模型77

5.3形態原型庫77

5.3.1形態原型庫的生成78

5.3.2分體形態原型庫的建立78

5.3.3產品形態原型庫的建立81

5.3.4形態原型庫的數據結構82

5.4產品方案庫83

5.4.1產品方案庫的組成83

5.4.2基于遺傳算法的設計方案風格評價83

5.5基于形態原型的產品發散性創意設計87

5.5.1產品創意形態的定義87

5.5.2產品創意形態生成流程87

5.5.3形態創意與發散性創意設計88

5.6實例應用89

5.7本章小結90

第6章基于風格傳承的形態設計評價91

6.1形態設計評價的主要內容91

6.2基于風格傳承的形態設計評價方法的框架92

6.3形態傳承權值的確定93

6.3.1權值確定的定義93

6.3.2相關參數的說明93

6.3.3應用舉例94

6.4產品形態傳承度的計算96

6.4.1產品形態傳承度評價層次96

6.4.2形態原型分體集傳承度矩陣97

6.4.3形態原型廣義鄰接關系傳承度矩陣98

6.4.4產品形態傳承度98

6.4.5應用舉例98

6.5形態傳承判據102

6.6傳承分析與評價104

6.6.1形態傳承度與判據之間的關系104

6.6.2評價方法106

6.7本章小結107

第7章軟件原型系統開發及應用108

7.1FD&A原型系統總體設計108

7.1.1需求分析108

7.1.2FD&A系統的體系結構109

7.1.3系統平臺選擇109

7.1.4FD&A系統的工作流程111

7.1.5FD&A系統工具開發的思路112

7.2形態原型庫與方案庫的開發113

7.3FD&A系統應用驗證117

7.3.1形態設計應用117

7.3.2設計評價應用123

7.4本章小結126

第8章結論與展望127

8.1主要研究工作與結論127

8.2研究展望128

參考文獻129

后記137

\\第1章產品形態創新與評價我國是當今世界工業產品的制造大國，但并不是產品設計的強國。自我國加入WTO（世界貿易組織）以來，制造企業面臨的國際市場競爭越來越激烈，大批的企業因產品創新設計能力不足及產品品牌意識不強，難以在激烈的產品競爭中立于不敗之地。因此，研究工業產品的形態風格傳承理論和方法，并在此基礎上進行產品創新設計，無疑對我國產品在國際市場上的競爭力提升有著十分重要的意義。然而，產品的形態風格傳承和形態創新設計往往是一對矛盾。在產品形態設計中，盲目地追求創造性，不利于保持一個品牌的獨特風格；而僵化地追求保持形態風格，又難以做到使產品不斷推陳出新。如何在工業產品的創造性設計中，既能有序地進行創造設計，又能傳承原有的形態風格，并快速有效地進行形態設計和形態風格傳承的評價，已成為產品造型設計領域和企業實踐中亟待解決的問題。

設計是人類為改造自然和社會而進行的構思和計劃，并將這種構思和計劃通過一定的具體手段得以實現的創造活動，其本質是創新。創新是產品造型設計的靈魂，是設計的生命，沒有創新，設計就沒有了內容。本書所述的工業產品設計創新是基于形態的視覺一致性進行的批判性繼承設計，是關于“產品設計如何能夠滿足目標市場開發的公效性要求”的創造性活動，是產品設計的深化與發展，是技術進步的必然結果，更是市場競爭的客觀需要和企業生存與發展的內在要求。本書將基于工業產品的形態特征，進行產品形態原型的建立方法及其參數與產品形態風格的關系研究，建立基于產品3D外觀模型的風格傳承分析與形態創新設計的理論和方法。研究成果將有助于企業進行產品形態的創新性設計及產品形態風格的分析評價，使設計既能保持原有造型風格，又能推陳出新，節省設計成本，延長工業產品品牌的生命力，不斷擴大產品的市場知名度。本書將達到產品造型“有序地創造”與“批判地繼承”相結合的目標，做到定量地進行產品的形態風格分析與評價，并使工業產品的創造性設計有章可循。基于產品形態風格的傳承評價模型、算法及開發的應用軟件，將便于企業理性地進行產品形態風格的分析評價及產品形態的創造性設計。因此，本書的內容對工業產品的形態創新、分析評價及企業的設計實踐指導將具有重要的理論和實際意義。1.1產品 形 態

產品形態是信息的載體，是設計師向受眾傳達思想和理念的物化，更是產品文化、身份的精神象征，是贏得受眾心理共鳴的設計語意表現形式之一。產品形態作為傳遞產品信息的第一要素，它能使產品內在的質、組織、結構、內涵等本質因素上升為外在表象因素，并通過視覺使人產生一種生理和心理過程。與感覺、構成、結構、材質、色彩、空間、功能等密切相聯系的“形”是產品的物質形體，對于產品造型而言，是指產品的外形；“態”則指產品可感覺的外觀形狀和神態，也可理解為產品外觀的表情因素。

產品形態傳承是指同一系列產品在創新設計中對已有形態的綜合繼承度，對同一品牌的系列產品來說，它是一個形態“批判繼承”的過程，是以產品物化的外象變化反映出豐富的產品語義變化，將引起受眾感受到設計風格的變化。形態設計是工業設計的重要組成部分，是最直接的人機界面設計，在質量、技術日益趨同的情況下，如何在不斷創新產品的同時，保持品牌產品的設計風格，正成為企業進行產品可持續開發的重要課題。