面向用戶協(xié)同的工程設計理論及方法研究.pdf

1、本研究屬于工程設計方法領域，提出了一套面向用戶協(xié)同且易于一般工程技術人員掌握的設計理論和方法，探討了用戶分別作為使用者、資源提供者以及設計人員如何理解設計流程、掌握設計方法并參與到設計過程中。
　　本文提出了以一般工程技術人員主導、理解用戶和用戶參與為核心的工程設計方法的概念，在此基礎上建立了一套設計方法體系，并且通過大量沒有工程設計經(jīng)驗人員參與的實例證明了這套方法的可行性和有效性。論文首先論述了學術界和企業(yè)界關于產(chǎn)品創(chuàng)新模式、設

2、計理論的研究以及發(fā)展趨勢，諸多著名企業(yè)已經(jīng)向創(chuàng)新的民主化、開放創(chuàng)新、用戶合作創(chuàng)新等新型創(chuàng)新模式轉(zhuǎn)型，在管理學領域已經(jīng)有很多研究的基礎，從事一般設計理論和設計方法的學者對用戶參與協(xié)同設計這種新的設計形式也開展了若干理論和實證研究，工程設計領域的研究學者們也利用數(shù)量經(jīng)濟學等手段和工程學方法相結合將用戶需求、偏好和效用等融入工程設計的研究中。介紹了用戶協(xié)同設計的基本定義和內(nèi)涵，在此基礎上通過完整的理論框架表示了論文各部分內(nèi)容之間的邏輯體系關系

3、，并陳述了論文的基本內(nèi)容。
　　論文主要研究內(nèi)容部分按照一般工程設計的過程進行組織，從用戶需求的獲取和分析出發(fā)展開，而后對確定擬開發(fā)的產(chǎn)品功能，通過產(chǎn)品的結構進行分析得到可行的設計方案或生成更多的創(chuàng)新方案。另外，為了解決用戶參與帶來的工程復雜性，還從系統(tǒng)集成和優(yōu)化角度提出了通過工程域和用戶域協(xié)同得到最合理的方案配置，以及成本分析和產(chǎn)品設計資源優(yōu)化的具體理論模型。具體研究工作介紹如下:
　　(1)工程設計始于需求，以用戶為中心

4、提出了三個有效獲取和分析需求的方法。傳統(tǒng)的定性需求分析方法及定量需求分析方法對用戶參與的設計過程同樣有效，同時還重點論述了基于產(chǎn)品使用過程的情境分析方法，即從用戶、環(huán)境、任務和產(chǎn)品四個方面對與產(chǎn)品有關的要素進行影響程度分析，以此確定產(chǎn)品的需求的優(yōu)先次序和產(chǎn)品的開發(fā)策略。
　　(2)功能決定了方案結構可能性，也影響了產(chǎn)品的價值和用戶接受的可能性，在此提出了三種不同情形下的功能分析方法:對于簡單結構的產(chǎn)品通過情境分析可以直接得到產(chǎn)品的

5、特征和可能的結構形式;對于復雜產(chǎn)品可以通過功能—狀態(tài)—行為—結構逐級映射分析的方法得到產(chǎn)品的結構形式;而對于市場上比較成熟且存在競爭的產(chǎn)品則可以利用數(shù)量經(jīng)濟學領域的效用分析方法通過量化分析得到產(chǎn)品的結構特征參數(shù)與和用戶選擇之間的關系。
　　(3)從用戶角度看，方案是最佳體驗過程的體現(xiàn)形式，行為故事流方法可以對產(chǎn)品完整的體驗過程進行分析，確保產(chǎn)品在使用過程中的邏輯合理性，同時也可以更好地理解和比較現(xiàn)有方案和擬開發(fā)方案。通過產(chǎn)品在使用

6、過程的狀態(tài)和運動學特性分析可以得到可行的機構形式，再通過實際工作條件的約束和結構優(yōu)化可以得到符合工作要求的具體方案?？赏貙W中的物元、事元、關系元和一般人理解機械產(chǎn)品的零部件、運動形式和裝配關系的思路是一致的，可以從產(chǎn)品裝配的角度通過可拓變換方法提出更多創(chuàng)新的設計方案形式。
　　(4)通過用戶域、設計域和系統(tǒng)域之間的協(xié)同優(yōu)化可以從系統(tǒng)的角度確定合理的參數(shù)水平和滿足市場需求的方案組合;設計組織者可以通過成本分析和優(yōu)化決策方法可以從全局

7、控制和分配產(chǎn)品的開發(fā)成本;針對用戶參與到產(chǎn)品設計過程中使得產(chǎn)品開發(fā)相關資源的組織更加復雜，提出了可以在自律計算環(huán)境下實現(xiàn)這種資源的優(yōu)化，除資源自身的價值外，還考慮了資源之間相互轉(zhuǎn)化的價值，從而可以減少產(chǎn)品開發(fā)的成本。
　　與理論相闡述對應的證明實例包括自膨脹封隔器、替代逃生錘的開窗器、新型座便器、多功能家具、電動自行車、機器人等，在這些例證中的用戶角色主要是由沒有接受過相關工程專業(yè)的課程教育、更是沒有設計方法基礎的一二年級本科生甚