技术创新概念篇（1）

中图分类号：TH-39 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（c）-0041-01

机械电子学自从20世纪70年代诞生至今，历经了差不多40个年头，在科学水平的不断发展的同时，人们对于机电产品的需求也随之逐渐增加。在需要企业具有快速创新研发新产品能力的时代大环境下，概念设计技术的应用越来越普遍，不但在汽车等高档奢侈品上得以应用，在机电系统上的概念设计也越来越受到大家的青睐。因此，不仅要清醒地认识到机电系统概念设计技术研究的背景，还要深刻理解机电系统和概念设计技术的具体内容，同时，对机电系统概念设计技术的应用特点进行一定的探析。

1 机电系统概念设计技术与应用的研究背景

就机电系统概念设计技术与应用的研究背景而言，包括技术支持和机电产品需求两个方面。具体来说，一方面，鉴于机械电子技术、传感技术，以及计算机信息技术的持续发展，为机电系统的探索和应用提供了技术方面的大力支持。另外，人们对机电产品的需求和种类日益增多，然而，整个社会对机电产品的实际需求的变化速度无法与其产品的设计速度相适应。因此，机电系统的设计是机电产品的研发进程中的重要环节之一，而机电系统的概念设计更加是极具创造性的重要阶段之一。另一方面，由于当今世界，科学技术日新月异，新产品更新换代的速度明显加快，现代市场的产品竞争日趋激烈，对于机电系统的设计的要求将更加严格，对于机电系统的设计师而言，除了以往常用的适应性设计及变形设计，机电系统的创新性设计的任务已经迫在眉睫。面对严峻的挑战，应当明白机电系统产品创新的关键所在，清晰地认识到机电系统概念设计技术的重要性。

2 机电系统以及概念设计的内涵

2.1 机电系统的内涵

机电系统，也是机电一体化系统，它一般是指几厘米以下，甚至更加小尺寸的小型装置，主要由传感顺、执行器，以及微能源等组成，实际上是一个相对独立的智能系统，在电子和机械等各个领域有着非常广泛的应用。对于机电系统的具体内涵，其实有很多不同版本的理解，有的认为，机电系统是一种将机械设备、电子装置和各种软件等有机结合而组成的应用系统；有的认为，机电系统是一种主要由计算机信息网络协调并控制的，以此来实现机械力、运动和能量流等多动力学任务，同时，将机械和机电的各个部件相联系的系统；有的认为，机电系统是一种将多种不同技术，比如，机械电工、电子光学等组合而成的系统。而在我国普遍将机电系统定义为是机电一体化技术（包括精密机械技术、伺服传动技术、传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术，以及系统总体技术）与机电一体化产品的合称。

2.2 概念设计的内涵

众所周知，产品设计是一项非常复杂的工作，就其具体的过程而言，虽然国际上有诸多论述，众说纷纭，但是无论是哪一种说法，得出的总结就是产品设计涉及到两个重要的设计阶段，也就是概念设计与详细设计。而概念设计的内涵主要包括这样几个方面：首先，功能创新；其次，功能分析和功能结构图设计；再者，工作原理解的搜索和确定；最后，功能载体方案构思和决策。因此，概念设计在产品设计的整个过程中占据着重要地位，发挥着不可替代的作用，如果概念设计做好了，产品设计的整体水平才能达到一定的高度。此外，机电系统的概念设计运用到多个学科范畴的知识，其体现了设计的高度艺术性、创新性，以及综合性。

3 机电系统概念设计技术的应用特点

3.1 创新性

我国一直致力于建设创新型国家，培养创新型高新技术人才，对于“创新”一词的高度重视是当今社会的必然要求，而对于机电系统概念设计技术而言，创新性更是机电系统概念设计技术的精髓和灵魂，如果要适应时展的要求，满足用户对机电产品的日益增长的要求，就要很好地体现机电系统概念设计技术的创新性特点，只有不断地对机电系统进行创新的概念设计，才能够打造出能够让机电产品的用户感到满意并且适用的新产品。因为机电系统本身就是一个相对比较繁杂的综合性系统，所以，机电系统概念设计技术上所体现出来的创新可以是不同层面的，比如，机电系统的结构的完善和更换等等。无论是哪个方面的创新，都直接对机电系统的整体的创新有很大的影响。因此，机电系统概念设计技术的创新性特点是不可忽视的。

3.2 多样性

除了创新性的特点以外，机电系统概念设计的另一个比较重要的特点就是它所体现出来的多样性。无论是机电系统概念设计的手段的多种多样，还是机电系统概念设计的设计方案的丰富多样，都在一定程度上反映了机电系统概念设计在市场需求、工作原理，以及产品形态等多个方面的多样化。不但布局不同会体现多样化，而且设计思路不同也会加强多样化的显现。

4 结语

总而言之，从长远的角度来看，机电系统的快速发展和更新换代都离不开概念设计技术的应用。就目前的情形而言，机电系统概念设计技术的使用早就已经在世界范畴内得到了大家的普遍认可和推崇，作为产品设计的重要环节，概念设计是整个产品设计的过程中最不可或缺的一个阶段。在某种程度来说，概念设计阶段在产品的生命周期里发挥着决定性的作用，产品特征多半通过概念设计阶段的内容来决定，同时，概念设计也是市场及企业间的角逐竞争的关键因素。上述内容通过对机电系统概念设计技术与应用的研究背景的分析，在深入理解相关概念的基础上，对其应用特点等进行探析对该领域的发展具有一定的参考价值。

参考文献

[1] 程志刚，李瑞琴，董亚峰，等.机电一体化产品概念设计理论现状与展望[J].中北大学学报，2006，27（1）：18-22.

[2] 霍志璞，黄克正，艾兴.机电系统概念设计自动化中的一体化理论探讨[J].机电一体化，2005（3）.

[3] 邹光明.机械产品概念设计建模及求解策略的研究[D].武汉：华中科技大学，2005.

[4] 张建明，魏小鹏，张德珍.产品概念设计的研究现状及发展方向[J].计算机集成制造系统-CIMS，2003，9（8）：613-620.

技术创新概念篇（2）

中图分类号：TB47 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 22-0000-01

一、引言

当今世界，工业设计水平的高低是衡量国家和地区工业创新能力和竞争能力的重要指标。工业设计中人们运用科技知识和方法，创造构思出各种各样的产品，几乎涉及到人类活动的全部领域。概念设计作为工业产品设计过程中的关键环节，越来越受到人们的重视。

二、工业设计领域中的概念设计

（一）工业设计

工业设计（Industrial Design，简称ID）又叫工业造型设计。当今世界各国已将工业设计作为本国的基本国策，成为促进经济快速发展的一项重要措施。日本依靠工业设计为研发方向，开发出轻薄短小、设计新颖、符合用户审美观念的商品，从而使其立足于竞争激烈的国际市场。一个国家或者企业的工业设计水平直接决定了其新产品能否被社会、被市场、被消费者所接受。

（二）工业产品概念设计

随着工业生产的发展，设备和产品的功能与结构日趋复杂，产品设计在整个生命周期内占有越来越重要的位置。概念设计具有十分广泛而深刻的内涵，我们不能将其简单地理解为过去的方案设计。概念设计的过程是一个发散思维和创新设计的过程，是一个满足各项指标的过程，并且当存在多种备选方案时，通过概念设计这一环节可以给出一个最优的方案。在概念设计的设计过程中，要求设计人员具备先进制造技术、现代设计方法、专业理论、商用运作等方面知识。

（三）概念设计作用和特性

概念设计的最主要作用在于产品设计的创新，如果没有新的创意，概念设计也就失去了它的意义；概念设计具有提升企业形象的作用，因为它可以代表未来产品的流行趋势，具有一定的超前性，使人很容易联想到设计它的企业所具有的产品研发实力，所以有些企业开发概念产品用于企业的广告宣传，以达到提升企业整体形象的目的；概念设计还有方便企业内部各部门在新产品上市前的协调与沟通的作用，从而降低新产品开发的风险。

概念设计具有如下特性：（1）创新性。概念设计真正灵魂是创新。提高企业以及设计人员的创新能力才有可能得到、结构新颖、性能优良的工业产品，从而提高用户支持率，为企业创造效益。（2）层次性。对于概念设计的层次性主要体现在下述两个方面：功能层以及载体结构层是概念设计的作用对象，并且在物理结构层上完成映射。例如，功能层上功能有功能定义以及功能分解，而结构层上的功能包括结构修改、结构变异，由于存在的映射关系，将两层联系在一起；功能层和结构层上存在相对独立的层次关系。结构的层次性受功能的层次性限制，不同层次的功能对应着不同层次的功能。例如，功能从某一个层次向其下一个递进就是功能分解。（3）多样性。产品多样性的设计路径以及设计结果充分体现了多样性的概念设计。根据定义功能、分解功能以及工作原理的不同，会产生完全不同的设计思路和设计方法，从而在功能载体的设计上产生完全不同的解决方案。例如变速器的设计有两种完全不同的设计结果，即手动式和自动式。

三、概念设计三要素

当完成概念设计初步工作时，还要考虑能否进行详细的制造设计以及日后能否投入市场为企业带来经济效益等方面因素。设计师设计出来的概念产品与市场也许有许多差距，如何缩短这样的差距，解决这样的难题，最关键的是要具有创新点，能被市场上的消费者接受。所以，本文提出概念设计的三要素为创新性技术、创造性思维以及计算机虚拟现实技术在设计过程中的应用。

（一）创新性技术

概念设计中技术创新是指由于现有产品不能满足用户的需求，激发设计者发现新事物、提出新思想，从而产生新颖的构思与创见。单纯的技术创新毫无意义，当技术与产品结合在一起，才会创造出其应有的经济效益。所以，产品设计初级阶段就要进行技术创新。

（二）创造性思维

创造性思维，是一种具有开创意义的思维活动，即开拓人类认识新领域、开创人类认识新成果的思维活动。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。在工业设计中，设计人员要以感知、思维、思考、联想、理解等能力为基础，善于捕捉思维的闪光点，合理大胆的联想，这样才有可能设计出独特、新颖、有创意的产品。

（三）计算机虚拟现实技术的应用

目前，计算机辅助设计已经深入发展并得到广泛应用，如果仅仅依靠设计人员进行概念设计，将会制约它的进展和应用。为了充分发挥设计人员的创造性，将虚拟现实技术引入计算机辅助设计系统，将概念设计和虚拟现实技术有效结合，利用丰富直观地交互手段，在虚拟环境中进行概念设计。如采用“头脑风暴法”进行方案创意，可以针对不同的用户需求，在不同的虚拟环境中融入体验设计思想，让用户可以体验修改模型的感受，从而根据用户的“真实”感受和建议，对模型进行更加合理的修改及完善，达到最优化的目的。

四、小结

产品体现着用户对某些功能的需求，产品设计的目的就是实现产品的功能，而功能的载体是产品的物理结构。作为设计者要驾驭物理产品结构与功能两者之间的关系，使其能更好的表达给用户。这就是概念设计所要解决的问题。概念设计是产品设计中最重要的一环，也是提高产品质量、降低成本和提高企业竞争力的主要手段。为改善我国工业设计落后、缺乏竞争力的被动局面，必须重视产品的概念设计。

参考文献：

[1]刘艳.浅谈工业产品概念设计[M].安阳：安阳工学院学报，2006，10（5）.3-4页.

技术创新概念篇（3）

在金融危机袭卷全球，“自主创新、建设创新型国家”的热潮在全国上下奔涌之时，由于相关的理论研究和政策文件对“自主创新”缺少本源意义上的完整表述，导致对这一概念的诠注与解读至今仍然处在“盲人摸象”、“各取所需”的状态。为了形成对此问题讨论的共同平台与基础，避免学术争论与政策研究中出现“鸡同鸭讲、各唱各调”的混乱现象，更好的推动“自主创新”国家战略的贯彻与实施，笔者认为有必要对“自主创新”这一概念的背景、内涵及外延进行重新讨论和界定。

一、“自主创新”的相关概念：创新、技术创新与国家创新体系

正确的理解“自主创新”，首先需要明确与之相关的三个概念，即“创新(Innovation)”、“技术创新(technology Innovation)”和“国家创新体系(National Innovation System、简称NIS)”。

“创新”一词源于古拉丁语“Innovore”(即“更新，创造新的东西或改变”)。1912年，美籍奥地利经济学家约瑟夫・熊彼特(J.A.Schumpeter，1883～1950)在其著名的《经济发展理论》一书中，首次赋予了“创新”以现代意义上的经济学内涵：即“创新”是指生产函数或者供给函数的变化，是生产要素和生产条件的“新的组合”，是企业家最重要的职能和经济发展与变革的内在驱动力。熊彼特还曾反复强调：“创新”可以基于“发明”或“试验”，但只要“发明”或“试验”“还没有得到实际上的应用，那么在经济上就是不起作用的。”创新“根本不一定必然是任何一种的发明，”如果将创新等同于发明和实验，不仅“是不适当的，并且还可能引起莫大的误解”。

熊彼特之后的“创新”研究，形成了两条相对独立的研究路线：一个是以曼斯菲尔德(EdwinMansfield)、卡米恩(Modon.I.Kanmlen)、施瓦茨(Nancy.L.Schwartz)、门斯(G.Mensch)和斯通曼(P.Stoneman)等为代表的，以技术创新和技术扩散为主体研究内容的“技术创新经济学”，另一个是以戴维斯(Lance.EDavis)、诺思(Douglass.C.North)和拉坦(V.W.Ruttan)等为代表的以组织创新和制度创新为主体研究内容的“制度创新经济学”。2004年，在《加强发展中国家的创新：一个概念性框架》一文中，世界银行知识与发展部研究员奥博特(Jean.EricAubert)综合了上述二派学者的观点，明确的指出：“创新”这一概念不仅包括“技术创新”，即新技术产品或服务在经济领域的扩散；相应地，“创新”还包括“非技术形态的创新”，如“组织创新”。奥博特还对“技术创新”的全球化背景给予了特殊的重视和关注。他认为，“技术创新”在全球化的视角下可以有三种不同的形式：一是“技术采用”，即创新的方式是针对全球或地方的技术改进及采用；二是“技术改进”，即创新的方式是在对现有技术进行调整的基础上参与竞争；三是“技术创造”，即创新的方式是在全球的意义上进行技术的设计和生产。

“国家创新体系”是二十世纪八十年代产生的一个新概念。1985年，丹麦学者郎德沃尔(Bent-AkeLundvall)在《产品创新：用户――生产者之间的相互作用》一书中，融合了德国经济学家李斯特的“国民经济体系”和熊彼特的创新思想，首次提出了关于“国家创新体系”的概念。随后，费里曼(C.Freeman，1987，1988)、艾德奎斯特(C.Edquist,1988)、郎德沃尔(1992)、麦凯尔维(M，McKelvy,1991)、纳尔逊(RlNelson.1993)、帕特尔和帕维特(Patel&Pavitt，1994)、波特(M.Porter，1995)等人分别从各自的研究领域进一步拓展和丰富了“国家创新体系”的概念。与学者们的研究相呼应，1994年，经济合作与发展组织(OECD)在其成员国内启动和开展了长达数十年的“国家创新体系项目”的研究，出版了大量的工作论文和国别以及综合性分析报告，使国家创新体系的概念进一步从理论研究走向政策实践。此后，世界银行(WB)、联合国贸易与发展会议(UNCTAD)、欧盟(UN)等国际组织在也都相继采用了“国家创新体系”的概念。

尽管由于“国家创新体系”本身的复杂性及国别特征(Nation-spe-cific Factors)，因而其至今尚未有明确和统一的定义，但我们仍然可以将其内涵大体归纳为以下几个主要方面：

(1)国家创新体系是由政府、企业、大学、研究院所、中介机构等为了一系列共同的社会和经济目标，通过建设性地相互作用而构成的复杂机构网络。其主要目标是启发、引进、发行与扩散新技术，创新是这个系统变化和发展的根本动力。

(2)国家创新体系的效率，取决于技术的生产者、传播者、使用者和政府机构之间的功能定位是否恰当，各主体之间的联系是否广泛与密切。因此，国家创新体系是一种有关科学技术植入经济增长过程之中的制度安排，其目标是形成科学技术知识在整个社会范围内循环流转和应用的良性机制。

(3)任何一个国家的创新体系都是政府产业政策、科技政策，教育与培训，资源禀赋，制度框架，历史文化和地理环境等“国家专有因素(Nation-specific Factors)”的内生结果，是经过长期的历史积淀形成的，因而具有独特性和路径依赖性。这些特点及路径依赖将直接影响、制约着国家创新资源整合的方式、产生着国家创新资源整合中的特殊问题。国家不同，国家创新体系的结构与特点也各不相同，因而不存在国家创新体系的最优模式。任何国家的经验，对其它国家只有借鉴意义，而无法直接照搬。

(4)国家创新体系在传统上仅由国内参与者构成，但是，随着全球化，特别是研发活动的全球化，开辟了一个可以进行资源流动和学习的新渠道，国家创新体系的界限、构成以及主要参与者的互动作用发生了变化。在一个更大、更复杂的跨国家关系中分析创新过程，越来越成为世界各国保持国家竞争力和经济持续增长的核心。

上述由“创新”到“国家创新体系”概念的演进，标志着人们对“创新”的行为、过程及其在经济发展中的作用和认识已经发生了质

的变化。“创新”不再是一个简单的从新思想的产生到科研机构的开发、中试，再由生产部门生产、营销部门营销的线性过程；它是企业内的研究开发部门、生产部门和营销部门，以及企业与企业外的研究开发机构、高等院校及其它企业互相作用的结果。不仅如此，政府、市场、金融、法律、文化等因素也都是影响创新的重要变量。因而，对创新效率的考察，必须从系统整合的角度出发，寻求创新资源的最优配置及创新制度与政策的制定和实施。

二、“自主创新”的特殊涵义：重构“中国的”国家创新体系

基于上述概念和认识，我们至少可以从以下几个方面重新讨论和界定“自主创新”的基本内涵和战略意义。

首先，“自主创新”中的“创新”二字表明，“自主创新”不仅仅是从发明创造到商业应用的经济过程，而且还是多种机构和组织相互作用的社会过程。是一个既包含“技术创新”也包括“非技术创新”在内的经济学概念。以技术创新为核心，但又强调非技术因素对创新活动的影响，“超越技术”(beyondtechnoIogy)是“自主创新”的重要特征。

其次，“自主创新”中的“自主”二字表明，技术不仅是经济的，也是政治的，一个国家只有技术独立，才有经济独立，才有政治独立。作为世界上最大的且正在加速发展的发展中国家

中国决不能依靠“他人”建立经济社会发展的技术基础。要赶上世界先进的国家，增强国际竞争力，就必须调整“知识分配力”，提高国家创新体系的能力，建立振兴经济必备的技术基础，走独立自主，不依赖于“他人”的技术进步道路。

再次，在“新技术实际上把国际化的世界放在你的桌子上，不管你的桌子在哪里”的今天，中国不仅需要有意识的摆脱由西方发达国家主导的“全球创新网络体系”的制约，保持中国在“全球创新网络体系”中“独立自主”的地位，而且更需要主动的谋求与国际社会的合作，以最有效的方式与跨国公司的“全球创新网络”以及其他国家或地区的创新体系相连接，并在与跨国公司的全球创新网络以及其他国家或地区的创新体系的重叠和互动中，使中国这一“迟到的工业化国家”迅速的接近世界范围内“海量的知识和技术”，并利用其“后发优势”缩短与先发国家间的技术差距。

最后，在经济全球化加速发展的条件下强调“自主创新”，也是国家通过政策手段弥补市场失灵，国家创新系统效率低下，激励科技发展，引导科技发展方向，使科学技术从经济过程的“外生变量”转变为经济过程的“内生变量”，促进新时期中国经济社会可持续发展目标实现的战略安排。

与上述内涵和意义形成较大反差的是，目前国内对“自主创新”影响力最大、流行最广的定义，是将《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》中的“原始创新、集成创新和消化吸收再创新”一界定为“自主创新”。这一界定，虽然正确的指出了“技术创新”是“自主创新”的核心内容，且“自主创新”不是“关门创新”，也不是“自己创新”。但是，由于该定义不仅抽掉了“自主创新”中的“自主”二字，将具有特指含义的“自主创新”泛化为一般的“技术创新”，与世界银行知识与发展部研究员奥博特在《加强发展中国家的创新：一个概念性框架》一文中提出的“技术创新”的概念完全雷同；而且还将“非技术创新”排除在“自主创新”之外，使“技术创新”与“非技术创新”在“自主创新”中的有机联系和互动作用被人为的分解和割裂。其结果，不仅有可能会使“自主创新”的国家战略在理论上产生诸多的歧义与纷争，而且还有可能会在政策实践中误导国民：或以为“自主创新”只是科技教育部门的事情，或者将“自主创新”仅作为企业、部门和地方政府“技术创新”的政治口号，甚至于还有可能将“自主创新”当成新一轮的“超英赶美”“”运动。事实上，目前国内轰轰烈烈开展的“自主创新”运动，已经或正在出现上述问题和征兆。正因为此，本文认为有必要对“自主创新”的定义进行限制，将其从泛指变为特指，以强调“自主创新”的中国含义和国家意志。即“自主创新”是指在经济全球化的条件下，国家有意识的调整“知识分配力”、重构国家创新体系的技术路径(技术发展的主动权和主导权)的国家战略；同时也是将国家创新体系能力的提高作为中国经济增长、社会可持续发展、国家安全和政治独立的重要保障的长远筹划和谋略。

技术创新概念篇（4）

中国的环境设计行业在改革开放三十年来从无到有，走过了一段东拼西凑和学习借鉴的艰难发展时期。随着经济的发展，以及高素质设计师队伍的不断成长，曾经的粗放式发展，重复建设，已经不能再适应社会需求，以设计创新谋求发展之路成为当代设计界的主旋律。在当前国家大力发展创意产业环境下，环境设计从粗放式发展转变为向创新思维要效益，在设计与教学中，探讨环境设计的创新模式势在必行。

1创意产业背景下，创新产生价值

环境设计作为创意产业的一部分，设计师必须丢弃单调的功能主义设计观，逐渐认识到产品和服务包含象征性意义和非功能性价值。借用经济学家JosephAloisSchumpeter对于创新给出的概念：“创新”（Innovation)是将原始生产要素重新排列组合为新的生产方式，以求提高效率、降低成本的一个经济过程。在JosephAloisSchumpeter经济模型中，能够成功“创新”的人便能够摆脱利润递减的困境而生存下来，那些不能够成功地重新组合生产要素之人会最先被市场所淘汰。同样，在环境设计领域中“创新”赋予环境空间前所未有的生趣和意境，发挥人们的想象力，承担起艺术“改变生活”的承诺，这种设计将是顺应时代的创新性设计，被大众所接受从而付诸实施，否则将被设计市场所淘汰。在创意产业语境下，产品的设计创新具有特殊性。一般意义上的设计创新是指充分发挥设计者的创造力，从用户的需求出发，以新的设计理念为指导，利用人类已有的相关科技成果，通过新颖的设计方法和手段，创造出全新的视觉形象，开发新的使用功能，以满足人们的物质和精神文化需求。而在创意产业语境下，设计创新的重点在于产品的非实质性品质的创新。产品的价值（价格）更多依赖于它们无可测量的非实质性品质，而不是依赖其具有的有用性（使用价值），这些非实质性品质，如风格、新颖性、商标声誉、匮乏性或“独占度”——能授予产品一种与艺术匹配的地位[1]。其中产品的风格、新颖性以及产品背后的历史文化和故事的发掘，正是设计师工作的重要内容。设计创新带来产品高附加值，增加经济效益，提升社会效益，同时在市场竞争的环境下创造无与伦比的竞争优势。设计品质的优劣与市场受欢迎程度，关键在于创新。马斯洛的“需要层次”理论表明，满足了“基本需要”后，还有“爱、友情和归属感的需要”和“尊重需要”，社会现在还能继续满足“自我实现的需要”，逐渐增加的物质生活水平促进人们来满足更高层次的需要，而设计创新就是以满足人们更高层次需要为目的。针对于产品的基本功能需求的设计，处于马斯洛的“需要层次”金字塔的底端，难以调动大众潜在的购买欲望。例如，作为满足人的“基本需要”的用餐活动的餐厅，只注重饭菜品质就可以满足人们的基本需求，但是要想满足“自我实现的需要”甚至更高层次的需要，就要诗意地把握消费者的审美心理、社会文化心理，塑造新颖的餐厅空间情境，让顾客在其中找到归属感，增加顾客的认可度，这样才有可能带来高附加值，提升餐厅的经济效益。

2概念设计是设计创新的有效方法

从总的社会层面来说，设计创新是人类的财富之源，是社会经济文化发展的不竭动力；从设计师个体来说，创新是设计师的立身之本，是设计师的核心竞争力。设计创新的重要性无需多说，我们必须找到一种行之有效的设计创新模式。在环境设计中，乃至于设计教学中，设计创新不是具体的知识，它是一种思维模式，是一种能力，记住并在实践中加以运用即可。我们必须去探求这样一套方法去应对设计项目——从客户需求出发，分析研究设计项目资料，提出问题，解决问题。概念设计正是这样一种由分析用户需求到生成概念产品的一系列有序、可组织、有目标的设计思维模式，它表现为一个由模糊到清晰、由感性到理性的不断进化的思维过程。概念设计是从设计对象的众多属性中撇开非本质属性，提取出本质属性，用某种媒介手段概括起来，并以其为主线贯穿全部设计过程的设计方法。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[2]。就环境设计而言，“概念设计”就是用视觉语言把我们对事物本质属性的认识表达出来，这种认识就是我们从事物中提炼概括出来的概念或思想。这些概念和思想也就是人们平时所说的点子、创意、想法，区别于其他领域，在室内设计中它们都要归结为视觉形态和空间语言。它们构成三维视觉形态，建构特定空间关系，形成市场价值，呼应人们高层次需求。

3概念设计的步骤

北京清尚建筑设计研究院与清华美院设计的米兰世博会中国馆，就是一个运用概念设计思维模式进行设计创新的成功案例。世博会展馆不仅引领着各个时代的建筑思潮，而且在空间和技术的创造上也一定程度地改变了人们的生活方式、空间观念和体验[3]。根据米兰世博会的场地和要求，经过综合分析，中国馆确立了以“希望的田野，生命的源泉”为主题。麦浪、田野、城市天际线等视觉形象的展现成为语言媒介的视觉形象转述，很好地体现了设计主题。最终用放样技术把田野和城市天际线相连，自然景观元素与群山型的建筑相呼应，呈现出一片壮阔的中国大地景观。同时，建筑外形提取了传统歇山式屋顶的造型元素，让中国馆打上深深的中国建筑文化烙印。在世博会的国际舞台上，其体现了中国气度，很好地展现了中国在有效利用资源和保障粮食安全方面所做的不懈努力。从米兰中国馆的设计案例中，我们可以看到以概念设计做为一种设计创新模式，在具体操作过程中可分三步走。

3.1概念的提出

概念设计的第一步是对事物作出一个既感性又理性的认识，一方面有对于场地空间的历史、现状、功能需求、技术参数的分析；另一方面，也有在空间中那回眸一望、记忆中的一份感动、使用者的生活琐事等等感性的片断和灵感的闪现，从中找出事物的本质属性，这种认识就是我们从事物中提炼概括出来的概念或思想。美国当代建筑大师斯蒂芬•霍尔在其著作《锚》中也就设计概念的提出讲到，一方面是理性思考的，即“从功能方面对场地的解析、远处的景观、日照的角度、交通的运行以及通道”；另一方面则是灵感、经验的，即“从场地的第一感觉中产生意念……赋予一个新的空间确切内涵。”概念设计的关键在于思想，对于室内设计而言，具有同样功能属性的空间不计其数，尽管现代主义大师们提出“功能决定形式”，但这些空间不可能以同样的面貌存在。不同的地点、不同人使用、不同的文化背景，以及不同的兴趣爱好，甚至一场、冬天的一缕阳光，抑或门前一棵柳树等不确定性因素，都为空间带来无数的可能性。设计者根据所掌握的各种信息，对室内空间的因素进行综合分析，明确空间定位，最终形成一个对该空间的独特认识，提炼出设计概念。

3.2．概念的转化

当对事物本质属性的认识确定下来之后，对于空间的完整认识起初可能是以文字语言这样一种媒介表述出来，也可能是文字语言与影像相结合的，最终在环境空间中都需要转换成空间语言与图形语言。概念转化的关键在于设计概念是否能够全面透彻执行下去，设计想法能否有效表达出来并适用于环境空间。在这个对接的过程中，需要平时训练有素的空间组织能力，需要对图形语言的抽象与构成能力，需要建筑史与建筑理论知识，形成该设计项目的一整套系统造型组织模式语言，用这套模式语言统筹该环境空间设计的方方面面。从设计语言学的角度说，也就是形成一个特定的句法，把这些单个设计词汇组织起来，表达一定的语义，塑造其特有的空间意境。同样的词汇由于句法不同，可以有多种语义，这正是概念设计的创新本质，是我们能够产生新形式、新语言的关键。同样是设计灵感来源于山川的视觉形态，但设计的形式语言组织方式不同，譬如说句法运用中国传统水墨山水的方式与运用立体构成的方式建构出来的空间，肯定是大相径庭、各有特色的。

3.3概念的实施

概念设计可以让设计师插上想象的翅膀翱翔在精神的世界，但要想概念设计结出硕果，那么就要在概念实施的过程中紧扣主题，始终以设计概念为中心，保持设计的独立性与完整性。在设计概念的框架下有了整体的视觉形象，让视觉形象统筹整个空间，这样就避免了设计中东拼西凑所造成的空间中各个界面形象的凌乱、不协调。概念设计要有可行性的材料和技术支持，如果现有技术不能完全支撑我们的创意，首先要想办法去解决。在弗兰克•盖里设计毕尔巴鄂古根海姆博物馆的时候，其外墙曲面在技术上是个难题，但整个项目没有为此放弃，设计者不是修改设计方案而是请技术人员设计了相关的软件，用于解决这一技术难题，从而成就了这一解构主义的建筑杰作，也让我们看到了之后一系列巨大体量的曲面有机形态建筑。如果以当时的技术无论如何跨越不了现实与想像的鸿沟，也可以做一些技术上的替换和妥协。伍重设计的悉尼歌剧院以海面上的白色风帆作为设计概念，计划把屋顶设计成壳结构，但当时的技术和资金无法完成，最终妥协，用同样形状的混凝土结构代替，最大化保持了设计概念，为世界留下了童话般的建筑并成为澳大利亚的标志性建筑。在信息化时代，强大的计算机辅助设计技术，让概念设计有更大的施展空间，为概念的表达和实施提供强大的技术支持，为设计创新提供更多可能性。

4概念设计具有可操作性

简而言之，在基于概念设计的环境设计创新模式过程中，首先，设计师从理性分析和感性的灵感闪现中确立设计主题，揭示对象的本质属性；然后，用视觉语言替换文字语言，对视觉图像和空间进行处理，形成独特的环境空间视觉语言；最终，与现有的材料技术进行整合，把概念转换为物质实体，完成现实环境空间建构。总之，概念设计模式在设计创新过程中思路清晰，具有可操作性和可推广性，如能在设计实践和教学中适当加以运用，可发挥较好的效果，大大提高设计者的设计竞争力。

作者:王莹 单位:大连大学美术学院

参考文献：

技术创新概念篇（5）

1 新及创新设计概论

创新的起源可以追溯到1912年美籍经济学家熊彼特的《经济发展概论》，书中指出：创新是把一种新的生产要素和生产条件的“新结合”引入生产体系。包括5种情况：引入一种新产品，引入一种新的生产方法，开辟一个新的市场，获得原材料或半成品的一种新的供应来源，建立新的企业组织形式。熊彼特的创新概念包含的范围很广，涉及到技术性变化的创新以及非技术的组织性创新。

融合认知心理学的产品创新设计。设计是人类征服自然改造世界的基本活动之一，是人类为满足一定需求而进行的一种创造性活动的实践过程。人类文明的历史就是不断进行设计活动的历史。产品是设计结果的物质表现。产品设计是人类创造有使用价值的创新产品的实践过程，最终表现结果就是产品模型，其过程本质在于创造与革新。概念设计是设计过程中最具创新性的阶层，而设计者本身的作用也非常重要，因此有必要构建更符合人类思维模式的创新方法，或将现有的各类创新设计方法融入概念设计过程中，充分体现概念设计阶段的创造性，支持概念创新的实现。而可使用的技术有以下：

1.会聚技术：NBIC（Nano-Bio-Info-Cogno）会聚技术是国际上近几年提出的新概念，是指几个领域的科学的融合。而其结果所产生的巨大能量是不可估量的。任何技术的两两融合、三种会聚或者四者合成，都将产生难以想象的效能。美国将会聚技术认可为推动美国经济长期繁荣和增长的关键。会聚技术发起者达成了这样一个共识：最重要的是通过纳米科技、生物技术、信息技术、认知科学的融合发展，学科之间的壁垒，使这四种技术能发出最大的潜力，所以这个技术有着许多的发展领域和巨大的发展潜力。

2.信息技术：信息是人类认识世界和改造世界的知识源泉。对人类来说，不能有效地利用信息，就不会有人类文明的演化，社会的进步和科学的发展，就不能驾驭大自然。信息技术是指在信息的产生、获取、储存、传递、处理、显示、使用等方面能够扩展人的信息器官的技术。它随着人类对外部世界的认识能力的不断提高和而逐渐由低至高发展。

3.认知科学：认知科学的产生，受到了计算机科学、语言学、神经科学等学科的影响，是关于人类心智的多学科、跨学科的合作性研究，由心理学、计算机科学、语言学、人类学、神经科学和哲学6个领域的学科组成。认知科学探索人类智力如何由物质产生，是研究人类感知和思维信息处理过程的科学，如感知、语言、学习、记忆、思维、意识，研究领域包括从感觉的输入到复杂问题的求解。这个领域是一种全新的学科，引起了全世界科学家的关注。

（二）、产品创新设计的创新设计的创造力模型：心理学领域对于创造力的定义较为一致的看法是：根据一定的目的和任务，运用一切已知的信息，开展能动的思维活动，产生某种新颖的、独特的、具有社会价值的或个人价值的产品的智力品质。这里的产品是指以某种形式存在的思维成果，既可以是一种新概念、新设想、新理论，也可以是指以某种形式存在的思维成果。

融合会聚技术思想，以产品创新设计的创造力模型为理论基础，构建产品创新设计理论框架。产品创新设计过程是借助一定的设计规则和创新策略，对某种需求功能创造性设计方案的实现过程。该过程包括认知过程信息加工、创造思维方法、问题求解步骤、创新设计过程模型等内容。根据设计问题的角度的不同，采用不同的创新策略，利用不同的创新工具和创新方法，结合各种知识信息，最终得出创新概念方案。

2 产品创新设计的认知机理

人是设计的主体，研究产品创新设计的本质规律需要从设计者的角度探索设计固有的认知规律，即认知机理。本部分主要讨论了产品创新设计的认知机理，是关于创新设计内在属性的基本研究，是构建科学、系统的设计理论，产生符合设计规律的设计方法的认知基础。本部分主要介绍产品创新设计认知的规律、模型及研究方法。

（一）、产品创新设计认知机理的科学基础：现代认知心理学的主流是以信息加工观点研究认知过程，即把人看做一个积极的知识获得者和信息加工者。可以说，认知就是信息加工。人脑是一个信息加工系统，可以对表征信息的物理符号进行输入、编码、储存、提取、复制和传递，而这一过程的完成是系列性的，不同的加工任务和加工阶段由不同的认知结构来完成，这些相对独立的认知结构类似于计算机，即可以使用若干操作来处理符号。

记忆是指存储、提取过去的经验，并将这些信息用于当前的情景，是一种动态的机制。问题解决过程可视为一种信息加工过程，问题解的产生是人脑中各种信息之间相互碰撞而产生的，其关键是信息的刺激、存储、存储提取等。按照信息加工的观点，记忆是信息的输入、编码、储存等的过程，能更全面地体现信息加工系统的工作流程。

（二）、产品创新设计的认知机理及过程模型：通过研究产品创新设计创意方案生成的认知思维过程，探索产品创意方案生成的内在机理，构建全面、系统的符合认知机理规律的模型过程，进而实现设计者认知与产品设计过程的有机结合，帮助设计者有效地完成产品创新设计过程。

3 产品概念设计过程模型

设计是一种创造性的活动，其目的是为了物品、过程、服务及其在整个生命周期中构成的系统建立起多方面。创新设计过程的本质是融入了创新要素的概念设计过程。因此，创新设计过程的研究实际是对概念设计过程的研究。该研究具有创新性、多样性和层次性的特点，通过实现用户的某种需求与使用特性来实现其价值。

（一）、产品概念设计的定义及特征：在确定任务之后，通过抽象化，拟定功能结构，寻求适当的作用原理及其组合等，确定出基本求解途径，得出求解方案，这一部分设计工作叫做概念设计，即是考]设计问题的内容，并以方案的形式提出众多的解的设计阶段，一般认为，概念设计是指以设计要求为输入，以较优方案为输出的系统所包含的创新性思维工作流程。概念设计包括两个基本过程：方案综合设计过程与方案优化评价过程。

（二）、支持产品多级创新的概念设计过程模型：概念设计的目的是实现产品的功能需求，而功能设计的核心是创新。因此，如何有效地支持产品创新设计就成为概念设计模型所优先考虑的事情。功能设计模型经历了公理化设计、系统化设计、行为辅助模型、环境约束模型和拓展环境约束模型五个阶段。

产品概念设计过程模型是根据一定的设计理念，借助某种设计策略，基于普遍的设计过程对产品设计的一般过程进行规范，为设计过程提供设计思路，从而使整个设计过程在有序合理的过程中展开。在以“产品为中心”设计思路的指导下，设计人员提出了不少产品概念设计过程模型。传统的概念设计过程的一般步骤为：首先通过市场分析确认需求，再通过概念设计将总的需求目标转化为功能上的层次结构关系，并得到满足功能要求的求解方案。

4 产品创新设计策略

创新设计就是设定一个特定的目标，然后找到达到该目标的合适路径。设计问题是多种多样的，根据设计问题类型的不同，需要采用不同的求解和创新策略以及相应的设计方法。设计问题分类及形成创新求解策略决定着产品创新效率，是创新活动中的关键环节。正确的设计策略可以加速问题的解决，而不完善的设计策略则会限制创造性思维的发挥，阻碍问题的解决。

（一）、面向问题的产品创新设计策略：面向问题的创新目标是提高现有产品或系统的性能，解决现有产品或系统中影响主要问题，朝着理想化的目标前进。在这类设计中，所要设计的产品是已经存在的，但由于产品中存在问题缺陷或者存在改进的空间，因此需要将产品的性能进一步提升或将成本进一步降低。因为这类设计问题针对的是某种具体的技术问题，所以采用的策略是解决最小化问题，解决系统中的冲突，对系统进行改造。

（二）、面向目的的产品创新设计策略：面向目的的产品创新目标是设计一个全新产品或系统，可能现有产品或系统的主要功能改进已经达到了极限，因此不局限于现有产品或系统的问题，而是跳出现有系统，思考设计最终目的的是什么。是否有其他方法可以更好的达到此目的，采用的策略是解决最大化的问题和对系统的工作原理进行改变。

总之，为了实现每个人的人生目的和国家的发展目标，必须把创新放置在最重要的位置。长期以来，我国科技活动仍未摆脱跟踪模仿的局面，自主创新结果比较少，高精尖装备仪器严重依赖进口。造成这种局面的关键因素是：对科技创新工作的重视相对不够，科学思维培育相对落后，科学技术没有获得创新方法的有效支持。所以我们必须重视科技的创新技法与创新设计。

参考文献

技术创新概念篇（6）

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

技术创新概念篇（7）

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

技术创新概念篇（8）

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

技术创新概念篇（9）

1.主动的电影数字特技创作意识

主动的创作意识是指在掌握创作手段和应用规律后,以新技术或观念为指导,在电影创作观念、表现形式、叙事风格等诸多元素的构想中主动地运用新技术,充分运用技术在视觉审美、可实现性、成本控制等方面的优势,同时能够清楚地认识技术的局限性,最大限度地发挥技术优势,完成叙事功能。纵观电影发展历史,就是一部技术与艺术的互动史。只有充分掌握艺术和技术规律的创作者,才能发挥技术的优势,甚至能巧妙转化技术的局限性,达到艺术与技术的完美结合,与此同时,也推进了技术的完善和进步。

詹姆斯·卡梅隆执导的《阿凡达》是目前电影数字特技制作最高水平的代表,从其制作过程可以看出,卡梅隆具有一种主动的电影数字特技创作意识,“用高科技讲故事”的内涵正是以科技进步所提供的新的感知形式和创作意识来完成电影叙事的思想,“对我而言,科幻的美妙其实就是真实感的诱惑,就是创建一个让观众完全沉浸其中的、细腻的,充满质感的真实世界。这些正是我想在《阿凡达》里做到的。”([美]朱迪·邓肯,《真实感的诱惑》,载于《电影艺术》2010年第2期140页)卡梅隆从剧本创作到设备创新,从3D效果到虚拟摄影,数字技术已不单是一种技术性操作,而是卡梅隆的全新的创作意识。在《阿凡达》一片中,卡梅隆的电影数字特技创作意识体现在以下几个方面:

1)“……一个伟大演员的表演和一个优秀动画师的作品是相悖的……”,([美]朱迪·邓肯,《真实感的诱惑》,149页)这的确是一语中的,说出了数字技术在模拟真人表演时的核心问题。纵观以往影片中的数字角色,大多是通过夸张的表演来表情达意,经不起特写镜头中对内心情感的揭示,因为人的表情信息太微妙了。艾伯特·麦拉宾关于人际沟通的研究表明,人们进行语言交流时,7%的信息来自对方的语言,38%来自对方的谈话方式(语气、语调等),55%来自表情。(任悦,《视觉传播概论》,中国人民大学出版社,2008年6月第一版,第4页。)可见人的表情的在传达情感时的意义,却是最难以觉察和把握的,伟大演员的魅力正在于此,也是数字角色通过夸张表演所要掩饰的。卡梅隆为了让数字女主角——纳美人妮特丽成为一名具有“真实”情感的演员,使用了Paul Ekman开发的FAC(脸部运动编码系统),对人类面部表情进行量化并将其数字化;多角度拍摄真人演员的表演和表情,实现对真人表情的模拟。可以说,这是电影史上一个伟大“演员”的诞生,数字角色的表演达到了一个新的高度,这一高度不完全是技术上的,而是艺术创作追求所造就的。

2)工欲善其事,必先利其器,创作手段和方法会改变创作意识。卡梅隆深知这一点,为了让数字镜头达到与实拍一样的镜头感,他完善了虚拟摄影技术,实现了人机一体的操作方式。同时,使得虚拟摄影可以达到实时视觉呈现,这是将人对摄影的自然反映与虚拟视觉有机结合在一起。对于创作者而言,视觉信息的实时反馈是极为重要的,这是进行高效创作时进行信息交流、激发创造力的重要条件。从这一点可以看出,卡梅隆对技术的理解是多么的深刻,敏锐地认识到技术对艺术创作的局限所在和解决方向,并努力去突破。

3)《阿凡达》中所提供的新的视觉感知是全方位的。从3D立体感、令人心仪的妮特丽、自然的数字虚拟摄影镜头,这是最新科技在影像制作领域最高水准的组合,是影视制作的新思维的具体表现,势必会带动整个电影领域内创作者的意识更新,数字技术的应用将朝着更高层次的方向发展。

2.电影数字特技的创作理念

电影数字特技创作理念是新技术条件下,电影影像观念和手段都发生了革新,尤其是技术手段改变的同时带来了创作心理和创作体验乃至影像风格、视觉表现形式、视听语言的改变。影像的完全虚拟制作和拟真效果,带来了影像表现力和表现层次的丰富,影像可以承载更多的叙事指代,影像的语意表达更精准。影像在视觉呈现上要更容易激发观众深层心理的意象,产生更为广泛的共鸣。与之相应的是,创作者在对影像的把握上更注重对人类潜在的心理探寻,充分利用心理意象在审美中的作用,展示更丰富的人类情感世界。

3.电影数字特技的可操作性

电影数字特技是依托于高技术、大投入来实现的,并且在与影片叙事风格的结合上有一定的探索性,只有把握艺术要求、技术实现和预算周期等多方面的平衡点,才能在前期的数字特技设计时根据实际情况进行视觉效果设定和方案规划。

卡梅隆在《阿凡达》的创作中,前后耗时十余年,其中的原因之一就是技术的可操作性无法达到他的期望。为此,卡梅隆进行了长期的实验和研发,并通过拍摄实践来验证其技术的实现程度,积累经验。这说明,如果创作者对技术缺乏了解和实践,不在前期构思阶段考虑技术因素,是不可能有效利用数字特技进行艺术创作的。

4.整体数字特技设计策略

随着数字特技做为一种广泛应用的影像制作技术,在电影的制作中越来越多的镜头需要进行不同类型的数字技术处理,数字特技设计的对象已不再是单一的特技镜头画面设计,而是一整套结合电影叙事风格、摄影、美术等多角度考虑的整体设计及实施方案策略。

在1933年梅里安·C·库珀和欧内斯特·B·舍德萨克执导的《金刚》中,使用了大量传统特技手段,如背景放映、模型、逐格拍摄、绘画接景等。在电影技术不发达的时代,将多种原始复杂的影像制作技术融合在一起,需要前期细致的规划和以叙事为主导的整体技术应用策略。

整体特技设计策略是宏观把握影片中的特技运用,完全从叙事角度来考虑,没有对特技的整体性思考,很难保证技术、视觉和叙事形成有机的整体,这一点在电影特技体系更为复杂化、专业化的今天,显得尤为重要。

二、从概念意象影像

概念意象影像,就是从电影数字特技设计的创作和观影心理过程来考查创作者如何构思特技镜头的画面,在对其心理过程的探究中,找到电影数字特技设计中的思维特征。

1.概念与意象

当知觉形象作用于人的感观后,形象被进行抽象处理,形成概念和意象,这是两种不同的抽象过程。概念源于一般的、逻辑的抽象形式,并进而产生符号,其特征是逻辑的,语言的,可称为“思想的图解”。意象是更为高级的抽象形式,是人的思维中进行高级运算的“筹码”,其总体特征为“总是显 得模糊、短暂、破碎和残缺不全,因而几乎不可能加以描绘”,“是包容着理解和情感倾向的复合性心理构成”,“使无数形象的浓缩、积淀”。( [美] 苏珊·朗格 着,《艺术问题》,南京出版社,2006年1月第一版,第146页)意象是人对外界信息进行主观情感性把握的高级形式,也正是视觉思维和艺术思维的运作形式,审美意象正是艺术作品的内在形式,而当这种内在形式被转化为某种外在表现形式时,就是艺术作品。优秀的艺术作品就是通过形象来传达创作者的负载着情感和信息的审美意象,并在观赏者的心中激发审美意象,调动观众的情感,因此艺术作品又被称为“有意味的形式”。( [美] 苏珊·朗格 着,《艺术问题》,第144页)

2.创作意象

德国格式塔心理学家惠特海姆在《创造性思维》一书中对与创造性思维过程有详细的论述。其中,“他提出了艺术和音乐家等创作思维的特征,在艺术创作中,人们似乎并不是首先看到问题情境中的特点和要求,反而是先模糊地感受到想要获得的结果的某些特征,并产生强烈的想要实现这一结果的冲动,……最初当目标非常模糊的时候,艺术家处于一种胶着状态,但结果的形象逐渐变得清晰,并逐步掌握各个组成部分。”(柳沙 编着,《设计艺术心理学》,清华大学出版社,2006年7月第一版,第366页)所谓的“艺术创作对于结果的那种模糊的预见”就是创作者头脑中的一种意象,上述论点说明,在艺术创作中,各种元素——情感、形式、联系、刺激、问题、经验都如同氤氲飘荡的云烟,构成一个变幻的不稳定的意象,这种意象正是艺术家对某种存在的最直接的把握,并以一种切身的情感体验和意象被获知,然后经过不断的努力和尝试,将这种意象所承载的意蕴以具体的艺术形式表现出来。

在影像制作中,创作者根据电影叙事情节的需要,运用独特的视觉思维,在头脑中运用意象进行思维,同时植入各种概念、情感和信息,以视觉形象表现出来。观众也同样是对视听刺激进行感知,并激发产生审美意象。对于数字特技设计而言,首先是通过构建虚拟影像的真实感,进而产生心理真实,充分调动观众内心中的各种视觉积淀和意象,构建虚拟影像空间概念,调动观众情绪,以此为电影叙事服务。

三 电影数字特技设计中的概念化表达

技术创新概念篇（10）

1．主动的电影数字特技创作意识

主动的创作意识是指在掌握创作手段和应用规律后，以新技术或观念为指导，在电影创作观念、表现形式、叙事风格等诸多元素的构想中主动地运用新技术，充分运用技术在视觉审美、可实现性、成本控制等方面的优势，同时能够清楚地认识技术的局限性，最大限度地发挥技术优势，完成叙事功能。纵观电影发展历史，就是一部技术与艺术的互动史。只有充分掌握艺术和技术规律的创作者，才能发挥技术的优势，甚至能巧妙转化技术的局限性，达到艺术与技术的完美结合，与此同时，也推进了技术的完善和进步。

詹姆斯・卡梅隆执导的《阿凡达》是目前电影数字特技制作最高水平的代表，从其制作过程可以看出，卡梅隆具有一种主动的电影数字特技创作意识，“用高科技讲故事”的内涵正是以科技进步所提供的新的感知形式和创作意识来完成电影叙事的思想，“对我而言，科幻的美妙其实就是真实感的诱惑，就是创建一个让观众完全沉浸其中的、细腻的，充满质感的真实世界。这些正是我想在《阿凡达》里做到的。”（[美]朱迪・邓肯，《真实感的诱惑》，载于《电影艺术》2010年第2期140页）卡梅隆从剧本创作到设备创新，从3D效果到虚拟摄影，数字技术已不单是一种技术性操作，而是卡梅隆的全新的创作意识。在《阿凡达》一片中，卡梅隆的电影数字特技创作意识体现在以下几个方面：

1）“……一个伟大演员的表演和一个优秀动画师的作品是相悖的……”，（[美]朱迪・邓肯，《真实感的诱惑》，149页）这的确是一语中的，说出了数字技术在模拟真人表演时的核心问题。纵观以往影片中的数字角色，大多是通过夸张的表演来表情达意，经不起特写镜头中对内心情感的揭示，因为人的表情信息太微妙了。艾伯特・麦拉宾关于人际沟通的研究表明，人们进行语言交流时，7%的信息来自对方的语言，38%来自对方的谈话方式（语气、语调等），55%来自表情。（任悦，《视觉传播概论》，中国人民大学出版社，2008年6月第一版，第4页。）可见人的表情的在传达情感时的意义，却是最难以觉察和把握的，伟大演员的魅力正在于此，也是数字角色通过夸张表演所要掩饰的。卡梅隆为了让数字女主角――纳美人妮特丽成为一名具有“真实”情感的演员，使用了Paul Ekman开发的FAC（脸部运动编码系统），对人类面部表情进行量化并将其数字化；多角度拍摄真人演员的表演和表情，实现对真人表情的模拟。可以说，这是电影史上一个伟大“演员”的诞生，数字角色的表演达到了一个新的高度，这一高度不完全是技术上的，而是艺术创作追求所造就的。

2）工欲善其事，必先利其器，创作手段和方法会改变创作意识。卡梅隆深知这一点，为了让数字镜头达到与实拍一样的镜头感，他完善了虚拟摄影技术，实现了人机一体的操作方式。同时，使得虚拟摄影可以达到实时视觉呈现，这是将人对摄影的自然反映与虚拟视觉有机结合在一起。对于创作者而言，视觉信息的实时反馈是极为重要的，这是进行高效创作时进行信息交流、激发创造力的重要条件。从这一点可以看出，卡梅隆对技术的理解是多么的深刻，敏锐地认识到技术对艺术创作的局限所在和解决方向，并努力去突破。

3）《阿凡达》中所提供的新的视觉感知是全方位的。从3D立体感、令人心仪的妮特丽、自然的数字虚拟摄影镜头，这是最新科技在影像制作领域最高水准的组合，是影视制作的新思维的具体表现，势必会带动整个电影领域内创作者的意识更新，数字技术的应用将朝着更高层次的方向发展。

2．电影数字特技的创作理念

电影数字特技创作理念是新技术条件下，电影影像观念和手段都发生了革新，尤其是技术手段改变的同时带来了创作心理和创作体验乃至影像风格、视觉表现形式、视听语言的改变。影像的完全虚拟制作和拟真效果，带来了影像表现力和表现层次的丰富，影像可以承载更多的叙事指代，影像的语意表达更精准。影像在视觉呈现上要更容易激发观众深层心理的意象，产生更为广泛的共鸣。与之相应的是，创作者在对影像的把握上更注重对人类潜在的心理探寻，充分利用心理意象在审美中的作用，展示更丰富的人类情感世界。

3．电影数字特技的可操作性

电影数字特技是依托于高技术、大投入来实现的，并且在与影片叙事风格的结合上有一定的探索性，只有把握艺术要求、技术实现和预算周期等多方面的平衡点，才能在前期的数字特技设计时根据实际情况进行视觉效果设定和方案规划。

卡梅隆在《阿凡达》的创作中，前后耗时十余年，其中的原因之一就是技术的可操作性无法达到他的期望。为此，卡梅隆进行了长期的实验和研发，并通过拍摄实践来验证其技术的实现程度，积累经验。这说明，如果创作者对技术缺乏了解和实践，不在前期构思阶段考虑技术因素，是不可能有效利用数字特技进行艺术创作的。

4．整体数字特技设计策略

随着数字特技做为一种广泛应用的影像制作技术，在电影的制作中越来越多的镜头需要进行不同类型的数字技术处理，数字特技设计的对象已不再是单一的特技镜头画面设计，而是一整套结合电影叙事风格、摄影、美术等多角度考虑的整体设计及实施方案策略。

在1933年梅里安・C・库珀和欧内斯特・B・舍德萨克执导的《金刚》中，使用了大量传统特技手段，如背景放映、模型、逐格拍摄、绘画接景等。在电影技术不发达的时代，将多种原始复杂的影像制作技术融合在一起，需要前期细致的规划和以叙事为主导的整体技术应用策略。

整体特技设计策略是宏观把握影片中的特技运用，完全从叙事角度来考虑，没有对特技的整体性思考，很难保证技术、视觉和叙事形成有机的整体，这一点在电影特技体系更为复杂化、专业化的今天，显得尤为重要。

二、从概念意象影像

概念意象影像，就是从电影数字特技设计的创作和观影心理过程来考查创作者如何构思特技镜头的画面，在对其心理过程的探究中，找到电影数字特技设计中的思维特征。

1．概念与意象

当知觉形象作用于人的感观后，形象被进行抽象处理，形成概念和意象，这是两种不同的抽象过程。概念源于一般的、逻辑的抽象形式，并进而产生符号，其特征是逻辑的，语言的，可称为“思想的图解”。意象是更为高级的抽象形式，是人的思维中进行高级运算的“筹码”，其总体特征为“总是显得模糊、短暂、破碎和残缺不全，因而几乎不可能加以描绘”，“是包容着理解和情感倾向的复合性心理构成”，“使无数形象的浓缩、积淀”。（ [美] 苏珊・朗格 著，《艺术问题》，南京出版社，2006年1月第一版，第146页）意象是人对外界信息进行主观情感性把握的高级形式，也正是视觉思维和艺术思维的运作形式，审美意象正是艺术作品的内在形式，而当这种内在形式被转化为某种外在表现形式时，就是艺术作品。优秀的艺术作品就是通过形象来传达创作者的负载着情感和信息的审美意象，并在观赏者的心中激发审美意象，调动观众的情感，因此艺术作品又被称为“有意味的形式”。（ [美] 苏珊・朗格 著，《艺术问题》，第144页）

2．创作意象

德国格式塔心理学家惠特海姆在《创造性思维》一书中对与创造性思维过程有详细的论述。其中，“他提出了艺术和音乐家等创作思维的特征，在艺术创作中，人们似乎并不是首先看到问题情境中的特点和要求，反而是先模糊地感受到想要获得的结果的某些特征，并产生强烈的想要实现这一结果的冲动，……最初当目标非常模糊的时候，艺术家处于一种胶着状态，但结果的形象逐渐变得清晰，并逐步掌握各个组成部分。”（柳沙 编著，《设计艺术心理学》，清华大学出版社，2006年7月第一版，第366页）所谓的“艺术创作对于结果的那种模糊的预见”就是创作者头脑中的一种意象，上述论点说明，在艺术创作中，各种元素――情感、形式、联系、刺激、问题、经验都如同氤氲飘荡的云烟，构成一个变幻的不稳定的意象，这种意象正是艺术家对某种存在的最直接的把握，并以一种切身的情感体验和意象被获知，然后经过不断的努力和尝试，将这种意象所承载的意蕴以具体的艺术形式表现出来。

在影像制作中，创作者根据电影叙事情节的需要，运用独特的视觉思维，在头脑中运用意象进行思维，同时植入各种概念、情感和信息，以视觉形象表现出来。观众也同样是对视听刺激进行感知，并激发产生审美意象。对于数字特技设计而言，首先是通过构建虚拟影像的真实感，进而产生心理真实，充分调动观众内心中的各种视觉积淀和意象，构建虚拟影像空间概念，调动观众情绪，以此为电影叙事服务。

三 电影数字特技设计中的概念化表达