本书是工业设计领域关于协同创新、数字建模的著作。

 

　　在全球范围内激烈的市场竞争环境中，产品创新已经成企业最主要的经济增长方式之一，是企业建立核心竞争力的关键性因素。激烈的市场竞争使得产品创新周期变得越来越短，产品创新速度变得越来越快，同时由于产品创新具有较高的风险性和不确定性，使得企业面临着前所未有的创新压力与创新风险。协同产品创新作为一种新型的创新模式，能够充分利

　　用创新主体的创新经验与创新知识，有助于提升企业的产品创新能力，因此越来越受到企业界和学术界的广泛关注。在协同产品创新过程中，概念设计是最为活跃、最富于创造性的引导性设计前端，是构建整体性框架式创新设计方案的关键阶段。面向协同产品创新中的概念设计，目前尚未检索到针对于此的系统性研究成果，因而对其研究具有重要的理论价值和实践指导意义。

　　有鉴于此，本文在深入研究协同产品创新等相关理论的基础上，针对协同产品创新中概念设计过程建模及关键技术进行了深入研究，主要的研究内容包括以下几个部分：

　　第一，研究了协同产品创新中概念设计的过程模型。首先，系统分析了产品概念设计的基础理论，包括基本定义与基本过程。其次，深入研究了协同创新主体的基本类型与协同创新组织的基本特征，并进一步分析了协同产品创新中概念设计的基本特征；进而建立了协同产品创新中概念设计的基本框架。在此基础上，构建了协同产品创新中概念设计的过程模

　　型，为后续研究内容奠定了理论基础。

　　第二，研究了协同产品创新中概念设计的目标体系构建方法。首先，通过系统性研究多创新主体的“推动型”与“拉动型”创新需求，构建了协同产品创新中概念设计目标体系的基本框架；此基础上，提出了协同产品创新中概念设计目标重要度的三阶定量确定方法，该方法融合了AHP与熵值法相结合的主客观赋权法、多粒度非平衡语义决策方法等，对协同产

　　品创新中概念设计目标重要度进行准确量化。最后通过实例验证该方法的可行性与有效性。

　　第三，研究了协同产品创新中概念设计的方案评价模型。遵循科学性与系统性相结合、联系性与层次性相适应、目的性与可行性相统一的原则，建立了一套系统性、层次性、合理性的概念设计方案评价指标体系。在此基础上，构建了基于R-A-WNN的协同产品创新中概念设计的方案评价模型。首先，运用粗糙集理论(RST)对评价指标进行预处理，降低了评价指标及其数据的冗余度；其次，基于小波神经网络(WNN)构建了概念设计方案评价的基本网络模型，并利用蚁群算法模型(ACO)对其中的网络参数进行同步优化。最后，通过实例验证了该评价模型的可行性与实用性。

　　第四，研究了协同产品创新中基于参数驱动的概念设计方案优化方法。首先，结合协同产品创新概念设计的特点，对方案参数优化问题进行了系统描述；其次，构建了基于QFD的协同产品创新中概念设计的方案参数优化模型，该模型充分利用协同创新主体的创新知识和创新经验，解决了创新期望与概念设计方案参数之间的复杂多维映射问题。最后，将该模型应用于实例，确定出具有最大满意度的概念设计优化方案，验证了该优化方法及数学模型的有效性与可行性。

　　第五，研究了协同产品创新中基于智能重组的概念设计方案优化方法。首先，为科学定位分角色创新主体所提创新方案中的创新点，系统研究了产品创新的基本类型，包括基本创新、重要创新、关键创新与简单创新，并提出了其分类方法；其次，为定量化描述不同创新点的创新程度，提出了基于粗糙集理论的创新性评估方法；在此基础上，提出基于智能重

　　组的概念设计方案优化方法，以满足协同创新主体的特定创新需求。最后，通过实例验证了该方法的可行性与有效性。

第1 章绪论………………………………………………………………001

1.1 研究背景及意义…………………………………………………001

1.1.1 研究背景…………………………………………………001

1.1.2 研究意义…………………………………………………003

1.2 国内外研究现状…………………………………………………005

1.2.1 协同产品创新的研究现状………………………………005

1.2.2 协同创新中概念设计的研究现状………………………014

1.2.3 国内外研究现状总结……………………………………018

1.3 研究目的及课题来源……………………………………………020

1.3.1 研究目的…………………………………………………020

1.4 各章内容……………………………………………………021

1.5 本章小结…………………………………………………………024

第2 章协同产品创新中概念设计的过程模型研究………………………025

2.1 产品概念设计的基础理论………………………………………025

2.1.1 产品概念设计的基本定义………………………………025

2.1.2 产品概念设计的基本过程………………………………026

2.2 协同产品创新中概念设计基本内涵……………………………029

2.2.1 协同创新主体的基本类型………………………………029

2.2.2 协同创新组织的基本特性………………………………032

2.2.3 协同产品创新中概念设计基本特征……………………034

2.3 协同产品创新中概念设计过程模型构建………………………037

2.3.1 概念设计的基本框架……………………………………037

2.3.2 概念设计的技术路线……………………………………039

2.3.3 过程建模的基本原则……………………………………043

2.3.4 过程模型构建……………………………………………043

2.4 本章小结…………………………………………………………051

第3 章协同产品创新中概念设计的目标体系构建研究…………………052

3.1 目标体系的基本框架……………………………………………052

3.1.1 创新需求分析……………………………………………052

3.1.2 创新目标体系框架………………………………………058

3.2 目标重要度的三阶定量分析……………………………………061

3.2.1 目标重要度的定量分析过程……………………………061

3.2.2 第一层目标基本重要度的确定…………………………065

3.2.3 第二层目标基本重要度的确定…………………………066

3.2.4 目标重要度的修订………………………………………068

3.3 案例研究…………………………………………………………069

3.3.1 确定第一层目标基本重要度……………………………070

3.3.2 确定第二层目标基本重要度……………………………071

3.3.3 修订目标重要度…………………………………………073

3.3.4 讨论………………………………………………………074

3.4 本章小结…………………………………………………………075

第4 章协同产品创新中概念设计方案的评价研究………………………077

4.1 问题描述…………………………………………………………077

4.2 评价指标体系的建立……………………………………………083

4.3 基于粗糙集的评价指标的预处理方法…………………………085

4.3.1 评价指标的混合量化……………………………………085

4.3.2 评价指标的预处理………………………………………086

4.4 概念设计方案的R-A-WNN评价模型…………………………088

4.5 案例研究…………………………………………………………093

4.6 本章小结…………………………………………………………097

第5 章协同产品创新中基于参数驱动的概念设计方案优化研究………098

5.1 问题描述…………………………………………………………098

5.2 质量功能配置（QFD）理论………………………………………101

5.2.1 基本概念…………………………………………………101

5.2.2 实现工具…………………………………………………101

5.3 基于QFD的方案参数优化模型过程分析………………………103

5.4 基于QFD的方案参数优化模型构建……………………………106

5.4.1 目标函数的建立…………………………………………106

5.4.2 协同创新期望重要度的计算……………………………107

5.4.3 创新主体满意度的计算…………………………………109

5.4.4 约束条件的确定…………………………………………109

5.5 案例研究…………………………………………………………113

5.5.1 确定协同创新期望及其权重……………………………113

5.5.2 确定方案关键参数………………………………………113

5.5.3 协同创新主体提出参数参考值…………………………113

5.5.4 创新主体满意度的计算…………………………………115

5.5.5 确定关联性与自相关性…………………………………115

5.5.6 优化结果…………………………………………………119

5.6 本章小结…………………………………………………………121

第6 章协同产品创新中基于智能重组的概念设计方案优化研究………122

6.1 产品创新的基本类型研究………………………………………122

6.2 创新类型的确定…………………………………………………125

6.2.1 识别创新类型……………………………………………125

6.2.2 预测市场满意度…………………………………………126

6.2.3 确定创新类型………………………………………………127

6.3 创新性的定量评估………………………………………………128

6.3.1 粗糙集理论………………………………………………128

6.3.2 基于粗糙集的创新性定量评估方法……………………130

6.4 基于智能重组的概念设计方案优化方法………………………133

6.5 案例研究…………………………………………………………137

6.5.1 构建备选创新点的集合…………………………………137

6.5.2 创新类型的确定…………………………………………138

6.5.3 创新性的定量评估………………………………………140

6.5.4 产品创新概念设计方案的智能重组……………………144

6.6 本章小结…………………………………………………………145

第7 章总结与展望…………………………………………………………147

7.1 总结………………………………………………………………147

7.2 研究展望…………………………………………………………149

致谢………………………………………………………………………151

参考文献……………………………………………………………………154