了得網工業技術_工業產品形態創新設計與評價方法

\\\\\\\\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，但並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**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於不敗之地。因此，研究工業產品的形態風格傳承理論和方法，並在此基礎上進行產品創新設計，無疑對我國產品在**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，不利於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，並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，並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於形態的視覺一致性進行的批判性繼承設計，是關於“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，*是市場競爭的客觀需要和企業生存與發展的內在要求。本書將基於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繫研究，建立基於產品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。研究成果將有助於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，並使工業產品的創造性設計有章可循。基於產品形態風格的傳承評價模型、算法及開發的應用軟件，將便於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，*是產品文化、身份的精神像征，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**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像因素，並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、功能等密切相聯繫的“形”是產品的物質形體，對於產品造型而言，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繫列產品在創新設計中對已有形態的綜合繼承度，對同一品牌的繫列產品來說，它是一個形態“批判繼承”的過程，是以產品物化的外像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*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。
作為人造形態的不同產品，對於我們的視覺感官都有其不同的感受，產品形態都具有某種特定表情的模樣，不同的產品，它所呈現的表情模樣也不一樣。而當我們接觸不同表情模樣的產品時，在生理上和心理上也都會因此而產生不同的反應。
產品設計中，要賦予產品何種性格的表情，就要在形態上有所表現。設計的過程，是將*終的設計思想以實體形式要素表現，即通過創意，將信息視覺化，並用產品實物形式加以體現，達到表達設計創意的目的。因此，形態在產品設計中主要是指視覺形態，也包括觸覺、聽覺、感覺等。這個形態是與內在質量相吻合，使生產者和使用者同時得到滿足的形態。產品形態作為傳達產品信息的要素，能使產品內在的品質包括構成元素、意指內涵等，甚至工作原理、構造等技術因素表現為外在的表像因素，並與感覺、構成、結構、材質、色彩、空間、功能等密切聯繫，通過視覺而使人產生一種生理和心理過程。從一定意義上說，產品設計是作為藝術造型而存在和被感知的一種“形式賦予”的活動，形的建構是美的建構，而產品形態設計又受到材料、結構、工程、生產條件等多方面的限制。設計師隻有對科學技術和藝術進行**整合，纔能創造出豐富多樣的產品。設計師利用特有的造型語言，準確地把握“形”和“態”的關繫，借助產品的特定形態向外界傳達自己的思想與理念，纔能求得情感上的廣泛認同。
1.2形態創新與評價方法〖1*2〗1.2.1形態創新形態創新是產品創新*直接的體現方式，也是企業在激烈市場競爭中謀求生存和發展的主要途徑和首要方法。產品形態創新設計技術不僅可以幫助設計師快速完成創新方案、優化設計過程，還能拓展設計內涵和設計理論體繫，主要內容包括形態創新設計技術和形態創新設計表現技術兩大體繫。成功、經典的產品形態設計對以後的產品設計將產生深遠的影響並被沿用下去，這就是形態創新設計技術中的“沿用設計技術”，它包括模仿設計、移植設計、替代設計、專利應用設計等。隨著知識的不斷積累和交叉學科的日益增多，創新設計技術正朝著多元化、理論化、創新化的方向發展，產生了基於形態原型(formprototype)、TRIZ法(theory of inventive problem solving)、QFD(quality function deployment)、認知心理學(cognitive psychology)、組合原理(combination principle)、遺傳算法(generic algorithm)的形態創新設計技術。
眾所周知，在一個具體的產品中包含著各種構成形態的基本要素(形態要素)，如產品的使用方式、基本功能、所選用的材料、結構以及材質的表面處理、色彩等。這些要素既有著各自獨立的內容與特征，相互之間又有著密切的內在關繫，並共同影響著產品的整體形態。
1. 產品使用方式與形態創新產品存在的目的是為人服務的，因而每個產品都包含著一定的使用功能。為了達到和滿足產品的使用功能，使產品*好地服務於人，在設計產品時就必須首先考慮人們對產品的使用方式。
所謂使用方式有建立起理性的語意分析模型來指導感性的產品形態設計實踐。
2. 評價指標體繫設計評價指標體繫的建立主要是從產品形態的功能與美學、市場與社會發展、科技與文化、品牌價值與傳承、設計管理與法律、人機性與***、形態認知與審美等方面來考慮，體繫內容包括：形態方案的技術**性、視覺形像的一致性、人機原理的符合性、技術的可靠性、方案的***、方案的綠色性、語意的創意度等。
3. 形態風格評價形態設計評價主要包括形態語意、形態美學、形態風格三個互為聯繫的方面。一直以來，許多學者致力於產品形態及其美學評價方面的研究，並取得了一定的成果，如Vihma、Mon、Wikstrm、Muller和Van Breemen依據美學意識傳遞理論(theory of communication of aesthetic intents)研究了產品設計者的審美傾向和產品形態的關繫及評價。文獻\\\\[86\\\\]建立了一個面向消費市場的由現有產品入手分析的產品樣式描述框架。文獻\\\\[87\\\\]研究了微電子產品領域客戶期望的產品外形與形態特征之間的關繫。20世紀90年代以來，大量文獻從顧客選擇產品的心理角度，對產品的評價及相關問題進行了研究，如Donaldson,C.等對公共醫療衛生和公共休閑設施等進行了公共產品評價的研究。
產品形態風格的分析與評價是產品造型評價的重要內容之一，**外工業設計界的專家學者對此做了大量的研究工作。我國浙江大學的孫守遷教授等在產品風格方面進行了繫列研究，包括產品風格計算的研究進展、風格概念方案生成技術及基於特征匹配的產品風格認知方法等；美國CMU大學的Jay等詳細調查了別克汽車前臉的造型風格，采用形狀文法將別克品牌的關鍵元素編碼成為一種可重用的語言，重新生成了與其品牌一致的汽車造型；中國的潘雲鶴院士利用形狀文法進行了圖案設計和建築風格的模擬；Nagamachi以感性工學為核心，借助各種調查技術與分析方法獲取了產品風格與造型要素之間的關繫；美國愛荷華州立大學的Chan基於認知心理學的產品風格認知研究，認為風格可以被看作是擁有一些基本特征的實體，這些特征可被視為一種比例尺度，用於衡量產品風格的強度以及風格之間的相似度，他還給出了基於風格相似度模型的風格認知方法；中國臺灣學者Chen等提出了復合式感性工學導向的產品開發設計模式與繫統；中國臺灣的謝政峰等以手機為例，探討了人類對立體形狀特征的心理認知過程，試圖建立消費者與設計師對於產品造型特征與風格認知之間的關繫；中國臺灣的Chien Cheng Chang等以32種不同手機為樣本，利用分組認知試驗，總結出了影響手機外形相似性的兩大主要因素：總體印像和局部特征，並分析了這兩大因素對區分手機造型相似性的影響；HungYuan Chen等則提出了影響消費者對產品印像的關鍵形狀特征的提取方目。浙江大學的潘雲鶴院士對CAID技術的概念和發展趨勢也做了比較完整的論述。
CAID技術不僅可以構建出創新的產品形態，還可以利用**的渲染技術進行形態的真實感表達，生成二維效果圖或三維動畫來展示形態各部分的細節。基於特征的參數化三維建模技術，通過形態基本尺寸參數及其與實體之間的約束關繫來創建或調整形態，輔助設計師對產品造型進行**修改和完善，並能夠在*終產品上保留形態的原始定義和拓撲關繫，用統一的新產品模型代替了傳統設計中成套的圖紙和技術文檔，實現設計與制造的一體化。虛擬現實建模技術支持用戶在虛擬環境下對新產品形態、功能進行***評價，將產品開發全過程數字化，通過虛擬的產品數字化模型和測試環境，對產品模型進行分析、測試，*真實地感受產品的功能、形態、空間、色彩、人機關繫乃至氛圍效果，實現了產品設計過程的動態交互和智能感知。
3. 形態創新設計對像的表達目前，設計界的學者傾向於從設計語義學、符號學的角度來分析形態創新設計對像，對形態所包含的信息媒介及其信息已進行了較為深入的分析。馬克斯·本澤在《符號與設計—符號學美學》一書中對設計信息的範圍進行了界定。他指出： “設計對像相對來說具有*大的環境相關性、適應性和依從性，因為不僅物質性要素，甚至連功能性要素都是它的造型和結構設計的符號儲備。”因此，形態創新設計對像的研究主要是從產品設計符號的技術信息、語意信息和審美信息展開，研究集中在形態的分解與重組、變形與創意等方面。
形態的分解與重組是在產品總體結構和單元結構優化過程中的一種創新設計方法。分解的過程可按功能面進行，也可按集合形態進行。按功能面劃分，可以將產品形態分解為各種不同的功能單元；按幾何形態劃分，可以將產品形態分解為各種不同的形態單元。重組的過程是一個綜合多種設計因素而重新組織的過程。
產品形體/形態的表達在形體的搜索和相似性比較上有著較為廣泛的應用。由於產品形態的復雜性，孫守遷教授以形狀、色彩、材質等方面進行切割組合操作來建模，劉佳星、Shih-Wen Hsiao等以形態的點、線、面幾何元素的組合進行建模，許占民等則以一類產品實例形態特征作為產品的平面形態原型。國外學者的研究主要是抓住產品形體幾何參數和拓撲關繫來建立形體描述方法。從這些形體的表達來看，主要是基於形體的制造特征和圖論等方法來進行形體描述的，還沒有從產品整體的立體構成上反映出可實現變形的基型，形態模型的三維信息含量較少、數據表示方法不統一，對基於產品的立體構成來建立形態分體間的拓撲關繫和體量關繫，進而開發形態創新設計軟件繫統的支持性還不夠。
1.3.3產品形態設計評價的研究產品形態設計評價的研究主要包括評價方法、評價指標體繫、形態風格評價等方面內容。
1. 評價方法當前，產品形態評價采用的主要方法有感性工學法、層次分析法、模糊綜合評價法等，尤以感性工學評價法使用*為廣泛。感性工學(kansei engineering)理論為設計評價提供了切實可行的解決方法，它從認知心理學角度，把評價看作顧客偏好的模式識別。由於人類的感性情感難以觀察和定量地分析，所以借助於一定的心理調查方法來進行。感性工學評價法包括語義差異法、口語分析法、因子分析法、聚類分析法、多維尺度分析法、類神經網絡等。其中，產品語意差異法(semantic difference，SD)是*常用的一種方法，它通過二維圖形來獲取評價詞語，通過實驗的方法找出人的感性認識與對像的關繫，並進行定量和定性的分析。這些評價方法有感性的認知評判，也有理性的數理統計，將理性的定量分析與感性的認知評判相結合，可以總結出產品形態的特征規律，但在方法的應用上還比較單一，沒；鄧建瑋運用特征匹配理論，通過試驗得出了輪廓形狀是消費者進行風格認知*明顯特征的結論；Hsiao等研究的基於模式識別理論的產品風格計算模型，以形狀與色彩作為認知與辨識的主要條件，采用BP神經網絡、模糊集與語意差分相結合的方法進行色彩認知以及風格認知的研究；張華城等還采用了自組織映射網絡構造了一個模擬消費者對形狀認知的模型。此外，在機械產品設計和加工領域，基於產品特征的形狀混合技術、零件加工的成組技術中對產品的特征表達等，本書均介紹了與形狀特征相關的評價研究工作。
在企業的產品造型設計實踐方面，國外的企業十分重視品牌產品造型風格的一致性，以其獨特而又有連續性、繼承性的造型風格（當然還包括產品良好的性能和完善的服務）來塑造和保持企業的品牌形像，如德國的西門子、荷蘭的飛利浦、韓國的三星、日本的松下、索尼等**公司，都是其典型代表。相比之下，中國的工業企業普遍對產品的外觀造型重視不夠，往往是考慮了造型的創造性設計而忽略了對造型風格繼承性的考慮，造成顧此失彼，難以在**市場上以獨特的造型樹立品牌形像，從而影響了產品在**上的競爭力。
1.3.4形態創新設計與評價軟件開發的研究近年來，在產品形態創新設計與評價軟件開發方面，**已取得了一定的成績。例如，浙江大學開發了根據組合原理的概念創新設計繫統PCDS1、組件特征模型的產品布局設計繫統PLD1和計算機支持的概念設計繫統CCDS1。西北工業大學工業設計研究所在產品風格分類、創新技法、應用模糊集合理論的美學評價技術、人機形態設計、產品族工業設計、定制設計中的工業設計理論與方法等方面已建立了一套產品設計的CAID理論方法體繫，開發完成了CAID設計繫統。縱觀**專家學者的研究成果，軟件開發的研究主要集中在三個方面，即典型CAD軟件繫統的二次開發、CAID軟件原型繫統的開發、軟件的建模技術。
典型CAD軟件繫統的二次開發主要是在目前**的UG、Pro/E、CATIA、Alias、CAXA軟件中開發形態設計模塊。例如： UG中添加UG Shape Studio工業設計模塊，專門針對工業設計師進行Free Form Shape (自由曲面造型)、Analyze Shape(造型分析)和Visualize Shape(造型可視化渲染)等形態創新設計；CATIA中添加工業設計模塊可實現直觀的動態雕塑曲面、實時曲面診斷、逆向工程生成數字模型。
當前，按照工業設計師的設計思想和設計流程而開發的CAID繫統的代表是美國Alias公司的Alias Studio Tools，其中的Alias Wave Front Studio是一個能夠提供各種不同設計工具的CAID軟件，而Studio Paint 3D的重要功能是概念設計與草圖繪畫，可將產品設計師勾畫的二維草圖掃描到軟件中，並以這些二維草圖作基準，保留所有草繪的細節，隻要追蹤關鍵的點和線，就可以等效地在三維空間利用它們建立三維模型，再與NURBS的靈活造型工具和強大的布爾運算相結合，為設計師提供有效的造型工具。
基於知識的形態創新平臺主要有專家繫統、CBA繫統、學習繫統等，它以計算機為載體支持產品形態的創新設計過程，由計算機支持生成*多*具有獨創性的創意方案。近年來，創新設計已經由傳統的數據資料密集型轉化為知識信息密集型，基於知識層次的創新設計可以借助已有的規範化範例，引導設計師捕捉*多設計意圖，獲得*多設計靈感。美國IMC公司開發了基於知識的創新工具IMC/Techoptimizer，它以TRIZ理論為基礎，結合現代設計方法學、OFD和價值工程、計算機輔助技術、多學科領域知識，分析解決新產品開發過程中遇到的技術難題，為產品研發及形態創新提供實時的指導，以實現產品形態和加工工藝的創新。億維訊公司開發的創新軟件Pro/Innovator是發明問題解決理論TRIZ、本體論、現代設計方法學、自然語言處理技術與計算機軟件技術相結合的產物，對產品創新設計過程中所需的知識、工具、市場提供了全面支持，以幫助設計師在概念設計階段進行創新思考以及創新設計方案的生成。此外，除了以TRIZ為核心原理的計算機輔助創新軟件之外，還有很多其他模式的創新平臺。例如，同是美國IMC公司開發的Goldfire Innovator是以DFSS（六西格瑪設計）為核心，以TRIZ/ARIZ為工具的完整實現計算機輔助創新設計的新產品開發環境，其中內嵌有超過9 000條各個領域的科學原理，外掛**70多個專利庫，並與**3 000多個專業網站實時相聯，包羅萬像的知識庫為設計師提供了一個功能強大、使用方便的創新設計平臺。
綜上，無論是CAD中的CAID設計模塊，還是專用的CAID繫統或專家繫統都取得了長足的發展，各個軟件繫統或設計模塊都有自己的特點和優勢。然而，通過分析這些軟件的形態設計功能，主要集中在產品形態創新設計、效果圖顯示以及產品形態的設計評價方面，雖然軟件可以快速高效地產生逼真的設計效果圖，但缺乏對產品形態的造型風格、審美特征設計的有效工具支持，仍舊需要依靠工業設計師和藝術家的主觀經驗來完成，在涉及人類智能的設計分析、評價、綜合、推理和決策等方面的應用還十分有限。
1.4存在的問題及本書研究的切入點〖1〗1. 存在的問題總體來說，目前的文獻對產品形態創新設計的研究多數集中在創新設計理論和技術、形態特征和風格的認識、模擬和感受用戶的心理、CAID軟件繫統的開發等方面，而且多數是在感性層面上的定性研究。將這些風格認知結果應用於產品形態創新設計、產品形態風格與形狀尺度的定量關繫、形態創新與風格保持的評價方法等方面的研究還不多，還沒有形成一套沿革工業產品造型風格而進行創新設計，且能定量評價的完整理論體繫。
存在的主要問題有以下幾點：（1）形態創新設計中對形體的描述及其數學模型的建立還沒有繫統的方法。
（2）產品形態風格的描述僅停留在感性調查統計的歸納總結，缺乏科學、規範、有效的定性問題處理工具，還沒有從形態特征的設計語意出發，借助於統計學軟件建立形態風格客觀的理性描述方法。
（3）現有的形態創新設計方法中以感性為指導的方法居多，缺乏將感性、理性和CAD技術相結合的產品形態創新設計理論。
（4）產品形態設計的傳承性評價尚停留在感性判斷、調查結果的統計分析層面，還沒有建立起*為理性的傳承計算模型，實現對產品創新形態的理性數學分析，並對分析結論與現實影響因素做出客觀分析。
（5）企業的設計實踐迫切需要一套便於設計師直接進行創新設計及對形態設計進行定量分析與評價的CAID繫統。
2. 本書研究的切入點基於上述問題，本書研究的切入點在工業產品形態風格的定量化描述、產品形態風格傳承度的理論研究、產品形態創新設計方法以及設計評價四個方面。首先，從產品造型的形狀出發，在提取產品3D模型形狀特征的基礎上，通過產品形狀與不同形狀包圍盒的飽和度來衡量產品形狀與某基本形體的相似度，用該包圍盒的形狀和尺度描述形狀造型風格，進而建立用包圍盒組成的描述產品形態風格的產品形態原型；其次，提出產品形態風格傳承度的概念，建立基於產品形態原型的描述參數進行傳承度定量分析的計算模型，得出影響傳承度的關鍵設計要素；再次，在對形態原型的各尺寸參數與產品形態風格的定量關繫分析的基礎上，以參數化方法進行風格定位的形態原型設計，進而總結出產品形態的創新設計理論與方法；*後，通過對產品形態傳承的數學分析，進行產品形態設計的評價。上述四個方面的研究成果集成，形成面向形態風格傳承設計與評價的定量化模型和算法，並開發相應的軟件原型。第2章理論基礎工業產品形態創新設計和評價方法的研究是一個理性和感性相結合的課題，包括產品形態原型及其建模、形態風格的理性描述、形態創新設計方法、形態設計的評價等內容。本章是全文的理論基礎，闡述了本書在形態表達中涉及的廣義鄰接矩陣理論、設計評價中涉及的感性工學相關算法、形態風格描述中涉及的統計學原理等已有理論，並在此基礎上論述了產品形態傳承度的概念及其計算模型。
2.1已有的相關理論〖1*2〗2.1.1形態表達中的廣義鄰接矩陣理論利用圖論知識來表達產品形態是一種有效的方法，但傳統的有向圖在表達上存在如下兩點不足：（1）在產品形態中，連接兩個分體節點的流（邊）存在著多種類型（體量流、尺度流、位置流），而這在傳統有向圖中無法表達，因為傳統有向圖連接兩個節點的邊隻表達了相關節點間有或無路徑信息（1表示有，0表示無，即基於二進制信息表達），而對於具體是“什麼”類型的路徑卻無法表達。
（2）傳統有向圖難以表達產品形態中各種流在分體間拓撲關繫中的轉換。因此，為了有效地表達產品形態，實現形態拓撲關繫的信息化表達，本書對傳統有向圖進行了擴展。
1. 廣義有向圖產品分體間的拓撲關繫反映了形態各分體間的鄰接關繫，可以用廣義有向圖的基本概念理性地進行描述。
\\\\[定義2.1\\\\]廣義有向圖G定義為一個四元組，記作G=。其中V是非空有限集合，它的元素為產品各分體，令V=\\\\[V1,V2,…,Vn\\\\]，n為分體數；E是一個有限集合，其元素本身也是一個有限集合，稱為邊向量，令E=\\\\[E1,E2,…,Em\\\\]，Ei為非空集合，m為鄰接關繫數，邊向量的元素稱為邊，圖21產品實體特征結構中常用基本流類型它是分體間相對關繫比較的項目，令Ei=\\\\[ei1,ei2,…,eiq\\\\]，q為項目數；T是非空有限集合，它是邊的定義域，其元素通常為自然數，每一個數表達了一種邊的類型，滿足關繫式： EiT且T=∪mi=1Ei （2.1）Ψ是從E到V上有序對的映射。在產品形態原型特征結構的構建中，V是各分體的長方體、圓柱體、球體三種形式的*適包圍盒，邊類型即為圖論的流類型，圖21所示為產品實體特征結構中常用的基本流類型。圖22所示為廣義有向圖示例，其中T=［1,2,3,4,5］，E={［2］,［1,3,4］,［2,5］,［5］}，V=［V1,V2,V3,V4,V5］，E到V上有序對的映射Ψ如圖22（b）所示。
圖22廣義有向圖示例［定義2.2］給定廣義有向圖G=，令V1,V2,…,Vk+1∈V且k+1≤n，E1,E2,…,Ek∈E且k≤m，其中Vi、Vi+1為Ei的節點，交替序列V1E1V2E2V2…EkVk+1稱為連接V1到Vk+1的廣義鏈，V1和Vk+1分別稱為廣義鏈的始節點和終節點，k即為廣義鏈的長度，顯然有k≥1。
圖22中有7條廣義鏈。L1： V1［2］TV2，L2： V1［2］TV2［2,5］TV4，L3： V1［2］TV2［2,5］TV4［5］TV5，L4： V2［2,5］TV4，L5： V2［2,5］TV4［5］TV5，L6： V4［5］TV5，L7： V1［1,3,4］TV3。
［定義2.3］以節點Vi為始節點的邊向量個數稱為Vi的出度，記為d+(Vi)；以節點Vi為終節點的邊向量個數稱為Vi的入度，記為d－(Vi)。
［定義2.4］稱任意節點Vi與Vj之間具有廣義可達性，當且僅當滿足：（1）在Vi與Vj之間存在至少一條廣義鏈。
（2）當廣義鏈的長度k>1時，∩ki=1Ei≠。
［定義2.5］當廣義鏈上的始節點與終節點是廣義可達的，稱該鏈為廣義可達鏈；否則為非廣義可達鏈。顯然長度為1的廣義鏈是廣義可達鏈。
圖22中廣義鏈L3滿足：［2］∩［2,5］∩［5］=，因此L3為非廣義可達鏈。可證明其餘皆為廣義可達鏈。
［定義2.6］給定廣義有向圖G=，V=［V1,V2,…,Vn］，V中的節點按下標由小到大編號，稱n階方陣A=［aij］為圖G的廣義鄰接矩陣，其中： aij=Eq，為連接Vi與Vj的非空的邊向量 ，不存在非空向量到［Vi,Vj］的映射 (2.2)2. 形態廣義鄰接矩陣模型 1）形態結構矩陣形態結構矩陣(form structure matrix, FSM)是一種簡單而有效的基於信息的過程建模方法，它以矩陣形式間接地表達了復雜過程中變量之間的信息依賴關繫。產品形態結構矩陣可以以矩陣形式來表達出產品形態中分體間信息的拓撲關繫，這種拓撲關繫是分體間的結合關繫，將對產品形態風格產生影響。例如，下列矩陣M代表一個簡單的FSM，M=mVi,Vj= I21 (2.3)式中： i,j=1,2，V1,V2分別為相鄰兩個分體。列中的分體Vj作為信息提供者，行中的分體Vi作為信息接收者。矩陣中Iij為分體Vi和Vj之間存在的信息依賴關繫，即迭代關繫。當m(Vi,Vj)=時，表示分體Vi和Vj之間不存在信息依賴關繫。在矩陣M中，分體V2接受V1輸出的信息，兩個分體之間表現為鄰接關繫。
經過發展，FSM逐步應用於描述比較項目間、項目等級間的信息依賴關繫，分別產生基於不同層次的建模方法。FSM的表達較偏重於宏觀層面，對產品形態的表達而言，側重於從縱向即產品形態各分體間拓撲關繫建立迭代關繫並進行建模，而分體間的比較項目與項目等級的FSM側重於從橫向，即形體結構的角度對各分體準形態的參數值之間的依賴關繫進行建模，這兩種關繫的描述在單一FSM模型中將無法實現。
2）形態結構矩陣族形態結構矩陣族(form structure matrix family, FSMF)是基於矩陣形式的過程模型結構，由不同類型的FSM組織而成。產品的形態結構對應的設計樹可以用廣義有向圖理性地進行描述，形成對應的結合關繫FSM、比較項目FSM、項目等級FSM，而矩陣族形態可以由這些子矩陣構成，也可以合並為單一矩陣。
產品形態結構矩陣族的一般表達形式為 F3=Mi， i∈s；F3=M0 (2.4)式中： Mi為矩陣族F3中的子矩陣；s為子矩陣數；M0為Mi的合成矩陣，它們都與FSM結構相同。
圖23描述了FSMF的構成，圖中左側的分杈結構表示產品形態中存在的原始層次結構。根據該結構分別建立了基於結合關繫、流比較方式、流等級的FSM，將這些FSM按照層次關繫進行集成，可以構成繫統的矩陣族結構，即FSMF。其中，流比較方式層的矩陣對應著結合關繫層矩陣中的一個迭代，流等級層的矩陣對應著相應流比較方式層矩陣中的一個迭代，FSMF中所有子矩陣的構成是一種樹狀結構，每個子矩陣分別對應著樹結構中的子節點，其中根節點對應的子矩陣為根矩陣。
圖23FSMF構成關繫與傳統的FSM結構相比較，可以看出，繫統化的FSMF是多種FSM結構的集成，它除了綜合各種FSM結構所描述的設計結構信息外，還側重於描述不同層次間的信息依賴關繫，彌補了傳統FSM結構不能描述層次間信息依賴的缺陷。
3）產品形態的廣義鄰接矩陣數學模型按照組成產品的各分體間的拓撲關繫可建立產品形態的廣義有向圖，基於產品形態的廣義有向圖可建立FSMF模型。產品形態廣義鄰接矩陣是基於形態的廣義有向圖，用於表達形態結構組成的數學模型的FSMF，它以產品各分形體間的結合關繫為根矩陣MA，鄰接的分體準形態在體量、尺度、位置方面的比較值為子矩陣，理性地用矩陣的結構表達形式直觀地構建出產品形態的迭代關繫。下面用矩陣MA為根矩陣的矩陣族F3來描述某一產品形態的結構： MA=［m(Vi,Vj)］= MA1 MA2 MA3 MA4 MA1=［m(Ci,Cj)］=［Ik2］設計主要指通過對產品使用方式的設計，如改善或改變產品原來的使用操作方式或提供新的使用功能等，使產品在使用和操作方面*科學、*合理、*貼近人的使用習慣，從而使產品*能滿足人們生活方式的需要。日本索尼公司開發的walkman就是這方面*好的例證。walkman的出現，從其技術上講並無多少創新可言，它實質上就是改變了人們通過臺式和盒式錄音機聽取音樂的方式，將普通的錄音機芯改制成微型的機芯。由於walkman體型小巧，攜帶方便，使人們欣賞音樂的方式*具彈性。無論是悠閑地躺在飛機的航空椅上，還是騎車穿梭在城市的大街小巷中，你都能隨心所欲地聽著你想聽的曲子而不影響他人。
Walkman 成功的使用方式設計對改善和提升人們生活品質的價值是顯而易見的。人們發現，其價值的體現與本身形態的小巧靈活是分不開的。正是它的體量小、形態適合攜帶，纔具備了在使用上具有彈性的特點。由此可見，在產品使用方式的設計中，雖然設計師的主要設計重點和目標是為人們提供一種新的產品使用方式，但這種使用方式的實現必須借助某種特有的產品結構形態。這也表明了一個客觀事實，對產品使用方式的變化與創新將帶來產品形態的變革。
2. 產品材料與形態創新任何產品都離不開材料，材料是產品形態存在的基礎。由於不同的材料具有不同的視覺特征，因此，一旦某種材料被應用到具體的產品時，就會使這一產品直接產生出與該材料特性相關的視覺特征。在現實中，人們常常發現，即使是具有同樣機能或具有相似外形結構的產品，由於所應用的材料不同，都會給人們留下不同的視覺印像。另外，不同的材料有著不同的加工和成型方法。而不同的加工工藝也將對產品的形態起到直接的視覺作用，如我國20世紀50年代早期的電子產品外殼，采用的是人工夾板拼裝工藝，產品形態隻能是以直線大平面為主，造型獃板生硬。隨著塑料的出現和注塑技術的成熟，產品殼體成型材料和成型工藝的**改變，使產品形態也由以前單一的直線平面發展到當今的各種曲線與體面的互為組合、豐富多彩的造型形式。另一個具有說服力的例子就是自行車的形態變化。近百年來，由於自行車的車架一直受鋼管的彎曲和焊接等工藝的限制，車架的形態基本上呈三角形。隨著碳纖維加強玻璃鋼合成材料的出現，基於其質量輕、強度高、能整體成型等特點，已被廣泛用作自行車的車架材料，**改變了傳統的三角形框架，使自行車的外形形態發生了重大的變化。從上述兩個產品形態演變的例子中不難看出，材料對產品形態變化的影響是**直接而又深刻的。
3. 產品結構與形態創新產品結構是構成產品形態的重要因素，一個產品必須依賴於自身的結構纔能得以形成。在產品設計中結構的內容是很繁雜的，如設計一支圓珠筆，如何能放置筆芯，*換筆芯，如何能使手舒服地把握筆身，如何去安裝護套，等等，這些都是結構上的問題。而設計一盞臺燈，燈的支架形式、放置形式、燈頭、燈罩的固定形式等無不是結構上的問題。因此，設計一個產品的外觀形態時，必定會涉及它本身的結構形式。反之，當人們在思考和改變這些產品結構時，無疑也會對產品的整體形態構成重大的影響。
在產品形態呈現出的美感要素中，產品結構的新穎性與獨特性占有十分重要的位置。在現實生活中，人們常常會發現一個具有新穎結構的產品往往能以嶄新的面貌出現在消費者的面前，給人以強大的視覺衝擊力，極大地激起人們購買或使用的欲望。此外，產品結構創新不僅能為產品創造出一種新穎獨特的視覺效果，同時還能改善產品的使用功能，提高其工作效率，使產品的各部分機能達到*科學*合理的程度。新穎獨特的結構形態不僅給產品帶來新的面貌，而且也給人們帶來某種新的啟示。所以，設計師應該通過不斷地綜合和平衡這些要素之間的關繫，使之逐步形成一個既科學合理，又具有創新特征的產品形態。
1.2.2評價方法產品形態創新設計的評價是根據產品的美學特性、技術特性、經濟特性、人機特性、環境特性等對產品創新形態進行的綜合描述，要求設計師、決策評價者全面考慮形態設計的各項因素，客觀公平考量各個因素對產品形態的貢獻和影響，避免因個人審美習慣、喜好差別引起評價失誤。
設計評價作為工業設計的重要組成內容，對提高產品的設計質量和效率都起到至關重要的作用。所謂設計評價，指的就是在設計的過程中運用比較、評定的方法對解決問題的設計方案判斷其優劣並確定各方案的價值，以便於在眾多的設計方案中挑選出*符合市場和消費者需求的設計。為了從眾多的設計方案中擬選出需要采用的設計方案，需要對所設計的方案進行評價，從而做出正確和科學的決策。
設計評價主要包含兩方面內容：一是針對同一產品的眾多設計方案進行評價，把設計所依據的評價標準看成為一種“理想方案”，通過對實際設計方案與“理想方案”的比較，確定實際方案的相對意義和價值，以兩者接近的程度來判定實際設計方案的優缺點，確定其方案達到了何等設計水平。二是針對同類產品已存在的樣本進行評價分析，並對評價信息進行挖掘，提煉出樣本的優缺點，將其作為產品再設計的參考和借鋻信息。
產品形態創新設計評價正朝著多目標、多標準、多方式的綜合評價發展，以下幾方面將是今後一段時期內設計評價研究的主要內容和方向： (1) 將可視化因素與不可視化因素投影到同一平面進行量化評價，構建產品形態創新評價模型。
(2) 以市場品牌和用戶心理構建評價判斷準則、指標權重和評價模型。
(3) 進一步深入研究現有評價模型和方法與被評產品的匹配關繫及標準模型的定義等問題，提升評價體繫的理論基礎和應用。
(4) 基於產品形態基因，研究產品形態創新評價繫統構建技術，通過評價繫統刻畫出**設計方案的共性，使設計方案的“遺傳基因”可以“學而有得”。
(5) 針對產品形態創新設計評價繫統信息量大、涉及面廣的特點，開展形態創新設計評價信息庫和評價標準研究，構建完善的計算機數據處理平臺，利用規範化的評價標準，形成模塊化、標準化、通用化的評價模塊，提高評價效率和評價精準性。
1.3研究及應用現狀〖1*2〗1.3.1**外工業設計的研究工業設計作為研究“創造人工物”的一門學科，是工業化大生產以後的產物。它歷經百餘年的孕育與發展，如今已經成為現代工業生產不可或缺的重要部分。設計作為一種目標導向的問題解決活動，“不隻是風格或精明的概念想法，也不是一項孤立的活動，而是一種程序。設計將企業的潛能與消費者需求連接起來，成為位於創新的核心（即位於企業的核心）的過程”。
兩百多年前，緣起於英國的工業革命以驚人的速度席卷**，蒸汽機的發明在印證人類智慧的同時，也宣告著人類由自給自足的農業時代跨入了以機械化大生產為特征的工業時代。兩百年後的**，“第三次浪潮”橫掃世界，以微電子、計算機、通信三大技術為核心的信息技術迅猛發展，極大地推動了互聯網經濟“**式”的發展，同時宣告著信息時代的到來，設計正發生著***的深刻“質”變。隨著經濟一體化進程的加速，**產品制造市場競爭的核心，已轉為以科學技術發展為基礎的設計競爭。工業設計自水晶宮博覽會開始，已在西方經歷了150多年的發展。伴隨著西方社會工業化和商品經濟的發展完善，工業設計在西方**不斷走向成熟和普及。當今社會，隨著科學技術的飛速發展，各國、各企業所應用的技術已趨於相同，市場競爭的重心，已由單一的技術競爭轉為消費品附加值的競爭，設計創新成為增加產品附加值的一種重要手段，是經濟可持續發展的動力，*是工業設計的核心和源泉。
當前，工業設計現代化的變革和發展得以不斷深化，主要表現在以下幾個方面：（1）現代工業設計已經突破了工業的第二產業範圍，既涉及**、第三產業，又涉及或深入公共文化事業、環境保護事業等社會生活的各個領域。
（2）把產品、環境、流程三大設計既相互區別又相互聯繫地有機組合起來。
（3）全面地*新了產品設計的觀念、思路、方式、方法及手段，以性能和使用的設計、*新和開發，帶動材料和技術的設計、*新和開發；以使用方式的設計、*新和開發，帶動實用功能的設計、*新和開發。不僅注重產品性質和功能的繫列化，而且*注重產品使用方式的簡便和舒適；不僅注重產品整體形式的美化，而且*注重產品整體組合適應人的生理—心理—審美結構，滿足人的生理—心理—審美的需要。
（4）借助微電子技術繫統和人工智能繫統，現代工業設計致力於精心設計和生產既批量化又個性化的創新產品，把產品技術形態的標準化和規範化與審美形態的獨特化和多樣化有機地結合起來，從根本上克服了手工業小生產的高耗、低產與大工業化大生產統一、單調的傳統局限性。
在我國，工業設計作為一門新興的學科，起步較晚，但卻發展迅猛。中國作為世界工廠的地位已逐漸被人們所接受，但對世界經濟的貢獻還隻是體現在附屬加工方面，大部分企業為了減少設計成本仍處於模仿設計的階段，中國自主創新的設計產業尚處於低端的、不發達狀態的起步階段。由於**經濟一體化的衝擊，**企業開始重新審視創新設計在提高市場競爭力中的作用，並予以重視。但是，由於我國還沒有形成良好的氛圍和設計思想，工業設計的規模依然相對薄弱。由於設計理念推廣得不夠深入，許多中小企業盲目追求產品的數量與產值，這樣的現狀事實上已經阻礙了中國產品走向世界的步伐。如果企業隻是一味地重視加工技術，放棄產品的創新設計，*終將會喪失自己的市場和機會。有統計數據表明，因為工業設計和工藝包裝上的落後，中國產品在價格上每年損失超過200億美元，中國工業設計的發展與**上還有一定的差距。
縱觀**外工業設計的研究現狀，現代工業設計理論的研究主要集中在兩大主題，即設計的本質研究、設計的外延研究。
1. 設計的本質研究所謂設計，即把人們的思想轉化成物質的東西和確切的實體，這個過程能夠把無形的欲望轉化為有形的、實在的物質。2006年**工業設計協會理事會對工業設計專業做了如下定義： “設計是一種創造性活動，其目的是為物品、過程、服務以及它們在整個生命周期中構成的繫統建立多方面的品質。因此，設計既是創造技術人性化的重要因素，也是經濟文化交流的關鍵因素。”幾乎所有的人與企業都在以某種形式進行著創造活動，所有的創造行為都構成並支撐著工業文明的發展。工業設計從經濟、技術、藝術等多角度，對工業產品進行綜合性的設計，創造出滿足消費者需求的新產品。工業設計的本質研究就是要深入探討設計的思想基礎，以尋求*高境界的設計理念；探討基於設計符號的表達要素，以尋求*優化的設計方法論。
1）基於設計本源的設計理論研究圖11設計理論研究鏈李樂山教授在《工業設計思想基礎》一書中指出：設計的本源是文藝復興以來各種藝術流派、科學理性傳統、經濟富裕思想、人道主義思想、社會主義思想，以及中國傳統的哲學思想，它所繼承和發展的設計思想已經成為現代工業設計理論的核心。當前，工業設計理論的研究主要包括：產品設計戰略、設計藝術史論、設計管理學、設計方法學、設計心理學、設計倫理學和設計市場學等，正形成彼此聯繫的設計理論研究鏈（圖11）。例如： \\\\[英\\\\]彼得·多默著，梁梅譯：《1945年以來的設計》，何人可編著《工業設計史》，王受之編著《世界工業設計史略》和《世界現代設計史》，張夫也著《外國工藝美術史》及主編的《現代設計之窗》，李亦文編著的《產品設計原理》，尹定邦著《設計學概論》，李彬彬編著《設計心理學》，潘公凱、盧輔聖主編的現代設計大繫之《工藝與工業設計》等書，從當今設計的歷史、沿革、發展的角度，從設計方法與程序、設計管理、設計的風格流派研究，從設計的分類等方面進行較為深入的研究，反映出了**外工業設計理論研究的*新成果，為現代工業設計的創新提供了寬厚的理論基礎。
2）基於設計符號的分析方法論研究現代工業設計把符號學應用到產品設計之中，其價值就是合理平衡了人文理性與功能理性。它在強調機能屬性的前提下，重視了主體精神及文化脈絡，預示著設計將迫使人們從物的價值向脫離物的價值轉換，實現人與物的統一，人與自然的和諧。從設計方式看，其價值在於可以擴展產品造型語言，通過形態、色彩、材質等要素使產品*富意味及生動性，打破了產品外形單一刻板、功能指示不明晰、文化內涵消減的局面。這一理論依據理性思維方式，合理賦予形態像征意義，打破了現代主義僵化、單一的設計方式，追求明晰、確定的語意表達，以實現人與物之間的愉快交流。基於設計符號學，設計師可以全面把握消費者的感性需求、現代工業設計的應用和新產品發展的方向，進行*為理性的人機工程學、產品的形式美法則、產形像的視覺設計、設計表現（手繪效果圖、計算機輔助工業設計、模型制作）、設計管理等產品造型設計方法的分析與研究。圖12表明了基於設計符號的造型設計方法。
2. 設計的外延研究設計是綜合信息、創造信息的活動。產品就是信息的載體。產品往往蘊涵著一定的時代、地域、民族、社會生產力與經濟文化的綜合信息。工業產品設計就是對工業產品的功能、材料、構造、工藝、形態、色彩、表面處理、裝飾等諸因素從社會、經濟、技術等方面進行綜合處理，既要符合人們對產品物質功能的要求，又要滿足人們審美情趣的需求。長期以來，工業設計學術界從設計與文化、設計與傳承、設計與制造等多個角度對設計的外延展開研究（圖13），使設計領域從觀念、內容、方法、技術、組織等方面發生了許多根本性的變化。
圖12基於設計符號的造型設計方法圖13設計的外延研究 1）設計與文化的關繫研究人類利用自己的大腦與雙手所創造的一切財富，都可以統稱為文化。人類所創造的財富既有物質財富，又有精神財富，所以文化也分為精神性文化和物質性文化兩個重要領域。設計是造物活動，是人類物質文化的創造，而創造物的功能和形式所產生的主觀感受，則極大地豐富了精神文化。隨著設計語義學、文化學、社會學、生態學、倫理學、管理學、自然科學等多門科學技術的整合介入，改變了設計的思維方式，提供了**的手段，*增強了設計的合理性和科學性。我國的知名學者張道一、俄羅斯的普列漢諾夫、日本的大智浩和佐口七郎等都對設計與文化的關繫進行了深入的研究，認為設計從屬於文化，是由各種產品創造出來的“第二文化”，它反映了由社會經濟體繫、意識觀念的差異和物質與精神之間的矛盾所產生的全部結果的復雜性以及衝突。一方面，工業產品設計必須依賴具體的文化環境；另一方面，工業產品設計本身也創造了文化。工業產品設計的本質，也就是用藝術的造型語言體現造物文化，是藝術質的造物文化活動。
2）設計與傳承的關繫研究為了穩定地占領市場和贏得穩定的效益，產品的品牌形像必須有一定的傳承性。產品形態是品牌形像*直接的表現，產品形態必須具有一定的繼承性。在產品的創新設計中，一個重要的傳承手段就是采用面向產品族的設計方法，實現品牌產品形態風格的傳承與發展，實現面向不同需求的繫列化或者具有*大變形能力的產品。在學術研究方面，Karjalainen以沃爾沃、諾基亞的產品造型設計為例，對從品牌認知到產品造型的傳承進行了研究。趙江洪、張文泉等引入了汽車造型中的“品牌造型基因”概念，通過提取奧迪A6汽車的造型基因遺傳圖，提出了保持品牌造型基因生命力的汽車品牌造型基因的遺傳和進化機制，初步提出了基於造型基因的汽車品牌造型設計理論框架。張凌浩以生物科學中的現代遺傳與變異理論為方法論，分析其與產品形像的延續與*新之間的關聯，為產品形像創新與品牌提升的設計過程提供了一種新的參考方法。然而，這些研究還缺乏對產品造型風格與人們認知意像之間關繫的理性分析，對表達產品設計元素與人們情感、審美之間的關繫研究尚不夠充分。
3）設計與制造的關繫研究工業設計是時代的產物，同時也是制造技術發展的產物，其造型的技術必然反映出其所處時代的制造技術。制造技術沿著生產的合理性方向發展，造型技術根據形態的要求而變化。工業產品造型風格的形成有諸多因素，它既與材料、結構有關，又與加工工藝密切相關，美觀的造型設計，必須通過各種工藝手段將其制作成為物質產品。
現代制造業的競爭就是設計的競爭。任何企業要想獲得自身的生存和發展，取得競爭優勢，就必須不斷尋求新的技術和手段，提高產品的市場競爭力。市場競爭的生命力在於產品的設計創新，設計是產品生產技術的**道工序，是制造的靈魂，也是產品開發*重要的環節之一。產品的功能、結構、造型、質量、成本，以及可制造性、可維修性、報廢後的處理等，主要都取決於產品設計階段。據統計，產品生命周期成本的70%～80%是由隻占總成本10%～20%的設計階段所決定的。因此，設計與制造之間關繫的研究已經成為學術界的研究熱點。
1.3.2產品形態創新設計的研究與應用現狀形態設計是工業設計的基礎，是按照一定要求對產品基本形態要素進行組織的行為。產品形態作為產品功能的載體，是傳遞產品信息的**要素。創新的產品形態已成為吸引消費者的關鍵因素，*是提升企業競爭力的重要砝碼。傳統的產品形態設計主要依賴於設計師的經驗、知識、靈感、直覺，其思維過程是一個不可知的黑箱繫統，缺乏繫統性和通用性。探索具有可操作性和可視化的產品形態創新設計方法已成為產品設計研究領域的熱點和前沿，其主要研究方向為：形態創新設計理論和方法、形態創新設計技術、形態創新設計對像的表達等，如圖14所示。
圖14產品形態創新設計研究與應用 1. 形態創新設計理論和方法近年來，**外學者在形態創新設計理論研究方面已開展了一些探索性研究，並取得了一些創造性的研究成果。蘇建寧、孫菁等將感性意像應用於形態設計，有利於滿足用戶的情感需求，但在解決用戶感性差異性方面尚需探討。Hsiao、HungCheng Tsai、孫守遷、劉弘等應用模糊神經網絡和遺傳算法，在如何快速高效獲得新的產品形態上進行了有意義的探索；Ye等提出了基於組合原理的產品形態創新方法，建立了一個形態創新設計原型繫統，但這兩種方法均還局限於較簡單的產品形態設計，生成的方案需進一步優化。譚浩等從認知心理學出發，建立了基於案例的工業設計情境模型。當前，創新設計方法的研究已從頭腦風暴法、聯想法等基於認知的方法轉向基於繫統的方法，如發明問題解決理論TRIZ(theory of inventive problem solving)、創造模板CT(creative templates)、質量功能配置QFD(quality function deployment)、公理化設計理論AD(axiomatic design)等方向發展，在產品功能創新、原理創新的理論研究上有了極大的提高。結合計算機技術，一些較成熟的計算機輔助創新軟件如Pro/Innovator已推向市場。將技術創新理論與產品形態設計相結合，研究基於技術創新理論的產品形態設計方法，提出基於質量功能配置QFD和發明問題解決理論TRIZ的產品形態創新方法，通過可視化的創新原理資料庫，結合設計技法上的變化，工業設計師可在進行產品形態創新設計時*快捷準確地找到創新點及相應的形態方案，同時實現設計技法上的突破。
產品形態創新設計方法的研究主要包括基於心理學的創造性思維方法和以工程技術發展規律為對像的發明問題解決理論。對於形態創新設計而言，包括發散形像的創新思考和對形態要素繫統邏輯的整合兩方面的創新內容。因此，形態創新設計方法由基於認知心理學的創新思維方法以及繫統化的創新理論兩部分構成。基於形態語義學的創新設計方法是一種用戶導向型設計，產品語義設計***的口號是“使機器容易懂”，其目的是使產品*加適應人的理解和使用過程。形態的語義表達幫助設計師分析、評價、整合新產品形態中的非參數化信息，建立“以人為本”的設計理念，在產品操作或使用界面上創造*符合人的生理和心理的形態特征。產品語義學在形態創新設計方法上的應用主要體現在以感性評價為先導，通過形態語義表達使產品*適用、*易用，以及透過產品語義學傳達產品精神層面的內涵。
三維形狀混合技術、草圖設計技術的快速發展，使形態創新設計可以由計算機自動生成大量不同於現有產品的新形態，改善了現有CAD軟件缺乏用以激發設計師設計靈感來提高設計師造型創新能力的功能模塊的不足。該技術將三維空間中一個初始形態光滑連續地變換到另一個目標形態，對激發設計師的設計靈感具有積極意義，成為提高設計師創新能力的重要輔助工具，已廣泛應用於CAD、計算機動畫繫統、影視娛樂以及醫療行業。特別是在影視特技、動畫人物創建、動畫中關鍵幀的自動生成等方面已經十分成熟。雖然該技術在產品形態創新設計中的應用還十分有限，但為產品形態設計提供了新的創新手段，在仿生設計、繫列化設計中能起到獨特的作用。
2. 形態創新設計技術在當今信息化的時代，產品的形態創新設計已經成為計算機輔助工業設計（computer aided industry design，CAID）技術的重要內容。基於CAID技術的工業產品形態設計主要需解決兩方面問題：一是建立數字化的形態模型，二是通過形態模型賦予產品特定的功能和意義。在國外，特別是以美、英、日等為代表的**，其工業設計發展比較早，對產品設計理論的研究也比較深入，CAID技術的研究成果已經被廣泛應用。較早提出CAID概念的是美國的David E. Weiberg，1995年他在美國的《計算機圖形世界》(Computer Graphics World)上發表了有關CAID的論述。同時，美國福特等大公司都在汽車造型設計中采用了以CAID牽頭的CAID/CAD/CAE/PDM/CAM大型集成繫統，**上新開發的CAD軟件也紛紛加入了CAID的內容，如PDC公司就將其標明是工業設計(industrial design，ID)繫統。**西北工業大學陸長德教授等1995年就在《制造技術與機床》雜志上發表了專章《計算機輔助工業設計》，並在CAID繫統開發方面承擔了**科技攻關項

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