工业产品形态创新设计与评价方法系统研究产品形态原型和形态“传承度”的思想，通过对产品形态风格的描述与分析，建立起形态原型的参数与产品形态风格之间的关系，将产品形态“有序地创造”与“批判地继承”相结合，做到定量进行产品形态风格分析与评价，使工业产品形态的创造性设计有章可循，既能保持原有造型风格，又能推陈出新，保持产品品牌的生命力。

本书以设计学、统计学、感性工学、图论、矩阵论为基础，提出产品形态原型的思想，基于产品形态3D模型构建了工业产品形态原型的数学模型，提出利用产品照片反求重构形态模型的一种方法。建立以产品形态分体的最适包围盒作为形态原型的基本单元，基于形态原有拓扑关系构建形态原型的方法，通过对形体最小包围盒参数及产品形态特征广义有向图的分析，建立描述产品形态原型的数学模型。建立了产品形态风格与形态语意之间的关系，提出了一种基于产品形态原型的递进式产品形态语意获取方法，建立产品形态语意模型，建立描述产品形态的风格空间和风格玫瑰图，形成理性描述产品形态风格的理论和方法。建立产品分体形态原型库、产品形态原型库和产品方案库，以及产品形态原型库与产品方案库在数据结构上的对应链接，提出基于遗传算法对产品形态设计方案进行风格定位的方法。综合提出基于风格要求的产品形态创新设计方法，分析了工业产品形态设计评价的内容，提出了产品形态“传承度”的概念，建立产品形态传承度和传承权值的计算模型，确定形态传承判据的算法，通过对形态传承度与传承判据关系的分析，建立基于形态传承的形态设计评价方法。

本书系统完整、结构严谨，既可以作为大学、研究生教材，也可以作为工业设计师和设计方法研究者的必要参考书，更可以成为企事业单位和设计事务所进行产品形态创新性设计及产品形态风格分析评价的指导性书籍。

本书的研究得到陕西省自然科学基金、上海市设计学IV类高峰学科专项基金、上海国际设计创新研究院、上海工程技术大学高层次人才引进基金的资助。

高瞩

2017年10月

第1章产品形态创新与评价1

1.1产品形态2

1.2形态创新与评价方法3

1.2.1形态创新3

1.2.2评价方法4

1.3研究及应用现状5

1.3.1国内外工业设计的研究5

1.3.2产品形态创新设计的研究与应用现状9

1.3.3产品形态设计评价的研究12

1.3.4形态创新设计与评价软件开发的研究14

1.4存在的问题及本书研究的切入点15

第2章理论基础17

2.1已有的相关理论17

2.1.1形态表达中的广义邻接矩阵理论17

2.1.2形态设计评价中的感性工学方法21

2.1.3形态风格描述中的统计学原理25

2.2传承度的概念及其计算模型27

2.2.1产品造型符号的实体及数学表示27

2.2.2形态传承的定义28

2.2.3产品形态传承度的计算模型29

2.3本章小结31

第3章产品形态原型及其建模32

3.1产品形态32

3.1.1产品形态的组成32

3.1.2产品形态CAD模型的反求生成33

3.1.3实验举例38

3.2产品形态原型40

3.2.1定义403.2.2形态原型的构建41

3.2.3形态原型的层次表示41

3.2.4形态原型的拓扑关系41

3.3最适包围盒的求取及其数学模型43

3.3.1最小包围盒的概念43

3.3.2最小包围盒的确定方法44

3.3.3最小包围盒的参数表示44

3.3.4最适包围盒的参数表示45

3.4形态原型广义邻接矩阵45

3.4.1一般表达形式45

3.4.2GAM的构成关系46

3.4.3形态原型广义邻接矩阵的建立46

3.5基于产品分体最适包围盒的形态原型重构48

3.5.1形态原型的建模48

3.5.2形态原型设计树的构建48

3.5.3形态原型设计树的编辑48

3.6实例分析49

3.7本章小结51

第4章产品形态风格的理性描述52

4.1产品形态风格52

4.1.1定义52

4.1.2产品形态风格的特征53

4.1.3产品形态风格与形态语意的关系53

4.2产品形态语意55

4.2.1形态语意的概念55

4.2.2产品形态语意的获取56

4.3产品形态语意模型57

4.3.1产品分体及其组合的语意表达57

4.3.2形态语意的集成和提炼58

4.3.3产品形态语意模型的建立61

4.4基于统计学原理的产品形态风格描述62

4.4.1感性意象的量化描述方法62

4.4.2分体形态的风格描述63

4.4.3产品整体形态的风格描述66

4.5实例分析69

4.5.1冲击钻形态语意模型的建立69

4.5.2钻体形态的风格描述70

4.5.3冲击钻整体形态的风格描述71

4.6本章小结73

第5章基于风格要求的产品形态创新设计74

5.1产品形态设计过程与特点74

5.2产品形态创新设计方法75

5.2.1产品形态创新设计框架76

5.2.2形态多层次映射求解模型77

5.3形态原型库77

5.3.1形态原型库的生成78

5.3.2分体形态原型库的建立78

5.3.3产品形态原型库的建立81

5.3.4形态原型库的数据结构82

5.4产品方案库83

5.4.1产品方案库的组成83

5.4.2基于遗传算法的设计方案风格评价83

5.5基于形态原型的产品发散性创意设计87

5.5.1产品创意形态的定义87

5.5.2产品创意形态生成流程87

5.5.3形态创意与发散性创意设计88

5.6实例应用89

5.7本章小结90

第6章基于风格传承的形态设计评价91

6.1形态设计评价的主要内容91

6.2基于风格传承的形态设计评价方法的框架92

6.3形态传承权值的确定93

6.3.1权值确定的定义93

6.3.2相关参数的说明93

6.3.3应用举例94

6.4产品形态传承度的计算96

6.4.1产品形态传承度评价层次96

6.4.2形态原型分体集传承度矩阵97

6.4.3形态原型广义邻接关系传承度矩阵98

6.4.4产品形态传承度98

6.4.5应用举例98

6.5形态传承判据102

6.6传承分析与评价104

6.6.1形态传承度与判据之间的关系104

6.6.2评价方法106

6.7本章小结107

第7章软件原型系统开发及应用108

7.1FD&A原型系统总体设计108

7.1.1需求分析108

7.1.2FD&A系统的体系结构109

7.1.3系统平台选择109

7.1.4FD&A系统的工作流程111

7.1.5FD&A系统工具开发的思路112

7.2形态原型库与方案库的开发113

7.3FD&A系统应用验证117

7.3.1形态设计应用117

7.3.2设计评价应用123

7.4本章小结126

第8章结论与展望127

8.1主要研究工作与结论127

8.2研究展望128

参考文献129

后记137

\\第1章产品形态创新与评价我国是当今世界工业产品的制造大国，但并不是产品设计的强国。自我国加入WTO（世界贸易组织）以来，制造企业面临的国际市场竞争越来越激烈，大批的企业因产品创新设计能力不足及产品品牌意识不强，难以在激烈的产品竞争中立于不败之地。因此，研究工业产品的形态风格传承理论和方法，并在此基础上进行产品创新设计，无疑对我国产品在国际市场上的竞争力提升有着十分重要的意义。然而，产品的形态风格传承和形态创新设计往往是一对矛盾。在产品形态设计中，盲目地追求创造性，不利于保持一个品牌的独特风格；而僵化地追求保持形态风格，又难以做到使产品不断推陈出新。如何在工业产品的创造性设计中，既能有序地进行创造设计，又能传承原有的形态风格，并快速有效地进行形态设计和形态风格传承的评价，已成为产品造型设计领域和企业实践中亟待解决的问题。

设计是人类为改造自然和社会而进行的构思和计划，并将这种构思和计划通过一定的具体手段得以实现的创造活动，其本质是创新。创新是产品造型设计的灵魂，是设计的生命，没有创新，设计就没有了内容。本书所述的工业产品设计创新是基于形态的视觉一致性进行的批判性继承设计，是关于“产品设计如何能够满足目标市场开发的公效性要求”的创造性活动，是产品设计的深化与发展，是技术进步的必然结果，更是市场竞争的客观需要和企业生存与发展的内在要求。本书将基于工业产品的形态特征，进行产品形态原型的建立方法及其参数与产品形态风格的关系研究，建立基于产品3D外观模型的风格传承分析与形态创新设计的理论和方法。研究成果将有助于企业进行产品形态的创新性设计及产品形态风格的分析评价，使设计既能保持原有造型风格，又能推陈出新，节省设计成本，延长工业产品品牌的生命力，不断扩大产品的市场知名度。本书将达到产品造型“有序地创造”与“批判地继承”相结合的目标，做到定量地进行产品的形态风格分析与评价，并使工业产品的创造性设计有章可循。基于产品形态风格的传承评价模型、算法及开发的应用软件，将便于企业理性地进行产品形态风格的分析评价及产品形态的创造性设计。因此，本书的内容对工业产品的形态创新、分析评价及企业的设计实践指导将具有重要的理论和实际意义。1.1产品 形 态

产品形态是信息的载体，是设计师向受众传达思想和理念的物化，更是产品文化、身份的精神象征，是赢得受众心理共鸣的设计语意表现形式之一。产品形态作为传递产品信息的第一要素，它能使产品内在的质、组织、结构、内涵等本质因素上升为外在表象因素，并通过视觉使人产生一种生理和心理过程。与感觉、构成、结构、材质、色彩、空间、功能等密切相联系的“形”是产品的物质形体，对于产品造型而言，是指产品的外形；“态”则指产品可感觉的外观形状和神态，也可理解为产品外观的表情因素。

产品形态传承是指同一系列产品在创新设计中对已有形态的综合继承度，对同一品牌的系列产品来说，它是一个形态“批判继承”的过程，是以产品物化的外象变化反映出丰富的产品语义变化，将引起受众感受到设计风格的变化。形态设计是工业设计的重要组成部分，是最直接的人机界面设计，在质量、技术日益趋同的情况下，如何在不断创新产品的同时，保持品牌产品的设计风格，正成为企业进行产品可持续开发的重要课题。