概念設計

概念設計（英语：Conceptual design）指在项目、产品或系统的早期开发阶段所进行的高层次、抽象化设计过程。其目的是在正式投入详细设计前，明确主要目标、功能需求与核心思路，为后续阶段提供总体构架和指导方针。概念設計可能包括介面、體驗、程序以及策略上的設計。概念設計是要瞭解客戶的需求，以及如何用產品、服務及過程滿足其需求。概念設計常見的產出是概念草圖以及模型^[1]。概念设计通常运用于工业设计、建筑设计、软件开发、工程项目以及用户体验设计等多个领域。

通常，产品开发过程可以划分为三个主要阶段：概念设计、详细设计与生成设计,也有学者将其分为四个阶段，分别为明确任务、概念设计、结构设计和详细设计。^[2]总之，在工程设计中，概念设计是产品开发过程中的核心阶段，其目的是产生创造性的设计构想或设计概念，其本质上是一种创造性、经验性和不确定性的设计过程，决定了产品全生命周期总成本的 70%-80%^[3]，并且形成的概念方案对产品的创新性、合理性等起着决定性的作用。

概念设计定义

Pahl（德语：Gerhard_Pahl）和 Beitz定义概念设计为：在明确设计任务后，通过抽象化来认识问题的本质，建立功能结构模型，寻找适用的作用原理及其组合，求解出产品的概念方案。^[2]

French定义概念设计为：描述设计问题，并以设计方案的形式提出众多解的产品设计阶段。^[4]

概念设计理论

概念设计的理论研究主要围绕设计的基本规律、原理及设计认识论展开，并在此基础上构建了面向不同产品与领域的设计方法体系。研究者通常从心理学、知识管理、系统科学等多学科视角，对如何在概念阶段最大化激发创新潜力、应对不确定因素进行探索，形成了一系列方法论，为概念设计提供理论支撑。

TRIZ（Theory of Inventive Problem Solving）又称“发明问题解决理论”或者是直接音译成为“萃智理论”，由苏联发明家格宁里奇·阿奇舒勒（Genrikh Altshuller）基于对大量专利的研究而形成。^[5]TRIZ提供了一套系统化的工具和原理，用于发现和解决创新过程中的技术矛盾与物理矛盾，帮助设计者在概念阶段提出具有高创新度的方案。
头脑风暴法（Brainstorming）由亚历克斯·奥斯本（英语：Alex_Faickney_Osborn）于20世纪中期提出的一种创意思维方法，鼓励团队成员在短时间内快速提出大量想法，再进行整合与筛选。头脑风暴法强调自由联想和推崇多样性，避免过早批判与否定，从而激发更广泛的设计思路。
C-K理论（法语：Théorie_C-K）（C-K Theory）既是一种设计理论，也是一种设计推理的理论。它将设计推理定义为一种扩展过程的逻辑，即一种用于组织生成未知对象的逻辑。是一种全面的、形式化的设计理论，且不依赖于任何特定的设计领域或设计对象，而且在统一的理论框架内解释了发明、创造和发现与设计过程的关系。
质量功能展开（Quality Function Deployment，QFD）是一种系统化的方法，用于将用户或市场需求与产品或服务的技术特性相互关联，以确保设计或开发工作能够紧密围绕实际需求展开。QFD方法于20世纪60年代由日本的赤尾洋二（日语：赤尾洋二）发明，并在三菱重工业、丰田汽车公司等企业率先尝试，并在1980年代由哈佛商学院教授约翰·豪瑟（英语：John_R._Hauser）（John R.Hauser）和唐·克劳辛（Don Clausing）在美国进一步推广。

概念设计模型

概念设计模型研究则集中于对过程模型和推理模型的构建，以规范和支撑各类设计方法在实践环节的落地执行。通过对概念设计活动进行结构化和可视化描述，研究者能够更好地管理需求、功能、约束、资源等要素，并在迭代过程中不断优化与验证创新方案。

双钻模型（英语：Double_Diamond_(design_process_model)）（Double Diamond）由英国的设计委员会（英语：Design_Council）于2004年提出，将设计过程分为发散—收敛两次循环，包含发现（Discover）、定义（Define）、开发（Develop）和交付（Deliver）四个阶段，该流程改编自匈牙利裔美国语言学家贝拉·巴纳锡于1996年提出的发散-收敛模型。^[6]
功能－行为－结构模型（英语：Function-Behaviour-Structure ontology）(Function-Behaviour-Structure model)由John S. Gero等人在设计理论研究中提出，强调从“功能（Function）—行为（Behavior）—结构（Structure）”的多层次视角来理解和描述设计过程。强调在设计过程中通过反复的“定义功能—推导行为—生成结构—评估并迭代”的循环来逐步细化方案，并通过对比期望行为与实际行为来进行调整。^[7]
质量屋模型（House of quality，HoQ）是QFD方法中最具代表性和常用的一种可视化模型，它借助图表的方式，将“用户需求”与“技术特性”及“竞争对标”整合在一张“屋”形矩阵中呈现，因形似房屋而得名

辅助概念设计工具

在概念设计段，设计者需要快速生成、交流和评价各种创意与方案。为此，学术界与工业界开发了多种方法论与软件工具，帮助团队从抽象的功能需求逐步过渡到可行的概念模型。以下列举常见的工具和方法类型:

思维导图(Mind Map)是一种用图像整理信息的图解工具，通过中心主题发散的形式组织观点或信息，适用于整理复杂需求、构建概念框架。它可以利用不同的方式去表现人们的想法，如引题式、可见形象化式、建构系统式和分类式。
专家系统（Expert system）是一种基于人工智能的知识库和推理机制，能够在特定领域模拟专家决策过程。在概念设计阶段，专家系统可协助进行需求分析、概念生成与方案筛选等任务。

參考資料

^ Lab, Purdue Writing. Stage One: Conceptual Design // Purdue Writing Lab. Purdue Writing Lab. [2022-06-08] （英语）.
^ ^2.0 ^2.1 Gerhard Pahl; Wolfgang Beitz; Jörg Feldhusen; Karl-Heinrich Grote. Engineering Design: A Systematic Approach. London: Springer London. 2007: XXI, 617. ISBN 978-1-84628-319-2.
^ Murat Mayda; Hüseyin R. Börklü. An integration of TRIZ and the systematic approach of Pahl and Beitz for innovative conceptual design process. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2014, 36: 859–870.
^ Michael J. French. Conceptual Design for Engineers. London: Springer London. 1999: XX, 252. ISBN 978-1-4471-3627-9.
^ Genrich Altshuller. And Suddenly The Inventor Appeared: TRIZ, The Theory Of Inventive Problem Solving. Worcester, MA: Technical Innovation Center, Inc. 1994: 174. ISBN 0-9640740-2-8.
^ The Double Diamond. Design Council （英语）.
^ John S. Gero; Udo Kannengiesser. The situated function–behaviour–structure framework. Design Studies. 2004, 25 (4): 373-391. doi:10.1016/j.destud.2003.10.010.

[1] Lab, Purdue Writing. Stage One: Conceptual Design // Purdue Writing Lab. Purdue Writing Lab. [2022-06-08] （英语）.

[Pahl2007-2] 2.0 ^2.1 Gerhard Pahl; Wolfgang Beitz; Jörg Feldhusen; Karl-Heinrich Grote. Engineering Design: A Systematic Approach. London: Springer London. 2007: XXI, 617. ISBN 978-1-84628-319-2.

[3] Murat Mayda; Hüseyin R. Börklü. An integration of TRIZ and the systematic approach of Pahl and Beitz for innovative conceptual design process. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2014, 36: 859–870.

[4] Michael J. French. Conceptual Design for Engineers. London: Springer London. 1999: XX, 252. ISBN 978-1-4471-3627-9.

[5] Genrich Altshuller. And Suddenly The Inventor Appeared: TRIZ, The Theory Of Inventive Problem Solving. Worcester, MA: Technical Innovation Center, Inc. 1994: 174. ISBN 0-9640740-2-8.

[6] The Double Diamond. Design Council （英语）.

[7] John S. Gero; Udo Kannengiesser. The situated function–behaviour–structure framework. Design Studies. 2004, 25 (4): 373-391. doi:10.1016/j.destud.2003.10.010.

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