基于脑电技术的设计概念产生与概念表达关系模型研究

Design concept generation in the product design is the most crucial stage，where the innovation of product may almost be decided .Concept representation is the explicit form of design concept, at the same time it stimulates design concept generation. Therefore it is significant to research the relationship between concept representation and design concept generation. Electroencephalogram(EEG) provids a chance to explore the concept generation cognitive process and its latent brain activities. It's a new trend and leading subject to combine the results of cognitive neuroscience with product design. Based on multi-disciplinary fusion of cognitive neuroscience, product design theory and information technology, taking concept representation activities as explicit phenomenon of design concept generation, applying EEG and behavior observational technique,the incentive mechanism of design concept generation which is caused by different product concept represetaion (sketches, words and symbols, 3D drawings) and by different design situations(the complexity and types of design tasks ) will be analyzed and explored. The relationship model between concept generation and design concept representation will be established on the basis of above researchs. The results obtained from this project will help to provide effective concept representations for design concept generation, and yet with the aim of bringing meaningful view and new approach for product conceptual design reasearch.

设计概念产生是产品设计中决定产品创新性最关键的环节，而概念表达是设计概念的外显形式，并能激发设计概念的产生。因此，研究概念表达和设计概念产生的之间的作用关系具有重要意义。脑电技术提供了探索设计概念产生认知过程和它们潜在的大脑活动的机会，将认知神经学成果与产品设计领域相结合是目前国内外发展的一个新动向，具有前沿性。本项目基于认知科学、产品设计理论和信息技术多学科融合，以概念表达设计活动为概念产生的外显现象，应用脑电技术和行为观察技术，实验对比不同产品概念表达方式（草图、文字符号、三维图等）对设计概念创意产生的激励机制，及不同设计情景（任务复杂性和任务类型）对同一概念表达形式的设计概念产生的激励机制，根据上述实验数据，研究并构建产品概念产生和设计概念表达的关系模型。该项目研究成果有助于为产品设计概念产生提供有效的概念表达形式，为产品创新概念设计的研究提供一个较好的思路和途径。

概念产生是产品设计中决定产品创新性的关键环节之一，而概念表达是设计概念的外显形式，并激发设计概念的产生。基于设计思维理论，借助认知心理学及认知神经科学实验手段，研究促进设计概念产生的概念表达形式，在不同设计任务属性下概念表达对设计概念产生的影响，探讨概念表达与概念产生的关系。主要研究成果包括：（1）设计思维的认知层面：从设计思维的理论基础、模型构建、外在表现和影响因素等方面分析和总结了设计思维理论研究现状、技术和方法，为探索概念产生和概念表达的内在认知规律奠定基础；结合设计过程及类比映射和推理进程的一般特征，构建了基于类比推理的设计思维模式；分析了不同专业新手及专家的认知实验的草图和口语调查报告，关注设计过程和认知活动及对应的关联草图转变规则和变换结果，提出了关联草图对设计进程的推进模式，构建了关联草图形成的内在机制模型。（2）基于脑电技术的研究：采用B-Alert X10® EEG系统测评不同被试脑部区域的EEG功能谱密度，对比研究了创造性概念产生过程中不同性别和左右手偏好被试的任务相关alpha波变化；通过EEG alpha波任务相关强度研究了不同设计任务属性（工程类和创造性设计任务）、不同刺激（草图方案和文字）下创造性构思随时间进程的脑波变化，根据概念生成的脑部应激活动反映概念表达的信息流路径，探索了设计概念产生与情境刺激之间的相互关系；进一步采用BrainProduct actiChamp-32设备采集脑电数据，对alpha波、beta波和theta波的能量值进行分析，量化对比了开放性表征与收敛性表征对设计者心智疲劳和创造力的影响；（3）设计方法/过程层面：基于设计者设计概念表达特点，提出产品形态特征定义方式，通过支持向量回归预测模型将产品特征变化与用户心智感受相联系，构建了基于意象量化的感性工程产品形态设计方法。本项目初步探索了产品概念表达对设计概念创意产生的激励机制，对促进产品创新具有一定的实际意义。.基于本项目研究已发表学术论文8篇，其中SCI期刊论文2篇，EI期刊论文1篇，EI会议论文1篇，中文核心期刊论文4篇，发明专利授权1项；已毕业博士研究生1人，在读1人。