Design process stages

Agyapong‐Kodua  et  al  (2013)  review  literature  relating  to  stages  of  the  product  design process and highlight the common design stages below in Figure 10: 

Chapter 3: Sociotechnical approaches to retrofit 

 ‐ 61 ‐  

Figure 10: Common stages of the design process (Agyapong-Kodua et al, 2013)  

This  is  a  simplified  view  of  the  process,  which  demonstrates  a  ‘logical’  sequence  featuring the common stages found in most design processes. This process is linear  and unlike the UCD process, does not include any iteration. Agyapong‐Kodua et al  observe  that  this  common  sequential  approach  limits  the  level  of  interaction  between  designers  and  other  relevant  knowledge  holders,  thereby  limiting  the  ability to work across disciplines or with UCD practitioners.  

Pahl  &  Beitz  (1984)  present  a  model  with  similar  elements  to  that  described  by  Agyapong‐Kodua et al (2013), but split the design process into four main stages: 

1. Clarification  2. Conceptual Design  3. Embodiment Design  4. Detail Design 

These  four  stages  have  been  highlighted  in  Figure  11  below  to  show  the  order  of  progression throughout the design process.  

Chapter 3: Sociotechnical approaches to retrofit 

 ‐ 62 ‐    

Task

Clarify the task

Elaborate the specification

Specification

Identify essential problems Establish function structures Search for solution principles

Combine and firm up into concept variants Evaluate against technical and economic criteria

Concept

Develop preliminary layouts and form designs Select best preliminary layouts

Refine and evaluate against technical and economic criteria

Preliminary layout

Optimise and complete form designs Check for errors and cost effectiveness

Prepare the preliminary parts list and production documents

Definitive layout

Finalise details

Complete detail drawings and production documents Check all documents

Documentation

Solution

Upgrade and improve

Information: adapt the specification Clarification  of the taskConceptual  designEmbodiment designDetail  design Optimisation of the layout and forms Optimisation of the principle

Figure 11: Steps of the Design Process (Pahl & Beitz, 1984)  

As  already  discussed,  research  reported  in  this  thesis  was  conducted  in  collaboration  with  a  large  research  project  and  therefore,  there  were  specific  constraints and concepts already in place for the technologies discussed. As a result,  at the time this research was conducted, the technologies were in the embodiment  stage  of  the  design  process  and  therefore  this  became  the  logical  focus  for  this  research.  This  is  the  stage  where  the  initial  concept  of  a  product  is  further  developed  according  to  technical  and  economic  criteria  (Pahl  &  Beitz,  1984). 

Embodiment is described in more detail in Section 3.6.3. 

Chapter 3: Sociotechnical approaches to retrofit 

 ‐ 63 ‐  

French’s model of the design process (1999) is classified in similar stages to that of  Pahl & Beitz (1984). However, this model highlights the need for not only an ‘initial  statement of need’ but also a stage to analyse the problem, which French describes  as ‘a small but important part of the overall process’. He clarifies the three elements  of this stage: 

1. A statement of the design problem proper 

2. Limitation  placed  upon  the  solution,  e.g.  codes  of  practice,  statutory  requirements, customer’s standards, date of completion, etc. 

3. The criterion of excellence to be worked to.  

Whilst  this  stage  refers  to  ‘customer’s  standards’,  it  does  not  suggest  any  identification  of  customers’  actual  needs  and  wants,  nor  the  gathering  of  any  information external to the process in order to inform the design.  

Figure 12 displays French’s model (1999), which includes an iterative feedback loop,  encouraging  and  facilitating  developers  to  return  to  earlier  design  stages  to  make  adjustments.  

Chapter 3: Sociotechnical approaches to retrofit 

 ‐ 64 ‐  

Figure 12: French's model of the design process (1999)  

This model has an initial stage to ‘analyse the problem’, allowing for the formation  of the ‘statement of problem’ which includes the identification of limitations to the  product. These limitations could include user specifications and thereby provide an  opportunity for input from a user practitioner. 

Archer’s  model  (1984,  p.  57‐82)  of  the  design  process  shown  in  Figure  13  below  includes interaction with the world outside of the design process, for example, past  experience  of  the  designer,  any  training,  input  or  consultation  with  the  client  and  other sources of information. The process indicates these as ‘experience’ and shows  how they impact upon the design at an early stage, in the activity of ‘programming’, 

Chapter 3: Sociotechnical approaches to retrofit 

 ‐ 65 ‐  

there  could  be  the  introduction  of  user  needs  etc.  This  is  a  prescriptive  design  process, where design proposals will not be formulated until the ‘Synthesis’ stage,  when all the data collection and analysis has been completed.  

Figure 13: Archer's model of the design process (1984, p.57-82)  

Archer’s  model  introduces  a  key  element  which  has  not  been  seen  in  the  other  processes  discussed;  that  of  external  influence  and  experience.  The  process  also  clearly  demonstrates  the  iterative  loops  from  data  collection  and  analysis  back  to  product brief and from analysis, synthesis and development back to data collection. 

None  of  the  other  models  discussed  thus  far  have  demonstrated  the  iterative  nature of the process in this way.  

Archer (1984, p. 57‐82) summarises the design process by dividing it into 3 phases: 

analytical,  creative  and  executive.  He  describes  the  design  process  as  a  ‘creative  sandwich’,  where  there  is  always  a  creative  act  in  the  middle  of  the  process,  regardless of the size of the other elements.  

Chapter 3: Sociotechnical approaches to retrofit 

 ‐ 66 ‐  

Table  5  below  illustrates  how  the  other  models  discussed  fit  into  these  phases,  allowing for comparison between the stages.

Chapter 3: Sociotechnical approaches to retrofit 

 ‐ 67 ‐  

Table 5: Comparison of three different design process stages

  Archer (1984)  French (1999)  Pahl & Beitz (1984)  Analytical  Programming  Analysis of problem   Specification 

Data collection  Statement of problem    Creative 

Analysis  Conceptual design  Concept 

Synthesis  Embodiment   Preliminary layout 

Development  Detailing  Definitive layout 

Executive  Communication  Workings drawings  Documentation 

Zhang et al (2010) more recently proposed an innovative design process for energy  saving  products.  It  was  designed  in  recognition  of  the  fact  that  ‘it  is  key  for  companies  to  win  the  market  by  developing  new  products  that  satisfy  user  needs  while  minimizing  environmental  impacts  and  energy  consumption.’  The  model  has  three  stages  that  correspond  to  the  four  stages  (clarification,  conceptual  design,  embodiment  design,  detail  design)  within  Pahl  &  Beitz’s  (1984)  model:  Demands  Analysis, Concept Design and Detail Design. The process is illustrated in Figure 14. 

Figure 14: Process of energy saving innovative product design (Zhang et al 2010) 

Chapter 3: Sociotechnical approaches to retrofit 

 ‐ 68 ‐  

The  model  does  refer  to  the  customer  needs  for  the  new  product.  However,  it  makes no suggestions as to how this information is obtained nor the sources of such  information,  and  there  is  also  no  mention  of  an  iterative  process  whereby  the  design  can  be  evaluated  against  the  original  stated  customer  needs.  Whilst  the  process is organised into sections similar to Pahl & Beitz’s model (1984), (analysis,  concept  design  and  detail  design)  the  model  bears  very  little  resemblance  to  the  former and the non‐linear layout makes it challenging to compare them. 

From the design processes reviewed, Pahl & Beitz’s model of design offers the most  useful  reference  for  this  research.  The  model  is  well  cited  and  is  referred  to  by  Howard et al (2008) as ‘a well referenced and simple classification system’, whilst  Cross  (2008,  p.36)  describes  it  as  ‘a  reasonably  comprehensive  model  that  still  retains  some  clarity’  (as  opposed  to  some  of  the  more  complicated  models).  The  model  is  related  specifically  to  engineering  design  and  the  products  being  developed within the CALEBRE project are within this research area. It is therefore  the  model  that  will  be  discussed  in  more  detail  and  referred  to  within  the  rest  of  this thesis.