[数据驱动的产品设计]基于功能模型和层次分析法的智能产品服务系统概念方案构建

为研究智能产品服务系统概念方案的构建，解决系统的复杂特性和功能耦合特性，提出应用发明问题解决理论（TRIZ）功能模型和层次分析法(AHP)两种工具，在概念设计阶段利用TRIZ功能模型定性地对其进行分析建模，并借助层次分析法对不同服务供应商所提供的服务功能模块进行定量的决策分析，通过择优集成相关功能模块，形成智能产品服务系统概念方案的构建方法。最后以3家服务供应商的服务功能模块构建为例，验证该方法的有效性。     

以Affordance和功能为共同基础的功能结构图方法拓展

当前功能结构图方法仅以意图域概念"功能"为基础,但同时暗含从现实域出发的考虑,这造成了复杂度耦合,使得绘制过程难以下笔。为解决这一问题,吸收现实域的Affordance概念与功能概念共同作为方法基础,并基于这两个概念将功能结构图方法的绘制分解为:从功能维度逆向思考"人想要发生什么"的倒逼功能结构图,以及从Affordance维度顺向思考"在其环境下可能发生什么"的Affordance功能结构图,从而完成复杂度解耦,得到改良功能结构图方法。该方法解除了绘制过程中的思维混乱,降低了绘制门槛,提高了实用性。     

基于TRIZ功能建模的扩展碰撞预警系统数字孪生概念方案构建

针对碰撞预警系统建模和仿真结果难以真实表达物理域,而且现有碰撞预警系统仅限于车内预警,用户得到的预警信息较少的问题,提出扩展碰撞预警系统服务架构,探讨了其组成和运作流程,基于数字孪生五维框架,详述了面向扩展碰撞预警系统的数字孪生建模过程,并在概念设计阶段基于发明问题解决理论功能模型对其进行功能建模,实现了其功能的全面表达,形成集智能产品和电子服务的整体解决方案,并利用层次分析—模糊综合评价法对所构建概念方案进行评估。通过系统物理实体和虚拟实体的交互融合特性,扩展碰撞预警系统在概念层面的功能建模开发成为可能。     

基于数字孪生的复杂产品设计制造一体化开发框架与关键技术

数字孪生是实现物理信息深度融合的一个重要抓手,复杂产品设计和制造信息物理融合是其中最重要的环节,为最终智能制造的落地提供了有效途径。当前,针对数字孪生技术的研究与应用主要集中在车间运行和产品运维等方面,而将数字孪生技术应用于复杂产品设计与制造融合的研究较少。产品设计是智能制造的第一个环节,也是产生数字孪生体的第一个环节,研究基于数字孪生的复杂产品设计制造一体化开发对实现后续的智能加工、装配和运维等具有重要影响。为此,分析了基于数字孪生的复杂产品设计制造一体化开发内涵,提出了基于数字孪生的复杂产品环形设计框架;基于所提出的框架,从需求分析、概念设计、个性化配置设计、虚拟样机、多学科融合设计和数据管理等方面,探索了基于数字孪生的复杂产品设计制造一体化开发中的关键技术;通过两个典型应用案例,展示了数字孪生关键技术在复杂产品设计制造一体化开发中的应用场景。     

面向智能产品的数字孪生体功能模型构建方法

智能产品的概念结构分析是其创新设计的必要步骤,有效的分析方法有助于提升智能产品创新设计效率。为全面展现智能产品信息—物理域交互作用,从智能产品特性出发,划分其模块组成,并利用数字孪生体重新表述智能产品的模块化功能实现方式。基于智能产品的数字孪生表述,扩展和改进已有功能模型构建方法,实现对智能产品概念结构的全面分析。基于数字孪生体构建智能产品的功能模型可以直观体现系统结构及问题,提升设计效率。     

基于多层功能认知与情景分析的专利规避设计

针对专利规避设计功能分析路径单一，规避设计求解过程受限问题，提出一种基于多层功能认知与情景分析的专利规避设计方法。根据多层功能形式以及功能涵盖的系统范围不同，与产品情景设计思想相结合进行专利规避设计。首先通过提取目标专利情境信息元素，以多层功能系统为关键情景行为阶段，构建技术系统功能情景行为过程；其次以产品技术系统生命周期为依据，分析技术系统情景变换类型与变换元素，确定新情景技术系统需求功能；最后以需求功能为目标，以多层功能概念为基准，应用类比设计思维进行功能求解，完成专利规避设计过程；以平衡车产品专利为例验证方法的可行性。