产品概念设计方案生成模型

在公理化设计中引入行为域，提出了具有“顾客需求域→功能域→行为域→载体域”映射模式的概念设计方案生成模型，将功能域、行为域和载体域之间的映射视为整体。采用质量功能配置方法建立了顾客需求域与该映射整体之间的关系；针对映射整体定义了一种域映射规则，给出了域映射过程的数学语言形式化描述。以高速链式平缝机方案设计为例，对所提出的模型和方法进行了说明。     

面向问题域的产品概念设计阶段需求功能的描述及转换研究

研究了产品概念设计过程中不同问题域内需求功能的转换，分析了设计过程中用户知识空间和设计知识空间的关系，定义了问题域；提出了适合概念设计过程中问题域模型的表示方法，建立了需求功能描述的流程，构建了需求功能获取系统的总体框架。最后实例验证了方法和系统的可行性。     

绿色产品概念设计中的知识重用

为解决由产品生命周期阶段的延拓及环境因素导入而引起的产品绿色设计实施周期较长及效率低的问题,将知识重用方法引入到绿色产品的概念设计中。对绿色设计单元进行可拓物元表达,建立绿色设计知识的多域多级迭代过程模型;通过K均值聚类方法对绿色设计单元实例进行分类处理,基于功能域、行为域、结构域与绿色设计域映射关系提出绿色设计单元实例检索方法,采用考虑方案主观偏好的不确定多属性效用决策方法优选出绿色属性综合表现最佳的方案。以食品搅拌机的概念设计为例,对所提方法进行了验证与分析。应用实例表明,该设计知识重用方法可以较大幅度的提高绿色产品概念设计的效率。     

概念设计产品的模糊可靠性预测及方案评价

对概念设计产品进行了模糊可靠性预测,将故障树底事件发生可能性的模糊语言描述量化为模糊集的元素。在可靠性预测过程中针对基于模糊集理论的变参数逐点运算模型的不足,利用参数型Hamacher算子建立了定参数逐点运算模型并在此基础上依据设计者的主观判断确定预测结果,提高了分析效率并得到了更合理的结果。利用物理规划进行概念设计方案评价,为概念设计方案评价提供了新的途径。最后用实例说明了上述方法的可行性及合理性。     

机械系统概念设计方案评价方法研究

机械系统概念设计方案评价是概念设计中重要的一步,决定着概念设计的成败.概念设计方案评价既有定性指标存在,又有定量指标存在,是一个典型的半结构型的问题,很难从中选出一个最优方案.因此,本文提出了基于工程模糊集理论的评价模型.首先对概念设计方案评价的指标体系进行了层次分析,以指标体系为依据划分了若干个评价单元.将方案系统的整体评价问题转换为一系列基本单元的评价和基本评价单元的综合问题,其次结合工程模糊集理论、模糊识别理论建立方案评价的模糊多级识别模型,通过模糊识别给出了概念设计方案对各个给定级别的相对隶属度矩阵,以此作为方案排序的依据.实践表明,本文所提出的评价方法,符合概念设计评价的特点,是非常有效的评价方法,具有很好的应用前景.     

复杂机械系统方案创新设计阶段符号方案的自动化生成

基于机构组合创新思想进行复杂机械系统方案设计的自动化方法研究。在实践上，开发了机构组合创新应用软件。阐明了采用该软件进行复杂机械系统方案设计的工作流程，给出了应用实例。同时，从系统的角度出发，对概念设计阶段符号方案的自动化生成进行了较为深入的研究。     

基于模糊图论和最优水平值方法的概念设计方案求解

为便于机械产品概念空间的直观描述，将模糊图论引入概念设计，利用模糊与／或树表征产品概念空间。利用模糊设计理论中的最优水平值方法遴选基本功能载体，对功能载体的组合得到备择方案并进行综合评价，达到优化概念设计方案求解过程和提高设计效率的目的。用起重机起升装置的设计实例说明这种方法是切实可行的。     

模糊数据包络分析法在产品方案评价中的应用

针对传统方法在方案评价时需给出各目标权重的局限,将数据包络分析(DEA)方法引入机械产品方案评价中,针对概念设计方案指标值具有模糊性的特点,在传统C2R模型的基础上,根据模糊数的排序原理,提出了一种新的模糊DEA模型。通过构造评价系统的相对最差方案,作为虚拟方案,建立模糊评价模型,根据模糊数排序原理转化为确定的优化模型来计算各方案的效率评价指数,从而可对包括DEA有效的所有设计方案进行评价排序。实例表明,该模型无须构造α截集,计算简单方便,可用于评价同时具有确定性和模糊性指标值方案的相对有效性,因而具有更广泛的应用范围。     

机械运动方案知识库的对偶矢量表达及型综合

简要介绍了机械运动系统方案设计知识库的结构和螺旋理论及对偶矢量表达。提出了知识库基本元素的对偶矢量建模方法。通过输入运动旋量和输出运动旋量表达机构的运动行为要求和设计需求。在运动方案的型综合中，需要进行两项工作：一是将各备选机构坐标转换为机器的通用坐标；二是将各备选机构的轴线首末端空间方位按组合的先后顺序对齐。为此给出了基于对偶矢量表示的坐标变换和线性变换公式。最后列举了一个实例验证螺旋理论在概念设计中的可行性和意义。     

基于数据挖掘的产品概念设计建模研究

在产品概念设计过程中，引入数据挖掘技术和方法，提出了基于数据挖掘的全息虚拟产品概念设计模型，开发了数据挖掘工具，建立了面向产品概念设计方案生成的数据仓库；研究建立决策树算法的数据挖掘模型，以支持度为目标，实现从所建立的机械产品库、设计规则库、领域知识库中挖掘相关数据、信息和知识，从而极大地支持机械产品方案创新设计过程。以机床传动机构设计为例，说明了采用决策树方法的数据挖掘模型来实现机械产品概念设计的功能结构映射过程。     

Computer-based Creativity Enhanced Conceptual Design Model for Non-routine Design of Mechanical Systems

Computer-based conceptual design for routine design has made great strides, yet non-routine design has not been given due attention, and it is still poorly automated. Considering that the function-behavior-structure（FBS） model is widely used for modeling the conceptual design process, a computer-based creativity enhanced conceptual design model（CECD） for non-routine design of mechanical systems is presented. In the model, the leaf functions in the FBS model are decomposed into and represented with fine-grain basic operation actions（BOA）, and the corresponding BOA set in the function domain is then constructed. Choosing building blocks from the database, and expressing their multiple functions with BOAs, the BOA set in the structure domain is formed. Through rule-based dynamic partition of the BOA set in the function domain, many variants of regenerated functional schemes are generated. For enhancing the capability to introduce new design variables into the conceptual design process, and dig out more innovative physical structure schemes, the indirect function-structure matching strategy based on reconstructing the combined structure schemes is adopted. By adjusting the tightness of the partition rules and the granularity of the divided BOA subsets, and making full use of the main function and secondary functions of each basic structure in the process of reconstructing of the physical structures, new design variables and variants are introduced into the physical structure scheme reconstructing process, and a great number of simpler physical structure schemes to accomplish the overall function organically are figured out. The creativity enhanced conceptual design model presented has a dominant capability in introducing new deign variables in function domain and digging out simpler physical structures to accomplish the overall function, therefore it can be utilized to solve non-routine conceptual design problem.     

产品概念设计过程中信息映射模型的研究

概念设计中的功能求解过程是产品设计中最能体现创新性的环节。在建立产品功能域、原理解域、结构域之间三层映射关系的基础上,通过引入逆映射、功能虚元、原理解虚元、虚链等概念,将域间复杂的信息映射过程简单化,以产品功能分解树的分解过程表示设计过程,以功能基、原理解、结构之间的对应关系表达设计知识,实现概念设计阶段与详细设计阶段产品信息表达的一致性。     

基于扩展域结构模板的产品配置建模

为有效支持大批量定制的产品配置,提出了基于扩展域结构模板的配置建模方法.该方法首先在域结构模板中引入产品制造过程信息,得到包含产品功能、载体和制造过程信息的扩展域结构模板.在此基础上,通过拓展其载体和制造过程节点,并采用有向图提取和表达上述元素间的关系,生成了包含产品族载体和制造过程信息的配置模型.所得模型在支持企业配置出个性化设计方案的同时,保证了配置方案具有制造成本低和制造周期短的特性.最后,以转子式蜂鸣器为例,初步验证了配置建模的方法.     

大型水轮机方案设计知识重用可拓策略

为继承与重用大型水轮机产品设计知识,通过基元对设计知识进行了描述,研究了产品方案设计知识重用可拓策略,运用基元的可拓性实现了设计知识的拓展,形成了产晶方案设计知识的可拓基元集合,并建立了相应的产品方案设计知识重用可拓模型.最后,以大型水轮机选型方案设计为例,验证了该模型的有效性和可操作性.     

CONCEPTUAL MODELING BASED ON LOGICAL EXPRESSION AND EVOLVEMENT

Aiming at the problem of abstract and polytype information modeling in product conceptual design, a method of conceptual modeling based on logical expression and evolvement is presented. Based on the logic expressions of the product conceptual design information, a function/logic/structure mapping model is set up. First, the function semantics is transformed into logical expressions through function/logic mapping. Second, the methods of logical evolvement are utilized to describe the function analysis, function/structure mapping and structure combination. Last, the logical structure scheme is transformed into geometrical sketch through logic/structure mapping. The conceptual design information and modeling process are described uniformly with logical methods in the model, and an effective method for computer aided conceptual design based on the model is implemented.     

广义机械系统概念设计模型与关键问题

研究了概念设计过程的发展，归纳出瀑布模型、原型模型和喷泉模型三种模型，并提出了平面螺纹模型。为便于计算机实现，提出了设计方案生成的空间螺旋模型。详细讨论了概念设计的设计要求、初始方案生成等 关键问题，强调设计要求分析要注意功能的条件性和主次性关系。与以往功能分解作功能匹配呈明显先后顺序，相互割裂不同，提出了功能分解与功能匹配是呈螺旋上升交替进行的观点。最后通过油田修井机系统设计实例，对广义机械系统概念设计的上述观点和模型做了进一步阐述和验证。     

基于知识的机械产品设计方案失效风险评估

提出了一种基于知识的机械产品设计方案失效风险评估和优选方法.使用矩阵和一维数组表达"功能-组件"、"组件-失效模式-失效风险"间的对应关系知识,利用矩阵乘法和数组的"连接"运算法则,建立了具有较好通识性及实用性的产品"功能-失效模式-失效风险"知识模型,并据此构建了相应的知识库.在知识模型和知识库的支持下,给出了风险优先数的计算方法和基于知识的机械产品设计方案失效风险评估过程方法.最后,通过实例说明了上述方法的有效性.     

A feature-based approach towards an integrated product model in intelligent design

Conceptual design is an early stage in the product design process, which has an essential effect on the product innovation. Existing approaches for product knowledge engineering for conceptual design always focus on knowledge modelling and organization, etc. However, the traditional approach is lack of better comprehending representation and reuse of design knowledge in conceptual design. This paper is devoted to presenting a systematic effective integrated modelling approach of principle solutions in conceptual design to make the knowledge of functional design be transferred efficiently to the subsequent principle conceptual design and structure conceptual design process, and even detail design. With the introduction of the physical quantity model, feature-based representation model of function, effect, physical quantity, working principle and structure concept are put forward step by step, and then an integrated principle solution model is presented based on the generalized assembly model. The knowledge organization method of principle solutions based on physical quantities is also proposed. Conceptual design process based on integrated modelling and knowledge organization of principle solutions is presented, which discloses that physical quantity model is a bridge across functional design, principle conceptual design and structure conceptual design. The conceptual design of new devices for decreasing resistance of petroleum equipment offshore platform is given as an example, which demonstrates that the methodology is obviously helpful to increase opportunities for product innovation in conceptual design.     

基于知识模板的复杂产品设计重用方法研究

为实现复杂产品设计知识的莺用,提出了基于面向对象技术的知识模板概念.用统一建模语言建立了复杂产品设计阶段的功能-行为-结构模型.通过功能分解和结构映射,将功能信息和向何信息集成封装在一个类模板中.基于功能域、行为域和结构域三个映射域,设计了功能分解算法,从而形成可重用知识.知识模板通过组成模板的静态和动态知识提取并加以综合获得,利用相似度数值的计算进行模板的选择与匹配.最后以叉车产品功能分解和结构映射所形成的知识模板,说明了所提出的设计重用方法的实际应用.