基于多色集合的产品概念设计建模与方案优选方法研究

针对目前概念设计产品求解方法的不足,采用多色集合理论建立概念设计产品信息模型,实现概念设计产品模型的形式化表达。利用多色集合统一颜色与个人颜色等概念,建立产品模型中表达约束关系的布尔围道矩阵,实现从用户需求到不同产品方案组合的推理过程。针对概念设计方案优选问题,采用模糊理论将方案评价信息量化,利用层次分析法确定评价指标权重,提出一种基于模糊层次分析法和遗传算法的方案优选方法。以隔振系统概念设计为例,验证了文中概念设计产品信息建模和方案评价优选方法的有效性。     

面向需求的专利集群分析与再设计

针对产品概念设计时,市场及用户需求获取困难、产品功能模型的构建依赖于设计者知识储备和经验等问题,提出利用专利群辅助完成产品概念设计的专利规避设计方法。首先根据设计主题检索得到相关专利群,并对其摘要、背景技术、发明内容等文字部分进行功能需求获取及分类;然后基于设计任务对专利文本深入分析,建立其功能模型;接着,基于功能需求对功能模型进行对比、保留、剔除、添加等操作,重构得到待设计产品的功能模型;最后利用TRIZ理论等指导完成产品概念模型。并通过拉网装置来验证此方法的可行性。     

基于需求分析和TRIZ的产品创新方法

针对企业在大规模定制生产模式下产品创新能力不足的问题,提出了基于客户需求分析和TRIZ的产品创新流程.该流程根据从质量功能展开(QFD)中获取的客户需求特征,利用粗糙集方法,确定客户需求的基本重要度.基于企业对需求创新核心利益、需求类型和产品"卖点"因素的分析,确定了基本重要度的修正因子,并由此确定了客户需求的最终重要度;同时根据需求-功能-结构的映射关系,建立需求-结构的对应关系,确定了产品结构要素为创新对象;然后,通过对结构要素中创新问题的分析以及依据创新问题的特点,选择TRIZ创新工具;最后通过实例说明方法的应用.     

基于改进型模糊神经网络的设计方案评价方法

产品概念设计方案的准确评价是产品设计开发成败的重要因素。针对当前产品概念设计方案评价方法的不足,结合模糊神经网络的评价方法,提出了一种基于改进遗传算法的模糊神经网络评价方法。通过建立模糊评价模型完成网络训练,并采用将遗传算法与BP算法相结合的多子群自适应遗传BP算法优化,在全局范围内快速找到最优解。并通过Matalab实现了对迷你型冰箱概念设计方案数据的训练和样本测试,预测结果验证了该方法的准确性和实用性。     

基于QFD和U-TRIZ的家用艾灸机器人创新设计

为了使产品功能配置合理,最后产出的技术方案能够满足用户需求,将质量功能展开（QFD）方法引入到家用艾灸机器人设计过程中,将用户需求转换为设计需求,保证设计的艾灸设备满足家用需求且具有竞争力;之后,对QFD阶段得出的相互矛盾的设计需求进行矛盾分析,找到对应的发明原理进行解决;最后,通过TRIZ理论下的统一TRIZ理论（U-TRIZ）特有的物质-属性-功能-原因（SAFC）解题模型,构建每对技术矛盾的技术方案,解决对应技术矛盾。结果表明：运用QFD和统一TRIZ理论集成的方法不仅能够使得产品构建合理,还能够快速找到合适的、具体的解决方案,实现的功能符合需求,使得设计过程更加严谨,方便设计者快速找到符合需求配比的合适技术方案。用此集成方法进行设计的技术方案申请了中国发明专利,验证了此集成创新设计方法的有效性。     

面向需求的勾花网自动卷网机创新设计

针对产品创新设计时，逻辑关系抽象，确定子功能的过程较为复杂，提出基于CAI技术与TRIZ理论的产品概念创新设计方法。根据语义相近原则将收集的产品设计需求分类为几个子需求群，通过Goldfire软件检索得到子需求群的一级子功能；基于一级子功能的工作原理进行功能元定义和分解，根据功能元设计其功能载体，使用专利库和TRIZ理论完成产品机构的设计，并进行专利侵权判定。最后通过勾花网自动卷网机验证了此方法的可行性。     

模块化数控机床概念设计的研究

通过对数控机床设计开发过程的分析，提出了模块化数控机床概念设计系统模型，该模型分为功能域，结构域及评价域三个子模型。文中用广义映射的方法实现了从功能域到结构域的映射过程。相应于概念设计中设计对象模型的演变过程，广义映射分为三层映射，建立三种模型，完成从设计需求到产品功能结构，结构布局方案和模块化结构方案的设计过程。     

TRIZ理论在产品概念设计中的应用

由于概念设计阶段的重要性在于产生产品创新的解决方案,其成为决定产品设计方案优劣的关键.TRIZ理论对创新有明确的定义并且对解决设计冲突有系统的操作方法,适合应用于产品设计的概念设计阶段.通过运用TRIZ理论,可以增强设计人员的创新意识和能力,提高革新设计方案的效率.通过对汽车部件焊装夹具的设计实例的分析,可以看出TRIZ理论在快速产生创新设计方案方面,有显著优势.     

基于用户需要与功能融合的已有产品创新设计

针对已有产品的创新设计，为充分考虑不同类型的用户需要信息，利用可拓创新方法对其进行形式化和流程化研究，提出基于用户需要与功能融合的已有产品创新设计方法。建立用户需要事元，并与已有产品功能事元进行比较，若类型一致，则通过功能分析对原系统进行分析，找到问题功能并利用基元理论和可拓变换改进原系统功能结构模型；若类型不同，通过用户需要事元与功能事元的映射关系获得功能动作表现的物元；根据功能事元和结构关系元的映射关系获得结构关系元的特征和量值，建立新功能系统模型；将两类模型进行功能融合并得到新产品的功能配置及设计方案。通过对已有光伏电池板清洁设备进行创新设计，验证了该方法的可行性与有效性。     

基于功能流模型的产品功能模块划分方法

为了对功能模块进行合理有效的划分,提出了基于功能流模型的产品功能模块划分方法。通过对产品模块化影响因素和客户需求的分析,利用功能流抽象出总功能,再对总功能进行分解从而建立产品的功能结构,实现产品的功能模块划分。利用功能流对产品的需求分析、功能分解、功能结构以及模块划分进行统一,分析了产品概念设计中的功能模块划分与功能流之间的关系。并结合液压支架的功能模块划分,验证了该方法的可行性。     

可拓学在产品创新设计中的应用研究

可拓学是我国研究员蔡文等1983年创立的一门新兴学科。创新是概念设计的灵魂，产品功能是创新设计的出发点。利用物元的发散性、可扩性、共轭性、相关性等特点，在产品的创新设计中，以物元形式描述功能，引入量值属性，建立功能创新设计的物元模型。从功能组合角度定义了功能之间的关系，以功能重组为出发点为设计者提供创新思路。     

基于产品系谱的概念结构多方案设计方法

将生命现象中的系谱理论引入产品概念结构设计中,提出了基于产品系谱的概念结构多方案设计方法.根据产品从定量到定性的进化逻辑,得出不同概念结构之间的结构联系,表达为进化谱系,建立了产品系谱的描述模型,为实现概念设计的智能化提供了统一的功能同构模型;根据产品从定性到定量的演化逻辑,提出了基于系谱的产品结构设计策略,通过系谱单元之间的关系网络,可以得到多个变异设计方案,为产品的创新设计提供支持.最后,设计实例验证了所提出的基于系谱的概念结构多方案设计方法在产品设计中的成功应用.     

基于kano模型的用户需求因子表征及提取方法研究

对产品设计前期用户需求提取不易被计算机识别,而与数字化设计制造技术脱节的问题进行了研究,分析了用户需求因子的情感维度属性,提出了一种借助可拓基元理论(Extension element)建立可拓kano模型的用户需求因子表征及提取方法,首先通过对用户需求的聚类分析(cluster analysis)选取优质需求因子,然后建立需求因子的可拓表征模型,使计算机可以简洁的表示用户需求因子所蕴含的需求对象、对象特征、特征量值等内容。并通过语义差分法实验获取用户对需求因子的情感认知,定义用户满意度位移(λ)和用户满意度(better-worse)系数,达到量化表示用户需求与用户满意度映射关系的目的。论文通过MK8420概念机床设计过程中用户需求的提取分析验证了该方法的可行性。     

基于功能与几何关联的单元化设计方法研究

为了缩短设计时间,提高产品设计方案生成的自动化程度,文章从功能与几何形体关联驱动的角度,提出了一种基于功能与几何关联的产品单元化设计方法。首先,根据单元的语义与结构特点,将产品的构成单元进行了有效分类,并将单元及其包含的信息从功能流的角度进行抽象,建立了单元符号模型;然后,根据产品的功能需求,从功能流的角度生成产品的设计方案;在此基础上,从单元的几何形体角度,考虑单元间的连接关系与特点,建立产品的装配信息模型,将各个单元组装成所需产品。最后,开发了基于功能与几何关联的单元化设计系统,并以实现直线传输运动的概念设计为例验证了系统的有效性。     

基于TRIZ理论的产品创新设计

运用TRIZ原理就能创造性地消除产品设计中参数间的潜在矛盾冲突。本文归纳了基于TRIZ的概念设计过程模型，总结了基于TRIZ的概念设计思想方法与设计实践中的操作程序。结合实例，运用矛盾矩阵查找创新原理，完成新产品的概念设计。     

多色集合与模糊遗传算法的机械产品概念设计研究

针对机械产品概念设计中的优化问题,提出了基于多色集合与模糊遗传算法相结合的方案推理及优化方法。首先运用多色集合理论,建立了描述复杂结构机械产品各组成元素间的层次结构和复杂约束关系的信息模型,以进行有效的方案推理。然后,将多色集合推理模型与模糊遗传算法相结合,实现了方案的评价及优化方案的搜索。以工业机械手的概念设计为例对该方法进行了验证,结果表明,该方法能有效地实现概念设计过程中的方案推理及优化,为复杂机械产品概念设计提供了一定的理论基础。     

基于可拓理论的刀具磨损状态评价方法的研究

基于物元模型的可拓学理论分析,提出了刀具磨损状态的可拓评价方法。利用与刀具磨损状态密切相关的敏感特征参数,构造经典域物元和节域物元,应用物元和可拓集合中的关联函数,建立了刀具磨损状态的可拓评价模型,通过可拓评价分析,获得了客观合理的评价结果。实例分析证明了可拓学理论用于刀具磨损状态评价的有效性和可靠性。     

基于R-KANO与G-TOPSIS法的产品设计方案多目标决策方法

针对产品设计方案多目标决策过程中存在的主观性与模糊性问题,进一步提高用户对企业产品的综合满意度,提出一种结合粗糙集与卡诺模型(R-KANO)、灰色关联分析与逼近理想解排序法(G-TOPSIS)的产品设计方案决策方法。首先,通过专家及用户问卷调查确定产品初始评价指标,运用公信度评测对初始指标进行筛选,确定最终评价指标集;然后,应用粗糙集理论计算评价指标初始权重,考虑用户需求偏好采用KANO模型对评价指标权重进行修正;最后,通过灰色关联分析法对设计方案与目标需求之间的形状关联度进行分析,采用TOPSIS法对设计方案与目标需求之间的位置匹配度进行分析,通过融入上述指标权重并计算重构的相对贴近度实现多目标决策要求下产品创新设计方案的优选。以某新型装备产品评价设计为例,验证了方法的有效性。研究结果表明,该方法能有效提高设计方案优选的客观性,具有一定指导作用。     

基于功能拓展的创新设计方法

由于消费者对产品功能需求的不断变化,企业需要系统化的设计方法来提高产品创新能力,以满足消费者快速多变的需求。针对功能需求的新产品开发进行研究,提出一种基于功能拓展的创新设计方法。在确定核心功能的基础上,以宏功能为逻辑联系,对核心功能进行拓展绘制出功能系统图,再利用功能导向搜索和结构知识库,对功能进行结构匹配,实现从功能到结构的映射,最后将各结构组合,完成概念设计。从而通过核心功能的拓展形成满足特定功能需求的创新设计方案。最后用行李车案例验证了该设计方法的有效性。     

基于核心功能约束的概念设计方法

在基于功能-行为-结构(Function-Behavior-Structure,FBS)模型开展产品设计映射的过程中会产生大量无效的原理和结构,这些无效冗余结构会急剧增加设计方案组合阶段的复杂度。为提高FBS模型辅助创新设计的效率,提出了一种基于核心功能约束的概念设计方法。通过将产品设计过程划分为核心功能设计和辅助功能设计两个阶段,以产品核心功能的设计结果作为辅助功能设计过程的约束条件,在核心功能实现的要求下约束各辅助功能实现的结构方案数,从而缩小基于形态分布矩阵的设计组合方案的复杂度。通过洗碗机的概念设计过程验证了该方法的可行性和有效性。