基于功能-行为-结构的产品概念模块设计研究

为更好地实现产品的模块化设计,在基于功能-行为-结构的产品概念设计过程中引入模块划分技术,提出了一种基于功能-行为-结构的产品概念模块设计方法和过程模型;分析了根据产品的总体技术目标特征,进行产品功能、行为、概念结构求解与功能分解的迭代过程的产品概念设计分解方法。为描述概念产品,将黑箱法和IDEF0功能描述方法相结合,建立了产品功能-概念结构模型。在此基础上,建立了产品概念要素（功能、行为、概念结构、接口）的相关关系分析方法,进而采用模糊聚类算法进行产品概念要素聚合,以实现产品概念模块的划分。该方法应用于堆垛机货叉机构的概念设计过程,实现了货叉机构的概念模块的设计。     

基于FBS的设计知识组织与应用策略研究

为了辅助设计者在功能-行为-结构(FBS)过程中有效地运用知识进行产品创新设计,根据FBS设计过程的特点,提出了一种基于FBS的知识组织与应用方法;通过对知识进行分类,并对各知识的特点及应用过程进行分析,实现了功能、行为、结构之间的依次转化;采用本体技术构建了基于FBS的知识组织模型;在此基础上,对问题分析、功能扩展和资源检索3个模块进行了分析,建立了基于AFBS的知识检索方法;最后以实例验证了设计知识在FBS过程中的应用。     

基于功能-行为-结构情景设计的未预见发现构造模型驱动产品创新

分析描述性设计和情景设计的两种方法。未预见发现(Unexpected discovery,UXD)是一种驱动产品创新的科学认知设计过程。在情景类比设计过程中,通过寻找UXD来实现产品创新设计。建立功能—行为—结构(Function-behaviour-structure,FBS)模型和UXD分析模块,将情景设计与所建立的设计模块有机地结合在一起,实现产品的创新。介绍情景设计与非情景设计对FBS和UXD的影响。水龙头与房门的情景类比实例,验证了情景设计用于产品创新是行之有效的。     

基于功构单元的产品族规划方法

为更好地支持面向客户的产品多样化设计,提出了一种基于功构单元的产品族规划方法。该方法中,针对聚类细分的产品族客户需求,对其基本功能、扩展功能展开FBS(功能-行为-结构)进行功构分解,建立不同层次的功构单元;通过质量功能配置方法确定产品族及其功构单元的特征参数及其取值范围;采用功能流和IDEF0相结合的方法建立产品族FBS功构分解的底层功构单元的功能模型;基于该功能模型,通过谱系聚类建立产品族的不同层次的功构模块,确定基本功构模块、扩展功构模块;并由此通过功构单元结构及其特征参数的综合而建立基本模块族、扩展模块族,从而实现产品族规划。该方法应用于堆垛机的产品族规划,建立了堆垛机的功构模块及其产品族结构模型,从而验证了其可行性和有效性。     

基于功构单元的产品族规划方法

为更好地支持面向客户的产品多样化设计,提出了一种基于功构单元的产品族规划方法。该方法中,针对聚类细分的产品族客户需求,对其基本功能、扩展功能展开FBS(功能-行为-结构)进行功构分解,建立不同层次的功构单元;通过质量功能配置方法确定产品族及其功构单元的特征参数及其取值范围;采用功能流和IDEF0相结合的方法建立产品族FBS功构分解的底层功构单元的功能模型;基于该功能模型,通过谱系聚类建立产品族的不同层次的功构模块,确定基本功构模块、扩展功构模块;并由此通过功构单元结构及其特征参数的综合而建立基本模块族、扩展模块族,从而实现产品族规划。该方法应用于堆垛机的产品族规划,建立了堆垛机的功构模块及其产品族结构模型,从而验证了其可行性和有效性。
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产品多意象造型进化设计

为解决消费者对产品造型的多意象需求,在分析产品造型进化设计整体流程的基础上,提出产品多意象造型进化设计的模型、实现方法和关键技术。确定了多意象目标需求和产品样本造型参数,建立了意象造型神经网络评价系统,利用非支配排序遗传算法建立了多意象造型进化设计系统。该算法的非劣分类、拥挤度计算和修剪运算等技术保证了多意象造型进化设计的多样性和高水平性。以汽车侧轮廓设计为对象进行实例研究,结果表明该方法可有效应用于产品多意象造型进化设计。     

基于认知耦合的产品造型仿生设计研究

为更好地满足用户情感需求、权衡产品造型仿生设计中功能与形式两者的关系,将认知耦合引入产品造型仿生设计过程,探索符合产品情感语义的造型仿生设计方法。根据语义差分(SD)法获得产品目标感知意象评价值,结合熵权法得到各目标感知意象权重;利用造型分析法提取产品造型设计要素,通过数量化Ⅰ类理论建立产品综合感知意象与造型设计要素之间的关联,得到影响产品综合感知意象的造型设计要素优先级排序;采用眼动试验获得生物造型特征认知排序;将生物特征与产品造型要素进行强认知特征耦合匹配,形成初步造型仿生设计方案,并利用模糊综合分析法得到最佳方案,从而建立符合认知耦合的产品造型仿生设计方法。以医疗传感器造型设计为研究实例,验证了该方法的有效性。     

面向认知主体的产品意象造型创新设计方法

为满足用户和设计师对产品造型的感性认知,提出基于认可度和交互式单亲遗传算法的产品意象造型创新设计方法。首先确定目标意象和代表性产品样本,进行产品意象调查与分析;然后以产品意象认可度为依据,建立产品意象造型选择机制;最后将选择出的较优产品样本作为父代,利用交互式单亲遗传算法建立产品意象造型创新设计系统,得到最优设计产品。以水瓶设计进行实例研究,结果表明该方法可为产品造型设计提供有效的辅助和支持。     

产品意象造型设计中的耦合特性研究

为更好地满足用户对于复合意象的产品造型需求,探索了产品造型设计要素间的耦合特性。采用SD法获得用户意象评价,结合熵理论得到多意象评价权重及复合意象评价值;利用形态分析法提取产品造型设计要素,通过数量化I类理论建立复合意象与设计要素之间的关联,依此将不同权重设计要素耦合成新样本;通过模糊逼近理想解排序法对新样本进行优先级排序,进而分析产品意象造型设计中要素的耦合特性。以眼镜设计为实例对象,揭示了耦合特性对于产品意象造型设计的指导意义。     

基于视觉-行为-情感的产品族设计基因

为进一步探索产品族设计中关于体现品牌特征和用户情感的问题,提出基于视觉-行为-情感的产品族设计基因研究方法.在分析品牌识别的硅性因素和隐性因素基础上,提出情感设计基因、行为设计基因和视觉设计基因的概念,构建了基于视觉-行为-情感的产品族设计基因的层次模型,讨论了产品族设计基因的构造方法和循环模型,探讨了产品族设计基因、信息建模、品牌风格基冈的构建,以及产品族设计基囚与品牌风格基因的映射、评价与优化等研究方法与关键技术.以家用绣花机外形设计为例,构建了产品族设计基因,以及与晶牌风格感性意象的映射,开发了计算机辅助家用绣花机设计系统软件,包括设计DNA装配模块、设计评价模块和设计知识库模块.该系统可以实现家用绣花机造型设计的快速生成与设计评价,验证了基于视觉-行为-情感的产品族设计基因理沦体系.     

基于TRIZ和FBS的闭环设计方法

阐述了TRIZ和FBS理论的关系,提出了一种结合TRIZ和FBS的产品创新设计方法。以国内专利检索为基础,利用TRIZ理论的S曲线、进化潜能图和进化模式对产品进化方向进行预测,再根据功能-行为-结构的设计方法求得发散解,并利用TRIZ矛盾矩阵找到最优解,实现产品的创新设计。最后以搓澡机为实例验证了该理论的可行性。     

基于FBS模型和基元理论的货物牵引车设计研究

为解决机场货物牵引车人工装卸效率和卫生防护问题，基于功能-行为-结构(Function-Behaviour-Structure, FBS)模型和基元理论，通过对概念产品功能的层次形式化综合，提出以功能创新为导向的机械化产品设计映射方法。采用层次分析法获取关键需求要素并转化为关键需要；对得到的关键需要和现有功能性行为、非功能性行为进行事元建模，经可拓变换后得到机械化产品的基本功能、辅助功能和附加功能；以FBS模型为设计框架，完成货物牵引车从功能—行为—结构的映射，确定产品各结构模块，从而得到货物牵引车的最终设计方案。结果表明：基于FBS模型和基元理论重新设计的机械化货物牵引车，减少了人为参与，机械化结构模块提升了装卸效率，为相关产品机械化设计提供设计理论基础。     

基于柔性参数化功构单元模型的产品定制设计

根据产品功能结构映射关系,在面向功能需求的产品分解过程中,通过功能-行为-结构（FBS）的多次迭代,建立产品的功构单元模型,利用产品功构单元模型和客户需求之间的映射关系,建立能用虚拟参数单元形式表示的功构单元模型结构树。通过数据的输入实现产品的定制设计,满足大批量定制中客户的多样化、个性化需求。     

目标意象约束的人机辅助产品造型进化设计研究

为实现康复辅具造型求解方案的多样化需求,提出目标意象约束的人机辅助产品造型进化设计方法。构建了意象约束的产品造型进化设计体系与整体流程;从用户角度出发,针对用户意象需求的模糊性和多样化问题,通过三角模糊理论和因子分析法确定群体目标意象;借助SD量表,采用多元尺度分析、聚类分析等方法确定产品优势样本;根据产品建模特点,运用形态分析法对其造型基因层次进行提取与表达;通过BP神经网络构建预测模型,对目标意象与造型基因间的非线性关系进行映射,基于输出结果建立进化设计目标函数;利用遗传算法的全局寻优能力,将神经网络输出意象评价作为个体适应度评估依据,以样本的解空间为载体进行基因进化,搜索目标造型的优质解。以踝足矫形器(Ankle and Foot Orthosis, AFO)为研究对象,试验结果表明：该优化方法可适用于其造型进化设计,提高了设计效率,为人机辅助性产品的造型改进设计提供参考和借鉴。     

产品模块可拓变型设计方法

为更好地支持产品多样化设计,提出了一种基于功构变换的产品模块可拓变型设计方法.针对产品模块变型设计需求,采用功能-行为-结构的迭代映射方法,建立存在模块的功构分解模型.通过数学模型中功构的可拓变换与分解,建立期望模块的功构分解模型,并采用功能流和功能模型IDEF0相结合的功能建模方法,建立期望模块的功能模型;基于功能模型的约束,通过结构单元的删除和聚合,进行模块功构要素可拓变换的传导变换分析,展开期望模块功构综合与结构设计,从而实现模块的变型设计.将该方法应用于堆垛机推拉机构的变型设计,双倍程推拉机构变型为三倍程推拉机构,验证了该方法的可行性和有效性.     

基于支持向量机和粒子群算法的产品意象造型优化设计

为满足消费者对产品造型的感性意象需求,提出了基于支持向量机和粒子群算法的产品意象造型优化设计方法。首先确定目标意象、代表性样本和造型设计参数,进行产品感性意象调查;然后应用支持向量机获得"造型设计参数-产品感性意象"之间的映射关系,建立产品造型意象评价系统;最后以代表性样本为初始种群,以意象评价为适应度评估,利用粒子群算法建立产品意象造型优化设计系统。以汽车轮廓优化设计进行实例研究,结果表明该方法较好地模拟了设计思维,可为产品概念设计提供有效的辅助与支持。     

基于约束满足问题的绿色产品配置设计

以实现大规模定制模式下的绿色设计为目标,在对约束满足问题与绿色产品配置设计相似点进行比较的基础上,将其应用于实现绿色产品的配置设计中.按绿色产品客户需求的特点,将绿色产品的配置约束分为建议性约束和强制性约束,并在此基础上给出了面向绿色设计的产品配置约束转换与表达方法.针对产品绿色设计的特点,对传统的回溯算法进行改进,将一维约束过滤模块和建议性约束满足度计算模块融入回溯算法中,提出一种基于约束满足问题的绿色产品配置算法.以自动豆浆机产品的配置设计为例,对所提方法进行验证与分析.应用实例表明,该配置设计方法能够在短时间内实现产品环境属性与功能、结构及经济属性的优化配置.     

基于KE和AHP理论的汽车造型意象评价方法研究

为解决汽车设计过程中造型特征获取和设计完成后汽车造型意象认知二者之间的匹配问题,辅助设计师通过造型意象评价对设计方案进行合理选择,提出了一种基于感性工学和层次分析法的汽车造型意象评价方法。以汽车设计中的车型、品牌和风格特征要素建立造型特征集,通过感性工学理论实现造型意象词汇的量化,以确定语义特征集,运用层次分析法建立造型特征集与语义特征集之间的关系,从而构建影响造型意象评价的指标体系,建立模糊评价矩阵,计算各评价指标权重并进行综合排序;最终对设计方案进行模糊综合评价,获得最佳造型意象设计方案。将该评价方法应用于3款电动汽车造型设计方案评价中,运用模糊隶属度函数,建立模糊评价矩阵,并对各个指标的评价结果进行量化处理,筛选得出最佳造型意象设计方案,为项目开发提供了有效参考。     

高速列车座椅意象造型与色彩设计研究

为满足用户对产品意象的感知需求,以高速列车座椅为研究对象,提出一种基于感性工学系统的理论架构。应用灰色关联分析法(Grey Relational Analysis,GRA)进行产品意象造型与色彩设计研究,有效地识别影响产品意象的造型与色彩设计元素;并依据灰色关联度得到影响产品意象的造型与色彩设计要素的优先级排序,探讨产品造型、色彩与感性意象的相关性;最后客观地构建出产品意象造型与色彩的设计决策系统。以高速列车座椅的造型与色彩设计为实例进行验证,表明该方法合理可行,为产品意象造型与色彩设计提供参考。     

基于AHP/FAST/FBS的遥控式抹光机设计

为准确计算用户需求重要度并将其转化为对应的产品结构模块,提升产品设计的合理性、易用性及美观度,提出一种AHP,FAST和FBS相结合的方法.对遥控式抹光机功能样机的用户需求进行调查分析,运用AHP确定需求权重;以此为参考,应用FAST将用户需求分别转化为产品功能;根据FBS模型,实现产品功能到结构的映射,从而确定产品各结构模块,输出最终设计方案.AHP/FAST/FBS集成方法能将用户需求转化为设计技术要求,从而获得理想的产品设计方案.