面向产品创新的功能空间拓展进程

在基于功能－效应－原理解映射的概念设计研究中,建立功能和效应特征模型,通过引入变体功能和物理量,揭示变体功能在产品功能设计中的桥梁作用,使得功能域在功能设计过程中逐渐分层扩大。系统地提出基于目的功能变异和效应物理量推理的功能空间拓展策略,从而实现从基体功能到物理量的一对多的映射。在此基础上构筑一种由基体功能层、变体功能层、效应层和物理量层构成的四层次、三阶段功能空间拓展进程模式：基于目的功能变异的功能空间拓展、变体功能向效应的拓展以及基于效应物理量推理的功能空间拓展。研制一套相应的计算机辅助功能设计软件平台,并以两栖车辆减阻装置的功能设计为例进行验证。结果表明,基于该模型通过实现功能分层次系统拓展,实现产品功能和概念解的方法学拓展和系统学创新,从而增加产品创新的机会。     

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.     

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。     

SAFE集成型概念设计过程模型

以系统化设计理论提供的概念设计过程为框架,将公理设计、功能基和效应集成,形成SAFE集成型概念设计过程模型,用于在概念设计阶段确定满足需求功能的原理解。该模型既适用于新产品的概念创新,也适用于已有产品的改进设计。快速切断阀的概念创新设计实例表明了上述模型的有效性。     

基于改进Freeman-Newell模型的机械产品概念设计过程研究

在引入行为信息的基础上,对Freeman－Newell模型进行了改进,建立了基于功能和行为的载体认知模型,描述了设计过程中单元求解过程;基于该载体认知模型构造了概念设计过程模型－概念空间;采用布尔矢量/矩阵对概念空间中设计元素之间的关系进行了描述,使之便于计算机的表达和操作,在此基础上,给出了概念设计过程的形式化描述。最后以工业平缝机为例对所述模型和方法进行了说明。     

基于功能表面的概念设计产品模型研究

为解决功能向结构映射存在的多解性、不确定性等问题，引入功能表面作为功能到结构映射的媒介。在描述功能表面和产品功能模型的基础上，构建了一种机械产品概念设计产品模型（功能-功能表面-结构），实现了功能到结构的稳定映射关系。该模型可用于开发计算机辅助设计工具来支持机械产品概念设计过程，实例验证了该产品模型的有效性。     

机械传动方案设计的状态空间法

以状态空间为纽带，将机械传动的原理运动方案与结构方案结合在一起，实现了计算机辅助方案设计的集成。在原理运动方案求解时通过扩大功能需求描述，引入相应的优化技术，实现了分解级数的自动确定，有效地界定了原理方案的解空间，避免了解的组合爆炸和众多无意义解的生成；由传递函数确定的结构集合的卡氏积运算实现结构的多方案设计，为相关设计提供一种新思路。     

基于功能基的产品概念设计模型研究

阐述了用于产品功能建模的功能基；描述了基本功能基的产品功能模型及元功能、功能对象等的表示方法；建立了元功能层、功能对象层、行为层和行为关系层的机械产品概念设计模型框架，能方便地进行产品概念设计。以实例设计对概念设计模型进行了说明。     

基于功构映射的拆卸设备设计方法

针对拆卸对象和拆卸过程对拆卸设备设计的特殊要求,提出了基于功构映射的拆卸设备设计方法。将拆卸设备的概念设计过程定义为需求域、功能域、行为性能域和结构域之间的映射过程和求解过程,利用面向对象技术构建了拆卸设备设计的需求信息集合;运用功能分解和功能表面集成规则构造了功能集合和行为性能集合;定义了拆卸设备设计过程的需求-功能映射模型和功能-结构映射模型。通过需求信息的层级提取、映射和参数化,生成了用于拆卸设备结构重构的基本约束矩阵,用于指导拆卸设备的创新设计。通过键盘拆卸设备的设计,验证了所提方法的有效性和实用性。     

概念设计的功能结构求解Apriori算法

针对创新设计的要求,提出概念设计功能求解Apriori算法.分析概念设计中的功能求解映射.提出适应产品创新设计的概念设计求解映射模型.通过引入Apriori挖掘算法,完成设计功能向结构空间的映射.开发了概念设计自动求解映射系统,通过设计实例验证系统的可行性.     

基于能量转换的机械产品概念设计自动化研究与实现

提出了能量链原理，从设计本质的层面上指出，机械产品创新设计求解的本质过程即是选择合适的能量转换原理及确定支持相应能量转换的结构方案的过程。在广义定位原理与能量链原理的基础上，建立了相应的概念设计产品信息模型，构建了支持能量转换推理的机械产品概念设计过程模型以及支持功能结构自动映射过程的概念零件编码体系。介绍了基于该原理开发的概念设计CAD软件系统——DARFAD。     

基于XML的产品功能表达研究

在概念设计阶段即考虑设计对象的功能、行为、结构 ,是产品快速开发的关键。提出了一种功能、结构、行为建模关系图 ,用 XML 表达功能设计 ,用面向对象的方法进行了分析和 U ML(统一建模语言 )作了类图设计 ,研究了功能、行为、结构三视图间的映射和集成模式实现方法 ,最后用洗衣机进行了功能设计实践。     

基于数据挖掘工具的机械产品概念设计研究

提出了基于数据挖掘工具的产品概念设计模型 ,探讨了产品功能设计和基于数据挖掘技术的功能 结构映射。以机床传动系统为例 ,研究决策树算法的数据挖掘模型 ,并初步实现了产品概念设计过程的功能 结构映射。     

支持计算机辅助概念设计的机械产品创新过程动态建模

针对作为机械产品概念设计关键问题之一的过程建模,讨论机械产品创新过程中工作背景、市场需求等因素的变化对产品概念设计过程的决定性影响,在此基础上建立了环境—需求—功能—行为—结构(E-R-F-B-S)变量集映射动态模型,利用7种映射单元之间的有序组合归纳出4条产品创新链,为设计者在设计实践中的若干种创新思维过程建立简明的框架模型。通过确定创新链与有向图、有向图与稀疏矩阵的对应关系建立创新链的数学模型,进而提出并讨论创建以稀疏对称阵为输入变量的计算机辅助概念设计推理系统的合理构想。最后以辽河油田修井机传动系统的概念设计实例,说明创新链模型对机械产品创新过程的有效指导作用。     

基于产品基因的概念设计

提出了一种基于特征的、通用的功能表达模型。通过对生物基因工程与产品原理方案设计的系统类比,引出产品原理方案设计中的信息遗传基础“产品基因”的概念,提出了“产品基因”的“转录”、“翻译”、“复制”以及“逆转录”机理,揭示了产品基因在功能设计与原理方案设计之间的桥梁作用。建立了基于产品基因遗传和重组的概念设计框架,并以一种新型硬币分离装置的原理方案设计为例进行验证。结果表明,该框架显然有助于产品概念设计阶段的原理创新。     

功能建模法在橡胶分卷机概念设计中的应用

产品的功能设计是概念设计中极为重要的一环,概念设计过程的实质就是一个产品的功能定义、功能分解、功能组合、功能结构的实现并进行方案优化的过程.产品的功能模型对产品的功能语义和功能行为进行描述和表达,在产品设计和分析中具有重要的作用.对功能、功能结构、功能基、功能建模进行研究,运用功能建模法对橡胶分卷机进行功能分析,使其概...     

基于装配概念模型的装配体建模方法研究

提出了一种基于装配概念模型的装配体建模方法,该方法采用自顶向下的设计,先确定产品的基本功能,根据基本功能用机构简图初步进行产品概念设计,并逐步向具体能实现该功能的结构映射,得到产品的装配概念模型,然后以此模型为产品的骨架,完成各零件的详细设计。     

基于TRIZ与AD的海草夹苗机械手概念创新设计及可靠性研究

利用发明问题解决理论(Theory of innovation problem solving,TRIZ)与公理设计(Axiomatic design,AD)的集成技术,建立了基于两者的概念设计过程模型。首先,在约束条件下,运用TRIZ和AD来完成产品功能-结构的映射,构造并求解出其原始的设计矩阵;然后,基于公理化设计理论判断原始矩阵是否耦合,若不是耦合矩阵则产生创新方案,若是耦合矩阵,则利用TRIZ工具集将实际问题转化为TRIZ标准参数,以达到消除耦合的目的。为了验证海草夹苗机械手设计方案的可行性,利用ADAMS将优选的方案进行虚拟仿真。最后,利用加权线性响应面法,对夹苗机械手关键零部件进行可靠性分析,以求出相应的可靠度值,该值验证了设计结果的可靠性。     

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.     

融合RE与BID的产品创新方法研究及应用

针对已有产品的再创新、创新方法选用及创新方向的明确性等问题,提出一种融合逆向工程(Reverse engineering,RE)和生物启发设计(Bio-inspired design,BID)的产品创新过程模型。首先,通过RE对已有产品进行分析,经过结构分解、行为匹配及功能构建等步骤,建立其功能模型;其次,以该模型为基础,搜集产品用户需求,通过需求进化分析、需求重要度计算及功能进化,得到产品概念的功能再创新,进而组合出产品新功能待求解模型;最后,以生物系统逆向工程建模方法为基础,搜索并整理生物案例。利用所建立的生物启发设计辅助系统求解产品新功能,得到产品再创新方案。以方舱医院医护人员用防护服为例,验证了RE与BID融合的产品创新方法具有较好的可行性。