仿生设计中的功能创新研究

目的 为提升生物知识在产品创新中的应用,扩展基于生物知识的产品创新策略,提升和优化仿生设计成果,研究仿生设计中功能创新的基本原理和实现途径。方法 分析功能创新的基本要素、实现原理及其特征分类,将其与仿生设计的应用特征进行结合,归纳仿生设计中功能创新的主要类型,提出面向功能创新的仿生设计原理,最后进一步总结仿生设计中功能创新实现的关键技术,并结合具体的设计案例分别从以设计问题和生物原型为起点来论述仿生设计中功能创新的实现途径。结论 以功能创新为目标,为仿生设计提供了更加明确的方向,同时明确了不同类型产品所适用的仿生设计手法,实现了功能创新与仿生设计过程的结合,提高了生物特征在产品创新设计中的利用效率,可在进一步提升仿生设计成果质量的同时有效缩短设计周期。     

物质-场与设计过程复杂性理论集成的产品再设计过程模型研究

随着用户需求迅速提高,系统非线性、强耦合性、时变特性和开放性等复杂系统特征趋于明显,针对复杂系统特征的产品再设计过程成为研究热点。文中将设计过程复杂性理论与TRIZ中物质-场集成,应用设计过程复杂性进行产品再设计过程复杂性分析,并采用物质-场分析及标准解解决再设计过程中的问题,形成物质-场与设计过程复杂性理论集成的产品再设计过程模型。首先运用设计过程复杂性理论中复杂性的定义对再设计产品进行分析,确定复杂性问题及类型;其次根据复杂性与TRIZ中物质-场模型的表征关系,确定设计过程复杂性的物质-场表征模型;最后,采用标准解减小系统复杂性,实现产品再设计,并应用工程实例加以验证。     

基于附加效应的设计过程复杂性分析过程模型

针对系统中存在的设计过程复杂性导致功能需求无法实现的问题,通过分析系统中设计过程复杂性产生的原因,并将其转化为附加效应链,消除系统的附加效应来减小系统的设计过程复杂性。在效应定义的基础上,给出了理想效应和附加效应的定义;分析了设计过程复杂性与附加效应的关系,将表达设计参数和功能需求之间的设计矩阵A扩展为广义设计矩阵A_s,A_s不但表达了设计参数之间的关系,还可以表达超系统对系统的影响;通过功能需求—广义设计矩阵—附加效应之间的关系,建立了基于附加效应的设计过程复杂性分析过程模型。通过一个工程实例验证了该设计过程的科学性。     

设计过程复杂性理论与TRIZ理论集成复杂机电系统功能分解过程模型*

传统的功能分解是将产品的总功能分解到功能元,以每个功能元有确定的原理解作为功能分解结束的标志,传统的功能分解方法强调总功能可以分解为若干个功能元,若干个功能元组成一个总功能,体现了总功能和功能元之间的线性关系和还原性。传统的功能分解无法体现复杂机电系统非线性、时变特性、开放性和功能耦合等重要特征,因此急需一种适合于复杂机电系统的功能分解过程模型。将设计过程复杂性理论(Design-centric complexity,DCC)和TRIZ集成,对初步进行功能分解的结果,按照TRIZ理论中有效完整功能和非有效完整功能集对功能进行分类;应用提出的功能实现概率均值法和功能实现概率极值法,将TRIZ理论的有效完整功能和非有效完整功能,与DCC理论中重复功能集和组合集建立联系;经过TRIZ理论对问题功能进行转化后,以系统的重复功能集、组合集和组合辅助功能集作为复杂机电系统功能分解的结果;形成面向复杂机电系统的DCC与TRIZ集成功能分解过程模型。用一个工程实例验证该设计过程模型。