基于技术系统进化及物场变换的功能裁剪方法

为增强改进型设计过程中系统功能重构的针对性和指引性、提高创新设计的效率,结合产品生命周期理论,提出一种基于技术系统进化和物场变换的功能裁剪方法.面向消除有害作用、功能简化、功能增益的不同目标,以提高系统理想度和功能理想化策略为指导,基于技术系统进化法则提取了10条功能裁剪规则;结合组件相对功能价值分析和破坏系统完备性趋势,确定裁剪对象及优先级;面向生命周期不同阶段产品,以物场模型及技术系统的进化趋势为方向,应用功能裁剪规则指导物场模型变换重构,实现有用功能重组.基于上述方法构建流程化的功能裁剪设计模型,结合秸秆燃料成型机改进设计实例验证了模型的有效性.     

面向功能创新的功能进化、组合与失效研究

功能创新是对功能结构进行优化、更新和重组的过程,是实现产品前端创新的一种有效途径。针对功能创新研究尚属于初步探索阶段的现状,研究功能创新关键使能技术(功能进化与预测技术、功能组合与配置技术、功能失效判定与消除技术),通过功能进化动力分析确定功能进化决定因素,利用专利知识挖掘抽取功能进化定律,基于功能进化定律进行产品功能进化预测,按照功能与功能关系分类进行功能组合,依据功能匹配设计进行功能结构优化,通过功能失效分析与消除过程保证功能结构的可靠性。将功能创新关键使能技术与功能设计过程融合建立功能创新过程模型,并通过CdTe薄膜太阳能电池沉积源创新设计案例验证所建立模型与方法的可行性。     

Research on Function Evolution, Combination and Failure Mode for Product Function Innovation

功能创新是对功能结构进行优化、更新和重组的过程,是实现产品前端创新的一种有效途径.针对功能创新研究尚属于初步探索阶段的现状,研究功能创新关键使能技术(功能进化与预测技术、功能组合与配置技术、功能失效判定与消除技术),通过功能进化动力分析确定功能进化决定因素,利用专利知识挖掘抽取功能进化定律,基于功能进化定律进行产品功能进化预测,按照功能与功能关系分类进行功能组合,依据功能匹配设计进行功能结构优化,通过功能失效分析与消除过程保证功能结构的可靠性.将功能创新关键使能技术与功能设计过程融合建立功能创新过程模型,并通过CdTe薄膜太阳能电池沉积源创新设计案例验证所建立模型与方法的可行性.     

基于创新设计理论/功能分析的机械产品功能原理创新设计

为了实现机械产品功能原理的创新,提出了一种将创新设计理论与功能分析方法相结合的功能原理求解过程模型。在该模型中,功能分析主要包括总功能抽象、总功能原理解的确定以及功能分解等。总功能原理解的确定是功能正确分解的前提。为了给功能分解提供可以遵循的模式,提出了基于工艺功能分析的方法,引入了输入约束功能的概念,并给出了功能分解的5个详细步骤。为了给原理求解提供有力的工具支持,将创新设计理论中的物场分析、效应知识库以及冲突解决原理等嵌入到了总功能和分功能原理求解过程中,使得创新设计理论的优势在模型中得以有效发挥。应用这一模型,实现了颜料灌装机的创新设计。     

集成环境下创新产品进化设计技术研究

从创新性与重用性相结合的角度探索集成环境下创新产品设计概念和设计过程的发展规律,系统地提出了基于语义单元的创新产品进化设计理论和方法,深入地研究了产品运动进化设计、装配进化设计、结构进化设计和重用进化设计中的关键技术,并结合企业具体应用,将上述理论应用于实际产品开发中,取得了良好的效果。实例研究结果表明,该设计方法可使设计者更直观自然地在高层次的语义层上表达产品设计信息,实现了对计算机辅助创新设计的支持。     

生长型设计中公差进化设计方法研究

为实现生长型设计中尺寸链及形位公差项目的自动生成,在产品结构设计自动化技术基础上,研究生长型设计中公差进化设计的策略与原则。指出生长型设计中紧随结构的自顶向下、不断进化,公差进化设计模型也呈现为一种层次式结构;同时由于功能表面及其名义特征所具有的承载功能及几何信息的特点,可作为公差进化演绎的单元载体;在此基础上建立公差进化设计的基本过程模型。提出产品结构进化设计中,构建基于功能表面的装配网络以及基于名义特征的约束网络的双层装配约束网络的基本方法,给出辅助公差进化设计的公差断言;在此基础上,给出基于双层装配约束网络及公差断言的尺寸链及形位公差进化设计的基本过程。以活塞精镗销孔夹具的公差设计为例,说明所提出的公差进化设计方法在生长型设计中的成功应用。     

采煤机箱体变形设计的实现研究

提出了利用PDM系统平台解决采煤机产品快速响应市场需求的变化,系统地分析了采煤机箱体的功能、行为、结构定义及其映射定义,建立了箱体的功能定义模型、行为定义模型及结构定义模型。箱体对象类结构设计模型在逻辑上由箱体对象类的原理模型和箱体对象类构造模型组成,它们分别是对箱体的对象类的原理解及几何结构的表达。指出可变形结构设计模型建模方法学的研究是保证重用企业成熟资源、快速响应客户需求的关键。     

基于TRIZ和基因进化理论的产品功能原理创新

针对传统的功能定义对产品功能作用原理描述的局限性,提出一种基于特征的产品功能表达通用模型.通过对产品功能原理设计和生物基因进化方面类比结果的相似性分析,引入产品功能特征基因概念模型.阐述了产品功能特征的基因变异机理,包括重组、定位诱变、自发突变、转录及翻译等知识,揭示出产品功能特征基因模型在功能原理设计中的重要作用.最后,构建一种基于TRIZ与基因进化理论的产品集成创新设计过程模型,并以智能割草机器人调高机构装置为例对该模型进行了验证,获得了理想的产品功能原理设计创新方案.     

已有产品功能创新设计过程模型及应用*

针对已有产品功能创新设计过程不能及时、动态地反应用户需求的问题,应用需求进化定律将不同的用户需求进行预测并规划明确产品的需求目标。通过建立需求目标与功能进化的相互关系,针对不同的需求目标选取对应的功能进化改进定律对已有产品从功能层面进行系统设计。功能改进后满足的需求又可以重新作为产品的调查需求,发现用户的新需求或已有需求的发展,进而再次驱动功能创新设计来满足用户需求,实现功能进化随需求的进化而进化,从而为功能创新设计提供一种新方法。在此基础上提出了已有产品的功能创新过程模型,并以TTSJ900架桥机创新设计为例验证了该模型的合理性。     

基于功能原理的微器件方案设计方法研究

针对微器件设计方法中的功能原理方案设计问题，提出了通过设计目录寻找子功能原理解，并通过原理解的组合形成设计方案的方法。基于功能效应原理解之间的映射关系建立了微器件的设计目录库。在把用户需求转化成系统总功能后，对总功能进行分解，利用微器件设计目录对子功能求解，由功能原理间的映射综合获得微器件的原理方案。通过原型系统的开发和实例验证，该方法对微器件的概念设计起到了指导作用。     

机械产品生长型设计过程的研究

产品概念设计自动化已成为机械设计领域研究的重点.首先引入了广义定位原理和功能表面的概念,而后将实际零部件中表现产品形状、结构的特定表面抽象为功能模式,支持概念结构生成;将生物生长的机理用于产品设计过程,通过功能表面的分解重构进行产品概念设计;给出了功能原型和原理库的数学表达.通过工程实例,验证了上述理论的有效性和实用性.     

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。     

以生命为原型的产品概念结构设计

面向产品概念设计自动化,把生命系统的创造性和创新智能充分利用到产品设计中,提出了以生命为原型的设计原理和基于生命体结构与过程原型的生长型产品概念结构设计方法,构建了支持该观点的产品结构模型和信息模型,讨论了实施生长型设计系统原型的关键技术,包括人类需求处理和生长型设计过程,开发了生长型概念结构设计系原型,以滚字夹具设计为例验证了该方法的有效性。     

机电产品创新概念设计的功能分解方法解析

根据创新问题类型的不同，通过对多种功能分解方法特点的分析，总结出了面向全新产品设计的功能分解方法和面向已有产品改进创新的功能分解方法。提高了使用功能分解方法完成创新设计的效率和针对性，为下一步创新概念设计的研究工作奠定了良好的基础。     

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TRIZ及功能类比的产品概念设计创新*

介绍了类比源设计与功能类比作用原理,从两者作用原理及发明问题求解理论(Theory of inventive problem solving,TRIZ)的相关性描述得到启发,提出基于TRIZ的类比源设计求解过程模型。首先,借助于所建立的产品功能结构模型,找出用户需求与产品各功能之间的关联性。其次,将用户需求权重值赋予相关的产品各分功能,从而得到产品功能相似度矩阵,再利用Matlab工具对该矩阵进行标准化,这有利于类比源设计与待设计问题之间相关性的定量化表示。最后,构建出一种基于TRIZ及功能类比的概念设计过程模型。以紫外光油烟净化机为例,对其功能类比源设计的功能相似度进行分析,并利用有效价值分析法对所获得的功能原理解方案进行评价,验证了所构建模型的正确性。     

MECHANICAL PRODUCT EXTENSIVE INTELLIGENT CONCEPTUAL DESIGN

Based on extenics, an extensive functional information model (function-behavioral action-structure-environmental constraint) of the mechanical product intelligent conceptual design is developed, and the mechanism of theoretic structure solutions is produced, the mapping relations between function-behavior and behavior-structure are analyzed. The model is applied to the filling material system's conceptual design to verify validity.     

基于多色集合的冲压模产品结构的组合设计方法

产品结构的组合设计方法综合利用了模块化设计和设计重用等方法的优点,根据功能要求选择出一些已有的、或常用的结构模块,通过有机组合而快速设计出产品结构的可行设计方案,该方法的难点在于如何选择适当的结构模块以避免出现组合爆炸现象.论述了一种基于多色集合的产品结构组合设计的数学模型和算法,其核心思想是应用多色集合及其围道布尔矩阵等数学工具来仿真复杂的组合设计过程,并以复合冲压模的结构设计为例,说明了这种新方法的实现过程.     

融合认知心理学的产品创新设计方法研究

根据产品设计的特点,会聚了认知心理学、信息技术和设计理论,建立了产品创新设计的创造力定性模型;分析了产品创新设计创造力的关键属性、创造性思维模式和计算机支持工具,提出了提高产品创新设计创造力的方向和方法。根据认知过程,对设计问题进行定义和表征,并采用不同的策略进行创新设计,建立了系统化的人机交互创新设计方法。在此基础上,建立了一个初步的原型系统。     

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。