有助于产品创新的概念设计理论与方法的研究

论文摘要

在综合分析了概念设计研究的历史和现状后，针对当前计算机辅助概念设计研究中存在的一些主要问题，为建立计算机辅助产品概念设计的新理论和方法，进行了一些有益的尝试，主要研究进展体现在以下四个方面： 一、有助于产品创新的功能空间拓展设计研究 建立了功能和效应特征模型，提出了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，在此基础上构筑了一种由基体功能层、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。以两栖车辆减阻装置和物料分离装置的功能拓展设计为例进行验证，产生了具有采用价值的产品创新概念。 二、有助于知识重用的原理解知识组织方法及产品原理方案设计研究 在阐述了原理解知识库的结构模型和原理解知识表达模型的基础上，构造了原理解知识组织模型，提出了以功能矩阵为特征的产品原理方案求解模型，阐述了利用功能匹配、原理解约束匹配的原理方案递进式求解机制，并利用基于特征的设计目录的知识表达模型动态生成功能结构。最后以两栖车辆减阻装置、自行车制动装置的原理方案设计为例进行验证。 三、分布式知识资源环境下的产品概念设计研究 提出了基于功能矩阵的虚拟原理解知识资源库，建立了用于功能和原理设计的混合知识资源库，构建了分布式原理解知识资源的集成框架。阐述了基于混合知识资源库的知识注册、发布、存储、重组、定位和求解策略，建立了基于XML的原理解数据交换模式，提出了基于设计任务的概念设计动态知识联盟及相应的构建策略。依据上述模型，以两栖车辆减阻装置的概念设计为例，初步实现了分布式知识资源在以项目为中心的概念设计中的重组和共享，产生了有跟踪价值的原理创新方案。 四、计算机辅助概念设计系统的研制及其在两栖车辆减阻装置设计中的应用

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出及研究意义
• 1.2 概念设计的内涵
• 1.3 概念设计的一般进程
• 1.4 功能设计研究进展
• 1.4.1 功能表达模型
• 1.4.2 功能推理模型
• 1.5 原理方案设计研究进展
• 1.5.1 原理解表达模型
• 1.5.2 原理方案设计推理模型
• 1.5.2.1 基元组合求解方法
• 1.5.2.2 实例组合求解方法
• 1.6 基于网络的概念设计研究进展
• 1.7 其它概念设计的相关内容
• 1.8 概念设计领域亟待解决的关键问题
• 1.9 本文的主要研究背景、内容和框架
• 第二章 有助于产品创新的功能空间拓展进程
• 2.1 引言
• 2.2 功能特征模型
• 2.3 效应特征模型
• 2.4 四层次三阶段功能空间拓展策略
• 2.4.1 基于目的功能变异的功能空间拓展
• 2.4.2 变体功能向效应的拓展
• 2.4.3 基于效应的物理量推理的功能拓展设计
• 2.4.3.1 基于效应的物理量推理的功能定量拓展设计
• 2.4.3.2 基于效应的物理量推理的功能定性拓展设计
• 2.4.4 基于四层次空间的功能空间拓展进程模型
• 2.5 设计实例
• 2.5.1 设计实例之一
• 2.5.2 设计实例之二
• 2.6 本章小结
• 第三章 有助于知识重用的原理解知识组织方法及产品原理方案设计
• 3.1 引言
• 3.2 功能模型
• 3.3 物理量特征模型
• 3.4 原理解知识库的总体结构
• 3.4.1 原理方案设计目录的索引单元
• 3.4.2 原理方案设计目录的结构模式
• 3.5 基于设计目录的原理解知识表达方法
• 3.5.1 标识项
• 3.5.2 功能项
• 3.5.3 物理量特征项
• 3.5.4 主体项
• 3.5.5 原理解约束特征项
• 3.5.6 评价项
• 3.5.7 备注项
• 3.5.8 设计目录实例
• 3.5.9 基于设计目录的原理解知识表达小结
• 3.6 功能知识库与原理解知识库的集成
• 3.6.1 空间矩阵的构建方法及其类型
• 3.6.2 功能知识库与原理解知识库的集成
• 3.7 原理方案设计过程模型
• 3.7.1 基于功能的求解算法
• 3.7.1.1 “单输入”系统的求解算法
• 3.7.1.2 “单输出”系统的求解算法
• 3.7.2 基于原理解约束匹配算法
• 3.7.3 基于原理解知识模型的功能结构设计
• 3.7.4 原理解的优选
• 3.7.5 原理方案设计过程模型
• 3.8 设计实例
• 3.8.1 设计实例之一:两栖车辆减阻装置
• 3.8.2 设计实例之二:自行车制动装置
• 3.9 小结
• 第四章 分布式知识资源环境下的产品概念设计
• 4.1 引言
• 4.2 概念设计的基础—知识资源
• 4.2.1 概念设计知识资源单元
• 4.2.2 知识资源的主要特点
• 4.2.3 知识资源的分类
• 4.3 分布式知识资源环境下的产品概念设计的特点
• 4.4 支持概念设计的分布式知识资源的体系结构
• 4.4.1 基于功能矩阵的虚拟知识资源库
• 4.4.1.1 基于物理量定量变化功能矩阵的虚拟知识资源库
• 4.4.1.2 基于物理量定性转换功能矩阵的虚拟知识资源库
• 4.4.2 基于混合知识资源库的知识存储和发布
• 4.4.3 分布式设计知识资源的重组
• 4.4.4 面向混合知识资源库的定位与求解
• 4.4.5 分布式原理解知识资源的数据交换
• 4.4.6 动态联盟成员的选择策略
• 4.4.7 支持概念设计的分布式知识资源的体系结构
• 4.5 分布式知识资源环境下的概念设计进程
• 4.6 设计实例
• 4.7 本章小结
• 第五章 计算机辅助概念设计系统的实现与应用
• 5.1 引言
• 5.2 系统开发策略和总体结构
• 5.3 CACDS系统功能实现
• 5.3.1 用户输入子系统
• 5.3.2 功能创新设计子系统
• 5.3.3 原理创新设计子系统
• 5.3.4 结果输出子系统
• 5.3.5 知识资源管理子系统
• 5.4 安全管理和角色管理
• 5.5 CACDS系统开发、运行环境及网络架构
• 5.6 数据库设计
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文内容总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文、专利情况
• 攻读博士学位期间参与的主要科研课题
• 致谢