基于绿色模块化设计方法的产品概念设计分析

论文摘要

产品设计的水平和能力体现了一个国家和地区工业的创新能力和竞争能力。产品概念设计(Product Conceptual Desing,简称PCD)最能体现设计者聪明才智,是产品创新的核心,具有设计空间大、设计成本低的特点,日益受到人们的高度重视。模块化设计(Modular Design,简称MD)技术以其能缩短产品开发周期,快速响应市场变化,相对延长产品生命周期等优点,得到越来越广泛的应用。绿色制造(Green Manufacturing,简称GM)技术是实现生态工业和社会可持续发展的最佳途径。与清洁生产主要考虑生产对环境与人体影响不同,GM要求在产品的设计和制造过程中综合考虑产品全生命周期中每个环节,从而实现产品全生命周期对人体健康、环境影响最小、资源利用率最高,因而近年来日益受到社会各方面的极大关注。绿色设计(Creen Design,简称GD)作为近年来适应这一需要而兴起的一个现代新的设计理念、设计理论与设计方法,其研究技术正待发展与完善。本文旨在研究绿色模块化设计(Green Modular Design,简称GMD)技术与方法及其在产品概念设计(PCD)中的应用。研究了将模块化设计(MD)和绿色设计技术(GD)相结合应用于产品概念设计(PCD)的过程机理,建立了适合于计算机处理的用于产品概念设计的系统模型(包括用户需求模型、产品功能模型、概念产品结构模型、绿色评价模型、模块化评价模型),根据产品绿色模块化设计技术与方法研究了产品概念设计的系统模型,并以家用冰箱的箱体设计过程为例,分析了绿色产品概念设计的基本流程。分析结果表明:将模块化设计方法与绿色设计方法相结合用于概念设计,在方法上是切实可行的,并有建模方便、概念清晰、推理明确等特点,但要开发出实用性较强的软件还有大量的基础性工作要做,需要许多技术人员来共同努力。主要内容包括:1.从多方面、多角度对模块化设计、绿色设计、概念设计的研究现状进行了分析,介绍了一些典型的研究实例、研究方法与技术。简要分析了现有设计中存在的问题,提出了本文要着重解决的若干问题。2.从计算机信息处理的角度分析了产品设计一般过程,着重分析了概念设计的设计过程,总结了概念设计的特点,分析了绿色设计、模块化设计、概念设计的实质,确立了用模块化绿色设计方法进行产品概念设计流,建立了表达方便、易于处理的模块结构模型。3.采用系统建模理论与方法,建立了适合于计算机信息处理的产品绿色模块化设计的概念设计系统模型,即概念产品模型,其中包括:用户需求模型、产品功能模型、概念产品结构模型以及产品绿色特性评价模型、模块特性评价模型;4.研究了产品模块化绿色概念设计的各个模型间的相互关系,提出了动态需求的概念,建立了需求驱动和功能驱动两种映射方法,完成了从用户需求到产品功能再到概念产品结构的映射求解。5.论文最后以家用冰箱的箱体设计过程为例,分析了绿色产品概念设计的基本流程,对本论文中采用的一些设计方法作了进一步的解释和描述。最后,提出了本文尚待解决的若干问题,以及本文相关的计算机辅助概念设计领域的一些重要问题和发展方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 绿色设计的产生
• 1.2.1 绿色设计的研究现状
• 1.2.2 绿色设计评价方法简介
• 1.3 模块化设计的研究现状
• 1.3.1 模块化产品系统设计方法研究
• 1.3.2 模块划分方法的研究
• 1.3.3 模块组合研究简介
• 1.3.4 模块组合评价
• 1.4 概念设计的研究现状
• 1.4.1 概念设计的内涵和过程
• 1.4.2 概念设计的国外研究现状
• 1.4.3 概念设计的国内研究现状
• 1.5 模块化设计在绿色设计中的应用
• 1.6 产品概念设计存在的问题
• 1.7 本文研究的主要内容
• 2 模块化绿色设计方法
• 2.1 基本概念
• 2.1.1 绿色设计的定义
• 2.1.2 模块化设计的定义
• 2.1.3 概念设计的定义
• 2.2 产品设计过程分析
• 2.3 模块化设计的过程
• 2.4 概念设计的一般过程
• 2.5 基于模块化绿色设计方法的产品概念设计过程
• 2.6 本文研究的模块化概念设计模型
• 2.6.1 模块定义
• 2.6.2 概念设计模型
• 2.7 本章小结
• 3 概念设计系统建模
• 3.1 需求模型
• 3.1.1 需求信息的分类模型
• 3.1.2 用户需求的获取
• 3.1.3 需求项模糊集的建立与表达
• 3.1.4 用户需求权重的确定
• 3.1.5 用户需求的描述模型
• 3.2 功能模型
• 3.2.1 功能定义
• 3.2.2 功能的树形结构模型
• 3.2.3 功能词的规约与功能的表示
• 3.2.4 功能产品模型
• 3.3 结构模型
• 3.3.1 概念产品的树形结构模型
• 3.3.2 模块模型的表达
• 3.3.3 模块数据模型的结构
• 3.4 绿色概念设计评价模型的建立
• 3.4.1 绿色概念设计评价指标体系的建立
• 3.4.2 绿色概念设计评价指标的选择
• 3.5 模块化评价模型的建立
• 3.5.1 单功能模块的选择与初步评价
• 3.5.2 多功能模块的选择与初步评价
• 3.6 本章小结
• 4 基本分析手段与方法
• 4.1 AHP 层次分析法
• 4.1.1 AHP 方法简介
• 4.1.2 构造两两比较矩阵
• 4.1.3 计算单一准则下元素的相对权重
• 4.1.4 判断矩阵的一致性检验
• 4.1.5 计算各层元素的组合权重
• 4.1.6 层次分析法在确定顾客需求的权值上的应用
• 4.2 绿色特性评价方法
• 4.2.1 绿色特性评价方法简述
• 4.2.2 加权平均法
• 4.2.3 模糊综合决策方法
• 4.3 模块化特性评价方法
• 4.4 功能分解
• 4.5 本章小结
• 5 产品概念设计方法
• 5.1 概述设计问题描述
• 5.1.1 问题描述
• 5.1.2 概念产品模块设计方法
• 5.2 基本的设计方法
• 5.2.1 根据用户需求直接选择合理的模块
• 5.2.2 根据产品功能直接选择合理模块
• 5.3 基于相似实例的设计
• 5.4 需求驱动设计法
• 5.4.1 用户需求到产品功能的映射
• 5.4.2 用户需求到产品模块结构的映射
• 5.5 功能驱动设计法
• 5.5.1 用户需求到产品功能的映射
• 5.5.2 产品功能到产品模块结构的映射
• 5.6 本章小结
• 6 应用实例研究
• 6.1 冰箱箱体环境需求提取
• 6.2 冰箱箱体功能分析
• 6.3 冰箱箱体结构要素环境需求确定
• 6.4 冰箱箱体绿色结构要素获取
• 6.5 冰箱箱体绿色结构要素组合
• 6.6 冰箱箱体概念设计方案绿色评价
• 7 结论与展望
• 7.1 主要工作回顾
• 7.2 存在问题分析
• 7.3 本课题今后需进一步研究的工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录