机械产品快速创新设计及其关键技术的研究

论文摘要

概念设计自动化技术是实现机械产品快速创新设计的基础。原理方案创新与结构创新设计的快速实现与有机衔接技术是概念设计自动化的关键。本文以TRIZ理论与功能表面分解重构理论为基础，深入研究了支持产品快速创新的概念设计产品信息建模技术，“功能—结构”自动映射技术以及支持设计方案决策与建模的基于实例的原理结构创新设计技术等。开发了概念设计自动化软件系统INNO-DARFAD。本文的研究有助于创新设计自动化理论的发展，对企业提高自主创新能力及开发CAI设计系统有重要的实用价值。 本文系统综述了国内外概念设计、创新设计以及TRIZ理论的研究现状，详细分析了相关领域的设计方法和理论。提出了深入研究概念设计的内在规律、实现概念创新过程集成化和自动化的概念设计研究目标，并把产品原理方案创新和结构创新的快速设计及其有机衔接作为实现产品快速创新设计的关键技术加以研究。本文的主要研究内容和进展如下： 在设计理论的研究方面，提出了统一创新设计理论模型的研究任务，以提高原理方案创新与结构创新设计过程的有机衔接和集成。本文在功能表面分解重构理论及广义定位原理的基础上，针对以能量转换为主的产品设计，提出了“能量链原理”，为此类产品的原理方案创新与结构创新设计过程提供了统一的理论基础。“能量链原理”从设计本质的层面上指出，能量转换类机械产品概念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。 在概念产品信息建模方面，提出能量传输表面的概念，其作为一种综合物质单元具有功能与结构的二元属性，支持功能的明确定义与几何信息的表达。基于“能量链原理”与功能表面，构建产品信息模型，有助于在概念模型、装配模型、零件模型之间的设计信息转化与集成及概念设计阶段抽象思维的逻辑化、形象化表达。针对概念产品信息建模的技术实现，从能量转换的角度划分并定义功能表面类型，提出了功能表面限位编码与功能表面能量转换编码规则。采用面向对象的技术针对概念设计过程的实现定义了功能表

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 机械产品概念设计的研究
• 1.1.1 现代产品设计理论与方法研究综述
• 1.1.2 产品概念设计研究及其关键技术
• 1.1.2.1 机械产品设计过程的划分
• 1.1.2.2 产品概念设计研究的意义及综述
• 1.1.3 产品概念设计有待于解决的问题
• 1.2 机械创新设计的研究
• 1.2.1 创新的内涵
• 1.2.2 创新方法（学科）的发展
• 1.2.3 机械产品创新设计的研究
• 1.2.4 机械产品创新设计有待解决的问题
• 1.3 发明问题解决理论（TRIZ）的研究
• 1.3.1 TRIZ理论的研究概况
• 1.3.2 TRIZ理论的发展趋势
• 1.4 课题研究的背景与本文的主要研究内容
• 1.4.1 课题提出的时代背景
• 1.4.2 机械产品快速创新设计中的关键问题
• 1.4.3 论文的主要研究内容与章节结构
• 第2章 机械产品快速创新设计理论基础和技术系统框架
• 2.1 机械产品快速创新设计及其关键技术
• 2.1.1 机械产品快速创新设计的意义
• 2.1.2 本论文研究的机械产品快速创新设计中的关键技术
• 2.2 发明问题解决理论（TRIZ）
• 2.2.1 TRIZ理论问题解决工具简介
• 2.2.2 TRIZ理论问题解决工具的比较
• 2.2.3 TRIZ理论问题解决工具的选用
• 2.2.4 TRIZ理论与产品设计过程的集成
• 2.3 基于分解重构原理的概念设计自动化理论
• 2.3.1 分解重构原理
• 2.3.2 广义定位原理
• 2.3.3 功能表面
• 2.3.3.1 概念的提出
• 2.3.3.2 功能表面的表达
• 2.3.3.3 功能表面的特性
• 2.3.4 能量链原理
• 2.3.4.1 能量在机械产品中的应用
• 2.3.4.2 能量链原理的提出
• 2.3.4.3 基于能量链原理的研究
• 2.4 机械产品快速创新设计技术系统框架
• 2.4.1 基于能量转换的概念设计产品信息建模技术
• 2.4.2 基于能量链原理的产品概念设计自动化技术
• 2.4.3 基于实例的原理结构创新设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于能量转换的概念设计产品信息建模技术
• 3.1 原理方案与结构集成化表达的基本需求
• 3.2 原理方案与结构创新设计的能量转换表达模型
• 3.3 基于能量转换的概念设计产品信息建模
• 3.3.1 功能表面的类型
• 3.3.2 功能表面编码
• 3.3.3 功能表面与能量转换的关系
• 3.3.4 概念零件的表达
• 3.3.4.1 功能表面类
• 3.3.4.2 功能零件类
• 3.3.4.3 概念产品类
• 3.3.4.4 壳体零件类
• 3.3.5 概念零件中的信息管理
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于能量链原理的产品概念设计自动化技术
• 4.1 功能模式的提出
• 4.1.1 功能模式的定义
• 4.1.2 功能模式的分类
• 4.2 概念零件的功能编码
• 4.2.1 定位信息及使定信息功能编码
• 4.2.2 能量作用信息的功能编码
• 4.2.3 容器模式及功能编码
• 4.2.4 概念零件的匹配及功能编码规则
• 4.3 基于能量链原理的产品概念设计自动化流程
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于实例的原理结构创新设计
• 5.1 基于实例的推理
• 5.2 基于实例的推理技术中存在的问题
• 5.3 基于实例的原理结构创新设计
• 5.3.1 原理结构创新设计的理论基础
• 5.3.2 原理创新与结构创新的实现过程
• 5.3.2.1 原理创新的实现过程
• 5.3.2.2 结构创新的表达及其与原理创新的集成
• 5.3.3 支持原理结构创新设计集成化的实例表达技术
• 5.3.4 相似度函数的建立
• 5.4 基于实例的原理结构创新设计
• 5.4.1 基于实例的原理结构创新设计与概念设计自动化
• 5.4.2 基于实例的原理结构创新设计流程
• 5.5 工程实例
• 5.5.1 焊装夹具的概念设计
• 5.5.2 基于实例的原理结构创新
• 5.6 本章小结
• 第6章 系统实施与实例应用
• 6.1 INNO-DARFAD系统简介
• 6.2 科学效应库
• 6.3 实例应用
• 6.3.1 设计背景
• 6.3.2 设计过程
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 创新点
• 7.3 进一步研究工作的展望
• 参考文献
• 攻读博士期间发表的论文、参与的课题以及获得的奖励
• 致谢