为快速响应多样化机械装备产品的需求,在机械产品的方案设计过程中引入模块化设计方法与技术,建立与实施基于功能-原理(行为)-结构(Function-Principle-Behavior-Structure, FPBS)的产品模块化设计技术是解决问题的关键。本文对基于FPBS的产品方案设计、产品模块划分与创建、产品族规划设计、产品配置设计、模块适应性／变型设计、模块重构设计等问题进行了深入研究,主要内容与成果包括：(1)提出了基于功构独立性、行为相容性的产品FPBS设计建模方法。针对机械系统(产品)方案设计的复杂性,按照产品的总体技术目标特征,首先通过功能→原理(行为)→结构→功能的纵向设计迭代演进,实现产品方案设计过程中的功能-原理映射、原理-结构求解、结构-功能分解。同时,按照公理设计理论与行为相容性原则,进行产品功能、结构的不断解耦,直至分解到具有相对独立结构、独立功能、相容行为的基本功能-结构单元,实现产品FPBS分解模型的建立。其次,采用IDEF0和功能流建模相结合的方法进行产品功能建模,采用行为关联进行产品原理建模,采用装配联接进行产品结构建模,实现产品动态模型的建立。以此为基础,把机械产品方案设计拓扑模型与模块化设计方法相结合,提出基于产品方案设计模型的模块化设计方法。(2)提出了基于产品FPBS设计模型的产品模块识别、划分与创建方法。针对产品模块的创建问题,基于产品的FPBS设计模型,首先展开产品功构要素(功能、行为、结构、接口等)的相关性分析,建立功能-结构单元的相关度计算模型；然后采用模糊聚类算法进行自底向上的功能-结构单元的聚合,实现了产品层次性模块划分与创建。(3)提出了基于产品FPBS设计模型的产品族规划设计方法。针对产品族模块体系建立的问题,首先通过客户需求的聚类分析,建立满足市场细分的产品族,考虑产品性能参数的“量变”与“质变”,对产品族功能展开FPBS功构分解,建立不同层次的功能-结构单元,同时,通过QFD方法确定产品族功能-结构单元的特征参数及其取值范围；其次,建立产品族FPBS功构分解的底层功能-结构单元的功能模型,采用谱系聚类建立产品族的不同层次的功构模块,并确定基础功构模块、扩展功构模块。然后通过功能-结构单元的结构及其特征参数的综合而建立基本模块族、扩展模块族,从而实现产品族规划。(4)提出了基于产品族模块体系的产品可拓配置设计方法。针对基于模块体系的产品快速设计问题,以产品族模型为基础,针对具体的客户需求,首先采用QFD瀑布式分解方法对期望产品特征进行层次性展开,采用基于知识推理的方法进行产品配置求解,获得期望模块物元。在此基础上,采用相似匹配算法从模块族中模糊匹配出相似存在模块,形成产品的初步配置方案。然后通过ISM分析方法,确定相似存在模块变换的结构层次与变换需求,进行可拓变换,建立产品结构方案。(5)提出了基于FPBS设计模型的模块可拓适应性／变型设计方法。针对单个模块的变型设计问题,首先建立存在模块的FPBS设计模型,通过模型中功能、原理、行为、结构的可拓变换与分解而建立期望模块的FPBS分解模型；其次,建立期望模块的功能模型；然后基于功能模型的约束,通过结构单元的删减、聚合,并进行模块功构要素可拓变换、分解、聚合中传导变换分析,实现模块的适应性／变型设计。(6)提出了基于FPBS设计模型的模块重构设计方法。针对多个模块的重构设计问题,首先建立存在模块的FPBS设计模型；以此为基础进行基于功能流流转的功能重构、基于运动行为传递的原理构型、基于行为一致性的行为组合、基于行为相容性的结构聚合,建立期望模块的设计模型；进一步展开期望模块结构综合与设计,实现模块的重构设计。(7)建立了计算机辅助的产品模块化设计支持系统。针对模块化设计方法的工程应用问题,以论文研究成果为基础,遵循产品模块化设计的一般性流程,选择通用CAD作为产品结构设计工具,设计开发计算机辅助的产品模块化设计支持系统——MDSS,初步实现了论文提出的基于FPBS的机械系统模块化设计方法的工程应用。