产品的创新性对其市场竞争力具有重要影响，企业为了实现可持续发展，必须对技术进行演化和升级以实现产品创新的目的。概念设计是产品设计中最具有创造力的阶段，因此有必要提高概念设计阶段的创新性。针对我国部分企业持续性竞争优势不足的现状，本文以功能为基础，探索概念设计中适用于机电产品技术演化和升级的相关理论和方法。本文首先研究了设计、概念设计和创新设计之间的关系，并定义了功能、结构和行为的概念。在此基础上结合创新设计和概念设计的特点，提出了功能驱动下对产品进行技术演化和升级的设计框架，并指出了其中的关键技术和研究要点。为明确技术演化方向，本文提出了技术成熟度预测方法探讨技术演化的过程和目标。该方法基于专利数据结果，将TRIZ理论的S曲线与专利数据测算法结合起来对产品核心技术的成熟度进行预测。在技术预测的基础上采用技术进化雷达图揭示了核心技术各个方面在进化路线上的发展阶段及其与进化极限间的差距，从而快速找到了系统的薄弱环节，达到对产品升级创新演化方向进行定位的目的。为寻求适用于技术演化及升级的技术手段和方法，本文提出了支持升级创新设计的科技文献改进层次聚类算法。该算法首先建立了基于文献引用关系的相似矩阵，在运算过程中以相似矩阵作为聚类对象，然后通过观测不同距离条件下孤立点数目的变化情况，自动计算并判断聚类终止条件。聚类运算结果为产品升级创新提供了技术基础。产品技术升级是建立在对产品系统功能分析及分解的基础上，为此本文提出了功能驱动的产品系统分析方法。该方法以系统分析粒度为基础，利用键合图理论建立系统模型，并根据模型对系统进行动态分析。在动态分析的过程中，结合物质、能量和信息的特征及描述，阐述利用物质流、能量流和信息流进行功能分析、分解的求解策略，并获得功能层次结构模型。在结合动态分析结果及功能层次结构模型的基础上完成了对产品系统分解和分析的过程。根据技术演化和功能分解结果，本文提出了“行为—功能及行为—结构”混合映射方法对系统功能进行升级，从而获得创新后的设计方案。“行为—功能及行为—结构”混合映射以端口和对象共同定义行为模型，并在此基础上建立了从结构到功能映射的框架模型，完善了从“行为—功能及行为—结构”的混合映射过程。通过结构到功能映射的模式可获得系统详细的设计信息。以基本功能体和元功能的概念为基础通过元功能细化功能层次模型，基于基本功能的重组、变异、替换等操作，可支持产品升级和创新概念设计全过程。结合企业实际需要，本文将面向机电产品技术演化与升级的创新设计理论应用于汽车装配摩擦驱动输送系统的设计上，通过对典型案例的技术演化分析及功能系统分解，提出了多个创新的摩擦驱动装置概念设计方案，并申请了国家发明专利，良好的设计结果验证了本文提出的理论的可行性和有效性。