概念设计是能为设计者提供理想设计方案的重要环节。该过程最能体现创新思维,通过运用现有的相关科技方法开展创新设想,创造出具备良好性能和用途的产品。单一的设计方法往往难以适应复杂的产品创新,多种创新方法集成一起能够优势互补,是提升产品设计质量的重要方法。为此,提出一种基于TRIZ与可拓学的产品概念创新设计过程模型,以便更好地驱动产品创新。论文主要从以下5个模块展开:(1)问题分析模型研究。从需求获取、评价、表达等方面出发,提出一种系统化的需求分析模型。利用功能物元法识别总功能信息,拼接各子功能链获得总功能结构图,进而得出总的功能结构模型。将修正的当前现实树与可拓理论中的蕴含系相结合,提出一种冲突根原因的分析方法。(2)产品概念集成创新设计求解方法。首先,通过精简分析,获得面向机械产品的冲突问题解决矩阵,并结合VB软件编制出可视化的操作界面;然后,利用基元理论形式化表述方法,结合基元扩展分析理论,进行冲突消解;最后,针对物场分析的建模过程和标准解求解过程存在的弊端,借助于基元扩展分析法,构建产品概念集成创新设计求解方法。(3)基于可拓遗传算法的方案综合与评价。利用遗传算法全局搜索和可拓评价法定量分析的特点,再结合适应度函数、迭代终止判定条件、评价指标获取及权重值的计算方法,对得到的各种创新方案,进行可拓遗传算法的方案综合与评价。(4)基于TRIZ与可拓学的产品概念创新设计模型验证。通过提取产品需求信息,确定其设计目标。通过功能物元法和聚合各子功能链得到产品功能结构模型。利用约束理论的根原因分析法识别和确定出产品冲突,集成创新方法求解功能元,结合形态学矩阵和方案综合评价方法,建立基于TRIZ与可拓学的产品概念创新设计模型。最后利用所提出的一种具有蝶形弹簧减振结构的新型碎冰机对该设计模型进行验证。(5)新型碎冰机关键零部件概念结构优化设计。运用Solidworks软件对碎冰机概念结构的各个零部件展开详细的建模及虚拟装配,并将传动轴构件添加到Workbench中,进行参数优化分析,优选出合理的概念结构参数。通过模态分析其结构固有属性,以避免共振带来的危害。该课题研究为产品集成创新及碎冰机结构设计提供可行的思路。