概念设计是产品开发过程中最为重要的阶段,也是计算机辅助设计的最薄弱环节。概念设计不仅对产品的质量、成本、性能、可靠性、安全性和环保性有着极大的影响,更重要的是,所产生的缺陷无法由后续的设计过程弥补。 本文在国家自然科学基金项目(No.50275013,50275019)的支持下,研究了机械产品概念设计中的客户需求规范化、产品特征建模、原理方案生成、方案推理求解、设计方案评价以及原型系统实现,并进行产品实例的应用验证,期望有效地实现机械产品设计方案的创新和变型,丰富概念设计的求解途径。 主要工作及创新点如下: 1.提出了基于作用流的产品概念特征建模方法。在讨论功能、行为与结构的层次关系和映射逻辑的基础上,从输入输出流出发,分别结合功能基、键合图和有向图建模产品的功能、行为和结构特征;构建作用流实现功能、行为和结构三者之间的有效联系,进而建立了功能一行为一结构的特征映射模型,通过功能分解和特征映射获取产品方案,最终实现了基于作用流的产品功能求解;结合减速器传动功能求解实例予以说明和验证。 2.提出了基于能量交互的原理方案生成方法。基于能量流表示基本元件的行为语义,提取元件接口的类型、大小、方向与约束特征;将受相应物理原理和规则控制与约束的单行为以因果关系联结成有向图,构建因果行为联系及其拓扑矩阵表示系统的复杂行为,从而构建了技术系统的能量交互模型;建立了基于能量交互的原理方案生成过程模型,包括变型过程模型和创新过程模型,其中方案变型通过在约束条件下扩展基于因果行为联系构建的设计模板来实现,方案创新通过正向推理创建因果行为联系进而组合元件来实现;结合工业高速平头锁眼机设计实例予以说明和验证。 3.提出了基于状态空间的方案推理和基于模糊距离度量的方案评价方法。建立了包含知识抽取和知识表示的设计知识获取框架,基于功能—行为—结构映射关系模型抽取设计知识,结合产生式规则和面向对象方法进行表示:开发了基于状态空间的穷尽式搜索求解策略,基于设计要求在