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第1章 产品的功能分析与功能建模1

1.1引言1

1.2产品功能的定义1

1.2.1功能与总功能1

1.2.2产品功能定义的目的2

1.2.3产品功能定义的原则3

1.2.4产品功能的角色4

1.3产品功能分解4

1.3.1黑箱法4

1.3.2功能分解方法5

1.3.3元功能6

1.4元功能的表述语言——功能本体7

1.4.1本体理论概述8

1.4.2功能本体及功能语义表述10

1.4.3功能本体的体系结构12

1.4.4功能本体词汇14

1.5功能链18

1.5.1功能链的定义、结构类型及功能链聚合18

1.5.2功能模型的构建19

1.5.3主功能链的定义及获取方法20

1.5.4功能模型分解为功能链21

1.6功能链的矩阵式表达23

1.6.1功能、元件等相关矩阵的定义23

1.6.2功能链的矩阵式表达25

1.7实例分析26

1.7.1豆浆机的功能分析及主功能链的矩阵式表达26

1.7.2搅拌机的功能分析及主功能链的矩阵式表达28

1.7.3手持式吹吸机的功能分析及主功能链的矩阵式表达28

1.8本章小结31

参考文献31

第2章 基于功能模型的产品设计方案求解过程33

2.1引言33

2.2产品概念设计33

2.2.1产品概念设计基本特征33

2.2.2产品概念设计的过程模型35

2.3产品需求设计37

2.3.1需求的定义37

2.3.2需求的描述38

2.4产品需求设计过程40

2.4.1产品需求设计的过程模型40

2.4.2需求信息的获取40

2.4.3需求分类42

2.4.4需求评估43

2.5产品功能设计43

2.6产品功能实现原理设计44

2.6.1产品原理设计的目标44

2.6.2产品原理设计的基本方法44

2.7产品概念方案设计45

2.7.1产品概念方案设计任务45

2.7.2产品功能载体——产品结构45

2.7.3功能-结构映射45

2.8本章小结46

参考文献47

第3章 产品需求设计和方案求解协同演化方法48

3.1引言48

3.2产品需求设计和方案求解的协同演化模式48

3.2.1产品设计的一般模式48

3.2.2产品的往复设计49

3.2.3产品需求设计和方案求解的协同演化模式49

3.3产品需求设计和方案求解协同演化基本过程的形式化描述50

3.3.1产品需求设计和方案求解协同演化基本过程50

3.3.2产品需求设计的形式化表达51

3.3.3产品功能设计的形式化表达53

3.3.4产品功能实现原理的形式化表达55

3.3.5产品结构方案设计的形式化表达55

3.3.6产品结构方案的评估57

3.4产品需求设计和方案求解协同演化方法分析57

3.4.1产品需求设计和方案求解协同演化方法的推理过程57

3.4.2产品需求设计和方案求解协同演化方法的求解模型58

3.5产品需求设计与方案求解协同演化机理的说明59

3.5.1产品需求设计与方案求解协同演化的逻辑过程59

3.5.2产品需求设计与方案求解逐层协同演化模型60

3.6基于需求设计和方案求解协同演化的实例研究61

3.6.1自动化无轨电动伸缩门的需求设计62

3.6.2自动化无轨电动伸缩门的方案求解62

3.6.3自动化无轨电动伸缩门的需求设计和方案求解协同演化过程65

3.6.4需求设计与方案求解协同演化系统的设计及应用69

3.7本章小结77

参考文献77

第4章 功能本体驱动的产品结构-功能映射79

4.1引言79

4.2基于功能本体的产品知识表述模型80

4.3本体驱动的结构-功能映射81

4.3.1结构到功能映射框架81

4.3.2结构到功能映射方法及步骤82

4.4功能体辨识与匹配82

4.4.1功能体辨识过程82

4.4.2 BS（行为-结构）映射83

4.4.3 BF（行为-功能）映射83

4.4.4 BSBF（行为-结构及行为-功能）混合映射84

4.5宏功能分析与辨识85

4.5.1宏功能概念85

4.5.2宏功能类别85

4.5.3宏功能辨识过程研究86

4.6功能合并与逻辑推理88

4.6.1功能合并与逻辑框架88

4.6.2功能组合启发式逻辑推理规则89

4.6.3宏功能分析实现功能合并90

4.6.4功能实现方法分析实现功能合并91

4.7本章小结92

参考文献92

第5章 基于功能本体的产品消化吸收再创新设计方法94

5.1引言94

5.2基于功能本体的再创新设计框架94

5.3基于功能分析的创新设计方法概述95

5.4基于功能分析的创新设计方法流程96

5.5基于同义与反义功能语义分析方法98

5.5.1功能同义与反义语义分析方法98

5.5.2功能泛化与具体化99

5.5.3基于泛化与具体化的功能变更101

5.6功能变更效果评估102

5.6.1工程变更定义及原因102

5.6.2变更传播影响分析103

5.6.3价值分析104

5.7功能实现方法研究104

5.7.1机械分类及其组成105

5.7.2机械运动系统功能分析105

5.7.3机械运动系统结构分析107

5.8实例研究108

5.8.1设计问题描述108

5.8.2产品功能分析109

5.8.3功能变更与产品再创新设计111

5.9基于功能本体的产品再创新设计系统开发及应用113

5.9.1系统功能模块分析113

5.9.2系统结构设计114

5.9.3系统开发平台及编程语言115

5.9.4数据库设计115

5.9.5基于功能本体再创新设计系统实例118

5.10本章小结126

参考文献127

第6章 面向单功能链的产品设计方案求解方法128

6.1引言128

6.2形态学矩阵法求解功能链的设计方案128

6.3功能链设计方案的矩阵式求解方法130

6.3.1构建功能关联矩阵130

6.3.2构建功能-元件矩阵130

6.3.3求解满足功能需求的设计方案131

6.3.4构建设计结构矩阵133

6.3.5求解满足功能和结构要求的设计方案133

6.4实例分析：移载平台传动机构设计方案的求解135

6.4.1移载平台传动机构功能链的设计方案求解135

6.4.2传动机构设计方案的选择139

6.5蚁群算法及相似性理论141

6.5.1蚁群算法原理141

6.5.2蚁群算法在组合优化问题上的应用142

6.5.3相似性理论与广义距离143

6.5.4相似度矩阵144

6.6基于蚁群算法的单功能链设计方案优化方法146

6.6.1功能链设计方案评价模型146

6.6.2基于蚁群算法的功能链设计方案优化模型147

6.6.3信息素矩阵和概率矩阵150

6.6.4基于矩阵算式和蚁群算法的功能链设计方案优化步骤151

6.7实例分析：三坐标送料机设计方案的优化154

6.7.1功能建模和主功能链求解154

6.7.2搜索原理解和构造形态学矩阵155

6.7.3计算广义距离155

6.7.4确定评价权重和计算评价得分158

6.7.5求解最优方案159

6.8本章小结161

参考文献161

第7章 功能链聚合的设计方案求解方法163

7.1引言163

7.2元功能相似性分析164

7.2.1元功能分类164

7.2.2功能链分解165

7.2.3确定元功能相似值165

7.2.4构建功能相似矩阵166

7.2.5功能相似总矩阵的计算与简化167

7.3元件的关联性分析168

7.3.1构建功能-元件矩阵168

7.3.2元件关联矩阵的计算与分析169

7.4实例分析：剃须刀和吸尘器的主功能链聚合的设计方案求解170

7.4.1功能模型分析171

7.4.2功能相似性分析172

7.4.3元件关联性分析175

7.4.4设计方案的聚合176

7.5本章小结179

参考文献179

第8章 基于功能链的方案求解系统开发及实例应用181

8.1引言181

8.2原型系统简介181

8.2.1基于功能链的产品设计方案求解流程181

8.2.2系统总体结构182

8.2.3系统开发工具183

8.3数据库的构建184

8.3.1产品设计知识库的构建184

8.3.2矩阵信息数据库的构建190

8.4原型系统功能模块193

8.4.1功能分析模块194

8.4.2单功能链设计方案求解模块194

8.4.3功能链设计方案聚合模块197

8.5实例应用197

8.5.1移载平台传动机构的方案设计197

8.5.2三坐标送料机的方案设计203

8.6本章小结211

参考文献211