面向功能的创新概念设计问题研究

产品的创新性是产品是否具有竞争力的关键因素。而在产品设计过程中，创新性表现最为集中和突出的阶段是产品的概念设计阶段。另一方面，功能作为概念设计的关键，贯穿于整个概念设计过程的始终。因此，本文从功能入手，提出了创新概念设计的概念，对在概念设计阶段中功能创新的相关问题进行了研究。本文的主要工作包括以下几个方面： 1．创新概念设计的流程及架构。 对设计过程及概念设计过程进行了总结研究，在总结了功能定义的基础上，提出了面向功能的创新概念设计的设计流程和体系架构，并指出了其研究的关键技术。 2．面向创新的物元网络表示法。 在分析总结了现有功能表示方法的基础上，结合创新设计中需求大量设计相关信息的特点，提出了物元网络表示方法。使得设计过程中的结构化信息能够较好得到表示的同时，又能充分发挥可拓学物元的特点，便于设计者进行功能相关信息的扩展，并给出了物元网络方法的可拓变换、匹配和推理技术。 3．相似功能及相似度计算公式。 通过对人类思维联想方式的分析，将相似功能与之类比，从而将相似功能进行了分类，对相似功能的内容进行了丰富。同时修正了相似理论中相似度计算公式的不足，使得新的计算公式有效地克服了原先公式的缺陷，加强了相似度计算公式的适用性。 4．扩展功能树的建立。 建立了功能树的形式化定义体系，然后在修正后的相似度计算公式及物元网络方法支持下，对不同的功能进行相似度量比较。并以此为依据，从数据库中查找功能树中功能元的相似功能，将这些相似功能添加入功能树中，从而对功能树进行扩展，使得设计者能获得更多的与设计问题相关的信息。 5．扩展功能树的化简和求解。 功能树本质上可视为是布尔代数理论的一种应用，从而利用布尔代数的吸收律、幂等律来消除功能树中的冗余信息，对功能树进行优化处理。通过建立了功能树逻辑化简规则和模块化处理方法，降低功能树的求解规模和设计问题的复杂度。在功能树的求解方法方面，指出功能树的求解过程就是对功能函数的功能集族进行求解的过程，并提出了基于功能矩阵的求解方法，更进一步地针对创新性设计的特点，提出了无损优化的方法。