FBS模型中行为与结构创新的商空间表达与实现

提出一种能够支持专利技术再创新的方法,对于提升我国机电产品的快速创新开发能力具有重要的现实意义。考虑基本结构的多功能属性,用粒度更细的基本操作表达功能—行为—结构(Function-behavior-structure,FBS)模型的功能元和基本结构的行为,以商空间理论作为数学工具,建立创新增强型FBS功能分解与结构匹配的商空间模型。功能层的保序划分或分层递阶划分实现了行为层创新;基于等价关系的结构层划分实现了结构层创新。实例表明,通过结构层和功能层的创新、匹配,能够用较少的简单基本结构的组合匹配原设计问题的总功能。因此,该方法可以有效地支持专利技术的再创新设计。

基于变型空间FBS本体映射的产品创新设计方法

借助设计知识系统提升复杂产品创新设计能力,实现满足新需求的产品新功能,是设计创新的关键。采用六元组定义产品功能—行为—结构设计知识本体模型,建立产品设计知识库。对于产品设计中由新需求引出的新功能,提出基于变型空间的功能—行为—结构本体映射获得极大一般变型功能元或者极大变型特殊功能元。采用分层递进的功能—行为—结构本体映射策略,以名称相似度搜索产品设计知识库实现产品的创新设计。基于层次分析的产品创新设计评价模型,评价基于变型空间的功能—行为—结构本体映射的产品创新设计方案。通过多绳金刚石串珠锯的产品创新设计及评价实例验证了所提方法的有效性。

面向产品设计前期的集约化设计方法

为明确产品关键设计方向,改善产品设计前期准备的效率,提出一种基于免疫粒子群算法的产品集约化设计方法。通过集成模糊层次分析法与基于客户需求的功能—行为—结构模型,求解客户需求到结构的映射关系,同时建立三角模糊矩阵求解产品各层次重要度,分析并获取产品关键设计要求;依据关键设计要求构建目标函数,采用免疫粒子群算法对离散变量进行准确快速的优化,获取最佳可重用设计方案。最后,以某型号逆变式电弧焊机的设计为例,验证了该设计方法的可行性与有效性。

下肢固定支具的设计求解与参数化成形

为改善下肢固定支具的康复和体验效果,采用层次分析法和功能—行为—结构(Function-Behavior-Structura, FBS)模型融合的空间拓展模型对下肢固定支具进行创新设计。分析了基于FBS空间拓展模型映射过程,将离散的下肢康复需求信息重新定义并逐层映射,得到下肢固定支具设计方案,并借助有限元仿真和样机测试的方法,验证了设计的合理性。研究表明:FBS空间拓展模型能提升用户需求采集的准确度和设计决策的效率,改善下肢固定支具的用户体验,为其他相关产品的创新设计提供新思路。