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