機電產(chǎn)品技術演化與升級創(chuàng)新的概念設計研究.pdf

1、產(chǎn)品的創(chuàng)新性對其市場競爭力具有重要影響，企業(yè)為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，必須對技術進行演化和升級以實現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新的目的。概念設計是產(chǎn)品設計中最具有創(chuàng)造力的階段，因此有必要提高概念設計階段的創(chuàng)新性。針對我國部分企業(yè)持續(xù)性競爭優(yōu)勢不足的現(xiàn)狀，本文以功能為基礎，探索概念設計中適用于機電產(chǎn)品技術演化和升級的相關理論和方法。
　　 本文首先研究了設計、概念設計和創(chuàng)新設計之間的關系，并定義了功能、結構和行為的概念。在此基礎上結合創(chuàng)新設計和概念設計的特

2、點，提出了功能驅動下對產(chǎn)品進行技術演化和升級的設計框架，并指出了其中的關鍵技術和研究要點。
　　 為明確技術演化方向，本文提出了技術成熟度預測方法探討技術演化的過程和目標。該方法基于專利數(shù)據(jù)結果，將TRIZ理論的S曲線與專利數(shù)據(jù)測算法結合起來對產(chǎn)品核心技術的成熟度進行預測。在技術預測的基礎上采用技術進化雷達圖揭示了核心技術各個方面在進化路線上的發(fā)展階段及其與進化極限間的差距，從而快速找到了系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，達到對產(chǎn)品升級創(chuàng)新演化方

3、向進行定位的目的。
　　 為尋求適用于技術演化及升級的技術手段和方法，本文提出了支持升級創(chuàng)新設計的科技文獻改進層次聚類算法。該算法首先建立了基于文獻引用關系的相似矩陣，在運算過程中以相似矩陣作為聚類對象，然后通過觀測不同距離條件下孤立點數(shù)目的變化情況，自動計算并判斷聚類終止條件。聚類運算結果為產(chǎn)品升級創(chuàng)新提供了技術基礎。
　　 產(chǎn)品技術升級是建立在對產(chǎn)品系統(tǒng)功能分析及分解的基礎上，為此本文提出了功能驅動的產(chǎn)品系統(tǒng)分析方法

4、。該方法以系統(tǒng)分析粒度為基礎，利用鍵合圖理論建立系統(tǒng)模型，并根據(jù)模型對系統(tǒng)進行動態(tài)分析。在動態(tài)分析的過程中，結合物質(zhì)、能量和信息的特征及描述，闡述利用物質(zhì)流、能量流和信息流進行功能分析、分解的求解策略，并獲得功能層次結構模型。在結合動態(tài)分析結果及功能層次結構模型的基礎上完成了對產(chǎn)品系統(tǒng)分解和分析的過程。
　　 根據(jù)技術演化和功能分解結果，本文提出了“行為一功能及行為一結構”混合映射方法對系統(tǒng)功能進行升級，從而獲得創(chuàng)新后的設計方案

5、?！靶袨?功能及行為-結構”混合映射以端口和對象共同定義行為模型，并在此基礎上建立了從結構到功能映射的框架模型，完善了從“行為-功能及行為-結構”的混合映射過程。通過結構到功能映射的模式可獲得系統(tǒng)詳細的設計信息。以基本功能體和元功能的概念為基礎通過元功能細化功能層次模型，基于基本功能的重組、變異、替換等操作，可支持產(chǎn)品升級和創(chuàng)新概念設計全過程。
　　 結合企業(yè)實際需要，本文將面向機電產(chǎn)品技術演化與升級的創(chuàng)新設計理論應用于汽車裝配