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第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 机电产品概念设计理论 4

1.2.1 机电产品的定义 4

1.2.2 方案设计、概念设计与创新设计的定义及关系 4

1.2.3 概念设计理论及研究现状 8

1.2.3.1 概念设计理论 8

1.2.3.2 国内外研究现状 9

1.2.4 概念设计中的关键问题 11

1.2.4.1 概念特征表示 11

1.2.4.2 设计过程表达 13

1.2.4.3 方案求解方法 14

1.2.4.4 方案评价 15

1.2.5 矩阵在概念设计中的应用 18

1.3 本书的目的及意义 19

1.4 本书的篇章结构 20

1.5 本章小结 22

第二章 功能分析与元功能链的矩阵式表达 23

2.1 引言 23

2.2 产品功能的定义 23

2.2.1 功能与总功能 23

2.2.2 产品功能定义的原则 24

2.2.3 产品功能定义的目的 26

2.2.4 产品功能的角色 27

2.3 产品功能分解 27

2.3.1 黑箱法 27

2.3.2 功能分解方法 28

2.3.3 元功能 29

2.4 元功能的表述语言——功能本体 30

2.4.1 本体论的基本概念 31

2.4.2 功能本体的定义 31

2.5 功能链 37

2.5.1 功能链的定义、结构类型及功能链聚合 37

2.5.2 功能模型的构建 38

2.5.3 主功能链的定义及获取方法 39

2.6 功能链的矩阵式表达 41

2.6.1 功能、元件等相关矩阵的定义 41

2.6.2 功能链的矩阵式表达 42

2.7 实例分析 43

2.7.1 豆浆机的功能分析及主功能链的矩阵式表达 43

2.7.2 搅拌机的功能分析及主功能链的矩阵式表达 46

2.7.3 手持式吹吸机的功能分析及主功能链的矩阵式表达 47

2.8 本章小结 49

第三章 单功能链设计方案的矩阵式求解方法 50

3.1 引言 50

3.2 功能模型分解为功能链 51

3.3 形态学矩阵法求解功能链的设计方案 52

3.4 元功能链设计方案的矩阵式求解方法 54

3.4.1 构建功能关联矩阵 54

3.4.2 构建功能—元件矩阵 55

3.4.3 求解满足功能需求的设计方案 55

3.4.4 构建设计结构矩阵 57

3.4.5 求解满足功能和结构要求的设计方案 57

3.5 实例分析 59

3.5.1 移载平台传动机构功能链的设计方案求解 59

3.5.2 传动机构设计方案的选择 63

3.6 本章小结 64

第四章 基于矩阵算式和蚁群算法的单功能链设计方案优化 65

4.1 引言 65

4.2 蚁群算法 65

4.2.1 蚁群算法原理 65

4.2.2 蚁群算法在组合优化问题上的应用 66

4.3 相似性理论及相似度矩阵 68

4.3.1 相似性理论与广义距离 68

4.3.2 相似度矩阵 69

4.4 基于矩阵算式和蚁群算法的功能链设计方案优化方法 71

4.4.1 功能链设计方案评价模型 71

4.4.2 基于蚁群算法的功能链设计方案优化模型 72

4.4.3 信息素矩阵和概率矩阵 76

4.4.4 基于矩阵算式和蚁群算法的功能链设计方案优化步骤 78

4.5 实例分析：压力机三轴伺服传送系统的设计方案优化 80

4.5.1 功能建模和主功能链求解 80

4.5.2 搜索原理解和构造形态矩阵 81

4.5.3 计算广义距离 82

4.5.4 确认评价权重和计算评价得数 84

4.5.5 求解最优方案 86

4.6 本章小结 88

第五章 元功能链聚合的设计方案矩阵式求解方法 89

5.1 引言 89

5.2 元功能相似性分析 90

5.2.1 元功能分类 91

5.2.2 功能链分解 91

5.2.3 确定元功能相似值 91

5.2.4 构建功能相似矩阵 92

5.2.5 功能相似总矩阵的计算与简化 94

5.3 元件的关联性分析 95

5.3.1 构建功能—元件矩阵 95

5.3.2 元件关联矩阵的计算与分析 95

5.4 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 97

5.4.1 功能模型分析 97

5.4.2 功能相似性分析 99

5.4.3 元件关联性分析 101

5.4.4 设计方案的聚合 103

5.5 本章小结 106

第六章 原型系统开发及实例应用 107

6.1 引言 107

6.2 原型系统简介 107

6.2.1 面向功能链的产品设计方案求解流程 108

6.2.2 系统总体结构 109

6.2.3 系统开发工具 109

6.3 数据库的构建 110

6.3.1 产品设计知识库的构建 110

6.3.1.1 功能体知识库的创建 111

6.3.1.2 流知识库的创建 112

6.3.1.3 宏功能知识库的创建 113

6.3.1.4 功能实现方法知识库的创建 113

6.3.1.5 结构知识库的创建 114

6.3.1.6 产品设计知识库的总体结构 116

6.3.2 矩阵信息数据库的构建 118

6.4 原型系统功能模块 122

6.4.1 功能分析模块 122

6.4.2 单功能链设计方案求解模块 122

6.4.2.1 功能元件匹配 122

6.4.2.2 设计方案求解 124

6.4.2.3 设计方案优化 125

6.4.3 功能链设计方案聚合模块 125

6.5 实例应用 126

6.5.1 移载平台传动机构的方案设计 126

6.5.1.1 移载平台工况分析及设计需求 126

6.5.1.2 传动机构的功能分析 127

6.5.1.3 传动机构的设计方案求解 128

6.5.1.4 传动机构的方案优化 130

6.5.2 压力机三轴伺服传送系统的方案设计 133

6.5.2.1 压力机三轴伺服传送系统工况分析 133

6.5.2.2 压力机三轴伺服传送系统功能分析 134

6.5.2.3 功能链方案求解 136

6.5.2.4 功能链方案优化 137

6.5.2.5 压力机三轴伺服传送系统最终方案求解 139

6.6 本章小结 141

参考文献 142