基于效应的概念设计模型

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1、基于效应的概念设计过程模型研究曹国忠檀润华张瑞红江屏摘要：阐述了功能模型、功能基和效应的概念，论述了功能、效应与实例的三者之间的关系，提出了FEE（Function-Effect-Example）概念设计过程模型，用于在概念设计阶段产生满足需求功能的原理解，并结合工程实例说明应用。关键词：功能；效应；概念设计；过程模型中图分类号：TH122文献标识码：A产品设计要解决问题。为了降低解决问题的拟定功能结构，确定出基本求解途径，得出求解[1]难度，可将设计分解为明确任务、概念设计、技方案的设计过程。功能模型的建立是通过对用[1]术

2、设计、详细设计四个容易实现的阶段。概念户需求的分析确定总功能，将其分解为分功能、设计的主要任务是产生满足需求功能的设计方功能元的过程。每个功能元与已有部件或子系统案。概念设计阶段会涉及到不同领域的设计知识对应，或较容易实现。功能模型既描述子功能之和技术以及复杂的设计活动，可能出现至少有一间的层次关系以揭示每一层的设计目的，又描述个功能元的原理解不能得到，或需要太长时间的同一层子功能之间的相互作用关系以揭示子功问题。如何对设计概念进行完整的描述和有效的能间的物理和逻辑组合的可能性或可用性。因推理，如何协同组织重复的设计过程是概念

3、设计此，功能模型的建立提供了一种分别处理功能元中的关键问题。目前对上述问题还没有一种公认的具体方法，使抽象的、复杂的设计问题能够实[2]的广泛适用的设计过程模型。现。效应（Effect）是发明问题解决理论（TRIZ）在功能分解过程中,功能元是一模糊概念,[3]中基于知识的工具。效应是通过专利分析，找分解过程是否结束主要取决于设计者的经验。抽出专利中产品所实现的技术功能和用于实现技象出一组功能作为功能元集对功能分析具有普术功能的科学原理之间的相关性的基础上形成遍的指导意义。文献[9]提出了机械设计中的的，它将物理、化学、几何等科

4、学原理与其工程105种功能，文献[10]提出了机械设计的4组功[4]应用有机的结合在一起。大量的专利研究表能，TRIZ中抽象出了30种功能，文献[11]提出明：问题的创新解决方案通常是使用问题所在技了功能基(Functionalbase)的概念。功能基是术领域中很少用到或根本没有用过的效应实现在价值工程的基础上,并参考以往关于功能的研的；对于一个给定的问题，运用物理、化学和几究成果提出来的一种用于建立功能模型的通用[5]何效应可以使解决方案更理想和简单的实现。设计语言。文献[11]对功能的有关概念进行了重但是效应在TRIZ理论

5、的研究中最不成熟，如文献新定义:[6-8]中仅介绍了效应的概念、分类及应用，文(1)产品功能：以动词-名词形式描述产品献中未见效应用于确定概念设计中原理解方法总任务的输入/输出关系；的介绍。(2)分功能：以动词-名词形式描述产品分本文在对功能、效应及概念设计过程研究的任务的输入/输出关系；基础上，提出了FEE（Function-Effect-Example）(3)功能：元件或产品的一个操作。功能用概念设计过程模型，用于概念设计中产生满足需动词表示，分为类功能和基本功能，见求功能的原理解。表1；(4)流：随时间变化的能量、物料、

6、信号。1功能模型流用名词表示，分为类流、基流、子流概念设计指在确定任务之后，通过抽象化，和补足物，见表2。流按下面的三个公∗基金项目：国家自然科学基金资助项目（50375045）［12］式从抽象到具体的表达：类流、基流或关定律解决设计中的问题。效应按照所包含子流+类流、基流或子流+补足物；的信息可分为物理效应、化学效应、几何效应、(5)功能基：由功能集与流集所组成的设计生物效应等。语言，该语言用于形成分功能。效应是通过专利分析，找出专利中产品所实由上述定义，功能（总功能和分功能）用动现的技术功能和用于实现技术功能的原理之间词-

7、名词表示，功能填在动词的位置，流填在名的相关性的基础上形成的，它将物理、数学、化词的位置。功能与流是进行功能分析、建立功能学和几何等科学定律与其工程应用有机的结合模型的基本元素，这些元素的总体是功能基。经在一起，消除了科学与工程应用之间的隔阂。到过不同的组合，功能基中的元素可组成1000多目前为止，人类已总结出大量的物理、化学和几个功能元。功能基建立了规范的功能元组，是一何效应，每一个效应都可能是一大批问题的解决种通用设计语言，便于控制功能的分解及设计师方案。之间的交流。表1功能的分类3效应与功能类功能基本功能类功能基本功能效

8、应可以实现功能（功能模型中的功能元），分离转换转换功能依靠物理、化学或几何效应而存在。功能可分支精制储存通过下列方式实现：单一效应模式、关联效应模分发供应供给式和制效应模式。输入吸取3.1单一效应模式输出感知导向传递预示输入量效应输出量接发引导显示图1单一效应模式结合测量连接