产品概念设计过程研究.pdf

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1、设计与研究产品概念设计过程研究密善民t赵贤z陈伟付秀丽高常青(1．济南大学机械工程学院，济南250022；2．山东省科学技术情报研究所，济南250101)摘要：产品的概念设计直接影响产品的质量、成本和性能，是产品设计的核心阶段。文章结合科学效应叙述了产品概念设计的一般过程，通过科学效应给出产品总功能的实现途径，在此基础上对产品总功能进行分解并且列出功能分解图和功能结构图，再利用科学效应求出产品功能结构图中功能元的解。之后列出形态学矩阵并从中组合出多种可行性方案，经过对可行性方案的评价验证选出最佳的方案。最后通过实例

2、验证了过程的有效性。关键词：概念设计功能分解功能结构科学效应引言如移动物体、传递扭矩、改变方向等等，这样表达很符合产品创新是企业得以生存和持续发展的内在动力，是人们Et常生活中之间交流的表达习惯。功能基库就是在市场竞争的关键所在。但是产品的创新不是一件容易的此基础上建立的。它由八个大类的功能动词表和标准流事情，他需要更多跨学科的知识、技术和经验作为支撑。分类表组成，其在很大程度上包含了工程设计活动中功而产品大部分成本由概念设计阶段决定，虽然概念设计能的表达。只占开发成本的5％，但是往往决定了70％～80％总成本1．

3、2黑箱法⋯，直接影响产品的质量、成本和性能。因此，概念设计是在设计的最初阶段，黑箱法的运用可以让设计人员从实现产品快速创新的重要阶段。全局角度认识分析产品。它从综合的角度为人们提供了概念设计一词最早是由M．J．French提出并给出定一条认识事物的重要途径，特别是对一些作用原理和内义：概念设计是考虑设计问题的内容，并以方案的形式提部结构等方面都不明确的系统，黑箱理论提供的研究方出众多的解的设计阶段l2l。Pahl和Beitz在其书Engineering法是非常有效的。Design中将概念设计定义为：在确定任务之后，

4、通过抽象1956年，控制论创始人之一、英国生物学家艾什比化，拟定功能结构，寻求适当的作用原理及其组合等，确(William—Ross—Ashby，1903—1972)对黑箱作了比较系统的定出基本求解途径，得出求解方案，这一部分设计工作叫阐述：“黑箱也称闭盒、暗盒或黑匣、暗匣，它是指这样一做概念设计【3j。通常我们将概念设计认为是以设计要求和个系统，我们只能看到它的输入值和输出值，而不知道它现有资源(包括知识和经验等)为输入、以一个或多个最的内部结构是什么，只有从观察输入变化引起的输出反佳方案为输出的系统实现流程。概

5、念设计并不是凭空的应，来认识其功能和特性”[61。“黑箱”理论的出现，使我们想象，而是在设计人员掌握一定知识和经验基础上，按照在对未知事物内部结构不明确，仅知道到它的输入、输出一定的步骤慢慢实现的。主要步骤有总功能的确定、总功关系时，对其研究成为了可能。能的分解、功能元求解和解方案的确定。能量能量1功能分析信息信息1．1功能的定义物质物质概念设计是围绕产品的功能展开的，功能是产品存在图1黑箱示意图的意义，明白功能的定义对于概念设计十分重要。在产品设计的最初阶段，通常我们仅能确定产品的基功能(Function)这个概

6、念首先在19世纪40年代由美本功能，此时黑箱法的运用全局上把握产品的设计思路，国的工程师迈尔斯提出，并将它作为价值工程(Value明确能量流、信息流和物质流的输入输出量关系。黑箱法Engineering，VE)研究的核心问题ld1。功能反映出产品或系要求设计者不要首先从产品结构着手，而应从系统的功统的特定作用、特征以及输入输出量之间的关系。以往的能出发设计产品，它有利于抓住问题本质、扩大思路、摆研究中功能主要有三种表达方法【5]：动词+名词；输入／出脱体系结构的旧框框，从而获得新颖的较高水平的设计变换，输入／出可以

7、是能量、物质或信息；行为、状态间的方案I”。输入／出变换。现今最常用的是动词+名词表示方法。比1．3功能分解产品的设计不是一下就能完成的，其目标功能的实现基金项目：国家自然科学基金(No．50905074)，(No．51105172)，山东省大型科学仪器设备升级改造技术研究专项是由多个不同分功能共同作用的结果。所以在利用黑箱(2012SJGZ15)、(2012SJGZ05)资助项目。法分析完产品后下一步就是总功能的分解。总功能的分现代制造技术与装备2014第3期总第220期6解一般采用自顶向下的分解方法，由总功能分

8、解为多个Suite和IdeationInternationalInc．(美国)InnovationWork分功能，一般情况下每个分功能又可以分解为多个子功Bench(IWB)等。能，就这样逐级向下分解，一直分解到功能元。功能元是3解方案的确定可以直接求解的基本功能单位。形成一个条理清晰的功对于每一个功能元都可能对应多个解，简单的产品我能树，这样就把产品的设计