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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