基于功能与支持集对产品功能与模块结构构建方法的研究

发布时间：2017-05-13 03:13

  本文关键词：基于功能与支持集对产品功能与模块结构构建方法的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：当前我国制造业企业处于发达国家引导高端制造业回流和低端制造业向其他发展中国家转移的夹击之中,同时面临时代背景变化的压力。这使得企业必须提高产品设计能力。设计方法学已有成果可对此提供帮助。通过回顾设计方法学的起源与发展,明确了系统化工程设计过程理论为当前最成熟体系。本文对系统化工程设计过程理论中的概念基础和核心要素进行了深入分析,指出设计活动中的意图域部分在现有成果中得到了基于逻辑和理性的显性化表达,但设计活动中的现实域部分尚未完全得以显性化的明确表达。设计人员需要凭借经验和直觉来对现实域相关部分进行处理,这一方面增加了思维难度,另一方面容易发生遗漏。本文构建了由意图域中表征“意图行为”的“功能”概念和现实域中表征“行为可能集”的“支持集”概念共同组成的概念基础,基于该基础建立了将设计活动意图域和现实域部分均能显性化表达的设计方法体系,并对基于“功能”和“支持集”的功能结构构建和模块结构聚类进行了研究。本文的主要研究内容和创新点体现在以下几个方面。(1)剖析现有对“功能”概念的不同理解,明晰不同意义的“功能”概念针对不同层级的系统对象。从而将本文设计方法体系中的“功能”概念对象分为目的层系统、效应层系统和行为层系统三个层次,将“功能”理解统一为“意图行为”。剖析了新兴设计方法学体系中出现的"Affordance"概念,明晰其中混杂的“现实Affordance"涵义和“感知Affordance"涵义。在汲取"Affordance"中涉及现实域部分内涵的基础上,提出了“支持集”概念,表征“行为可能的集合”。通过对“功能”和“支持集”多方面的对比联系,明确两者之间并不冲突,具有相容性和互补性,在各系统层次均可联合使用发挥各自作用。两者之间可以通过“行为”与“交互方式”联系起来,共同组成既覆盖意图域也覆盖现实域的联合概念基础。基于联合概念基础提出了涵盖设计活动不同层级对象,并能基于逻辑理性基础在意图域和现实域之间迭代演进的设计活动框架。在意图域按照目的层系统、效应层系统和行为层系统的层级顺序逐级向下聚焦进行功能求解,然后在现实域按照行为层系统、效应层系统和目的层系统的层级顺序逐级向上分析进行支持集核查,从而由两部分过程共同组成由上到下再由底向上的迭代设计活动框架。(2)提出从“功能”角度和“支持集”角度交替进行,既包含物理产品也包含人的活动所对应功能的功能结构构建方法。先单纯逆向思考,考虑达成需求状态所需的必要条件,得到倒逼功能链；再在其基础上单纯正向思考,考虑该功能链在实施时所可能伴随发生的非意图行为,添加应对子功能得到推演功能链。倒逼功能链聚合得到的倒逼功能结构图反映直接满足需求的功能结构的主干。推演功能链聚合得到的推演功能结构图反映功能结构的全面架构。所得功能结构中既包括物理产品对应的子功能也包含人的活动对应的子功能。(3)提出了贯穿目的层系统、效应层系统、行为层系统三个层级的多重矩阵式广义产品模块结构聚类方法。所得模块结构既涵盖物理产品也涵盖人的活动。既涵盖意图行为的实现也涵盖非意图行为的应对。并且能将需求、功能角度和结构角度考虑的方案元件间的关联关系都反映其中。
【关键词】：设计方法学 工程设计 功能 支持集 广义产品
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：F273;F424
【目录】：

• 致谢5-8
• 摘要8-10
• Abstract10-20
• 第1章 绪论20-56
• 1.1 国内外制造业现状及需求20-24
• 1.2 国内外设计方法学起源与发展24-32
• 1.2.1 国外设计方法学起源与发展24-30
• 1.2.1.1 20世纪之前的设计方法学萌芽24-25
• 1.2.1.2 20世纪60年代起发达国家的设计方法学研究运动25-28
• 1.2.1.3 20世纪70年代末开始的设计方法学国际化时期28-30
• 1.2.2 国内设计方法学起源与发展30-32
• 1.2.2.1 20世纪80年代国内设计方法学热潮30-31
• 1.2.2.2 国内设计方法学现状31-32
• 1.3 设计方法学研究现状32-49
• 1.3.1 系统化工程设计过程理论体系32-44
• 1.3.2 基于Affordance的设计理论体系44-49
• 1.4 现有研究的局限性49-52
• 1.5 本文主要研究内容及意义52-56
• 1.5.1 主要研究内容52-53
• 1.5.2 论文研究意义53-56
• 第2章 基于“功能”和“支持集”的系统化工程设计方法体系56-69
• 2.1 引言56
• 2.2 功能-支持集设计方法的概念基础56-58
• 2.2.1 功能56-57
• 2.2.2 支持集57-58
• 2.3 功能-支持集设计方法设计活动框架58-59
• 2.4 功能-支持集设计方法的任务明确与细化阶段59-60
• 2.5 功能-支持集设计方法的概念设计阶段60-63
• 2.5.1 确定功能原理及其结构60-62
• 2.5.2 寻求原理方案及其结构62-63
• 2.6 功能-支持集设计方法的具体化设计阶段63-66
• 2.6.1 划分成可实施的模块63-64
• 2.6.2 初步总体设计64-65
• 2.6.3 产品总体设计65-66
• 2.7 功能-支持集设计方法的详细设计阶段66
• 2.8 功能-支持集设计方法体系框架结构图66-67
• 2.9 本章小结67-69
• 第3章 基于“功能”和“支持集”的联合概念基础和设计活动框架69-94
• 3.1 引言69
• 3.2 领域本体69-70
• 3.3 设计方法学现有概念基础存在的问题70-71
• 3.4 确立意图域基础概念71-77
• 3.4.1 不同流派的“功能”概念理解71-72
• 3.4.2 “功能”概念理解的初步归纳72-73
• 3.4.3 “行为意义功能”和“效应意义功能”的关联关系73-74
• 3.4.4 不同理解的“功能”概念的局限性及辨析74-75
• 3.4.5 “功能”概念层级对象的提出75-76
• 3.4.6 定义“功能”概念76-77
• 3.5 确立现实域基础概念77-84
• 3.5.1 “Affordance”概念的起源77-78
• 3.5.2 设计领域中“Affordance”概念的不同理解78-80
• 3.5.3 “Affordance”概念内涵的分歧80-81
• 3.5.4 “Affordance”概念的层次性81-82
• 3.5.5 定义“支持集”概念82-84
• 3.6 “功能”和“支持集”的对比与联系84-87
• 3.7 基于“功能”和“支持集”的设计活动框架87-92
• 3.7.1 基于“功能”和“支持集”的设计活动描述87-89
• 3.7.2 基于“功能”和“支持集”的设计活动迭代89-92
• 3.8 本章小结92-94
• 第4章 基于“功能”和“支持集”的功能结构构建研究94-134
• 4.1 引言94
• 4.2 基于“功能”和“支持集”的功能结构构建原理94-105
• 4.2.1 基于“功能”和“支持集”的功能结构构建的系统对象95-100
• 4.2.1.1 目的层系统的功能结构96-98
• 4.2.1.2 效应层系统和行为层系统的功能结构98-100
• 4.2.2 基于“功能”和“支持集”的功能结构构建的思考维度100-105
• 4.2.2.1 “功能”维度的功能结构构建101-103
• 4.2.2.2 “支持集”维度的功能结构构建103-105
• 4.3 基于“功能”和“支持集”的功能结构构建方法105-129
• 4.3.1 确定目的层系统总功能105-107
• 4.3.2 将目的层系统总功能分解为不同承载主体的总功能107-109
• 4.3.3 承载主体的功能结构构建109-127
• 4.3.3.1 为每条输出流绘制倒逼功能链109-110
• 4.3.3.2 在倒逼功能链基础上绘制推演功能链110-125
• 4.3.3.3 将承载主体各条功能链组合为功能结构图125-127
• 4.3.4 产出最终的目的层系统功能结构127-129
• 4.4 与现有功能结构图方法的对比129-132
• 4.5 本章小结132-134
• 第5章 基于“功能”和“支持集”的广义产品模块结构聚类研究134-157
• 5.1 引言134
• 5.2 模块结构的作用和意义134-138
• 5.3 广义产品的模块结构聚类138-140
• 5.4 基于“功能”和“支持集”的广义产品模块结构聚类方法140-155
• 5.4.1 功能-支持集模块结构矩阵体系方法的整体框架141-142
• 5.4.2 构建矩阵体系基础的不同设计步骤特征参数142-145
• 5.4.2.1 表征设计任务阐述步骤的“广义用户需求信息”142-143
• 5.4.2.2 表征功能结构构建步骤的“广义产品性能参数”143-144
• 5.4.2.3 表征寻求原理方案步骤的“广义产品方案元件”144-145
• 5.4.3 矩阵体系中各组成矩阵的构建145-152
• 5.4.3.1 质量功能-支持集展开矩阵的构建145-147
• 5.4.3.2 广义设计参数矩阵的构建147-149
• 5.4.3.3 广义设计结构矩阵的构建149-152
• 5.4.4 通过聚类算法对最终矩阵结果计算得到模块结构152-155
• 5.5 本章小节155-157
• 第6章 基于“功能”和“支持集”的系统化工程设计方法实例研究.157-177
• 6.1 引言157
• 6.2 手提式吸尘器的功能及支持集联合概念基础157-162
• 6.2.1 手提式吸尘器各层级功能157-159
• 6.2.2 手提式吸尘器“功能”和“支持集”的各层级系统关联分析159-162
• 6.3 基于“功能”和“支持集”的手提式吸尘器功能结构构建162-166
• 6.3.1 确定手提式吸尘器目的层系统总功能162-163
• 6.3.2 绘制手提式吸尘器倒逼功能链和推演功能链163-165
• 6.3.3 绘制手提式吸尘器倒逼功能结构图和推演功能结构图165-166
• 6.4 以手提式吸尘器为对象的FAMD矩阵方法166-175
• 6.4.1 建立手提式吸尘器的QFAD矩阵166-172
• 6.4.2 建立手提式吸尘器的GDPM矩阵172
• 6.4.3 建立手提式吸尘器的GDSM矩阵172-173
• 6.4.4 模糊聚类算法计算手提式吸尘器模块结构聚类方案173-175
• 6.5 本章小结175-177
• 第7章 总结与展望177-183
• 7.1 全文总结与创新点177-181
• 7.2 研究展望181-183
• 参考文献183-194
• 攻读博士学位期间主要的研究成果194-196
• 作者简历196

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