物理定律辅助功能—结构映射过程研究

摘要

概念设计是产品设计的早期阶段，同时也是产品设计最为关键的阶段，其主要的目的就是实现需求功能向具体结构的转化。在对产品进行概念设计时，首先要做的就是去考虑和解决如何去实现功能向结构的转化，这个过程直接决定了产品后续的研发工作和制造成本，只有对产品的功能信息进行详细的分析和充分的利用进而形成产品的原理结构，才能对以后的详细设计和制造提供有力的支持。因此，对于产品概念设计过程的研究国内外许多学者都做了大量的工作，但有关功能与结构的映射过程至今还没有相对统一的结论，需要继续进行相关方面的研究。本文通过对功能的表达、分类及其分析方法和对现有功能到结构映射过程的研究，提出了基于物理定律的功能向结构的转换过程，给出了具体的实现方式。论文的主要内容包括以下部分内容： 1、主要通过研究了物理量与功能的关系，构建了基于物理量的功能表达方式，从而形成了功能与物理定律之间的关系，建立了一种基于物理定律的功能链的推理方法，实现了预期规定的输入、输出之间的转换过程。 2、基于物理定律功能链的推理过程，结合功能、行为、结构之间的映射关系，建立了基于物理定律的功能—行为—结构模型，并形成了功能、行为、结构之间的多种基本映射单元，从而构建了产品功能结构，最后给出了基于物理定律的功能设计过程。 3、设计研发纽扣电池自动扣圈机，依据基于物理定律推理的功能设计过程模型对纽扣电池自动扣圈机进行功能结构的建立，并对其进行优化处理，设计出扣圈机的原理结构方案。最后进行了扣圈机的详细结构设计和样机的试制，验证了原理方案的可行性。

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