结合生命系统理论和FBS的产品概念设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种结合生命系统理论和FBS的产品概念设计方法，该方法首先基于生命系统理论对FBS设计元素进行表达，利用生命系统理论的关键子系统分别对产品的功能、行为和结构进行规范化表达；其次对传统FBS模型重构，在基于生命系统理论的FBS设计元素表达的基础上对FBS设计流程进行重新构建，弥补了传统FBS设计流程无法解决局部变形与局部创新的设计问题，以及通过增加检查操作提高了设计质量。该方法利用生命系统理论对FBS模型进行设计元素的表达以及设计流程的重新构建，形成具有可操作性的LST‑FBS模型。本发明专利技术在具有通用性和全面性的基础上同时具有可实施性与可靠性，可同时支持变型设计与创新设计，形成了规范化的具有可指导性的设计流程。

【技术实现步骤摘要】
结合生命系统理论和FBS的产品概念设计方法
本专利技术涉及一种概念设计方法，涉及一种结合生命系统理论和FBS的产品概念设计方法。
技术介绍
概念设计处于产品设计的早期，在设计过程中是非常重要的。研究表明产品生命周期70％的成本在概念设计阶段被确定，同时概念设计对设计人员的约束最少具有较大的创新空间最能体现设计者的经验智慧和创造性，被认为是设计过程中最关键最具创造性的阶段。FBS(Function-Behavior-Structure)设计模型目前已广泛应用于概念设计领域，如创新设计，变型设计。FBS模型将一系列设计的功能需求通过行为、结构转化为设计描述，符合设计思维习惯，易于实现创新，能够有效支持概念设计。但是虽然应用于概念设计的FBS模型给出了进行设计的操作框架，却没有给出全面、详细的概念设计过程操作，对设计人员进行概念设计的指导性不强。另外FBS模型可以支持创新设计，但无法有效的利用已有的设计实例。虽然修正FBS模型可以利用已有实例，但是直接从功能直接推导出结构，无法支持概念设计的创新性。针对这一问题，FarrokhMistree等人利用生命系统理论从决策的角度对概念设计进行了研究，以生命系统理论中的20个关键子系统表示产品设计中的功能，解决了FBS模型功能描述不全面的问题，但是FarrokhMistree等人并没有对行为、结构进行进一步研究，并没有给出具有可实施性的概念设计过程操作。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种结合生命系统理论和FBS的产品概念设计方法，用来解决传统应用于概念设计的FBS模型没有给出全面、详细的概念设计过程操作，对于概念设计的指导性不强，同时无法同时支持变型设计与创新设计的问题。一种结合生命系统理论和FBS的产品概念设计方法，包括以下步骤：第一步：对产品进行基于生命系统理论的FBS设计元素表达；第二步：在FBS设计元素表达方式的基础上对产品进行FBS模型重构。进一步地，所述第一步中FBS设计元素表达包括基于生命系统理论的功能表达、结构表达和行为表达。进一步地，所述基于生命系统理论的功能表达分为功能形式化表达以及功能关系表达两个方面，功能形式化表达为便于基于生命系统理论的FBS模型更具有可操作性，对基于生命系统理论的功能表达(LST-F)进行形式化表达；借用功能定义的六元组形式，构建基于生命系统理论的功能表达(LST-F)；LST-F＝(DF,NF,TF,CF,GF,BF)(1)功能成分DF：使用生命系统关键子系统的图符表达；功能名称NF是指：生命系统关键子系统的标准名称；功能所属类型TF：概念设计所涉及对象的类型，有物质、能量、信息三种可能；功能应用环境CF：功能的约束条件；功能目标GF：该功能所要实现的设计目标；功能因果描述BF：由功能推导出的期望行为参数。功能关系表达根据生命系统理论已有的各关键子系统之间的关系，构建产品概念设计各子功能之间的功能流。依据概念设计所涉及对象的类型的不同，构建出涉及对象为物质/能量的功能流和涉及对象为涉及对象为信息的功能流；产品的设计根据设计目标侧重点的不同，涉及对象有物质/能量、物质/能量/信息、信息三种可能，涉及对象是物质/能量时，只需分析功能流；涉及对象是信息时，只需分析的功能流；涉及对象是物质/能量/信息时，需同时分析功能流；任何功能的实现均需存在输入、输出的子功能以及内部转化的子功能。涉及对象为物质/能量的设计必须存在吸收器、分配器以及排泄器；涉及对象为信息的设计必须存在输入变换器、译码器、通道与网络、编码器以及输出变换器。进一步地，所述基于生命系统理论的结构表达是在功能形式化表达的基础上借用同样的方法对结构进行表达；结构与功能的概念相对应，结构是系统实现功能的物理载体，对产品进行结构设计的目的就是满足和实现功能的设计要求，因此结构既是系统的存在方式又是系统的基本属性，具体来讲，结构是指设计成品要素以及要素之间的关系i；应用基于生命系统理论进行概念设计时，既可以根据已知功能来推导结构，也可以根据已知结构来推导功能；由于结构与功能的对应性，为了更好的进行功能与结构的转化，结构表示借用功能表示方法，同样采用六元组的方法进行结构表达；S＝(DS,NS,TS,CS,GS,BS)(2)DS是指产品结构的结构示意图；NS是指结构名称；TS是指结构所属类型，即结构映射功能的名称NF；CS是指结构应用的环境，即该结构使用时的约束条件；GS是指结构可实现的目标,具体指结构可实现的功能BS是指结构的因果描述，具体指结构行为参数BS。进一步地，所述基于生命系统理论的行为表达是通过分析生命系统关键子系统的过程参数体系构建概念设计的行为参数体系，同时在功能与结构形式化表达的基础上对行为进行表达。进一步地，所述基于生命系统理论的功能形式化表达包括：功能成分、功能名称、功能所属类型、功能应用环境、功能目标和功能因果描述。进一步地，所述第二步中FBS模型重构包括下述步骤：步骤1：基于生命系统理论的功能表达；利用生命系统理论中的20个关键子系统，将根据产品设计需求得到的功能F转化为基于生命系统理论的功能(LST-F)，同时利用六元组的形式对每一个子功能LST-F进行表达；步骤2：功能—结构映射；根据分解而来的子功能表达从以往实例中搜索是否有可匹配的结构S，若有，则将该结构S作为子功能的结构原型，执行步骤4-1，在后续的设计中对其进行变形设计；若没有，则执行步骤3；步骤3：功能分解；对于无实例对应的基于生命系统理论分解而来的子功能，可对其再次进行分析，并进行功能分解，执行步骤4-2；步骤4-1：生成结构行为参数BS；对已经生成的结构利用六元组形式进行结构表达，同时利用生命系统理论的过程参数体系结合已有结构得出该已生成结构的结构行为参数BS；步骤4-2：生成期望行为参数Be；利用生命系统理论的过程参数体系结合产品设计功能需求得出各子功能的期望行为参数Be；步骤5：行为参数对比分析；将期望行为参数Be与结构行为参数BS进行对比，得出结构行为参数BS与期望行为参数Be的差距；步骤6：行为—结构转化。根据步骤5得到的结果，对步骤2搜索得到的结构原型S进行重新设计，使其达到期望行为参数Be的要求；步骤7：结构自检查；对各子功能最终得到的结构原型S进行结构自身的关系分析，以及结构各应用环境CS的分析，若无冲突，则执行步骤8；若有冲突，则调整冲突结构的结构行为参数BS，对其进行设计调整，即再次从步骤5开始执行；步骤8：结构——功能检查；将最终得到的结构原型S与初始构建的基于生命系统理论的子功能进行对比分析，检查是否结构可实现预期功能，以及结构之间的逻辑关系是否符合基于生命系统理论构建的功能流关系；若均可实现，则执行步骤9；若未实现，即再次从步骤4-1开始执行；步骤9：生成设计描述；将最终生成的结构S生成设计描述D，输出设计结果。有益效果：本专利技术通过给出规范化的FBS模型设计元素(功能、行为、结构)表示以及对FBS模型进行重构，构建基于生命系统理论(LST)的FBS模型。结合生命系统理论进行FBS模型设计元素表达，使得设计元素的表达更加全面、可操作；在基于生命系统理论的设计元素表达的基础上，对传统FBS模型进行重构，弥补了传统FBS模型无法解决局部创新与局部变型结合的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结合生命系统理论和FBS的产品概念设计方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：对产品进行基于生命系统理论的FBS设计元素表达；第二步：在FBS设计元素表达方式的基础上对产品进行FBS模型重构。

【技术特征摘要】
2017.09.04 CN 20171078748421.一种结合生命系统理论和FBS的产品概念设计方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：对产品进行基于生命系统理论的FBS设计元素表达；第二步：在FBS设计元素表达方式的基础上对产品进行FBS模型重构。2.如权利要求1所述的产品概念设计方法，其特征在于，所述第一步中FBS设计元素表达包括基于生命系统理论的功能表达、结构表达和行为表达。3.如权利要求2所述的产品概念设计方法，其特征在于，所述基于生命系统理论的功能表达分为功能形式化表达以及功能关系表达两个方面，功能形式化表达为便于基于生命系统理论的FBS模型更具有可操作性，对基于生命系统理论的功能表达(LST-F)进行形式化表达；借用功能定义的六元组形式，构建基于生命系统理论的功能表达(LST-F)；LST-F＝(DF,NF,TF,CF,GF,BF)(1)功能成分DF：使用生命系统关键子系统的图符表达；功能名称NF是指：生命系统关键子系统的标准名称；功能所属类型TF：概念设计所涉及对象的类型，有物质、能量、信息三种可能；功能应用环境CF：功能的约束条件；功能目标GF：该功能所要实现的设计目标；功能因果描述BF：由功能推导出的期望行为参数；功能关系表达根据生命系统理论已有的各关键子系统之间的关系，构建产品概念设计各子功能之间的功能流，依据概念设计所涉及对象的类型的不同，构建出涉及对象为物质/能量的功能流和涉及对象为涉及对象为信息的功能流；产品的设计根据设计目标侧重点的不同，涉及对象有物质/能量、物质/能量/信息、信息三种可能，涉及对象是物质/能量时，只需分析功能流；涉及对象是信息时，只需分析的功能流；涉及对象是物质/能量/信息时，需同时分析功能流；任何功能的实现均需存在输入、输出的子功能以及内部转化的子功能，涉及对象为物质/能量的设计必须存在吸收器、分配器以及排泄器；涉及对象为信息的设计必须存在输入变换器、译码器、通道与网络、编码器以及输出变换器。4.如权利要求2所述的产品概念设计方法，其特征在于，所述基于生命系统理论的结构表达是在功能形式化表达的基础上借用同样的方法对结构进行表达；结构与功能的概念相对应，结构是系统实现功能的物理载体，对产品进行结构设计的目的就是满足和实现功能的设计要求，因此结构既是系统的存在方式又是系统的基本属性，具体来讲，结构是指设计成品要素以及要素之间的关系i；应用基于生命系统理论进行概念设计时，既可以根据已知功能来推导结构，也可以根据已知结构来推导功能；由于结构与功能的对应性，为了更好的进行功能与结构的转化，结构表示借用功能表示方法，同样采用六元组的方法进行结构表达；S＝(DS,NS,...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国新，席海燕，阎艳，段晓峰，罗坤，王儒，唐旭晴，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11