汤 亮， 李飞扬， 龚发云

（1.湖北工业大学 机械工程学院， 湖北 武汉 430068； 2.湖北省制造业创新方法与应用工程技术中心， 湖北 武汉 430068）

0 引言

概念设计阶段研究的重点是设计过程建模， 即采用合适的方法对概念设计过程进行恰当的描述、 表达和操作，使其更充分体现产品特征，满足用户需求。基于功能-行为-结构的FBS 模型的提出， 为不同层次的信息组合提供了途径[1]。基于图语言和树模型（用节点表示元件，边表示元件间能量流动的方式； 用有向图和邻接矩阵描述设计约束等）的产品设计信息建模，不仅可以描述设计组成的行为准则， 也可以通过矩阵来表示功能与结构之间的映射，实现产品的拓扑设计[2-3]。

根据功能-结构映射机制， 可将设计知识表达为功能-行为-结构的映射模式，功能与行为映射由原理库和本体库支持；行为与结构的映射由结构库和样体库支持[4-7]。根据上述描述，杨琨等[8]基于设计流构建了功能知识库、行为效应库和结构实例库用于咖啡机的创新求解； 宫琳等[9]提出产品-功能-结构设计模型，对产品知识、功能知识、结构知识进行了表示，用于对美容补水器创新求解。以上设计方法存在共同的问题， 它们都是面向过程的描述性框架，而非提出一个对设计活动完整解释的方法，其结果是在观察-描述-规范设计过程中缺乏解释环节，因此存在逻辑断层； 另一个问题是上述各种方法没有明确的预期效果，所以难以严格验证。

针对以上问题， 本文提出了基于有向图与对偶图的产品概念设计过程模型，认为概念设计过程是从功能-特性-特征三个方面来描述并求解的过程，最后以张拉机概念设计为例对该过程作了详细阐述。……