随着科学技术的发展，新材料、新工艺、新技术的不断出现，产品更新换代的周期日益缩短，加大开发性设计产品的研发力度才能实现源头创新，助力创新驱动发展,提升企业国际竞争力。开发性设计产品创新性实现的关键在于概念设计阶段，概念设计在很大程度上决定着最终产品的性能、创造性、价格、市场响应速度和效率等。概念设计的任务是根据需求确定系统的功能工作原理、拟定功能结构、选择功能载体、求解可行方案。目前研究人员对概念设计过程中的功能设计与求解从不同方面做了很多研究，但在工业界并没有被很好的接受，在学术界也没有形成一致的意见；针对适应性设计、变型设计研究多，针对需要原始创新的开发性设计研究少。功能分解缺少指导原则；功能设计多为基于原型系统的逆向设计；功能求解方法多为基于知识的求解和创新，需要对各类知识进行数据处理，知识库构建工作量巨大，且基于现有知识的优化组合也难以得到高水平的创新解；此外在建立的知识库中组合求解，功能-结构映射的一对多关系会导致结构解组合爆炸，影响求解效率；概念设计模型过于抽象，尚未形成能为大家接受、能有效指导设计实践的设计理论与方法。 东北林业大学付敏教授带领的课题组在黑龙江省自然科学基金联合引导项目"面向开发性设计的机械产品创新概念设计模型"（合同编号LH2019E003） 的资助下，面向机械产品开发性设计，以提高设计质量和效率为目标，研究了一种基于功能元素综合的功能设计新方法，提出了简洁有效解空间收敛的功能元求解路径，构建了多通道短路径的创新概念设计流程，建立了相应的计算机辅助概念设计原型系统，并通过300目秸秆超细粉碎机的开发性设计进行了实例验证。项目研究成果可为机械产品概念设计的研究提供新思路、为计算机辅助概念设计提供理论支持、为企业创新竞争设计提供方法支撑。 项目的主要研究成果及贡献如下： （1）针对机械产品功能特征，建立了机械产品功能集以及功能-效应库，提出了一种基于效应链的机械产品目的功能原理解求解模型，可辅助设计人员拓展设计思路，获得高质量的功能原理解。 （2）面向渐近型创新设计，提出了基于流功能分析与进化的机械产品创新设计模型。基于流的动态性和时序性，提出一种表达物质流、能量流、信息流-功能拓扑关系的三元流功能模型构建方法；面向改进流通性、提高流利用率、消除有害流的不同目标，基于流进化法则提出9条高驱动势、低阻值的流进化路径；建立了流进化路径与问题流的映射关系，可有效指引问题流的改进和优化，进而实现产品创新设计。 （3）面向原型综合法目的功能原理解，提出了基于物场模型构建与进化变换的创新设计模型、基于技术系统进化及物场变换的功能裁剪设计模型以及基于系统特性传递和资源分析的功能创新设计模型，可为机械产品改进创新提供多通道多路径的方法指引。 （4）设计开发了基于TRIZ解题流程的计算机辅助设计CAI原型系统，该CAI软件可以引导设计人员根据问题类型选择恰当的TRIZ工具和解题路径，提高创新设计的效率和质量。 项目研究成果丰硕，发表学术论文9篇，其中SCI论文1篇，EI论文2篇，核心期刊论文6篇；授权实用新型专利19项，申请发明专利11项；两项实用新型专利进行了专利实施许可转让；应用项目研究成果指导黑龙江德沃科技开发有限公司、哈尔滨锅炉厂、大庆油田、大庆高新技术企业、中石油东北销售分公司进行技术创新，增加了企业的市场竞争力和经济效益。 后续将深入研究基于流功能分析与进化的产品设计方法中多流耦合问题以及流的定量描述方法，扩大设计模型的适用范围，并在更多的企业中推广应用项目研究成果，指导企业进行产品创新设计。

东北林业大学

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