概念设计是设计的初期阶段,同时又是设计中最重要且最具有创新意义的阶段。据统计只占成本5%左右的概念设计阶段决定了产品成本的85%,产品设计质量的70%以上。另一方面,随着现代机械的发展,机构不仅仅是具有确定运动的构件系统,且构件也不再仅仅是刚性杆件,而是具有更广泛意义上的广义机构。广义机构是实现可控制运动或不可控制运动的驱动元件和由刚性、非刚性构件组成的运动链两者的集成体。由于机电一体化产品的本质最终是完成运动与执行功能的机器,所以广义执行机构是机电一体化产品的核心部分,对广义执行机构概念设计理论及实现方法的研究具有十分重要的理论意义和潜在应用价值。产品功能贯穿设计过程的始终,任何阶段的设计活动都应该围绕这个主题进行。本文从计算机辅助分析的角度,通过建立描述性的概念设计过程模型,旨在对其中若干关键内容计算机辅助技术的研究,为广义执行机构概念设计的实现提供计算机技术支持。根据以上研究思路,本论文主要进行了以下几方面的研究:1.研究了计算机辅助广义执行机构的概念设计过程模型。采用分层细化的方法描述了不同阶段设计人员的工作任务,以及计算机辅助实现的技术支持,建立了计算机辅助广义执行机构的概念设计过程模型。对该过程模型的特点、相关研究的方法以及有关的支撑技术进行了详细阐述,为概念设计研究提供了设计方法和指导。2.首次提出了一种用户对产品功能需求的定性及定量分析方法。将产品功能需求分为基本功能、规范功能和兴趣功能三类,在定性分析方面,运用模糊聚类分析方法对散乱的需求信息进行合并归类;在定量分析方面,采用由AHP法、熵值法和均方差法组成的主客观综合赋权法分析不同功能需求指标重要度的权重,并利用回归分析、灰理论和BP神经网络建立的组合预测模型预测功能需求重要度的变化。以上提出的集成化方法为分析和预测产品功能需求重要度提供了决策手段与方法。3.研究了计算机辅助功能表达方法。为了便于设计者在功能求解之前对功能表达信息进行交换,提出基于XML和RDF的广义执行机构功能表达方法,该方法将功能信息分为数据和语义两个部分,通过定义这两部分模型的数据结构,采用XML实现对产品功能的数据化表达,采用RDF实现对产品功能的语义化表达;并引入功能基来描述功能语义中的动词和名词。同时,采用Hirst-St-Oneg语义相似度计算方法,将其他功能分类方法中的词语转换为同义的功能基词汇。4.研究了广义执行机构的知识库建模方法。提出了基于知识库的广义执行机构功能求解框架,以分类和编码方式对广义执行机构对象进行了知识描述,在此基础上,采用关系数据库构建了功能元知识库,功能映射知识库和机构知识库的结构模型,通过将复杂数据分解到几个简单的表中,并建立表与表之间的关系,以检索另一个表中的关系记录中的数据。最后,设计了推理机的混合推理流程,并对其进行了说明和讨论。5.创建了广义执行机构对象的仿真模型库。建立了基于Matlab软件Simulink及SimMechanics工具箱的辅助广义执行机构方案仿真分析验证的仿真模型库,该模型库具有节省模型搭建时间、符合规范和容易识别的特点。与从底层的基本元件模块建模相比,该模型库的优点在于采用了面向对象的参数化封装方法,提高了仿真模型的建模效率。最后,在剖析现有概念设计软件的基础上,吸取了它们在知识库检索技术、用户域到功能域的映射技术和知识分层存储技术上的可取之处,确定了广义执行机构概念设计方案生成的内容,选择和讨论了各种软件工具的适用性,给出了软件模块集成的关键技术和实现方法,最终初步构建了广义执行机构功能设计软件平台FDPGEM。根据某新型援潜救生船的船载移动执行机构的设计要求,使用FDPGEM软件平台并对其进行了仿真分析,并提出了改进设计方案的策略。