本文将生物学的种群概念及其演化过程引入到产品种群形态设计中,以设计模糊前端、知识工程、可拓学创新方法、用户需求细分、TRIZ理论等相关领域知识为基础,以产品种群形态创新和进化为研究目标,以聚类分析、数学统计和计算机辅助工业设计技术等为工具依托,以产品种群样本聚类为起点,研究了产品种群形态的2D原型获取、2D原型的推演方法和控制技术、基于形态基元的用户需求细分方法、产品种群形态群化、产品种群形态进化趋势等,并以家用电水壶产品种群作为案例进行验证。主要研究工作和成果如下:(1)产品种群形态创新知识体系研究及形态基元的提出从产品种群形态创新入手,以模糊前端、知识工程、分解重构等为理论基础,研究分析了产品种群概念、种群样本概念、模板匹配模型及原型概念、产品种群风格意象等。提出了面向产品种群的形态基元概念,并对其进行表征。研究了产品种群形态知识的获取以及种群形态原型知识的映射,并分别对其进行了模型表达。(2)提出了产品种群形态的2D原型获取方法基于产品种群形态创新对父代产品的集优原则,引入排序集抽样(RSS抽样)方法,针对特定产品种群,设定其样本抽取的具体步骤和环节;以其典型样本为实验基础,以形态分析法完成种群形态基元分解,并以DFA分析法获取形态基元关键特征;以感性实验方法获取用户对特定产品种群的主要风格意象,并以聚类分析法完成针对特定风格意象的种群样本聚类;以形态基元关键特征形态学矩阵为依据,结合特定风格意象的产品种群质心样本形态,聚合完成产品种群2D原型库。(3)构建了基于可拓学的产品种群2D原型推演方法及模型基于产品种群特定风格意象的2D原型,引入可拓学创新方法,设定复制、置换、扩缩、平移等面向形态基元的推演规则,并针对推演规则分别给出其表达式;在推演规则基础上,设定推演规则的控制技术作为推演约束和控制向量,并给出推演控制向量的表达式;最后,在推演规则以及推演控制向量基础上,对产品种群形态2D原型可拓推演过程进行表征,并提出基于可拓学的产品种群2D原型推演过程。(4)构建了基于用户需求细分的产品种群形态群化设计流程及模型首先,根据研究目标和思路,提出两个概念:用户需求细分表和产品种群形态群化,并对其进行概念描述和模型表达;其次,构建了用户需求细分驱动的产品种群形态群化流程:基于用户需求细分表获取用户需求细分信息→用户需求细分信息去噪、聚类→基于KANO模型的用户需求分类判定→需求分类基础上的用户需求群组→产品种群形态群化设计,基于群化流程构建了用户需求细分群组模型,并在用户需求群组基础上将产品种群形态概念模型分为:基本型产品、期望型产品、兴奋型产品。最后,建立了需求-形态映射模型,并最终完成产品种群形态群化设计。(5)提出了基于TRIZ理论的产品种群形态进化趋势预测方法为了对产品种群形态进化趋势进行预测,首先,引入TRIZ技术进化理论和需求进化定律,奠定产品种群形态进化的基础;其次,基于需求进化定律预测未来需求并驱动功能进化,从而确定产品种群功能载体--结构--形态的进化趋势。最后,构建需求与功能进化集成驱动的产品种群形态进化模型。(6)构建了基于种群聚类的产品形态创新方法体系,并完成PPFIMS系统功能设计以有向图形式将产品种群形态创新方法体系中的关键概念进行了整体表征,为方法体系构建了知识网络结点和思路脉络;在有向图基础上,构建整体方法的流程模型和体系平台;最后,在整体方法体系基础上完成了 PPFIMS原型系统的基本功能设计。本课题面向产品种群形态的创新过程以及进化趋势做了大量研究工作,研究成果对产品形态的创新、演化、迭代以及进化等具有重要的理论意义和应用价值。