概念设计论文范文第1篇

关键词：概念设计；非理性因素；设计实验

1概念设计的内涵与特征

“概念”一词的本义在《中国大百科全书》中的解释是“怀孕，孕育的意思，即经过十月怀胎之后生成的一种新事物”。概念设计是设计师对建设场地进行实地考察后，有意识的针对场地中的环境构成元素进行深入分析，提炼，浓缩而成的一种可以统领全局，贯穿设计过程始终的构思主线。它一般以抽象的形式出现，追求神似而非形似，具有非理性因素的思维特征，往往是设计师的一些顿悟、灵感就可能形成一些重要设计项目的原始创作意念。同时，概念设计具有很强的实验性，有时甚至纯粹是一种尝试，完全在从事探索性活动。

2概念设计的重要性与意义

概念设计自从上世纪问世以来，已经被许多世界建筑大师在一些重要建设项目中恰如其分的运用，其重要性是不言而喻的。在建设项目的前期阶段，概念设计的主体地位是不可辩驳的。倘若没有优秀的创作意念作为引领整个设计的主线，策划方案设计就会一团散沙，缺乏整体性、有机性，让人有随意拼凑，抄袭之感。另外，重视概念设计有利于激发创作灵感，增强设计师的原创意识，不致步人后尘，而走上自主创新的道路。

3概念设计的策略与方法

首先要对场地的环境因素进行有意识的分类与整理，分析各个条件之间的内在联系与制约关系。从宏观的角度进行分析，不拘泥于细小的实际工程问题，着眼于大局。其次，要充分运用联想的方法，辅助于文学，艺术等学科的知识，使头脑中朦胧，散乱的想法明晰准确地表达出来。在当今建筑全球化背景下，把握地域性，坚持功能性，重视形式性，考虑经济性是建筑创作的核心所在。建筑创作的突破口往往在学科边缘或者交叉学科中。再次，要摆脱自身的思维定式，对于掌握概念设计来说这种思维定式非常不利。因为如果设计者从自身已有的知识出发来进行概念设计，必然会受自身思维定式的影响，所设计出来的成果必然不太理想。设计者需要抛弃传统的为了做某个设计而进行资料收集，文献阅读的不良习惯，在平时就要有意识的阅读一定量的理论方面的文献，积累一套行之有效的设计手法和解决实际问题的策略。最后，要学习已有的优秀作品的概念设计过程，做深入的设计分析与表达，因为设计分析与表达作为一种学习方法对于初学者来说是大有裨益的。

4概念设计的应用举例

4.1这是一个改建项目，位于南京幕府山脚下，原为长安汽车制造厂，现在破产了，改为艺术家村租给艺术家使用。我们一行8人对场地进行数次实地调研。最后我从场地的地形特征——象一条小船，以及场地的环境特征——背山面水，左右围护，三面环山的特点出发提炼出整个区域的设计概念“船”。后来联想工厂破产的情景，以及艺术村将来经营的状况决定再加入风险因素“渡”，因而我的设计概念变为“渡船”。接下来又融入了文学因素，考虑艺术村商业运作的需要加了“的情怀”，最终我的设计概念变为“渡船的情怀”。考虑到整个区域内不同位置的经营状况，现状条件不同，又将整个区域分成6个小区域，每个区域都以自身独有的特征命名，并贯穿在总概念之中，使其有分有合，统一之中蕴含变化。最后，我对场地内的浅蓝色区域进行了环境概念设计，编写了整个区域的故事书，使中心概念在故事书的烘托下显得更加丰满。(见图1)

转4.2陕西西安某古墓博物馆的概念性建筑方案设计中笔者就运用了传统民居地坑院入口的概念。古墓博物馆顾名思义是在新发现的古墓建筑群上就地建设博物馆，以最大可能的保护原址，并使博物馆建筑本身具有静谧，昏暗，冥冥之光的气氛。为了营造这种气氛笔者想到了传统民居四合院的空间布局，将古墓建筑群原址保护在地下一层，地上再建二层将古墓发掘的宝藏进行展示，地面建筑四周没有开窗，参观者从室外通过踏步盘旋而上到屋面层，而后再从屋面盘旋而下到达至各层，各层展厅均有入口对外开在走廊上，打开入口天井中的自然光与室内的人工光源交相呼应，在室外树木的遮挡下，室内光影斑斑，忽明忽暗，更加突出了建筑的神秘性，场所感。置身其中使人有一种强烈的空间感受和震撼的视觉冲击，崇拜仰慕之情油然而生，这正是建筑师所期望达到的效果，使参观者能有深切的体验空间，参观之后难以忘情。(见图2)

概念设计论文范文第2篇

概念设计概论。概论当中，首先整合了桥梁工程的知识体系，介绍了桥梁的基本组成和分类；然后介绍国内外桥梁的最新发展动态。并从中国桥梁建设当中出现的问题的角度，说明概念设计的目的、意义和重要性。最后介绍了《桥梁概念设计》中安全、适用、经济、美观、耐久、环保的原则及其含义，并详细阐述了如何建立创新理念。

桥梁美学设计。美学是人们对于美和丑的认识，虽然不同人拥有不同的看法，但是美学还是有其一般性的规律。在桥梁美学设计当中，首先介绍了东西方美学的哲学基础，提出了桥梁美学的五个基本原则———“多样与统一”“、比例与匀称”“、平衡和和谐”以及“韵律与协调”。并针对桥梁，提出了概念设计中的美学考虑和处理方法。最后，介绍了桥梁美学设计的实例。

设计构思和总体布置。设计构思和总体布置是《桥梁概念设计》中最为关键的环节，是生成概念方案所必须有的过程。设计构思主要是分析桥位处的自然条件、技术条件、人文条件、社会条件，进而对桥梁总体设计进行设计。①自然条件。自然条件主要包括河势、水文、气象气候、地形地貌、地质水质和地震这七个方面。在概念设计阶段，这些资料的应用一般有两个方面：一方面，在理解消化这些资料的基础上，抓住核心要素和控制条件，形成构思和布局的雏形；另一方面，用于总体和关键构件的宏观、控制性的计算和分析，来验证和调整先前的构思和布置。②技术条件。经过近200年的发展，桥梁的上部结构和下部结构已发展形成了一些较为成熟的形式，在当今技术条件下，这些不同类型的上部结构和下部基础都有着各自的适用范围，在桥梁概念设计的初始阶段，我们应当尽可能地根据桥梁所处的自然条件，选择最为合适的上部结构和下部基础。③人文条件。人文条件主要是指桥梁所处地区的历史文化背景和该区域的桥梁使用者对于美的诉求。桥梁作为一种永久建筑物，除了跨越功能之外，其景观功能也是其功能的一个重要方面，在某些情况下，尤其是城市桥梁当中，桥梁的景观功能可能是其最为重要的一个方面。只有在这些准备工作做好之后，才能够根据“变化与统一”、“比例与匀称”、“平衡与和谐”，“韵律与协调”这些基本的美学基本原则，设计出满足人们人文诉求和美学要求的美的桥梁。④社会条件。社会条件主要是指桥梁的使用功能、桥梁的经济性。使用功能包括交通功能、航运功能。交通功能方面，对于公路桥梁、铁路桥梁和城市桥梁，其荷载标准和建筑界限不同；不同的航道等级和通航标准对应的通航净空也不相同。经济性方面，不同的桥型、总体布置、基础方案和施工方案对于桥梁的经济性能均有影响。

4.结构安全验证。在结构安全验证中，介绍了桥梁的荷载，讲解了结构分析的一般方法和结构的强度、刚度、稳定性、动力特性的验算，然后介绍了桥梁耐久性设计的一般原则和耐久性验算的方法。5.工程案例分析。通过分析《桥梁概念设计》的工程实例，来完整的介绍桥梁概念设计的流程，以及各个步骤当中应当注意的问题，使学生在掌握全局的同时不忽略细节。

概念设计教学特色

同济大学桥梁系在国内土木工程专业首先开展了概念设计的课程，作为桥梁工程教学改革的一部分，这门课程尝试了一些新的教学方法。具有以下几个方面的特点。

1.强调桥梁创新和美学设计。通过概论，首先强调《桥梁概念设计》中创新的重要性，从总体布局、结构体系和局部构造三个层次引入创新理念。并分别配以工程实例，深入浅出，强化了创新和美学设计在桥梁设计中的重要性，引导学生在创新和美学方面进行思考。如在讲解从总体布局的角度创新桥梁设计时，列举了某高新区中央岛的桥梁概念设计。由于该区域是交通道路上的重要视觉节点，连岛的两座桥梁需要表现出磅礴的气势和很好的视觉冲击力，常规桥梁无法表现这一特征。虽然可以通过大跨度悬索桥、斜拉桥凸显气势，但是桥位处没有大跨度斜拉桥的要求，同时，大跨度桥梁经济上也不合理。通过总体布局的创新，采用建筑学上借势造景的技法，将一座常规大跨度桥梁一分为二，分别放在南北两个河道处，中间道路形成虚拟的桥梁中跨，远处观看，如同一座十分宏伟的大跨度悬索桥，既凸显了气势，又满足了经济合理的要求。

2.注重讲解概念性的原理。传统的桥梁工程注重从力学计算方面推导出一些公式，通过公式里的参数分析来讲解桥梁工程中的基本力学原理。在《桥梁概念设计》的教学当中，复杂的力学计算不是重点，因为其与概念设计注重概念的理念背道而驰。相反，概念性的原理才是重中之重，一方面，概念性的原理便于理解性记忆；另一方面，如果概念设计不合理，将直接导致后续力学计算结果出现问题，进而需要返工或者通过额外措施解决出现的问题。例如，在讲解桥梁结构体系对于桥梁受力性能的影响时，列举了作者设计的昆山玉峰大桥的外部约束、内部链接和刚度分配处理方法的例子。%%昆山某区域需建立一座城市桥梁，通过概念分析，拟建立一座斜靠拱桥。由于该区域为软土地基，无法承担水平推力。因此，主拱圈采用无水平推力的系杆拱（外部连接），主拱圈承担主要的恒载，主拱圈斜靠拱共同承担活载（刚度分配），进而解决了软土地基的问题。在讲解主拱圈和主梁之间的内部连接方式时，同样也采用了重视概念、简化计算的教学思路。由于主梁为双边箱钢箱梁主梁，在纵横梁上搭设混凝土预制桥面板，桥面板之间通过现浇段和横纵梁上的剪力钉连接，因此在拱梁交接处存在着负弯矩区段，会导致桥面板开裂。为了解决这个问题，主拱圈和主梁之间采用铰接的连接方式，释放了负弯矩；同时，等主梁支架拆除后再浇筑现浇段，通过让混凝土桥面板和钢主梁在不同的阶段参与受力，也减小了拱梁连接处的桥面板拉应力，防止了桥面板开裂。由于一般的系杆拱桥主梁为混凝土箱梁，可以张拉预应力，因此拱梁交接处主梁拉应力不是设计的关键因素，但是在玉峰桥中，在混凝土桥面板中张拉预应力较为困难，因此采用了释放拱梁之间弯矩的铰接的连接方式。

3.教学结合工程实际。以上两个例子，只是《桥梁概念设计》课程教学当中所举的众多例子的一个缩影。为了改变传统桥梁工程教学时，学生只知其然，不知其所以然的状况，在《桥梁概念设计》教学中加入了众多的工程实例，讲解出原因，让学生加深理解，加深印象。例如，在介绍悬索桥抗风问题时，列举了著名的“塔科马大桥风毁”事故，并从悬索桥的计算理论发展的角度，解释了塔科马大桥发生风毁的背景。在线弹性理论当中，不考虑结构变形对于平衡的影响，因此主梁高度很大；随着挠度理论的诞生，人们发现主梁的刚度对于悬索桥的整体刚度贡献不大，最终，从曼哈顿桥到金门大桥，悬索桥主梁高度越来越小。到塔科马大桥时，主梁高跨比只有1/350，主梁形式为抗扭性能差的双边主梁开口断面，最终导致主梁发生风致颤振破坏。这种结合工程事故发生的理论发展背景的讲解思路，让学生的理解更为深入。

4.整合知识体系。通过一个完整的桥梁概念设计流程，学生明白了本科所学课程在桥梁概念设计中的作用以及各个课程之间的关系，进而达到了整合学生的知识体系的目的；同时，概念设计当中历史文化、美学诉求方面的人文内涵需要学生提高综合素质，耐久性、环保以及全寿命设计思想要求学生进一步学习相关知识，从这个角度来说，概念设计也起到了引导学生学习方向的目的。

5.注重学习与实践相结合。让学生更深入地理解《桥梁概念设计》，最好的方式是让学生参与到真实的桥梁概念设计当中。在教师指导下，学生参加桥梁方案竞赛是一个很好的方式。从同济大学桥梁系开设《桥梁概念设计》课程以来，历届学生分别参加了广东省虎门二桥、北京长安街西延永定河桥、北京通州运河区北运河桥和通惠河桥的国际方案竞赛。在参与竞赛的过程中，学生对桥梁概念设计的流程有了更深入地理解，同时也增强了实践能力。下面介绍了长安街西延永定河桥梁的概念设计。桥位位于首钢工业改造区，该区域规划功能定位为北京西部综合服务中心和后工业文化创业产业区。桥位北部为被誉为“燕都第一仙山”的石景山，西岸为门头沟滨水商务区，功能以商业服务，文化娱乐为主。

大桥跨越永定河莲石湖，该湖注水后，形成湖滨绿色生态走廊。概念设计当中，石景山、永定河和首钢是不可或缺的三个元素，桥梁应当与这三个元素相互融合，构建出“一山、一水、一桥，一部钢铁史”的和谐篇章。①跨径布置。桥位处控制桥梁跨径的主要因素有：路线与河道及两侧道路斜交53度；东侧跨越丰沙铁路和东滨河路（红线宽度40米）；西侧跨越河堤路（红线宽度30米）；河堤处不能设置桥墩。因此，采用东侧一跨跨越丰沙铁路、东滨河路和东河堤，西侧采用一跨跨越西河堤及西河堤路，最小跨径均为120米。河道中桥墩设置不受通航影响，但需要考虑排洪的作用，桥位处上下游桥梁跨径均为40米左右。②桥型选择。

桥型选择考虑结构的外形与周边环境相符，控制结构的高度，是的结构与石景山和山下的首钢厂区高度协调，不遮挡永定河自南向北的视觉走廊。根据跨径布置，梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥都是可行的。③横断面布置。桥位处道路规划红线宽度为80米，若采用单层桥面布置，桥面宽度约为60米；若采用双幅桥面布置，桥型选择限制较多，如采用横向四片拱肋的拱桥，景观效果不佳；如采用双层桥边，可以使桥宽变为30米左右，同时具有许多优点。非机动车道、人行道和车行道分离，为互通立交的实现提供了很好的条件；双层桥面的下层人行道、非机动车道可以与东滨河路实现平交，方便了行人。④概念生成图3创新总体布局的悬索桥效果

（a）效果图

（b）结构简图

图4玉峰桥与选择。梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥都是可选桥型，根据上述分析，概念生成了十四个比选方案。从安全适用、结构布置的合理性与经济性、与环境的协调和美观、可设计性和可施工性、耐久环保五个方面进行综合比选打分，最终概念选择了五跨连续桁架拱桥方案、斜拉桥和梁桥组合方案、斜拉桥和拱桥组合方案，进行下一步的设计。以下为三个方案———锦绣河山（五跨连续桁架拱桥方案）、日月同辉（斜拉桥和梁桥组合方案）、龙凤呈祥（斜拉桥和拱桥组合方案）的效果图。⑤概念设计。下面简略介绍锦绣河山方案极其概念设计。

美学处理方面，五跨连续桁架拱桥方案主梁和拱肋均采用钢桁架形式，厚实的金属质感让人们感受到首钢改造区曾经辉煌的钢铁文化。桥面以上主拱圈的高度近似按照黄金分割比设计，犹如连绵起伏的山峦，突出了锦绣河山的主题。桥头堡外形也同样进行了美学优化，参照石景山上宝塔的形象进行了处理。主桥为采用双层桥面的梁拱组合体系，各跨拱脚均采用固定铰支座约束。主梁宽度为32.6m，高度为6.5m。上下桥面每隔6m设置一道横梁，梁高1.5m。采用正交异性钢桥面板，主梁上吊杆间距为6m。除拱肋的风撑与弦杆，腹杆与弦杆采用高强螺栓连接外，其他钢构件采用焊接连接。基础采用钻孔灌注桩。

永定河大桥概念设计是国际方案竞赛，有六家国际知名设计单位的十八个方案参加竞争，最终有六个方案入围。作者指导学生所完成的三个方案均得以入选。部分竞争者的方案因采用大跨、奇异的造型来标新立异而被淘汰，而学生们所完成的方案思路清晰、考虑的因素较为全面，创新性、经济性均较好，设计方案外形也比较优美，因此得以入围。在前面提到的另外两个国际比赛中，学生们的方案也获得了第二和第一名。参加比赛既提高了学生的学习积极性，也达到了《桥梁概念设计》的教学目的。

学生反应

本文第二作者作为《桥梁概念设计基础》课程的学生，也切身体会到了《桥梁概念设计》不同于传统的灌输式教学。传统的桥梁教学思路只重视结构计算，而《桥梁概念设计》重概念、重视原理、重视讲解思路，重视用实例说明抽象的问题。这些教学思路对于学生的理解十分有益。同时，提高了创新和美学考虑在桥梁设计中地位，让听课的学生认识到，新的桥梁设计理念需要工程师从传统的桥梁计算工程师转变到桥梁创新设计工程师甚至是桥梁建筑师，让其更为重视自身的人文修养和综合素质发展。

概念设计论文范文第3篇

【关键词】建筑结构；抗震概念；实际设计；理解

地震是一种破坏力较强的自然灾害，主要损害建筑结构，进而导致承重构件或地基失去作用。现阶段，人们还不能深入的认识到地震的损坏机理，直接影响了抗震计算的精确性。概念设计是一种指导总体方案开展的方法，良好的概念设计不仅给日后建筑工程结构计算及工程造价等奠定基础，同时还实现了抗震设计的目的，具有较广的应用意义，必须及时进行分析。

1.建筑抗震设计

目前随着经济的发展，抗震结构设计已经呈现出新的发展趋势，可利用基于性能结构抗震现场理论、材料抗震模糊可靠度等方法进行建筑抗震设计。但是建筑地震灾害依然在反复发作，虽然很多建筑设计师已经认识到以上技术的局限性，但是由于建筑结构还会受到地形、规划、工程造价、施工技术等多方面因素影响，导致“概念设计”开始被人们重视起来，并加大了对其的研究。概念设计不仅完善了建筑结构，同时综合全面的分析了地震所产生的影响，掌握了地质活动破坏机制，并可以综合全面的了解抗震设计规范与准则，在长期实践中还可以不断提升建筑结构的抗震水平。

2.建筑结构抗震概念设计遵循的原则

2.1建筑选址并确定地基稳定条件

合理的规划选址已经成为建筑设计成功的基础，对建筑结构抗震设计整体质量具有很大影响。实际操作中要求规避地震不利地段，尽量选择安全稳定的建筑场地，如果受各方面因素影响，导致实际操作中无法避开不利地段，必须结合实际情况采取针对性的措施，提高地基稳定性与安全性。现有基础设计规范中明确指出，结构单元中个别应地质因素而采用天然地基或桩基的做法不可取，尤其是不允许在地震高发段建设建筑物。地震作用力较强，一般会引起承载力降低或出现基土液化，进而影响了地基稳定性，容易出现建筑开裂、倾斜和倒塌等问题。同时受地震影响所产生的滑坡、泥石流等情况也与建筑选址密切联系，保证建筑基础稳定已经成为提高抗震力的核心条件。

2.2选择有利于建筑的立面或平面

为了避免地震发生时产生应力集中、扭曲或塑性变形等问题，要求建筑平、立面必须合理设置，一般要求建筑物的平、立面布置对称，同时质量和刚度均匀，尽量避免楼盖错层。实际操作中可从两反面操作，一方面，不设抗震逢，对建筑物进行结构抗震分析，了解局部应力和变形集中及扭转等的影响，并采取加强措施进行处理。另一方面，设置抗震缝，将建筑物划分为很多结构单元，可结合抗震设防强度、材料种类、结构型号及单位布置，并留有足够的宽度，要求伸缩缝与沉降缝满足防震缝要求。控制好建筑刚度与质量变化，各个楼层不能错层，条件允许时可在每层设置防震缝，可根据建筑结构实际情况设置。一般体型结构复杂的建筑必须给其设置计算模型，并展开抗震分析。

2.3选择科学合理的抗震结构体系

抗震结构体系要求从建筑重要程度、房屋高度、地基基础、技术、经济及使用等多方面进行判断。通常选择建筑结构体系时，必须满足以下条件：（1）具有详细的计算简图，并有恰当的传递地震途径；（2）具有较强的强度、耗能及变形能力；（3）设置多道地震防线，避免部分结构或构件对整体构件造成影响；（4）控制好强度与刚度，避免局部形成薄弱部位或者应力或塑性变形集中；（5）控制好结构在两主轴之间的动力特性。设计构件连接时，要求满足以下条件：（1）构件节点强度不能低于连接构件强度；（2）装配结构连接整体性必须得到保证；（3）预埋件锚固强度不能低于连接构件强度。选择抗震结构构件时，要求满足以下要求：（1）砌体结构必须结合施工要求，合理设置混凝土圈梁与构造柱，提高结构抗震水平；（2）设置钢结构构件时，要求控制好其尺寸，避免出现局部或整体构件失稳；（3）混凝土结构构件必须合理选择尺寸，配置好箍筋与纵向钢筋，避免剪切在弯曲前破坏，同时要求混凝土压溃先于钢筋屈服、钢筋锚固粘接在构件破坏前损坏。

2.4计算校核的必要性

目前计算机辅助设计系统已经广泛应用到结构设计中，而且应用范围较广，实际分析中，可应用计算机相关软件完成设计与校核。软件是辅佐校核的工具，实际操作中为了提高校核效果，必须由具有丰富经验的结构设计技术人员分析，同时掌握软件的适用范围、条件、计算模型等，深入理解设计规范，而且要端正自己对待工作的态度，只有如此，才能反复进行验证，进而将精确校核的计算结果成功应用到工程项目建设中。

3.正确处理主体结构与非承重结构的关系

主体结构与非承重结构关系的处理已经成为抗震设计的基础，具有减少地震损失及避免附加震害的作用。附属结果构件要求必须与主体结构或锚固稳定连接，避免实际操作中出现设备损害或砸到人员等问题出现。设置围护墙与隔墙时，必须综合考核结构抗震所产生的不利影响，避免设置不恰当损害主体结构。例如，厂房柱间或框架填充不完整时，就会损坏柱子。此外，吊挂件、装饰贴面与幕墙均要与主体合理连接，避免地震时造成人员伤害。

4.控制好材料与施工质量

材料选择与施工质量控制对抗震结构设计具有很大作用，不仅提高了施工质量，还保证了其他工序的顺利开展。目前抗震结构设计中已经对材料与施工质量提出了要求，必须在设计文件中明确，具体操作如下：（1）黏土砖等级要求不低于MU10，同时控制好砌筑砂浆强度与等级，不呢低于M5；（2）混凝土抗震与强度等级均使用一级框架梁、柱与节点，要求不能低于C30，芯柱、基础与圈梁不应低于C30，其他构件不能低于C20；（3）混凝土小型砌块强度控制在MU7.5，要求砌筑砂浆强度在M7.5以上；（4）控制好钢筋强度，要求纵向钢筋使用Ⅱ、Ⅲ级变形钢筋，箍筋为Ⅰ、Ⅱ热轧钢筋，构造柱与芯柱使用Ⅰ、Ⅱ级钢筋。进行钢筋混凝土结构施工时，由于实际设计中缺少规定的钢筋型号，使用其他规格型号的替代时，不能使用屈服强度较高的钢筋替代原始钢筋。实际替换中可结合截面实际屈服强度合理换算，并要求替代后构建曲面屈服强度不能超过原截面屈服强度。此种操作的主要目的是减少了薄弱部位转移，避免了混凝土脆性损坏，如剪切破坏或混凝土压碎等问题。

5.结语

建筑结构抗震设计时一项较系统的工程，改变以计算为中心的传统设计、评估与校核，实现了设计者多年经验与设计规范的结合，避免了盲目开展计算工作，对抗震设计创造了独特的发展空间，并真实展现了结构的实时情况，进而科学合理的进行抗震设计。

作者:柴梅卿 单位:国家林业局西北林业调查规划设计院

参考文献

[1]张松林.浅谈建筑结构抗震概念设计的进展[J].江苏建筑,2015,(04).

[2]黄传刚.浅谈房屋建筑中结构抗震概念设计的运用分析[J].科技创业家,2014,(07).

[3]武玉梅.浅谈建筑结构抗震概念设计的重要性[J].中外建筑,2014,(05).

概念设计论文范文第4篇

总的来说，当前基于产品自身进化思想的研究大多还都停留在理论探索阶段，相应的计算机辅助创新（ComputerAidedInnovation，CAI）软件也十分匮乏，更加限制了设计理论的应用与发展。因此，本文在Jacob、Ma.GL等的研究基础上，通过引入系统功能分析的方法，并综合考虑功能、结构两方面因素的作用，提出了一种从多个角度进行激励分析的功能需求内生式产品创新设计方法。并在课题组开发的原型系统中实现了该功能模块，体系化、导向性地辅助设计者较好地进行产品概念设计。

内生功能驱动产品创新设计模式

1功能驱动产品创新机理

产品是基于一定物理及几何结构，在相应技术条件支撑下，实现所需功能集合的有机体。其与生俱来就是市场信息的折射，且任何产品都在按照一定规律不断的发展和进化。类似于“适者生存”的过程，在市场因素的作用下，产品也在不断的优胜劣汰。随着时间的推移，一些市场特性就逐渐被“映射”或“编码”到存活产品中，内化为产品功能或结构的一部分。正是这些蕴含于产品自身的进化特性信息为需求信息提供了一个较为高效、可靠的获取渠道。发现这些特性并使之向更优的方向转变，就可以带动产品进化，感知并满足新的市场需求。

基于这一思想，本文从功能演化角度构建了一种基于内生功能驱动的产品创新设计模式。主要通过功能演化的形式拉动结构、市场等特性进化，进而实现产品全面进化，如图1所示（功能、结构、市场等特性的进化，均是技术系统进步的反映）。其创新机理在于暂时摆脱现有技术和市场对产品设计的束缚，从产品自身出发，运用一定的功能激励策略对其进行功能改进操作，以激励产生更多新功能需求信息，实现功能进化；并针对这些功能需求进行概念求解，带动产品结构也向更适于功能实现的方向演进，进而开拓出新的市场应用空间，实现产品全面进化。

2功能激励分析策略

产品作为一个有机体，与生物体相类似，也是由功能及承载功能的结构载体组成的系统。借鉴系统功能分析的方法，结合已有产品对其加以功能结构分解，并根据其功能-组件间的链式关系及组件间的隶属关系进行系统功能建模，构建相应的基础功能模型——功能-组件链图，如图2所示。功能是产品存在的目的，功能的实现除了与产品自身结构有关外，还与超系统内其它关联组件相关。为了较好地实现对产品自身蕴含的进化特性信息的挖掘，本文提出的方法正是在系统功能建模基础上，从超系统和技术系统两个方面对已有产品进行较为全面的功能激励分析。进行技术系统分析，是为了实现其自身功能结构特性优化，增进其理想化水平。而引入超系统分析，其目的在于实现技术系统特性向超系统特性进化，进而实现超系统进化反向促进技术系统进化的作用。技术系统分析是功能激励的主要内容，超系统分析是其有益补充。

本文提出的方法是从功能演化角度，综合考虑功能、结构二因素的设计模式。因此，技术系统分析包含单组件操作、多组件操作两个方面，超系统分析则采取赋予新的功能关联关系的激励模式。对于单组件而言，功能激励主要是针对其承载功能加以改变操作；对于多组件，则从功能组合角度对其加以激励操作。基于以上考虑，本文提出从多个角度进行功能激励的分析策略，如图3所示。

基于功能需求内生的产品概念设计

1超系统组件功能关联

一般情况下，每一个超系统功能都是为了辅助产品技术系统内某个/某些功能的顺利实现，即一个超系统功能肯定与系统内某个/某些功能存在相关关系，但通常并不是与所有功能都存在相关关系（关系十分薄弱/暂未发现其相关性）。且超系统功能间通常也存在很多不相关的情况。因此，这就给产品系统提供了不小的创新思考空间。超系统组件功能关联分析正是基于对这一创新空间信息进行系统挖掘的创新策略。它通过选择某个超系统功能，在与其不相关的某个系统功能（超系统功能、系统内功能）间建立起良性关系，使其变为相关。如此，便能创造出新的产品功能需求，进而产生新的产品创意。

这种相关分析主要通过以产品超系统功能为行，所有系统功能为列，而构建的系统功能相关性分析矩阵加以分析，如表1所示。其中，“1”表示功能间存在相关关系，“0”则代表不存在，“X”表示两个功能相同（在此不予讨论）。针对笔记本电脑功能创新实例，通过在“敲击键盘”与“存储电能”间建立起关联（由0变为1），便激发出在使用者敲击键盘的同时可以产生电能，并有效地将其储存利用的新型节能笔记本电脑的创意。

2系统内单组件功能改变

系统内单组件功能改变分析主要针对技术系统内某一功能组件及其所承载的功能加以改变性操作，以激励设计者产生新的想法。

（1）功能扩展

功能扩展主要针对系统内某一功能组件，通过赋予其新的功能，从而带动其结构也发生相应的改变，进而形成能适应未来市场需求的新产品，如图4a所示。扩展的功能主要通过超系统组件功能关联分析得到，也包括由新的超系统组件引入而衍生得到的新需求功能。如在轮椅创新设计中，通过在超系统中引入台阶，以产生攀爬台阶的新功能需求，进而激励产生带越障功能的行星轮式车轮的创新方案。

（2）功能裁剪

功能裁剪主要是基于产品简化及专用化的思想，通过裁剪掉链内的冗余功能或对特定应用环境可有可无的功能，甚至一些看上去不可或缺的功能，进而带动链内其它关联功能改变，以实现产品功能、结构、工艺等方面的简化，得到更具市场竞争力的产品创意，属于破坏性创新（DisruptiveInnovation）范畴，如图4b所示。如可通过去除电视机的显示图像功能，以降低其生产及使用成本，使盲人得到相对物美价廉的新产品。

（3）功能分割

功能分割主要是对系统内某组件所承载的功能进行分割，以形成新的结构及新市场的产品创新模式，包括功能作用分割、功能量值分割两种形式。功能作用分割是将组件上承载的多个功能进行分割，进而形成多个新功能单元，以促使功能组件向更趋于专业化、标准化的方向改进，如图4c所示；功能量值分割主要将组件上承载的功能从量值上加以分割，以形成多个量值相同或不同的新功能单元，以促使功能组件向精准化、微控化等方向演进，如图4d所示。如在显示器演进道路上，通过对显示内容加以分割，激励产生了多显示器协同显示的超大显示屏。

（4）功能替代

功能替代主要建立在技术进步或技术优化基础上，在不影响产品主要功能实现前提下，通过将某组件所承载的功能利用更优的功能，或将发出某功能的组件用更优的组件加以替换操作，以带动链内其它相关功能组件改变，进而实现产品整体性能优化的目的，如图4e所示。例如，将精密机械移动替换成磁致伸缩移动的，高精密度显微镜玻片载物台移动装置创新设计方案。

3系统内多组件功能组合

系统内多组件功能组合分析主要是针对技术系统内多个组件间所承载的功能加以组合优化，以激励设计者产生创新想法，进而推动产品功能-结构改进向理想化方向逼近而引入的创新策略。

（1）功能合并

功能合并主要建立在对相同或不同功能链中具有相近或相关功能的不同组件进行系统分析的基础上，通过对其进行功能并处理操作，以实现功能、组件的高效利用，去除多余功能结构，实现产品功能结构优化的目的，演进过程如图5a所示。通过这一处理，可使产品功能结构得到优化，经济性、易操作性增强，提升其市场竞争力。如在冰箱制冰机创新设计中，将储冰装置内为定向输送冰块而进行的螺旋搅动操作，与为防止冰块粘结而加入的反向搅动操作合并，便形成了定时双向螺旋搅动装置的设计方案。

（2）功能整合

功能整合主要基于合理化配置的思想，对多组件间承载的多个功能进行优化整合处理，进而带动结构上的优化整合，以增强其系统性、经济性、适用性等综合性能，形成新的竞争优势，这一过程如图5b所示。例如，在轮椅创新设计中，通过对各组件间所承载的功能进行整合处理，最终得到利用汽缸结构实现自动调节升降高度及靠背角度调节功能，利用行星轮结构实现越障、行进功能，利用套扣结构实现可变形（变身为担架）功能等集多种实用功能于一体的新型多功能轮椅的改进方案。

（3）功能捆绑

功能捆绑主要是对功能-组件链图中功能作用密集的组件加以分析，将作用于该组件的功能，以及链内其它相关功能进行打包组合；然后，采取反问“引入该功能目的”的思考形式，探求这些功能的本质（设计需求）；最后，对这些设计目的加以组合优化处理，并进行相应的功能性再设计，激励产生新的功能配置方案，实现功能集成进化，如图5c所示。这一过程通常会伴随新功能的产生，可有效带动产品结构产生较为全面的进化，进而得到更具市场竞争优势的创新产品。例如，将冰箱制冰机储冰装置的储冰功能与制冰装置的储水功能，以及输冰装置的定向输送功能加以捆绑，激励得到传输带式制冰机的创新方案。

4功能需求内生式产品概念设计过程

本文提出的方法应用的关键在于合理利用上述激励策略进行功能激励分析。将这种方法与计算机辅助创新设计模式相结合，构建的产品概念设计过程模型如图6所示。这一过程主要包含系统功能建模、功能激励分析、概念方案生成、方案优化评价四大分析模块。具体操作步骤描述如下：

步骤1产品组件、功能录入。结合已有产品对其进行功能结构分解，提取并录入产品功能组件及其所承载的功能。

步骤2功能-组件链图构建。针对步骤1的录入结果，构建相应的产品功能-组件链图，并适时对录入的功能、组件加以调整。

步骤3多角度激励分析。结合功能-组件链图及在此基础上生成的功能相关矩阵，从三大分析角度出发，利用对应的分析策略进行遍历式分析，以得到多个功能改进方向，形成相应的功能需求信息集。

步骤4概念方案求解。针对上一步分析得到的功能需求信息利用FBS方法进行知识资源检索，以映射得到相应的原理解。

步骤5领域具体化分析。结合得到的原理解及已有产品进行具体化分析，使之转化为相应的产品创新方案。这一步是结合获取的知识资源进行创造性思维的阶段，是新知识生成的过程。

步骤6方案优化评价。此步操作主要通过对生成的方案做进一步探讨，借鉴功能跟随形式（FunctionFollowForms）原理发现新产品的潜在应用市场，并结合已有信息及设计经验对方案加以优化评价，进而得到创新性、实用性及可实现性相对较好的产品创新方案。

5功能模块实现

产品创新是市场需求与技术实现对立统一的过程，是创新主体与现代设计技术有机协同的设计过程，是以知识为基础，以获取及创造新知识为核心的知识物化过程。本文基于提出的多角度功能激励的设计思想，融合认知科学、信息技术及创新设计理论，实现了该功能模块。其体系架构如图7所示，包含交互层、推理层、资源层。

（1）交互层是实现人机交互的重要单元，主要给用户提供一个友好的交互界面，提供信息输入、输出接口，并对整个设计过程加以可视化。其中，也包含管理员对系统及知识库进行的日常维护操作。

（2）推理层主要根据设计过程中用户输入的设计信息，为其提供所需的设计原理及过程推理方法支持。该层除了系统功能建模、功能激励分析等人机交互式信息操作单元外，还包括信息转换、映射求解、评价计算等多个采用推理机形式，通过调用相应的知识资源，以实现创新信息映射转换的智能操作单元。信息转换单元主要采用自然语义与基于规则推理的形式，对功能激励结果加以标准化转换；映射求解单元利用FBS方法，对生成的标准化信息进行概念求解；评价计算单元则是根据输入的评价信息，利用一定的评价规则对方案加以量化比较，以筛选得到相对较优的设计方案。

（3）资源层主要为概念设计过程提供知识支持，包括本体库、效应库、评价库等多个知识单元。

系统内的效应库、专利库等知识库主要采用功能基的形式加以组织，并提供基于自然语义的Internet3应用实例冰箱通常都在冷冻室内装一制冰装置，其制冰的工作原理与大型制冰机一样。制冰装置的上面部分放置有普通的栅格式盒子。往盒子里倒上水，冷冻一定时间后，再由一个特制的带有蜗杆减速器的电机把盒子翻转。当盒子几乎朝下时，盒子的另外一边就顶到了专门的凸出部位上。盒子倾斜后，冰块就能实现与内壁相分离，往下脱落，并掉到收集器中。这一加工过程一直会持续到收集器装满冰块为止，如图8所示。但这种制冰装置也存在很多问题，如占用空间较大，工作震动、噪声大等问题，迫切需要对其加以改进。运用本文提出的方法进行创新分析，具体步骤如下：

步骤1通过选择已有的制冰装置作为基础产品，对其进行功能结构分解，录入电机1、连杆、制冷装置、驱动减速器1、转动冰盒等产品组件及功能信息。

步骤2结合已有产品，并针对录入结果对制冰机进行系统建模，构建相应的产品功能-组件链图（如图9）。

步骤3根据超系统功能与所有功能间的关系，建立起相应的制冰机功能相关矩阵，如表2所示。并针对矩阵进行超系统组件功能关联分析，如通过在“提供水”与“转动冰层推杆”之间建立起关联，提出在“转动冰层推杆”时，根据其受到的阻力大小，实时控制是否“提供水”的创意；在“提供水”与“储存2冰块”间建立关联，提出只有当开始“储存2冰块”操作时，机器才“提供水”的新需求。针对链图，从系统内单组件功能改变、系统内多组件功能组合两个角度进行激励分析。如图10所示，经功能裁剪分析，提出去除搅拌器“搅拌2冰块”操作的创意，以减小装置的控制复杂程度；经功能合并分析，并根据经其它激励操作得到的设计过程信息，提出将驱动拨冰装置叶轮转动的“转动连杆”功能与驱动传输带转动的“转动转轴”功能加以合并的新需求，以在一定程度上实现结构简化；经功能捆绑分析，将冰盒的“储存水”功能、储冰器的“储存冰块”功能和搅拌器“输送冰块”等多个功能加以捆绑，激励产生要设计一个既能“储存水及冰块”，又能“按需定向输送冰块”的集成化装置的想法。

步骤4通过以上遍历式创新分析，生成“输送冰块”、“转动转轴”等多个功能需求。对其进行相应的知识检索，得到“一种提高冰淇淋抗融性的乳化剂以及用其制备的冰淇淋”、“超薄潜水数显磁力搅拌器”、“物料输送螺旋机构”等知识。

步骤5结合已有产品，对步骤4得到的原理解进行具体化思考，进而产生“在储冰盒内增加可溶且可食用的抗融泡沫添加剂”、“用磁力搅拌器代替机械搅拌”、“采用多栅格式制冰、储冰装置，且伴随传送带输送，出冰口处受扭曲力和重力作用而自动脱落”等多个概念方案，如图11所示。

步骤6结合已有设计经验及企业实际情况，对以上分析得到的多个概念方案进行初步评价筛选，并进行合理的市场定位，去除可实现性低、经济性差、创新性不高的噪声方案。然后，再对剩余的创新想法做进一步组合优化分析，以得到最终制冰机改进方案。即采用一种栅格式的传输带式结构，将其直接放在冷冻室的顶部沿着圆周运动，并采用一个带叶轮的旋转装置，以顶出栅格内的冰块，供用户食用；且储水罐的“提供水”功能也与传输带的运行建立起相应的控制关系，使滴水速度与栅格制冰、储冰速度保持同步。改进后的制冰机系统工作过程如图12所示。其去除了原有的冷藏室，缩减了工作空间，部分消除了收集、储存冰块所带来的各种不便，并通过合理调节传输带的运行速度，可实现按用户需求持续提供冰块等优势。

概念设计论文范文第5篇

目前,设计知识管理已成为国内外许多研究机构、大学、企业的研究热点,如美国NIST的设计知识库项目[2]；欧洲WISE工程知识管理项目[3]、MOKA项目[4]；韩国LG公司资助的知识管理项目[5]；国家863资助的知识管理平台研究[6]等,但还没有一个实用的能支持概念设计知识重用的系统,对它的研究也还停留在理论准备阶段。

本文在研究了基于本体的的概念设计知识模型的基础上,提出了基于本体的概念设计知识管理框架,研究了用户对本体的定义、对知识结构内容的自由扩充以及概念设计知识的检索方法等关键技术。

1、基于本体的概念设计知识建模

1.1概念设计知识分类与表达

概念设计是对设计问题加以描述,并以方案的形式提出众多解的设计阶段[7].概念设计从不同的角度有多种定义[8].一般认为,概念设计是指以设计要求为输入、以最佳方案为输出的系统所包含的工作流程,是一个由功能向结构的转换过程。

图1描述了一般概念设计的工作流程,它包含综合与评价两个基本过程。综合是指根据设计要求,运用各种分析、设计方法推理而生成的多个方案,是个发散过程；评价则从方案集中择出最优,是个收敛过程。概念设计是将所设计的产品看成一个系统,运用系统工程的方法去分析和设计。具体说,概念设计就是将设计对象的总功能分解成相互有机联系的若干功能单元,并以功能单元为子系统进行再次分解,生成更低一级的功能单元,经过这样逐层分解,直至对应的各个最末端功能单元能够找到一个可以实现的技术原理解。概念设计的主要任务是功能到结构的映射,概念设计过程主要包括：功能创新、功能分析和功能结构设计、工作原理解的搜索和确定、功能载体方案构思和决策。

根据概念设计的过程及人在设计时的认知特点将概念设计知识分为元知识和实例知识（其分类如图2所示）。元知识中主要包括功能知识、技术原理解知识、结构知识等。实例知识中主要包括方案设计实例、技术原理解实例、产品实例等知识。

（1）功能知识。主要描述产品完成的任务,描述产品的功能及功能子项。描述产品要完成的功能,包括功能内容、实现参数、性能指标等；

（2）技术原理解知识。描述产品功能及功能子项的原理解答。它的表达要复杂些,一方面可用文字、数字表达它的说明、解答参数,另一方面,要有图形支持产品原理解答；

（3）结构知识。描述产品的结构设计状况,是对原理域知识的细化和扩充,是求解原理解的结构载体,可描述产品关键部分的形状、尺寸和参数。产品功能结构的映射（简称为功构映射）就是对产品的功能模型进行结构实现的求解,是将产品功能性的描述转化为能实现这些功能的具有具体形状、尺寸及相互关系的零部件描述。在这里功能是产品结构的抽象,是结构实现的目的；而结构则为实现某功能而选用的一组构件或元件。功能结构间的关系一般而言是多对多的映射关系。一个功能可能由一个或多个特征或元件实现,而一个特征或元件也可能完成一个或多个功能；

（4）实例知识。已成功或失败的设计范例,包括方案设计实例,产品结构知识实例、技术原理解实例等。它包含了更多的实际因素,是类比设计和基于实例推理设计的基础。

以工程机械中某型滑模式水泥摊铺机为例,总功能为摊铺水泥路面,总功能可细分为滑模作业、控制作业等功能,滑模作业功能又可细分为提水泥浆、挤压成型等功能。其中某个功能的实现可能会由几个结构组合而成,例如滑模式水泥摊铺机滑模作业功能就是由螺旋分料器、刮平板等几个结构一起才能实现。图3为该水泥摊铺机的功能层次定义和功能分解结构举例。该产品所对应的结构分解则如图4所示。图5中给出了对于滑模作业功能的技术原理解简图、技术原理解的评价、参考产品,以及实现该功能的说明等相关的知识。

如何利用计算机技术对概念设计予以支持,对概念设计知识进行有效的管理,至今仍没有较好的解决方法。目前的知识建模主要是专家系统,最常用的知识模型包括框架、产生式规则、语义网络、谓词逻辑等。专家系统的知识建模主要侧重符号层的系统实现,很少考虑动态的,非结构化的知识,造成专家系统解决问题的局限性,使得专家系统不能解决大型复杂问题。

本体作为“对概念化显式的详细说明”[9,10],研究领域内的对象、概念和其他实体,以及它们之间的关系,可以很好地解决概念设计知识的表达、检索和重用等问题。采用本体描述概念设计知识可以支持细粒度的产品语义信息的描述,可以形式化地定义特定领域的知识,如概念、事实、规则等；支持语义层面的集成和共享,基于本体的知识定义可以对知识作普遍的、无歧义的语义解释,可以保证不同使用者之间进行语义层面的信息共享和互操作。

1.2本体建模过程描述

本体是某一领域的概念化描述,着意于在抽象层次提出描述客观世界的抽象模型,它包括两个基本的要素：概念和概念之间的关系。本体的构建必须满足以下的要求：对目标领域的清晰描述；概念或概念之间关系的明确定义；一般性和综合性原则。本体可以有多种表述方式,包括图形方式、语言形式和XML文档形式等。

基于本体的产品概念设计知识建模过程包括3个阶段：

（1）产品概念设计知识目标确定。产品概念设计知识定位,概念设计知识的定位决定本体构造的功能需求及最终用户。

（2）产品概念设计知识本体分析与建立。根据需求分析,确定该领域的相关概念及概念属性,并用XML语言进行形式化描述。这个阶段是建立概念设计知识本体的关键环节,直接影响到整个本体的生成质量,同时也是工作量最大的阶段。

（3）产品概念设计知识本体评价。对所创建的本体进行一致性及完备性评价。一致性是指术语之间的关系逻辑上应保持一致；完备性是指本体中概念及关系应是完善的。我们称该3阶段的组合为产品概念设计知识本体建模的一个生命周期（见图6）。

1.3概念设计知识的本体表示

在此我们以工程机械中滑模式水泥摊铺机为例,结合图3～图5中的实际知识,从概念实体、概念属性及概念间关系等方面来说明产品知识、功能知识、技术原理解知识、技术原理解实例等概念设计知识的本体表示,通过概念蕴涵、属性关联、相互约束和公理定义等方法揭示了概念间的本质联系,形成一个语义关系清晰的产品概念设计知识模型。建模采用目前最新的OWL语言描述。

表述的语义为一个滑模式水泥摊铺机继承了一个产品的所有属性,此外还具备了关系属性：摊铺能力,同时,又对属性摊铺能力作了限制：只能应用于滑模式水泥摊铺机领域,且取值变化只能在摊铺宽度中（省略了关于滑模式水泥摊铺机类似属性的定义,如摊铺厚度和摊铺速度等）。

表述的语义为一个功能技术原理解具有对应的功能名称,相关的技术原理解简图（省略了技术原理解类似属性的定义,如评价、参考产品、创建人、创建时间、存储位置等）。

上述描述中,使用类公理（subclassof）描述了两个类（概念）之间的继承关系,如滑模式水泥摊铺机类是产品类的子类。在描述类属性时,使用关系属性（objectproperty）描述了类的某个属性同时也表示了两个类之间的某种关系,如摊铺能力既是滑模式水泥摊铺机类的一个属性,同时也表达了和摊铺宽度类之间的对应关系。另外,使用属性公理domain和range表示属性的应用领域和属性的取值范围,如属性摊铺能力只能用于滑模式水泥摊铺机类,且它的取值只能是摊铺宽度数据集。

1.4基于本体的概念设计知识管理的特点和优势

基于本体的概念设计知识管理可以让设计人员更好地重用已有的概念设计知识,基于本体的概念设计知识管理具有以下的一些特点或优势：

（1）支持用户定制知识类别。产品概念设计过程中,需要运用多种类型的知识,如：功能类、功能技术原理方案解类等。这些知识的描述和使用有着不同的特点,不能用相同的描述框架来处理。基于本体的设计知识建模允许用户对设计中知识类别加以定制,针对每一类别定义其描述属性,从而较好的解决了概念设计中多来源多类型知识的表示问题。

（2）支持概念共享的知识库构建。概念设计知识本体的构造澄清了概念设计领域知识的结构,为概念设计知识的表示打好了基础,而本体中统一的术语和概念也使概念设计知识更好地共享成为可能。基于本体的概念设计知识表示在区分不同知识类别的同时,建立起概念间的共享联系。通过概念间的共享机制,避免了设计知识库的数据冗余和数据不一致问题,方便了知识的建模录入、检索及统计处理。

（3）多视图和基于本体概念的知识检索。在目前的应用系统中一般采用基于关键字的数据库查询方法,由于其数据库组织不是建立在能够表示概念之间的关系、事实和实例的领域模型的基础上,因此无法实现智能查询和信息推理,也就无法解决语义异构性问题。由于不同的组织和人员可能使用不同的词语表示同一个含义,因此查询系统得不到意义相同但用词（语法）不同的内容。当需要对多个数据源进行查询的时候问题更为明显,多意词和同义词会使查询得到许多不相关的信息,而忽略另外一些重要信息。

在基于本体的概念设计知识管理中由于具有统一的术语和概念,知识库建立在本体的基础上,使得基于知识的设计意图匹配成为可能。采用基于知识、语义上的检索匹配,对用户的检索请求,通过查询转换器按照本体把各种检索请求转换成对应的概念,在本体的帮助下从知识库中匹配出符合条件的数据集合,解决了语义异构的问题。

从人在设计时的认知特点出发,可以采用基于功能分解树的功能设计知识检索视图、基于产品分解结构树的结构设计知识检索视图,还可以利用本体中已定义的概念定义其它知识检索视图,比如需求功能知识检索视图、软件工具使用知识检索视图等,实现基于知识检索的设计意图的匹配。

2、基于本体的概念设计知识管理

2.1概念设计知识管理系统结构

结合工程机械行业的实际,本文提出了图7所示的基于本体的产品概念设计知识管理系统结构,系统按照知识产生、获取和利用的流程来构建,系统结构主要包括概念设计知识管理工具、数据接口程序以及基于本体的概念设计知识库,具体由4个部分构成。

（1）概念设计知识获取。概念设计知识的获取包括从概念设计知识本体定义、本体之间关系定义、本体知识库生成到概念设计知识获取整个过程。

（2）概念设计知识维护。主要包括从概念设计知识本体维护、本体关系维护、知识库重新生成到概念设计知识维护的过程,实现对本体的属性修改,各类知识之间的关系维护,以及知识库的更新等。

（3）概念设计知识检索重用。系统中提供基于多视图的知识检索方式,如基于功能分解树的功能设计知识检索视图、基于产品分解结构树的结构设计知识检索视图,及用户定义的其它知识检索视图。此外系统提供基于本体概念的知识检索方式,通过本体映射库,可以实现同义词的检索,保证可能会采用不同的概念和术语表示相同的设计信息的人可以得到相同的知识帮助。

（4）概念设计知识库的构建。要实现基于本体的,支持客户自定义的概念设计知识管理,系统必须由足够的柔性,支持各类知识的存储,作为系统基石的知识库的构建就不能采用完全预先定义的方式,在系统中我们采用基础数据库加上在此基础上经过本体定义工具动态生成的各类知识库的方法保证基于本体的知识管理的实现。

2.2概念设计知识管理关键技术及实现