1.3 概念设计阶段的理论与方法

目前较为成熟的概念设计阶段的理论与方法主要有以下几种：

1．功能方法树方法

功能方法树是产生多个设计方案的简单实用的方法。功能方法树的建立过程是从确定总功能开始，然后采用自顶向下的方法逐层分解，一直到最底层的方法为止。

2.Pahl & Beitz系统设计学

系统化设计思想于20世纪70年代由德国柏林工业大学Pahl & Beitz提出，他们以系统理论为基础，制定了设计的一般模式，倡导设计工作应具备条理性。

系统设计理论的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，系统中每个设计要素都具有相对的独立性，各个要素间存在着有机联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。

德国工程师协会在这一设计思想的基础上，制定出了标准VDI2221“技术系统和产品的开发设计方法”。

3．形态学矩阵法

形态学矩阵法用于功能元解的组合，将系统的功能元列为纵坐标，各功能元的相应解法（实现该功能的技术途径）列为横坐标，构成形态学矩阵。根据形态学求解规则，选择不同的元素进行组合，获得不同的方案解。

形态学矩阵法具有良好的动态组合性能，可以方便地形成数目可观的满足需求的运动方案。

4．设计目录法

设计目录是一种设计信息库，它通过把设计过程中所需的大量信息有规律地加以分类、排列、储存，便于设计者查找和使用。目录中所包含的信息多种多样，所排列的解的具体化程度也各不相同，一般包括解的物理效应、作用原理、约束条件、计算方法以及必要的说明等项目。设计目录不同于一般的手册和资料，作为一种设计信息载体它具有信息完备性、可补充性及易检索性，并适于计算机辅助设计。

在设计目录法的研究中，德国的K.Roth做了大量工作。他提出了一种设计目录的构造方案，并提出了利用目录的程式选择设计法（AAK法）。德国的Findeisen D．则利用解法目录储存了各种类型柱塞泵的基本信息，以方便设计者选用。姚致扬构造了“功能模块”、“功能元解”和“机构组”三级递进式设计目录，并将这三级递进式设计目录作为机械传动原理方案智能设计系统的知识库和开发设计的辅助工具。

由于功能描述的多义性，限制了设计目录法的应用范围，使得设计目录法只能构建出目标范围小而明确的知识库。换句话说，只能对特定场合中的功能与功能解的对应关系进行描述。现代机械系统的功能的多样性、功能关系的复杂性决定了难以用设计目录法进行描述。

5.TRIZ设计理论

以俄国学者G.S.Altshuller为代表的研究小组，深入研究了世界各国近250万件专利， TRIZ的发明者从一开始就认为，发明问题应遵循共同的原理，这种原理可以从各个设计领域中抽象出来，再应用到各个设计领域中去，以指导不同领域的设计。TRIZ是一种基于知识的、面向人的、系统化的解决发明问题的理论。它将产品创新的核心——产生新的工作原理过程具体化，提出了许多规则、算法和发明原理供设计人员使用，现已成为一种较为完善的设计理论。目前，在美国、欧洲、日本、韩国等国家和地区得到了越来越多的应用。

6．公理化设计理论

以Suh为代表的公理化设计方法认为存在着能够指导设计过程的基本公理以及由公理指导的设计方法。根据对产品设计、过程设计、系统设计等所有设计过程共同性的研究，归纳出了两个设计公理，即功能独立性维护与信息最小化两个著名的设计公理。从这些公理可以推导出设计理论和推论。Suh的设计公理及其推论使得原先一些从经验、甚至直觉发展而来的设计准则有了科学的依据。

总体来说，公理化设计应用于概念设计阶段基本上是一种概念上的表达，距离完善的理论体系还有一段距离。

7．质量功能配置

质量功能配置是从质量保证的角度出发，通过一定的市场调查方法获取用户需求，并采用矩阵图解法将对用户需求的实现过程分解到产品开发的各个过程和各职能部门中去，将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。

因此，质量功能配置是一种用户驱动的产品开发方法，是一种在产品设计阶段进行质量保证的方法，是在实现用户需求的过程中，帮助产品开发各个职能部门制定出各自的相关技术要求和措施，并使各职能部门能协调地工作，使得设计和制造的产品能真正地满足用户的需求的方法。其目的是使产品能以最快的速度、最低的成本和最优的质量占领市场。

随着QFD的日趋完善和计算机技术、信息技术等其他相关支撑技术的发展，对智能化、集成化计算机辅助QFD应用环境的研究也将不断深入，这必将促进QFD在工业界的推广和应用，并推动QFD向标准化、规范化方向发展。

8．键合图法

将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转换能量形式、传递能量等类型，并借用键合图表达元件的功能解，希望将基于功能的模型与键合图结合，实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换，寻求由键合图产生多个设计方案的方法。

9．机械系统设计原理

机械系统设计原理是将机器看做具有特定功能的，相互间具有有机联系的各组成部分构成的一个整体。把机器功能和进行功能分解作为设计的出发点，从系统科学的观点来进行机器的设计。功能的抽象化和功能分解的多样化对机器设计的创新性、多样性和综合最优化起重要作用。机械系统设计原理是机械系统方案设计的重要理论方法。