针对概念设计中产品结构的定性特性,提出了面向概念设计的产品结构定性建模理论。通过对实体零件的联结面、功能面和零件结构构形的抽象并将其符号化,建立了零件符号模型:通过将实体零件上功能表面的类型、相对位置、朝向以及面与面之间拓扑关系抽象成定性符号集合,建立了符号零件的定性模型;利用零件的符号模型进行装配建模,建立了符号装配模型;通过对符号装配模型中零部件之间空间位置关系的定性描述,建立了面向概念设计的产品装配结构定性模型。并进一步运用功能—行为—结构—形状模型,提出了一种基于结构相似的机械产品类比设计方法。 论文的主要工作包括: 第一章综述了定性空间推理的研究现状和产品结构模型的相关研究,讨论了概念设计中的产品结构,阐述了面向概念设计的产品结构定性建模理论的主要思想和基于结构相似的机械产品类比设计方法的基本原理。 第二章提出以形体符号来表示零件的结构,讨论了形体符号的定义、分类、性质、操作、描述、定量和定性拼合运算,提出了基于形体符号的零件符号造型过程和零件符号化的方法。并给出典型结构零件的符号表示实例。 第三章提出了支持概念设计并能指导和控制零件形状设计的符号零件结构定性模型,讨论了定性空间推理代数方法的基本原理,定性几何约束的定义、标注和局部相容性推理方法,并给出实例。 第四章提出以零件的符号模型来进行装配建模,讨论了符号装配关系、定性几何约束、定性几何约束图、约束相容性维护,并结合实例介绍了概念设计中产品装配结构定性模型的建立过程和约束推理方法。 第五章提出以符号零件的结构模型来划分零件设计资源,讨论了符号零件结构相似度的定义和计算方法,提出了结构图匹配和结构图相似的相似结构符号零件查找机理,并运用功能—行为—结构—形状模型,提出了基于结构相似的零件类比设计方法。 第六章运用功能—行为—结构—形状模型,提出了一种基于结构相似的组件类比设计方法,讨论了组件装配结构相似度的定义和计算方法,并在分析相似结构符号零件查找机理的基础上,提出了相似结构组件的查找机理,并进一步讨论了组件类比设计的模型和基本模式。 第七章以面向概念设计的产品结构定性建模理论为核心,应用基于结构相似的机械产品类比设计方法构造了产品结构设计分层建模原型系统,介绍了原型系统的结构和主要功能模块。 第八章总结了本文的主要研究内容和成果,并给出了今后的研究方向。