变异设计力求以较小的改变实现产品功能、原理或结构的创新,基于知识的设计是产品创新的重要途径。设计单元作为可设计改变的基本信息单位,是创新设计的认知基础和创新对象。目前,运动单元主要通过运动变换功能单元进行创新求解,但是基于运动功能变换的运动单元无法保证创新解的性能。侧重机械工程领域知识方面的创新方案求解集中于功能-结构映射方法。然而功能-结构映射过于抽象,缺少过渡衔接。本文将性能引入运动单元,提出结合本体映射和FBSS(Function-Behavior-State-Structure,功能-行为-状态-结构)映射的创新方案求解方法。构建运动单元,通过运用本体对运动单元进行规范化建模,搭建运动单元的语义关联。综合运用组件价值分析和专利分析对变异单元进行评分,定位变异单元。结合FBSS和本体映射,对变异单元进行创新求解。主要研究内容如下:(1)运动单元构建。针对已有的运动单元集中于功能变换,定义功能属性和质量属性,运用面向对象法构建兼具结构、功能属性和质量属性的运动单元。通过运动单元的编码和名称使其成为可索引的数据结构,构建数据库。(2)运动单元本体表征。借助本体规范化的概念模型,构建运动单元本体、属性集和联接集。通过本体的语义框架,搭建概念内运动单元本体与属性集的语义关系,以及运动本体与联接集的关联关系。通过语义关联,构建机械运动领域的知识结构。基于OWL(Web Ontology Language,网络本体语言)和protégé(本体建模工具)构建领域的知识本体。(3)变异单元定位。针对目前的关键问题识别方法大多基于产品自身进行分析的缺陷,引入专利评价方法。提出基于TRIZ的组件价值分析、专利数量分析和专利质量分析的综合评价方法,根据评分结果定位产品的变异设计单元。(4)变异单元求解。针对功能-结构映射过于抽象问题,提出融合FBSS和本体映射的设计域映射方法。以功能属性作为主属性,质量属性作为辅助属性,通过主属性减少相似度计算量。综合功能属性相似度、质量相似度和语义相似度,提出质量属性相似度计算与模糊逼近理想解法结合的方法,使创新解在兼具目标功能和理想性能的同时,具有与变异单元相似联接关系,达到最大限度继承原产品的目的。