先进制造业的重要工作是解决“人与物”、“物与物”、“物与人”、“人与人”四个维度信息的充分交流和共享问题。在产品设计中,作为构建“人”与“物”桥梁的用户需求,其模糊性和多样性使产品设计与用户设计意图产生一定的偏差。而用户语义作为用户设计意图与产品设计的深层次联系,是制造业中沟通“人”和“物”的重要桥梁和有效方法,有助于提高产品智能设计中迭代效率和用户满意度,促进制造业创新设计能力的发展。产品形态原型是产品设计流程中的重要环节,是完整体现用户对产品形态需求的最初的阶段性成果。合理运用产品形态原型,可便捷、有效地推动设计迭代,降低设计成本,提高产品设计的可用性。本文系统研究了产品形态原型设计的用户语义驱动方法。围绕产品设计中产品形态原型设计的过程与特征,提出了一种以用户语义驱动的、形态元为基础的产品形态原型设计模型,并且研究了在产品形态原型设计过程中基于形态元的用户语义驱动方法及关键技术。主要研究内容包括面向产品形态原型设计的用户需求的获取与语义识别、用户语义驱动的产品形态构成、用户语义驱动的产品形态原型、用户语义驱动产品形态原型设计的关键技术等四个方面。为降低用户需求的模糊性与多样性对产品形态设计过程的影响,本文提出一种通过构建用户语义作为联系用户需求与产品特征的方法。本文根据需求理论与产品设计理论的最新发展,针对产品形态原型的设计需求构建了一种多层次用户需求模型框架。由于产品形态原型设计过程中用户需求信息分布分散、内容多样的特点,综合采用直接获取和间接获取等多种方法,从用户需求数据中获取用户需求信息并加以描述。在用户需求信息的基础上,本文根据产品形态原型设计的需求定义了用户语义,由用户需求和产品实例的关系描述用户语义的属性。构建了用户需求本体,用以描述面向产品形态设计中用户需求领域知识的概念、属性、关系,采用本体建模的方法构建用户需求模型框架,实现用户需求知识的统一与共享,通过实例验证了用户语义的获取与用户需求本体的构建。针对产品形态设计过程中形态要素可复用性需求,本文从产品形态设计方法、产品生命周期、产品设计知识流的角度分析了产品形态构成,定义了构成产品要素的设计元和构成产品形态的形态元。分析了产品形态原型的特点,构建了基于形态元的产品形态逻辑模型。在研究了生成形态元的技术路线后,通过分析产品形态结构和形态元逻辑关系,结合产品形态设计过程中用户语义与相关多领域的知识和信息的特点,提出了一种描述产品形态构成的信息模型,完成了形态元的用户语义与信息整合。而后通过形态识别和参数化建模的方法建立了形态元的数字化模型,通过相似度判断后与信息模型进行整合存储,通过案例验证了用户语义驱动的产品形态元的生成方法。与其他可复用模型相比,形态元模型强调用户与产品形态的关系,提升产品形态设计中知识重用效果,支持产品形态设计中形态要素的复用和创新。本文分析了产品设计流程中产品形态原型设计的过程与特点,结合设计过程中相关设计知识流动的特点,确定了产品形态原型设计的原则与作用。本文在现有产品造型设计方法的基础上,分析了产品形态原型的特点及形态元的作用,提出一种基于形态元的产品形态原型模型。通过描述产品形态原型设计中的概念、属性、关系集等,构建了产品形态原型设计本体,实现了对模型的描述和相关产品设计知识的描述与共享。在用户需求的获取与语义识别、用户语义驱动的产品形态构成、用户语义驱动的产品形态原型等相关研究的基础上,构建了一种产品形态原型设计的用户语义驱动方法,提出了相应的技术路线,对产品形态原型的配置方法、产品形态原型设计的优化方法等关键技术进行了研究。通过构建的产品形态原型设计本体,在用户语义、设计约束和概念关系驱动下完成的产品形态原型设计的方案推理,实现了产品形态原型在用户语义驱动下的智能配置。使用面向产品形态原型设计的改进鱼群算法,根据用户语义约束实现对智能配置方案进行设计优化,实现了用户语义从产品形态原型基本配置到方案优化的全过程驱动。通过全地形车的案例进行了验证,结果显示产品形态原型设计的用户语义驱动方法与传统人工原型设计相比,可有效的拓展设计思路和提高设计效率,促进产品形态设计迭代和创新。本文提出的理论与方法已经在与相关企业的合作项目得到成功应用,并取得了较好的效果。