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概念设计是形成产品原理方案的一个过程,直接影响着产品开发的后续环节。基于概念设计过程对整个产品设计过程重要性的认识,在最近几十年来,国内外很多研究机构对产品概念设计过程进行了大量研究和探索,取得了很多科研成果,提出了很多相关理论和方法,并进行了相关工程实践探索。但是,如何科学规范的表示出概念设计阶段生成的原理方案,并正确阐释原理方案元件间基本输入流和输出流之间的关系;如何使概念设计阶段产生的原理方案既能满足功能要求,又能满足性能要求;如何在概念设计阶段就对原理方案进行拓扑优化分析等问题还有待进一步研究探讨。鉴于概念设计阶段包含大量未知的和不确定的信息,运用一般的定量建模与优化方法是行不通的,需要寻找一种新的建模和优化方法,特别地,将CAE仿真技术引入到产品设计的概念设计阶段,先于CAD设计即在概念设计过程中进行定性仿真模拟,为产品改型、创新提供全新的最佳的设计方案,从而产生高质量、高性能和生产周期短的产品。针对机械产品原理方案优化建模过程中所遇到的问题,本文深入研究AMESim软件的建模思想,提出机械产品概念设计原理方案的元件建模过程,并指出原理方案模型元件之间基本的输入/输出流的关系,从而基本阐明产品零部件之间的基本关系;深入研究Solidthinking软件的轻量化、拓扑优化的思想,提出机械产品原理方案模型元件的拓扑优化过程模型;最后用工程实例加以验证。本论文的主要内容包括:(1)运用基于扩展效应的功能-行为-结构(EE-FBS)模型,建立机械产品概念设计原理方案生成的过程模型,并与基于AMESim的元件建模过程进行有效衔接。(2)研究AMESim软件的建模与仿真过程,利用AMESim软件的元件库及其扩展元件库,建立机械产品概念设计原理方案的元件模型,在概念设计阶段指出模型元件之间基本输入、输出流之间的关系,从而基本阐明产品零部件之间的基本关系,并举例说明原理方案元件建模的基本过程。(3)研究Solidthinking软件轻量化建模及拓扑优化过程,建立基于Solidthinking软件的拓扑优化过程模型,力求概念设计过程中形成的原理方案同时满足产品功能和性能要求。(4)设计研发锂电池极片称重分选机,应用EE-FBS形成锂电池极片称重分选机机械系统原理方案,并运用AMESim软件元件库及其扩展元件库建立起原理方案定性描述的元件模型,之后运用Solidthinking软件进行模型元件的拓扑优化,并分析优化结果,最后验证锂电池极片称重分选机概念设计方案是否可行。