本文關鍵詞：MFBS框架下基于知識的計算機輔助創(chuàng)新設計關鍵技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

21世紀的經(jīng)濟發(fā)展呈現(xiàn)出信息化、知識化的特征，產(chǎn)品設計過程中知識的增值成為主宰新產(chǎn)品競爭力的決定性因素，基于知識的設計方法已經(jīng)成為實現(xiàn)設計制造自動化，增強企業(yè)競爭力的一項重要高新技術。創(chuàng)新是產(chǎn)品設計的本質(zhì)和靈魂。在產(chǎn)品設計階段，對產(chǎn)品功能求解的設計過程，最富創(chuàng)新性。當前，新產(chǎn)品開發(fā)設計中所需要的知識越來越多，涉及到不同領域的不斷變化知識資源。開展以設計知識獲取、表達及運用為核心的計算機輔助創(chuàng)新設計，是提高我國制造型企業(yè)的創(chuàng)新能力和核心競爭力的重要途徑，也符合《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006～2020)》中“數(shù)字化與...

21世紀的經(jīng)濟發(fā)展呈現(xiàn)出信息化、知識化的特征，產(chǎn)品設計過程中知識的增值成為主宰新產(chǎn)品競爭力的決定性因素，基于知識的設計方法已經(jīng)成為實現(xiàn)設計制造自動化，增強企業(yè)競爭力的一項重要高新技術。創(chuàng)新是產(chǎn)品設計的本質(zhì)和靈魂。在產(chǎn)品設計階段，對產(chǎn)品功能求解的設計過程，最富創(chuàng)新性。當前，新產(chǎn)品開發(fā)設計中所需要的知識越來越多，涉及到不同領域的不斷變化知識資源。開展以設計知識獲取、表達及運用為核心的計算機輔助創(chuàng)新設計，是提高我國制造型企業(yè)的創(chuàng)新能力和核心競爭力的重要途徑，也符合《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006～2020)》中“數(shù)字化與智能化設計制造”優(yōu)先主題中“智能化創(chuàng)新設計方法及技術”研究內(nèi)容。
　　 本文在系統(tǒng)地綜述了計算機輔助創(chuàng)新設計理論、方法與關鍵技術研究現(xiàn)狀的基礎上，提出了模塊—功能—行為—結構(Modular-Function-Behavior-Structure，MFBS)框架下基于知識的計算機輔助創(chuàng)新設計關鍵技術研究。研究設計知識的建模、設計知識的更新、基于本體映射的產(chǎn)品創(chuàng)新設計、設計方案自動生成等關鍵技術，通過實例驗證了MFBS框架下基于知識的計算機輔助創(chuàng)新設計關鍵技術實現(xiàn)方法的正確性。本文的主要工作有:
　　 (1)隨著產(chǎn)品結構趨向復雜化，功能趨向集成化和復合化，采用功能—行為—結構(Function-Behavior-Structure，F(xiàn)BS)設計過程模型，組合各分功能的結構形成產(chǎn)品整體設計方案時，容易出現(xiàn)“組合爆炸”問題。借鑒模塊化設計在縮小產(chǎn)品設計求解空間方面的優(yōu)勢，提出了MFBS的產(chǎn)品設計過程模型。綜合考慮客戶需求與產(chǎn)品功能元之間的相關性，，功能元之間的流相關性和技術進化時功能元之間的相關性，構造功能矩陣，研究了基于模糊動態(tài)聚類的功能模塊劃分方法。以MFBS設計知識的表達為基礎，建立了產(chǎn)品設計知識的MFBS本體表達模型和產(chǎn)品設計知識系統(tǒng)。
　　 (2)基于元素級的本體匹配方法、基于概念結構的本體匹配方法都考慮了本體概念語義中的一部分�；诙嗖呗缘谋倔w匹配方法也只是把概念自身的語義和概念間的層次結構以加權的形式進行簡單地組合。綜合利用本體概念自身的語義和概念間的層次結構，提出了基于本體語義塊相似性匹配的設計知識更新方法。通過Jena提供的元素提取方法提取OWL文件中的本體元素，采用基于元素級、基于結構級的方法，獲得匹配概念對和待匹配概念對;利用本體概念自身的語義信息和本體概念間的層次結構信息，建立概念的語義塊;計算概念語義塊相似度，判定待匹配概念對的匹配關系，實現(xiàn)設計知識的更新。
　　 (3)針對現(xiàn)有的知識檢索與推理方法，在以知識間語義關系為主的創(chuàng)新設計方面的不足，采用分層遞進的本體映射策略，系統(tǒng)地研究Jena編程實現(xiàn)MFBS本體知識檢索與映射推理算法，進行基于知識的產(chǎn)品設計。引入本體概念的變型空間理論，提出了基于變型空間本體映射的產(chǎn)品創(chuàng)新設計方法，提高以產(chǎn)品設計知識間的語義關系為主的產(chǎn)品創(chuàng)新設計能力。
　　 (4)在產(chǎn)品設計方案生成階段考慮結構的全生命周期評價屬性，建立結構的全生命周期評價基因模型。構造面向全生命周期評價的適應度函數(shù)，采用選擇、交叉、變異等遺傳操作并設計遺傳操作算法，實現(xiàn)基于結構全生命周期評價基因模型的功能模塊設計方案的自動生成。更好地體現(xiàn)設計方案的全生命周期評價屬性，提高設計方案生成的效率。根據(jù)功能結構圖，組合各功能模塊形成產(chǎn)品的整體設計方案。
　　 最后，在關鍵技術研究基礎上，開發(fā)MFBS框架下基于知識的計算機輔助產(chǎn)品創(chuàng)新設計系統(tǒng)(Computer Aided Product Innovation Design，CAPID)，包括系統(tǒng)框架設計、各模塊詳細流程，并針對多繩金剛石串珠繩鋸設計進行應用研究。
　　 綜上所述，本文提出MFBS框架下基于知識的計算機輔助創(chuàng)新設計關鍵技術研究。借鑒模塊化設計在縮小產(chǎn)品設計求解的空間方面的優(yōu)勢，研究了產(chǎn)品的設計知識模型，設計知識的表示與更新機制，設計知識的檢索與推理技術;在產(chǎn)品設計方案生成階段就考慮結構的全生命周期評價屬性，利用進化技術實現(xiàn)設計方案自動生成，以期獲得可持續(xù)應用、基于知識的計算機輔助創(chuàng)新設計系統(tǒng)。由于采用基于語義塊相似性匹配的設計知識更新方法，知識系統(tǒng)具有開放性。同時利用進化技術實現(xiàn)設計方案的自動生成，創(chuàng)新過程具有開放性。本課題的研究既立足于可持續(xù)應用、MFBS框架下基于知識的計算機輔助產(chǎn)品創(chuàng)新設計的實際需求，又為基于知識的產(chǎn)品開放式創(chuàng)新設計提供實現(xiàn)途徑，具有重要的理論研究意義和實際應用價值。

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  本文關鍵詞：MFBS框架下基于知識的計算機輔助創(chuàng)新設計關鍵技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。