基于知识重用的复杂产品概念设计技术及其应用

摘要

复杂产品具有结构复杂、研发周期长、涉及领域广泛等特点，研究复杂产品快速有效的概念设计方法，对于企业缩短产品设计周期、提高产品设计质量具有重要的实际应用价值。本文以工程机械动力总成为例，在分析企业现有复杂产品研发设计过程的基础上，针对其设计特点和需求，建立了基于知识重用的复杂产品概念设计过程，其中知识重用主要包括基于实例推理的设计实例重用和基于规则推理的设计实例融合两个方面，并对其中的知识模型、围绕模型的设计实例聚类、离群点挖掘和概念设计方案评价等关键技术进行了研究。
　　为了实现在复杂产品概念设计过程中设计知识的主动推送，本文首先研究与概念设计过程相关的设计知识建模技术。针对传统概念设计过程中存在的问题，建立了基于知识重用的复杂产品概念设计过程模型。
　　针对目前复杂产品设计中知识重用技术存在的问题，提出利用聚类技术挖掘典型实例的思路，提高知识的重用效率。为保证在融合推理过程中设计实例集合具有较好的多样性，将与需求实例最相似的设计实例所在的类推送到融合推理过程中，同时，一并推送从企业历史设计实例中挖掘的离群点，这样在保证继承原有设计实例的情况下，可有效提高概念设计方案的创新性。
　　根据设计实例的融合推理特点，建立融合推理模型。为有效评价融合推理得到的概念设计方案，在满足用户需求和产品显性功能约束的情况下，提出综合考虑概念设计方案的继承性和创新性的评价方法。继承性体现在设计实例组合在企业历史设计实例中的配置频率，创新性体现在设计实例组合中离群点的配置数量。针对融合推理模型，运用改进的蚁群算法，在满足显性约束的情况下确定最优的复杂产品概念设计方案。
　　最后，以山推工程机械股份有限公司面向工程机械动力总成全生命周期设计关键技术项目为应用背景，探讨了相关技术的实际应用。从公司产品设计的实际需求出发，开发了基于Web的复杂产品概念设计支持系统，详细讨论了系统的体系结构，介绍了相关物理模型与信息模型的设计，给出了系统运行实例。

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第1章 绪 论

1.1 课题来源

1.2 课题研究目的和意义

1.3 国内外研究现状及分析

1.4 本文研究的主要内容

第2章 复杂产品概念设计过程中知识模型建立

2.1 引言

2.2 传统复杂产品概念设计过程

2.3 基于知识重用的概念设计过程

2.4知识模型实例

2.5 本章小结

第3章 基于实例推理的知识重用

3.1 引言

3.2 KBHC聚类挖掘算法

3.3 最相似实例度量

3.4 离群点挖掘

3.4 知识重用与离群点挖掘算法仿真试验

3.5 本章小结

第4章 基于规则推理的设计实例融合

4.1 引言

4.2 融合推理模型

4.3 最优概念设计方案评价准则

4.4 基于蚁群算法的设计实例融合推理

4.5 融合推理算法仿真实验

4.6 本章小结

第5章 概念设计支持系统开发及应用

5.1 引言

5.2 系统需求分析

5.3 系统设计及实现

5.4 系统应用实例

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢