集成Affordance的详细设计知识建模与应用方法研究

摘要

在详细设计阶段，设计人员通常需要考虑来自产品全生命周期阶段的各种因素。由于这些因素通常隐藏于详细设计结果背后，这给详细设计知识的应用带来了很大的困难。本文的详细设计知识指的是支持设计人员为产品中零件的设计参数赋值的决策过程中涉及到的知识。本文拟借助于Affordance这个设计方法学中的新概念，来解决详细设计阶段隐性设计知识的建模和应用问题。本研究主要进展体现在下列四个方面：
　　一．将Affordance概念应用于详细设计。在Maier&Fadel的关系型设计理论基础上，进一步完善了设计学的新概念：Affordance。将Affordance概念概括为一种广义的面向产品全生命周期的功能。在对详细设计阶段的Affordance概念进行澄清基础上，本文提出了零件Affordance的概念，使其可以包含详细设计研究中所需要考虑的各种隐性的全生命周期因素。同时，探索了零件Affordance的形式化表示方法，使得设计人员能够清晰地对详细设计阶段所涉及的Affordance进行描述。
　　二．基于形状-行为-Affordance（FBA）的产品全生命周期信息模型。产品全生命周期信息模型是进行详细设计知识建模的基础，目前的产品信息模型（主要包括结构Structure、形状Form、行为Behavior、功能Function），由于它们没有包含详细设计阶段所需要考虑的各种全生命周期因素，从而难以有效地支持详细设计。本文提出了基于形状-行为-Affordance（FBA）的产品全生命周期信息模型，使得设计人员可以对产品全生命周期的各种因素进行建模。
　　三．结构化的的详细设计知识表示模型。在分析了知识工程师通过编写代码的方式完成知识的录入过程中存在的柔性差的问题，本文提出了基于遗传编程（GP，Genetic Programming）的方法，来对详细设计知识进行结构化建模。其中，详细设计知识包括设计问题知识和设计求解知识。设计问题知识的重要组成部分是Affordance约束知识，通过Affordance约束定理，帮助设计人员系统化地从捕获到的零件Affordance中导出基本Affordance约束。将定性的零件Affordance描述，转化为定量的数学形式的设计约束，从而帮助设计人员利用这些设计约束为相关设计参数赋值。基于遗传编程方法，一个设计约束公式可以通过由设计变量和运算符组成的二叉树来表示。通过遗传编程方法，设计人员可以根据实际情况柔性地输入详细设计约束知识，并且也使得设计重用系统方便地从产品全生命周期模型中找到设计变量的本体意义，进而实现公式类知识的自动求解。
　　四．集成Affordance的详细设计知识建模与应用系统原型软件的研制。以上述思想为基础，首次研制开发了集成Affordance的详细设计知识建模与应用系统的原型软件，该软件系统包括五个子系统：基本术语管理子系统，产品信息建模子系统，设计知识建模子系统和设计知识应用子系统。该系统与基于Pro/E的二次开发功能模块集成，提供了支持详细设计知识应用平台。

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第一章 绪 论

1.1 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容

第二章 集成Affordance的产品全生命周期信息建模

2.1 引言

2.2 产品结构组成表示

2.3 零件形状表示

2.4 零件行为表示

2.5 零件Affordance表示

2.6 集成Affordance的产品全生命周期信息模型

2.7 小结

第三章 集成过程知识的详细设计知识建模方法

3.1 引言

3.2 详细设计知识分类

3.3 设计问题知识建模

3.4 设计求解知识建模

3.5 设计过程知识建模

3.6 小结

第四章 Affordance驱动的详细设计知识应用方法

4.1 引言

4.2 零件实体模型设计参数的提取

4.3 项目需求相似度的评估

4.4 以零件Affordance驱动的详细设计知识应用

4.5 零件实体模型的自动再生

4.6 小结

第五章 原型系统开发与案例验证

5.1 概述

5.2 原型系统介绍

5.3 应用案例

5.4 案例分析与对比

5.5 小结

第六章 结论与展望

6.1 全文内容总结

6.2 创新点总结

6.3 研究展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的论文

攻读博士学位期间参加的科研项目