基于知识的多学科信号系统概念设计综合方法

摘要

科技的飞速进步以及产品的多学科设计要求,使产品设计师面临知识面过于狭窄、知识无法及时更新、设计思维固化等问题,在进行多学科产品创新设计时困难重重。尤其是信号转换系统,由于涉及电、机、磁、光、热等学科的知识,使设计问题的求解需要探索一个广阔的多学科解空间,从而对设计师提出了很高的要求。对此,本文提出一种基于原理解知识综合的多学科信号系统的概念设计方法,包括建立多学科信号转换原理解知识表示模型和原理解知识库,并开发相应的计算机辅助概念设计系统,帮助设计师打破学科间的知识壁垒,客观、高效地进行多学科信号转换产品的创新概念设计。
　　本文首先针对多学科信号转换知识的特点,采用一种物理量属性配置的方法,提出了多学科“信号流”的统一表示方法。基于该方法,建立了多学科信号转换原理解知识表示模型,以原理解的功能知识为主体,通过功能、结构和应用知识统一、全面、结构化地表示多学科信号转换知识。基于知识表示模型,广泛搜集不同学科的信号转换原理知识,建立了具有一定规模的原理解知识库,作为概念设计的多学科知识来源。
　　以多学科信号转换原理解知识表示模型为基础,本文提出了多学科信号系统综合求解方法。该方法基于Agent的感知-选择-作用求解方式,能根据目的功能综合知识库中已有原理解的功能知识,组合原理解生成原理解链作为概念解,实现多学科信号系统概念设计的智能综合求解。并通过开发相应的求解算法,实现了综合求解过程的自动化。
　　利用多学科信号系统综合求解方法,本文开发了相应的计算机辅助信号转换概念设计系统(Computer Aided SignalTransformation Conceptual Design System,CASTCDS)。CASTCDS是基于ASP.NET平台开发的Web系统,主要由基本对象管理、原理解管理和综合求解三个模块组成,并利用SQL Server2008数据库实现了多学科信号转换原理解知识库的结构化表示。CASTCDS支持知识的远程共享和重用,并能够高效地利用已有的多学科知识,根据目的功能客观、快速地进行概念设计综合求解,从而有效地解决了设计师在进行多学科信号系统概念设计时面临的诸多难题。
　　最后以发动机转速传感器的概念设计为例,展示综合求解过程和CASTCDS的操作方法,并通过对求解结果的分析,说明该方法和系统可以根据目的功能实现多学科信号转换原理知识的综合求解,生成的概念解具有一定的创新性,极具应用参考价值。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景与课题来源

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及章节安排

第二章 多学科信号转换原理解知识表示模型

2.1 引言

2.2 多学科信号流的统一表示方法

2.3 目的功能表示方法

2.4 原理解知识表示模型

2.5 本章小结

第三章 多学科信号系统综合求解方法

3.1 引言

3.2 基于感知-选择-作用的原理解综合方法

3.3 求解算法

3.4 本章小结

第四章 计算机辅助信号转换概念设计系统

4.1 引言

4.2 软件架构和开发环境

4.3 系统设计与实现

4.4 原理解综合求解实现过程

4.5 本章小结

第五章 应用案例

5.1 引言

5.2 问题描述及目的功能定义

5.3 综合求解过程

5.4 求解结果分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文工作总结

6.2 创新点

6.3 工作展望

参考文献

附录1：部分信号转换原理解

致谢

攻读学位期间的学术成果