复杂产品设计知识模型构建及其重用方法研究

摘要

随着知识经济时代的到来，知识已成为产品创新和创造价值的源泉。特别是以大型装备为代表的复杂产品在分布式知识资源获取和重用方面的需求更尤为突出。为此，本文开展了对复杂产品设计知识进行合理有效地挖掘和重用的研究。
　　 对本文相关研究领域：知识工程、知识管理、产品设计过程、知识建模技术和设计知识重用方法的国内外研究现状进行了全面综述，总结并提出了这些领域目前存在的问题和未来发展趋势，明确了论文重点研究的内容：
　　 1、针对复杂产品协同设计中对知识资源产生的更深层次需求，提出了以面向复杂产品设计过程关键阶段的知识挖掘、知识模型构建及重用为核心的基于知识模型驱动的复杂产品设计方法，从总体角度论述了该方法实施的基本思想、体系框架及其各个子系统的基本职能。
　　 2、针对复杂产品设计过程关键阶段隐性知识的特点，提出了相应的知识挖掘方法。在需求分析阶段，通过粗糙集、QFD和DSM的集成，充分融合了用户需求，提高了复杂产品设计任务规划的准确性和合理性；在概念设计阶段，提出了基于粗糙集理论和贝叶斯决策的概念设计知识挖掘方法，对其中的一些数据挖掘算法进行了适应性改进，进一步提升了该挖掘方法的质量和效果；在详细设计阶段，提出了基于数值仿真结果的知识发现与繁衍方法，利用从大量仿真数据得出的回归模型和设计规则来指导方案的调整，有助于提高调整的正确性和效率。
　　 3、以实现知识的重用、共享、和集成为主导思想，对基于本体的知识建模方法进行了研究，定义了顶层复杂产品知识模型的概念实体及其关系，并构建出复杂产品需求分析、领域知识和过程知识的模型框架。
　　 4、开展了基于实例推理的知识模型重用方法研究，重点对模型的检索机制、相似模型匹配算法和调整机制进行了研究。建立复杂产品的扩展产品知识模型数组，以遍历该数组的方式实现模型检索；采用基于差异度的相似性度量方法来匹配相似模型，提高了检索效率和质量。提出了基于敏感性分析的属性权重算法，有助于更加准确地检索出相似模型；采用基于回归分析和规则推理的知识模型调整机制，降低了模型调整的难度和复杂程度，而且能够更有针对性，更好地适应新设计的要求，从而提升了方案的设计质量。
　　 在以上研究基础上，本文以灯泡贯流式水电机组这一复杂产品为研究对象，对关键设计阶段的隐性知识进行了挖掘，实现了知识模型构建和重用在水电机组关键部件设计中的应用，充分证明了基于知识模型驱动的产品设计方法在复杂产品设计中的实用性和技术可行性，有效地提高了企业研发和创新能力，显著地降低了成本，缩短了设计周期。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题研究背景

1.2知识工程(KBE)／知识管理(KM)

1.2.1知识工程(KBE)研究概述

1.2.2知识管理(KM)研究概述

1.2.3基于知识的复杂产品设计中亟待解决的问题

1.3复杂产品研发关键技术研究概述

1.3.1产品设计过程分析

1.3.2知识建模技术

1.3.3设计知识重用研究

1.4论文主要研究内容和意义

1.4.1研究内容

1.4.2研究意义

1.5全文组织结构

第二章基于知识模型驱动的复杂产品设计方法研究

2.1基于知识模型驱动的复杂产品设计方法研究

2.1.1基于知识模型驱动的设计方法

2.1.2基于知识模型驱动的设计方法体系框架

2.2产品设计知识类型及其信息源

2.2.1设计知识类型

2.2.2设计知识的信息源

2.3面向复杂产品设计过程的知识挖掘

2.3.1设计知识的获取

2.3.2设计知识的繁衍

2.3.3面向复杂产品设计过程关键阶段的知识挖掘

2.4知识模型的基本概念

2.4.1知识模型的定义

2.4.2知识模型的构成

2.4.3知识模型的评价标准

2.5本章小结

第三章面向复杂产品设计过程关键阶段的知识挖掘方法研究

3.1数据挖掘技术概述

3.1.1数据挖掘的基本概念

3.1.2数据挖掘的常用方法

3.1.3数据挖掘技术的应用及面临的挑战

3.2用户需求向技术特性映射机制研究

3.2.1粗糙集理论概述

3.2.2用户需求重要度确定

3.2.3技术特性重要度确定

3.2.4技术特性配置的整数规划模型

3.2.5应用实例

3.3复杂产品设计任务规划方法

3.3.1 DSM定义

3.3.2 DSM的重构

3.3.3基于QFD和DSM集成的产品级设计任务规划

3.4基于粗糙集的最小风险贝叶斯决策在概念设计知识挖掘中的应用

3.4.1基于粗集理论的属性约简

3.4.2贝叶斯(Bayes)决策方法

3.4.3应用实例

3.5基于数值仿真结果的知识发现与知识繁衍

3.5.1设计主参数的确定

3.5.2回归模型的建立

3.5.3设计规则的归纳及表示

3.5.4应用实例

3.6本章小结

第四章基于本体的复杂产品知识模型构建及重用方法研究

4.1本体概述

4.1.1本体的定义

4.1.2本体的形式化描述

4.1.3本体的作用

4.1.4本体知识建模特点

4.1.5本体的描述语言

4.1.6本体的构建方法和工具

4.1.7本体的构建流程

4.2基于本体的复杂产品知识模型构建

4.2.1 CPKM概念实体及其关系定义

4.2.2需求分析知识模型

4.2.3领域知识模型

4.2.4过程知识模型

4.3知识模型重用的概念

4.4影响知识模型可重用性的主要因素

4.5基于实例推理的知识模型重用方法

4.6 CBR知识模型重用的系统框架

4.7复杂产品知识模型(CPKM)的检索机制

4.7.1 CPKM的有向图及其EPKM数组

4.7.2基于属性差异度的模型相似性度量方法

4.7.3 CPKM的检索过程

4.7.4基于敏感性分析的属性权重算法

4.8基于回归分析和规则推理的知识模型调整机制

4.9本章小结

第五章基于知识模型驱动的设计方法在水电机组设计中的应用

5.1灯泡贯流式水电机组概述

5.2基于本体的水电机组设计实例知识模型

5.3基于知识模型驱动的灯泡贯流式水电机组关键部件设计

5.3.1需求分析知识模型的相似性匹配

5.3.2设计任务规划

5.3.3推力轴承设计

5.3.4管形座设计

5.4本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢