随着全球经济一体化进程和信息技术的不断发展,市场竞争日趋激烈。企业间竞争的核心是产品设计的竞争,其焦点是如何快速引入新技术,以最短的时间和最低的成本开新发出产品。经过几十年发展的积累,企业内部积累了大量的设计资源和设计知识,如何有效重用这些设计资源和设计知识已成为实现产品快速设计、提高产品质量、降低生产成本的重要手段。本文在分析国内外设计重用理论及相关技术研究成果的基础上,研究了基于本体的设计重用技术,为产品智能设计和创新设计提供了有益的解决方案,并结合CAFD(Computer-Aided Fixture Design)的特点以及实际需要,研究了设计重用技术在CAFD中的应用。主要研究内容如下:将设计重用理论和方法与计算机辅助夹具设计相结合,建立了基于设计重用的CAFD系统框架,充分利用了已有的夹具设计经验和知识,实现了夹具的快速设计。该框架以夹具设计本体为基础,通过夹具设计文档库构建了夹具设计领域本体,以此作为框架内部不同模块间通信的基础;设计了设计重用引擎,涵盖了基于本体的夹具设计知识检索与基于形状和本体的夹具模型检索,为基于设计重用的夹具设计技术提供了新方法。研究了设计重用中的知识获取技术,将领域知识获取问题转化为领域本体获取问题,提出了基于图的领域本体自动构建算法,实现了从领域文档语料库中自动获取领域知识。本体的核心是领域概念以及概念间的相互关系,该算法首先将领域文本文档映射为文档概念图,采用基于图上随机游走的词汇加权算法从全局和局部两方面衡量词汇的重要性,然后利用图顶点聚类算法对词汇进行聚类以产生候选概念;提出了约束条件下基于频繁信息子图挖掘的概念间任意关系提取算法,并引入了信息函数对子图的信息量进行衡量,得到的领域概念和概念间的关系通过本体评价后,采用OWL-DL描述为领域本体。研究了设计重用中的知识表达与检索技术,提出了基于本体的产品设计知识检索算法,实现了语义级别的信息检索,查询内容不再局限于孤立的关键词,也可以为用自然语言表达的句子。该算法首先对查询内容进行语义分析,将其映射为本体语义特征,提出了基于本体的查询语义扩展算法,得到与查询语义相关的扩展语义特征,使检索系统可以直接明确的理解用户检索意图;将领域文档用领域本体进行标记,提出了基于本体的查询语义检索算法,基于文档本体语义图对领域文档进行聚类,通过比较查询本体语义图与文档聚类簇中值图的距离,得到与查询内容语义相关的文档簇,最终通过语义匹配将文档簇中的相关知识返回给用户。研究了设计重用中产品模型的表达与检索技术,提出了基于网格特征临界点的三维工程模型检索算法,实现了与CAD系统无关的基于形状的三维模型检索。根据微分几何中的Morse理论,采用网格顶点处的离散平均曲率作为光滑实值函数,计算网格特征临界点,避免了采样不足对算法造成的影响;采用两临界点间近似测地距离和顶点法矢夹角余弦值作为联合形状函数,更好地表征了模型整体表面和局部区域的的变化;按照极大值点、极小值点和鞍点,分别计算同类临界点间的联合形状函数得到形状分布,而模型的整体描述由三者加权平均得到,从而将模型的比较转化为形状分布矩阵的比较。另外针对夹具模型检索问题,研究了基于本体的工件到夹具模型的映射关系,提出了通过工件模型和设计需求检索得到夹具模型的方法。将本文研究成果应用于组合夹具自动设计系统,开发了基于设计重用的组合夹具自动设计系统(DR-CAMFD)。该系统在组合夹具设计过程中充分考虑了已有的组合夹具设计结果及组合夹具设计中的经验知识,采用进化搜索算法在设计空间中搜索合适的夹具设计方案,以寻求夹具设计问题的可行解。以一套组合夹具的设计为例说明了原型系统的应用,并验证了本文研究关键技术的正确性。