当前数字化、智能化制造背景下,产品设计正面临着复杂性和不确定管理的双重需求,实现两者的集成化管理是复杂产品设计研究中的重要挑战和目标之一。基于决策的设计观点为不同领域背景的设计者提供了一种“通用语言”(决策)以实现对不同设计问题的统一化描述;从系统工程角度,设计问题的细化与求解、以及决策活动的规划与组织等设计过程行为都体现了产品设计中的复杂性问题;同时由于设计中多种不确定性的共存,不确定性的集成化管理也增加了产品设计中的复杂性。为了增加设计者对产品设计中决策过程行为的理解和预测能力,提升设计决策的效率和效能,本论文围绕产品设计中的复杂性和不确定性管理,以产品设计决策过程的建模为着眼点,提出基于知识的产品设计决策过程建模方法,从灵活性、适应性、鲁棒性定义决策工作流的设计策略,对决策工作流的元设计过程、以决策为中心的设计空间探索、不确定性下的鲁棒决策工作流设计这3个方面进行深入研究,并通过不同的设计问题验证所提出方法的有效性;最后设计并开发基于知识的设计决策向导系统说明论文研究内容的可行性。论文主要研究内容如下:(1)基于知识的产品设计决策过程建模方法框架。不同的设计过程策略产生不同的设计结果,设计过程策略的制定体现了设计者对特定设计问题的理解,有效的设计过程建模方法不仅可以减少系统设计的迭代次数,提升设计效率;同时还有利于对系统设计中反映产品和过程设计信息和知识的获取与重用。为了实现对不同设计问题和设计对象的统一标准化描述,论文从基于决策的设计角度对工程系统的设计过程进行定义和表示,通过对产品设计决策过程建模的需求分析,提出基于知识的设计决策过程建模方法框架。该框架的重点是实现决策工作流设计策略的制定,即通过决策工作流设计灵活性、适应性、鲁棒性的实现,解决设计决策过程中对产品设计复杂性和不确定性管理的需求;通过构建基于本体的过程模板实现设计决策过程中对设计知识的获取与重用以及组织与表达等需求。(2)决策工作流的元设计过程建模方法研究。为了实现决策工作流的设计灵活性,提出一种基于PEI-X的设计决策过程建模方法,并通过元设计信息集成模型的确定,定义PEI决策过程模型中不同层次、不同粒度的元设计层次结构信息。基于PEI-X决策过程中的实体要素构建元设计知识模型,主要包括5个顶层概念及其相关属性,即“过程模板”、“支持问题实体”、“系统实体”、“通用设计知识”以及“信息”;开发基于PEI-X的元设计本体,构建基于PEI-X本体的元设计层次结构设计方法以及用于捕获不同过程粒度信息的设计过程模板。最后利用壳管式热交换器的设计过程说明该研究方法的有效性。(3)以决策为中心的设计空间探索方法研究。为了实现决策工作流的设计适应性,提出一种以决策为中心的设计空间探索方法,包括探索过程的规范化定义和设计空间调整情景的识别等。基于本体开发设计空间探索过程的知识模型,构建基于本体的设计空间探索过程模板以及相应的模板设计方法,以确保满足不同目标要求的设计信息的正确组合,减少在设计过程中误差积累的风险。最后通过热杆轧制过程链设计问题说明该研究方法的有效性。(4)不确定性下的鲁棒决策工作流设计方法研究。为了实现决策工作流的设计鲁棒性,提出一种不确定性下的鲁棒决策工作流设计方法,主要包括对输入参数(噪声因子、控制因子)、仿真模型和模型过程链3种不确定性类型的辨识,以及对相应鲁棒设计的确定等。基于本体开发鲁棒决策工作流设计知识模型,构建基于本体的鲁棒决策工作流设计过程模板和相应的设计方法,以确定合适的设计决策过程实现对相应不确定性的管理,保证设计系统/过程的质量。最后通过多功能含能结构性材料(MESMs)的设计问题说明该研究方法的有效性。(5)基于知识的设计决策向导系统设计。基于上述理论和方法的研究,设计开发基于知识的设计决策向导系统以验证所研究内容的可行性。说明系统业务需求,设计系统主要功能模块和总体架构;重点针对系统中的决策工作流模块,定义面向设计决策过程的业务流程模型和工作流执行机制,设计决策工作流引擎和决策过程建模工具等内容,并基于Java语言对系统进行开发。