产品设计本质上是一种基于决策的过程,设计人员在该过程中扮演的是决策者的角色。设计人员的决策特别是设计早期阶段的决策对产品的开发成本和质量有着重要影响,提供决策支持以增强设计人员的决策能力十分必要。有力的决策支持依赖于合适的决策分析方法以及足够的知识(或信息)供应。然而,目前与这两者相关的两个重要领域—基于决策的设计(Decision Based Design,DBD)和知识工程(Knowledge Based Engineering,KBE)方面的研究却相对独立,未能提供有力的决策支持。主要表现在:DBD侧重于从数学层面提供决策分析方法,没有考虑知识输入的重要作用;KBE侧重于从知识管理和供应角度提供决策支持,缺乏有效的决策分析方法或机制。针对以上问题,论文以提供充分有效的设计决策支持为目标,通过集成决策分析理论方法与决策知识的方式,研究构建面向设计决策的知识模型,在知识模型的基础上设计并实现决策支持平台,并通过应用案例验证知识模型和平台的有效性。论文的主要研究内容如下:(1)基于知识的设计决策支持理论框架研究。为实现对具有多样性和复杂性特征的设计决策过程进行充分、有效的支持,提出基于知识的设计决策支持理论框架。该框架首先通过设计过程方程和设计过程模板,从宏观层面对基于决策的设计过程进行统一描述;然后利用决策支持问题理论,对设计过程中两种基本决策类型——选择决策、妥协决策以及由这两种类型组成的耦合决策进行建模;最后,通过本体的方式从计算层面对决策相关的知识进行表达。该框架中,知识通过自底向上的方式实现对不同类型的决策以及基于决策的宏观设计过程的支持。(2)面向选择决策的知识模型研究。针对产品设计中不确定性存在情况下的多方案选择决策过程的知识支持问题,提出以基于效用的选择决策支持问题(utility-based Decision Support Problem,u-sDSP)为基础的选择决策知识模型。该模型通过模板和本体的方式,对选择决策相关的备选方案、属性、效用函数等多项领域相关的陈述性知识以及效用函数构建、期望效用计算、后处理敏感性分析等多项领域无关的过程性知识进行表达,解决选择决策的知识供应问题。最后通过一个具有代表性的案例——电灯开关盖板资源选择问题,对选择决策知识模型的有效性进行验证。(3)面向妥协决策的知识模型研究。针对多学科协同设计中的多目标妥协决策过程知识支持问题,提出基于妥协决策支持问题(compromise Decision Support Problem,cDSP)的妥协决策知识模型。该模型通过模板和本体的方式,对妥协决策相关的参数、变量、约束、目标、偏好等多项领域相关的陈述性知识以及问题求解、多目标权衡分析、设计空间可视化等多项领域无关的过程性知识进行表达,解决妥协决策的知识供应问题。最后通过多学科协同设计的经典案例——薄壁压力容器设计问题,对妥协决策知识模型的有效性进行验证。(4)面向多层次耦合决策的知识模型研究。针对复杂产品设计中多层次、多系统之间的协同复杂决策过程的知识支持问题,提出基于耦合决策支持问题(coupled Decision Support Problem,coDSP)的耦合决策知识模型。该模型以选择决策和妥协决策为基本决策单元,建立基于过程和接口的混合决策间的耦合机制,解决耦合决策的知识获取和共享问题。最后通过多层次、多系统设计的经典案例——门式钢架设计问题,对耦合决策知识模型的有效性进行验证。(5)在上述框架和模型的基础上,自主设计并开发了基于知识的决策支持平台(Knowledge-Based Platform for Decision Support in the Design of Engineering Systems,PDSIDES)。该平台通过将选择决策、妥协决策以及耦合决策分析方法与具体领域知识相融合,形成设计决策知识库,并根据不同知识层次设计人员的对决策支持的不同需求,分别为领域专家、资深设计师和普通设计师开展原始设计、适应性设计和变型设计提供支持。基于Java语言对PDSIDES进行原型系统开发,并通过产品设计实例对PDSIDES进行应用验证。