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现代产品日趋复杂,往往是由来自不同学科的零、部件构成的产品系统。因此,技术产品的概念设计往往需要涉及多个学科的设计知识。但是,专业化分工的现代教育体系常常使设计师缺乏必要的多学科知识。因此,对于设计师而言,在产品的概念设计阶段,探索广阔的多学科设计空间从而寻找到合适的设计解是一项非常困难的任务。对此,一个可能的途径是开发计算机辅助概念设计系统,通过计算机的大容量存储和高速计算性能来帮助设计师进行多学科设计知识的综合,从而实现产品的原理创新。现有的计算机辅助概念设计系统大多是面向单学科领域的知识综合系统,难以适用于多学科产品创新。因此,研究面向多学科产品的概念设计理论方法及其技术实现,对于提高我国工业企业的产品创新能力具有重要意义。为此,本文主要探索了一种面向多学科能量转换型产品(系统)的原理解功能综合方法。具体包括以下几个方面的研究工作: (一)多学科能量对象的统一表达方法研究 在能量转换系统中,能量型作用对象是计算机辅助概念设计系统进行求解综合的主要操作对象。多学科系统中会涉及多种不同领域的能量对象,通常需要用不同的特征来描述它们。因此,本文提出一种基于物理量属性配置的能量对象表达方法以实现对多学科能量对象的形式化建模。 (二)多学科原理解的功能知识建模方法研究 原理解的功能知识是概念设计系统根据设计问题进行推理求解的基础。现有的功能表达模型多依赖于单学科领域知识,具有一定的领域局限性,难以应用于多学科系统。因此,本文在多学科物理量属性值配置的基础上,建立了结构化的原理解功能表达模型,包括输入流-输出流名称对,作用于输入流/输出流上的约束,以及输入-输出属性值之间的映射规则等内容,从而以一种统一的、通用的结构化形式描述多学科原理解的功能知识。 (三)基于“感知-作用”的功能综合方法研究 在多学科产品概念设计环境中,概念设计问题以及原理解的功能知识都将以新的形式出现。本文在原理解功能知识结构化表示的基础上,进一步提出一种基于设计主体“感知-作用”行为模式的原理解功能综合方法来实现对概念设计问题的推理求解。 (四)基于Multi-Agent的协同求解技术研究 多学科产品创新需要在广阔的解空间里寻求最合适的创新解。为了提高功能综合的效率,本文提出一个基于多智能代理(Multi-Agent)的设计综合模型,即采用多个Agent协同协作的方式实现大规模解空间下高效的功能求解,从而使得计算机能较迅速地帮助设计师发现最优的概念解。 (五)智能功能综合系统的开发 根据前文提出的基于“感知-作用”的功能综合方法,开发出相应的实现算法,并利用ASP.Net技术和SQL Server数据库技术进行软件实现,开发出一个支持多学科产品概念设计组合创新的功能综合平台。在此基础上,进一步采用WCF技术构建分布式的概念设计协同求解环境,通过多个设计Agent协同的方式实现原理解高效综合的目的。 (六)多学科原理解知识库的建立 根据原理解功能表达模型,收集、整理了来自机械、液压、电子、电工、光电等多个领域的原理解知识,初步建成了一个一定规模的原理解知识库。 最后,对全文进行了总结,并对未来的工作进行了展望。