当电源工程师面对大电流工况下电感元件设计任务情境时,需要掌握电感元件磁性材料的磁饱和特性、电感电流纹波等知识。在交叉学科的语境下,这是一个跨学科研究问题,目标是跨学科整合;在认知心理学的语境下,这是一个认知技能对跨学科变化环境的调适问题,方法是实践性知识的特异化。从抽象层面看,开关电源电感的磁芯材料饱和特性分析及其设计是典型的跨学科复杂问题,研究学科整合和技能的调适迁移对跨学科研究具有普遍意义。然而,跨学科整合与技能调适的复杂性及人类信息加工能力的有限性会造成设计者出现认知超载。因此,需要开发可交互的认知工具,利用人工智能辅助技术模拟、延伸和扩展人的认知,改善认知过程、减少认知负荷,实现技能调适与学科整合。本文以开关电源为研究对象,研究认知技能对跨学科变化环境的调适机制,探索实现学科整合目标的方法论,为人工智能辅助设计提供认知技能表征和认知工具。开关电源设计中问题、约束、知识方法和系统的复杂性决定了跨学科研究的必要性。与单一学科不同的是,基于跨学科研究的认知工具更难提供辅助,这是因为单一学科与跨学科具有不同的学习模式。跨学科学习模式不同于单一学科的知识内核增长式学习,它更加注重学科整合和调适迁移。而目前传统的学习理论,如规则辨别理论,难以适用于跨学科复杂问题解决,它对学习者记忆有不切实际的要求,不可能提前知道情境中的哪些特征对未来的辨别至关重要。人类擅长利用通用性知识,在少量数据上处理随环境多变的信息,但是难以处理大规模信息;而人工智能系统相反,能处理大规模特异化信息,却不擅长在少量数据上做出准确的决策。因此,需开发人机交互系统,建立人类与人工智能系统互相促进的关系,打破人类认知的局限,进而极大提高解决复杂问题的效率。为建立人类与智能系统互相促进的关系,需要建立友好的人机接口以及认知层上相互信任的关联。在解决开关电源设计的问题中,需构建基于对话的交互模式,建立人类可信的跨学科的调适迁移机制,帮助电源设计者有效克服认知超载,实现电气与材料的跨学科整合。因此,设计者与智能助手需要做到两个层面的统一:在人工智能辅导层面,利用人机对话方式建立人机交流模式的统一;在认知层面,以设计者为中心建立跨学科研究中技能习得和调适迁移两类学习模式的统一。为实现这两个方面的统一,需要研究这些难点问题:（1）理想情况下跨学科高性能电源设计对设计者认知技能的需求与实际情况下相关技能缺乏之间的矛盾;（2）从错误中学习对罗列出电源失败原因的需求与复杂系统难以列出所有可能错误之间的矛盾;（3）实现人工智能辅导的个性化对掌握设计者认知技能现实状况的需求与实际信息缺乏之间的矛盾;（4）人类对知识和问题倾向于多元化和非结构化的表达与计算机擅长唯一化和结构化知识表达之间的矛盾。本文引入心理测量方法、模糊认知图、知识图谱和自然语言处理等技术,来解决这些问题。研究工作包括以下几个方面:（1）提出了基于DINA（Deterministic Inputs,Noisy“And”Gate）模型的电源管理实验认知诊断评估方法。基于电源管理综合评价结构,利用设计者对降压稳压器认知能力评测的作答反应数据,采用DINA模型,获得了设计者的电源管理实验认知诊断评估结果。（2）提出了基于贝叶斯网络的电源磁性元件认知诊断方法。运用以证据为中心设计框架,搭建了基于贝叶斯网络的电感元件认知诊断模型;引入有效θ方法和等级反应模型计算变量间的似然概率;基于设计者的电感元件轻量化设计数据,运用马尔科夫链蒙特卡洛方法,得到设计者的电感设计知识或能力的诊断结果。（3）提出了基于探索性因子分析的电源设计能力测量方法。通过对数据进行缺失值处理、平行分析、因子抽取和因子旋转,得到了四因子模型;依据电源设计领域知识,将四个潜在子能力分别命名为效率设计能力、无源器件设计能力、磁性元件的轻量化设计能力和电源经济性设计能力;利用因子得分和电源设计要求确定因子得分阈值;依据阈值得到设计者电源设计子能力测量结果。（4）提出了基于模糊认知图的电源设计认知测量方法并构建了系统。该系统综合考虑了电源设计领域中的技术因素和人为因素,共有69个节点和714个因果连接,可帮助电源设计者优化电源设计,并提供提高知识或能力的建议。（5）基于上述电源领域的认知诊断评估结果,引入知识图谱技术,构建了电源领域知识图谱和设计者数字镜像,并基于此,开发了电源设计智能问答系统。该智能系统可依据设计者的知识结构和能力水平,为设计者提供个性化的回答。