[01443582]基于多层次知识进化和多级实例推理的复杂产品方案三维创新设计方法研究

1、立项背景及意义 基于知识进化的产品方案设计方法和基于实例推理的产品方案设计方法,是两种重要的产品方案设计方法。基于知识进化方法,对于大设计求解空间的创新设计问题有效,通过排列组合,可以给出新颖、创新、出人意料的设计方案;但只能给出产品的初步设计方案,不能进一步完成详细设计方案。目前一般基于知识进化方法只能解决层次结构较为简单的方案设计问题。课题组经过多年研究,提出了基于多层次结构知识进化的复杂产品整体方案设计方法,可给出复杂产品初步设计方案。基于实例推理方法,从有限实例库中搜索匹配相似实例,在通过规则推理修改实例,以完成产品方案设计,该方法对小的设计求解空间的常规设计问题有效,并可给出较具体设计方案;但该方法不适合大求解空间的方案设计问题,特别是通过大量排列组合的创新方案设计问题。 鉴于此,探索一种新的处理机制来解决复杂机械产品创新设计问题,给出复杂机械产品完整设计方案,是非常必要的。 2、主要研究内容 复杂产品方案三维创新设计,涉及创造性思维以及频繁的人机交互,具有较大的求解空间和试探性推理特征,创新设计知识不易总结,加之用户对产品创新设计要求的提高,复杂产品方案设计变得越发复杂。项目组历时4年,形成了具有自主知识产权的核心技术和相关理论成果。结合多层次知识进化和多级实例推理,研究了复杂机械产品方案三维创新设计问题的复杂结构特征,以及复杂结构知识之间的相互关系,探索了一种基于产品基因多层次结构与基于多级实例推理相结合的复杂产品方案三维设计的领域知识表示方法,基于多层次结构基因进化、基于灰色关联的多级实例推理,以及基于多层次基因进化和多级实例推理的的复杂产品整体方案三维创新设计方法,并给出了相应设计模型。在这些理论模型的基础上,提出了基于多层次结构基因进化和多级实例推理的知识库的创建方法,并建立了相应的实验验证系统,最后,结合复杂产品设计方案综合评价、三维可视化及人机协同机制的研究成果,研制开发了复杂机床产品方案三维创新设计平台。课题研究成果促进了复杂产品相关技术的发展,搭建了相关研究的学术平台,为复杂产品方案三维数字化创新设计提供一个有效的方法和途径。 3、主要成果 经过4年的研究,项目取得了多项关键技术突破,在总结技术成果的基础上,获批软件著作权4项,出版中文专著1部,发表论文22篇,并制了一套具有独立知识产权的复杂机床产品方案三维创新设计平台。平台功能包括：产品方案综合评价与决策、产品设计方案三维建模、设计过程与结果三维可视化、设计评价、人机交互与协同、与 CAXA 集成、知识编辑机制,以及多层次结构产品功能载体知识库等。 4、社会经济效益 本项目的研制的复杂机床产品方案三维创新设计平台已经在沈阳机床股份有限公司进行了相应的实验验证和初步应用。截至目前,所创建平台已可以完成对数控车床的75度斜床身、滚动导轨滑台、电动式刀架（刀头数为4）、手动尾台、主轴（直径 230mm）、滑台的滚珠丝杠（Z向直径63mm ;X向直径50mm）等部件的设计。该平台具有产品方案的综合评价与决策功能,可以能进行产品方案的三维建模、设计过程与结果可视化,并具有人机交互协同功能,能有效提高设计的效率与方案设计的优化性,缩短了设计周期,丰富了 CAXA 系统的实际应用,提高了设计效率,取得了较好应用成效,产生间接经济效益1000余万元。