專利名稱：支持產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識的組織與應用方法
技術領域：
本發(fā)明屬于產(chǎn)品開發(fā)技術領域，特別涉及產(chǎn)品創(chuàng)新設計過程中對設計知識的組織與 應用方法。
背景技術：
產(chǎn)品設計過程是一個設計知識從抽象到具體、逐步細化、反復迭代的過程，是設計 知識的物化過程。隨著各種新技術和新知識的不斷涌現(xiàn)，面向產(chǎn)品創(chuàng)新設計的知識具有 范圍廣、學科復雜、形式多樣的特點，常存在于各種高維、海量、異構、不完全、半結 構化的設計資源中，產(chǎn)品的設計過程越來越成為多學科知識融合的過程。設計知識作為 產(chǎn)品創(chuàng)新活動的動力和源泉，對其進行有效的管理和應用已成為順利開展產(chǎn)品創(chuàng)新設計 過程的關鍵。另外，在產(chǎn)品概念設計的不同階段對設計知識類型的需求也不一樣。在設 計需求分析階段需要設計原理和發(fā)明原，知識對產(chǎn)品發(fā)展方向給予支持，在產(chǎn)品功能求 解階段則需要實現(xiàn)各種功能原理的科學效應和專利知識，而在具體結構和方案評價階 段，根據(jù)具體專業(yè)特點則需要不同領域的學科知識和專題知識。 一直以來，人們對產(chǎn)品 設計知識的組織和應用主要集中在以下兩個方面
(1) 對企業(yè)現(xiàn)有設計領域知識進行挖掘、保存和重用，以幫助設計人員實現(xiàn)對同 類型產(chǎn)品的快速開發(fā)。研究成果也多集中在知識的獲取、表示和復制上。這類研究雖使 產(chǎn)品設計效率得以顯著提高，但由于其依賴的都是某領域具體知識，受專業(yè)知識和思維 慣性的限制，對產(chǎn)品創(chuàng)新的支持層次普遍不高。
(2) 以TRIZ為主的創(chuàng)新方法將創(chuàng)新原理知識進行抽象和歸納，通過具有普遍意義 的原理解知識在較高層次上實現(xiàn)對新產(chǎn)品創(chuàng)新的支持。這類研究雖極大提高了設計人員 的創(chuàng)新思路，但由于其無法提供隱含在隱性原理解知識背后的顯性設計經(jīng)驗知識，常常 會使產(chǎn)品創(chuàng)新設計的具體過程落空。
此外，基于設計目錄的知識組織形式雖具有結構簡單，利于關鍵詞搜索技術的優(yōu)點， 但其產(chǎn)生的"詞匯孤島"現(xiàn)象卻不利于創(chuàng)造性設計方案的產(chǎn)生。由于專業(yè)詞匯缺乏足夠 的知識自我延伸和理解能力，其采用的"以詞對類"的知識應用技術實質是"以點對面" 的關系，這種不對稱的映射關系將極大限制設計人員創(chuàng)新思路的有效擴展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種支持產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識的組織
與應用方法，以促進設計人員創(chuàng)新思維的產(chǎn)生，有效輔助設計人員實現(xiàn)創(chuàng)新過程。 本發(fā)明所述支持產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識的組織與應用方法，包括以下步驟
(1) 根據(jù)設計知識對產(chǎn)品創(chuàng)新概念設計不同階段的不同作用和不同知識來源，將 支持產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識分為原理類知識、綜合類知識和領域類知識，所述綜合類知識 和領域類知識統(tǒng)稱為設計事實知識；
(2) 采用物理特征層、知識語義層和創(chuàng)新屬性層對不同類型的支持產(chǎn)品創(chuàng)新的設 計知識進行表達，物理特征層用于表達設計事實知識，創(chuàng)新屬性層用于表達原理類知識， 知識語義層用于表達物理特征層與創(chuàng)新屬性層間的關聯(lián)關系；
(3) 構建內(nèi)部語義網(wǎng)絡面對原理類知識進行組織，內(nèi)部語義網(wǎng)絡面是在對各種原 理類知識屬性整理的基礎上，對其內(nèi)部邏輯關系進行描述和組織；
(4) 構建外部知識資源網(wǎng)絡面對設計事實知識進行組織，外部知識資源網(wǎng)絡面通 過對具有相同創(chuàng)新屬性的設計事實知識進行分類，并采用設計目錄形式對其進行組合；
(5) 基于立體知識地圖的知識搜索方法，借助本體概念知識間的層次關系及關聯(lián) 屬性建立內(nèi)部語義網(wǎng)絡面與外部知識資源網(wǎng)絡面間的聯(lián)系，所述本體概念知識是以本體 語義形式描述的產(chǎn)品創(chuàng)新屬性知識；
(6) 構建面向產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識庫應用系統(tǒng)，根據(jù)設計任務的需要，為產(chǎn)品創(chuàng) 新設計提供全新式、跟蹤式和改善式三種不同的知識應用模型。
上述方法中，步驟(1)所述原理類知識是對設計過程高度抽象的知識，為設計方 案的解決提供創(chuàng)新規(guī)律，它包含設計原理、創(chuàng)新原理和產(chǎn)品進化原理等；其中設計原理 是關于設計過程的理論和方法，包括設計問題表征，構建設計問題空間，需求分析和推 理規(guī)則等；創(chuàng)新原理是關于產(chǎn)品發(fā)明創(chuàng)造的抽象原理知識，包括蘊含在設計方案內(nèi)部的 產(chǎn)品創(chuàng)新過程所采用的各種創(chuàng)新原理屬性；產(chǎn)品進化原理是包含在產(chǎn)品自身的產(chǎn)生、發(fā) 展、成熟和滅亡的內(nèi)在屬性知識。步驟(1)所述綜合類知識是指存在于多個學科中的 學科原理及其關系的綜合知識，它包含科學效應、專利知識和多學科優(yōu)化知識等，用于 為需求功能原理的實現(xiàn)提供各種設計策略；其中科學效應是由某種原因而產(chǎn)生的特定的 科學現(xiàn)象；專利知識是各學科發(fā)明成果知識的集合；多學科優(yōu)化知識是利用系統(tǒng)中相互 作用的協(xié)同機制來設計復雜系統(tǒng)和子系統(tǒng)的方法知識。步驟(1)所述領域類知識是不 同領域具體設計事實知識，如機械、電子、化工、生物等領域，包括基本工作原理、機構目錄、工程標準、計算公式、設計文檔、工藝規(guī)劃、材料性能和包含用戶需求知識、 背景知識、設計實例的設計專題知識，為各種設計策略的實施提供具體專業(yè)知識。
上述方法中，步驟(2)所述物理特征層為設計事實知識的物理特征，包括文檔、 圖形、動畫和視頻，通過數(shù)學模型、符號公式、符號-語言形式的參數(shù)化表達出來，是 顯性知識表達，可為功能推理、原理解評估等提供依據(jù)；步驟(2)所述創(chuàng)新屬性層是 對支持產(chǎn)品創(chuàng)新設計過程的各種原理類知識屬性整理的基礎上，對其內(nèi)部邏輯關系進行 描述和組織，原理類知識屬性包括功能屬性、行為屬性和結構屬性；步驟(2)所述知 識語義層是采用規(guī)范化的語義形式描述設計事實知識的物理特征，實現(xiàn)具體知識的抽象 化表達和原理類知識的解析。
上述方法中，步驟(3)所述內(nèi)部語義網(wǎng)絡面為縱向層次知識地圖和橫向網(wǎng)絡知識 地圖構成的立體知識地圖，知識地圖是一種描述概念及其關聯(lián)關系的知識導航系統(tǒng)，并 提供通向相關知識源的鏈接工具。它可以協(xié)助組織機構發(fā)掘其智力資產(chǎn)的價值和使用方 法，使組織機構內(nèi)各種專家技能轉化為顯性知識并進而內(nèi)化為組織的知識資源。
上述方法中，步驟(4)所述外部資源網(wǎng)絡面采用Agent知識體進行管理，Agent 知識體由Agent協(xié)調(diào)器、Agent通訊、Agent程序和Agent知識源構成，Agent知識體通 過對具有相同創(chuàng)新屬性的設計事實知識進行分類，采用設計目錄形式對設計事實知識進 行組合并存于其Agent知識源中。
上述方法中，所述內(nèi)部語義網(wǎng)絡面和外部知識資源網(wǎng)絡面的搜索分三個過程實現(xiàn)
一是縱向層次設計原理解知識的搜索，二是橫向設計策略關聯(lián)知識的搜索，三是觸發(fā)對
應Agent知識體獲得具體設計事實資源。系統(tǒng)采用可拓關聯(lián)函數(shù)表示兩概念知識間的相
似程度，將對內(nèi)外部網(wǎng)絡面的設計知識搜索過程轉化為本體語義特征間的匹配問題。 上述方法中，步驟(6)所述面向產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識庫應用系統(tǒng)為層次結構模型，
該模型包括
(1) 用戶層用戶層根據(jù)不同設計階段對設計知識的不同需求，為不同階段設計
人員提供不同的創(chuàng)新設計原理和過程推理知識，并為具體設計方案建立相應的項目管理
文檔；
(2) 搜索層搜索層通過知識地圖搜索技術，將與需求相關的設計知識提供給設
計人員，搜索對象為基于語義的Web本體知識；
(3) 本體層本體層即內(nèi)部語義網(wǎng)絡面，是縱向層次知識地圖和橫向網(wǎng)絡知識地
圖構成的立體知識地圖，根據(jù)語義本體知識的隸屬關系和相關性分別建立縱向層次知識
7地圖和橫向網(wǎng)絡知識地圖，通過本體語義形式進行描述；
(4)資源層資源層即外部知識資源網(wǎng)絡面，采用Agent知識體形式封裝各種設
計事實知識，并建立設計事實知識與本體概念知識之間的鏈接關系。
上述面向產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識庫應用系統(tǒng)的應用流程包括以下步驟
(1) 分析用戶的現(xiàn)實需求和潛在需求，根據(jù)用戶的現(xiàn)實需求和潛在需求明確最終 設計任務；
(2) 將設計任務分為全新式設計、跟蹤式設計和改善式設計三類，對全新式設計 進行功能需求分析，對跟蹤式設計進行技術需求分析，對改善式設計進行沖突分析，并 為不同設計類型提供不同的設計途徑；
(3) 根據(jù)各種設計類型所需的設計知識，對內(nèi)部語義網(wǎng)絡面進行搜索，分別為不 同設計類型提供相應適合的設計知識，實現(xiàn)設計知識的遷移、聯(lián)想、綜合及優(yōu)化，激勵 設計人員產(chǎn)生新的設計思路；
(4) 對各種設計思路進行具體結構設計，形成多種新產(chǎn)品，對各新產(chǎn)品分別進行 評估、優(yōu)化和篩選，確定錄用新產(chǎn)品。
本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在
1、 本發(fā)明所述方法根據(jù)對面向產(chǎn)品創(chuàng)新設計不同階段的不同作用和不同知識來源， 將設計知識分為原理類知識、綜合類知識和領域類知識，分別為用戶需求功能的實現(xiàn)原 理、原理的實施策略和策略的完成形式提供知識支持。
2、 本發(fā)明所述方法基于激勵產(chǎn)品創(chuàng)新過程的支持，采用物理特征、知識語義和創(chuàng) 新屬性層形式對設計知識進行表達，實現(xiàn)設計知識的物理特征、規(guī)范化語義與抽象化創(chuàng) 新屬性間的知識描述和解析，采用內(nèi)部語義網(wǎng)絡面實現(xiàn)對原理類知識的組織，采用Agent 知識體對設計事實知識的物理特征進行組織，通過內(nèi)外部語義網(wǎng)絡的相關性，實現(xiàn)"以 面對面"的設計知識組織和管理。
3、 本發(fā)明所述方法為設計人員提供全新式設計、跟蹤式設計和改善式設計三種知
識輔助創(chuàng)新設計方法，針對每類設計的特點和需求分別進行相應的設計流程，并為其提
供所需的設計知識類型，通過基于立體知識地圖的知識搜索過程，既能激勵設計人員創(chuàng)
新思維的產(chǎn)生，又能有效輔助創(chuàng)新過程的具體實現(xiàn)。


圖1是本發(fā)明所述方法中面向產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識的分類關系及來源圖。 圖2是本發(fā)明所述方法構建的面向產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識庫應用系統(tǒng)的邏輯層次結構圖。
圖3是本發(fā)明所述方法構建的面向產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識庫應用系統(tǒng)的運行流程圖。 圖4是對內(nèi)部語義網(wǎng)絡面和外部知識資源網(wǎng)絡面的知識搜索過程圖。 圖5是外部知識資源網(wǎng)絡面所述Agent知識體觸發(fā)應答過程圖。 圖6是采用本發(fā)明所述方法進行創(chuàng)新設計的一種流程圖。
圖7是采用本發(fā)明所述方法構建的一種內(nèi)部語義網(wǎng)絡面和外部知識資源網(wǎng)絡面的示 意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖通過實施例對本發(fā)明所述方法作進一步說明。 實施例1:支持產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識的組織與應用方法
1、 支持產(chǎn)品創(chuàng)新概念設計不同階段的設計知識包括設計原理、發(fā)明原理、專利知 識、科學效應、決策支持知識、領域知識、多學科優(yōu)化知識和專題知識，將它們按原理 類知識、綜合類知識和領域類知識進行分類，綜合類知識和領域類知識統(tǒng)稱為設計事實 知識，如圖1所示。
2、 采用物理特征層表達設計事實知識，采用創(chuàng)新屬性層表達原理類知識，采用知 識語義層表達物理特征層與創(chuàng)新屬性層間的關聯(lián)關系。
3、 構建內(nèi)部語義網(wǎng)絡面對原理類知識進行組織，通過整理原理類知識，根據(jù)語義 本體知識的隸屬關系和相關性進行構建，構建過程如下
首先，根據(jù)功能粒度的層次性自上而下構建具有樹狀層次結構的功能關聯(lián)關系，可 得到縱向(樹狀)層次知識地圖，由于不同功能知識節(jié)點保存著實現(xiàn)該功能的設計原理 解，則該縱向(樹狀)層次知識地圖也是設計原理解知識地圖；然后，將各層功能知識 節(jié)點通過原理解屬性關聯(lián)到其它具有相同屬性的知識節(jié)點，并為這些節(jié)點提供具體實現(xiàn) 該設計原理解的各種設計策略，從而又建立起一張橫向(網(wǎng)狀)知識地圖；橫向(網(wǎng)狀) 知識地圖節(jié)點根據(jù)需要也具有向下層衍生的擴展功能，因而最終建立起一幅縱向層次知 識地圖和橫向(網(wǎng)狀)知識地圖構成的立體知識地圖。內(nèi)部語義網(wǎng)絡面中各個知識節(jié)點 間的搜索、抽取和推理均通過知識本體間的語義關系加以實現(xiàn)。在內(nèi)部語義本體模型中， 不同層次間的知識本體通過本體子類繼承，各子類概念知識本體之間的橫向關聯(lián)關系則 通過本體語義實現(xiàn)。內(nèi)部語義網(wǎng)絡面采用統(tǒng)一的功能本體形式加以表達，并借助可擴展 標記語言XML語法結構進行描述?；诹Ⅲw知識地圖構建的內(nèi)部語義網(wǎng)絡面描述了實現(xiàn) 某種用戶需求功能的本體知識，網(wǎng)絡節(jié)點名可用功能動名詞形式表示，動詞表示功能實現(xiàn)的操作，如輸入、輸出、傳遞、引導等，用V表示，名詞表示操作的對象，如氣體、 液體、聲音、電磁、熱等，用N表示，它的作用是以概念語義形式為設計人員組織實現(xiàn) 某種需求功能的多學科設計原理解及策略知識。
4、 構建外部知識資源網(wǎng)絡面對設計事實知識進行組織，外部資源網(wǎng)絡面采用Agent 知識體進行管理，Agent知識體由Agent協(xié)調(diào)器、Agent通訊、Agent程序和Agent知 識源構成，Agent知識體通過對具有相同創(chuàng)新屬性的設計事實知識進行分類，采用設計 目錄形式對其進行組合并存于其Agent知識源中。外部知識資源網(wǎng)絡面所述Agent知識 體觸發(fā)應答過程如圖5所示，設計者借助立體知識地圖的推理過程，先搜索得到所需知 識地圖葉節(jié)點的概念知識，并觸發(fā)相應的資源Agent知識體。Agent協(xié)調(diào)器將對該觸發(fā) 請求進行判斷，基于自身包含的知識內(nèi)容調(diào)用相應處理程序對該觸發(fā)請求進行應答。同 時將滿足某種創(chuàng)新屬性的設計事實知識反饋給Agent協(xié)調(diào)器，最終為設計者提供所需具 體的設計資源。
5、 基于立體知識地圖的知識搜索策略，借助本體概念知識間的層次關系及關聯(lián)屬 性建立內(nèi)外部知識網(wǎng)絡面間的聯(lián)系；
所述內(nèi)部語義網(wǎng)絡面和外部知識資源網(wǎng)絡面的搜索分三個過程實現(xiàn) 一是縱向層次 設計原理解知識的搜索，二是橫向設計策略關聯(lián)知識的搜索，三是觸發(fā)對應Agent知識 體獲得具體設計事實資源。搜索過程見圖4，流程如下
(1) 初始化立體知識地圖節(jié)點，設定可行初值閾O。，定義堆棧表1和堆棧表2;
(2) 將縱向層次知識地圖首節(jié)點t/。，。置于堆棧表l中，計算其與用戶需求功能間 的可拓關聯(lián)函數(shù)K，并判斷K2(D。是否成立，若成立轉向下述步驟(5)，否則轉向下 述步驟(3);
(3) 判斷被搜索節(jié)點是否存在子節(jié)點，若存在則分別置入堆棧表l中，否則搜索 過程結束；
(4) 依次計算堆棧表1中節(jié)點的可拓關聯(lián)函數(shù)K，若滿足《2(D。則轉向下述步
驟(5)，否則轉向上述步驟(3);
(5) 將與節(jié)點t/,所在橫向網(wǎng)絡知識地圖中的各知識節(jié)點置入堆棧表2中，分別計
算可拓關聯(lián)函數(shù)K，并依次觸發(fā)對應Agent知識體，若其中存在滿足設計需求的資源知 識，則搜索終止，否則轉入下述步驟(6);(6) 重新設定可行閾值條件0),且滿足(^ 2 0,+1，返回節(jié)點￡/,.并轉向下述步驟(7);
(7) 判斷節(jié)點f/,.是否存在子節(jié)點t/i+u，若存在子節(jié)點f/,.+u，則分別置入堆棧表l
中并轉向上述步驟(4)，否則終止搜索過程。
6、構建面向產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識庫應用系統(tǒng)
面向產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識庫應用系統(tǒng)如圖2所示，包含四個層次
第一層是用戶層，根據(jù)不同設計階段對設計知識的不同需求，為不同階段設計人員 提供不同的創(chuàng)新設計原理和過程推理知識，并為具體設計方案建立相應的項目管理文 檔。
第二層是搜索層，通過知識地圖搜索技術，將與需求相關的設計知識提供給設計人 員。搜索對象為基于語義的Web本體知識，既利于知識形式一致，又利于網(wǎng)絡協(xié)同。
第三層是本體層，所述本體層即內(nèi)部語義網(wǎng)絡面，是縱向層次知識地圖和橫向網(wǎng)絡 知識地圖構成的立體知識地圖。
第四層是資源層，所述資源層即外部知識資源網(wǎng)絡面，采用Agent知識體形式封裝 各種設計事實知識，并建立其與本體概念知識之間的鏈接關系。
7、面向產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識庫應用系統(tǒng)的使用
面向產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識庫應用系統(tǒng)的使用方法見圖3，包括以下步驟
步驟A、通過對企業(yè)現(xiàn)有產(chǎn)品與竟爭對手產(chǎn)品在性能、主要技術參數(shù)、竟爭力等方 面的分析對比，獲得產(chǎn)品用戶的現(xiàn)實需求。通過對創(chuàng)新技術發(fā)展方向進行預測，借助對 技術市場中產(chǎn)品性能、利潤和專利數(shù)分析，挖掘用戶潛在需求。匯總兩類需求，明確最 終設計任務。
步驟B、將設計任務分為全新式、跟蹤式和改善式設計三類；對全新式設計進行功 能需求分析，對跟蹤式設計進行技術需求分析，對改善式設計進行沖突分析，并為不同 設計類型提供不同的設計途徑。
步驟C、根據(jù)各種設計類型所需的設計知識，基于立體知識地圖對內(nèi)外部資源網(wǎng)絡 進行知識搜索，分別為不同設計類型提供相應適合的設計知識，實現(xiàn)設計知識的遷移、 聯(lián)想、綜合及優(yōu)化，激勵設計人員產(chǎn)生新的設計思路。
步驟D、對各種設計思路進行具體結構設計，形成多種富有創(chuàng)意的新產(chǎn)品，通過對 設計方案分別進行評估和優(yōu)化，逐一對新產(chǎn)品的各種候選方案進行篩選，最終確定滿足 設計要求的最佳新產(chǎn)品。
11實施例2:巡航導彈創(chuàng)新設計
按照本發(fā)明所述方法，巡航導彈產(chǎn)品創(chuàng)新設計步驟如下-步驟A、用戶需求分析與設計任務確定
巡航導彈作為對敵關鍵部門機場、政府、通訊設備、電站等實施快速打擊的重要武 器，存在打擊范圍小、重創(chuàng)有限和難以控制等缺點。本實施例中，面向產(chǎn)品創(chuàng)新的設計 知識庫應用系統(tǒng)采用5W2H提問法，通過人機交互獲得滿足設計約束條件的用戶需求。 用基本功能基對用戶需求進行定義，從而將用戶需求規(guī)范化為基本功能集合，并以動名 詞形式加以描述。若以敵方大型電站作為打擊目標提出設計任務，設計者可根據(jù)系統(tǒng)要 求輸入相應設計需求及條件，并通過需求分析策略獲得具體的需求功能。該應用系統(tǒng)提 供了將問題擴大化和縮小化兩種方式對設計需求進行表征，從而將產(chǎn)品創(chuàng)新目標劃分為 整體原理創(chuàng)新或局部改進創(chuàng)新。
步驟B、不同設計任務下的不同設計途徑
根據(jù)對巡航導彈核心技術系統(tǒng)的進化分析，選擇問題擴大化策略，將設計任務定義 一種全新式產(chǎn)品系統(tǒng)的創(chuàng)新設計。則系統(tǒng)通過對輸入信息的父類提取將設計問題抽象為 "破壞系統(tǒng)"，重新整理表征為"破壞電力"并為其設計全過程的實現(xiàn)提供相應設計知 識，如圖6所示。
步驟C、基于內(nèi)外部知識網(wǎng)絡的知識搜索
本實施例中，內(nèi)部語義網(wǎng)絡面和外部知識資源網(wǎng)絡面的結構如圖7所示，借助層次 樹狀結構對用戶需求功能進行分解，所得的功能分解將對應于內(nèi)部語義網(wǎng)絡面中的縱向 (樹狀)層次知識地圖，對需求功能的分解過程即為對知識地圖節(jié)點的搜索過程，該過 程可由三步實現(xiàn)。
1、 縱向層次知識地圖搜索
根據(jù)搜索算法，由上至下搜索整個立體知識地圖網(wǎng)絡，直到得到滿足條件的設計原 理解節(jié)點。將"破壞電力"功能分解為"提供動力"，"控制軌跡"，"存儲彈體"，"打擊 目標"等子功能，通過對縱向層次知識地圖的搜素，可得到多個實現(xiàn)子功能"實施電力 打擊"的原理解知識節(jié)點，如"破壞結構"、"腐蝕設備"、"融化裝置"、"阻斷電路"等， 如圖6所示。
2、 橫向網(wǎng)絡知識地圖搜索
受設計經(jīng)驗的限制，通用的設計原理解并不能保證設計思路的切實形成。借助本發(fā) 明所述方法構建的系統(tǒng)，通過以縱向層次知識地圖網(wǎng)絡節(jié)點為中心，對與該節(jié)點具有關聯(lián)關系的橫向網(wǎng)絡知識地圖進行搜索，可得到完成設計原理解的多種具體實現(xiàn)策略。這 些策略知識包括了與該語義節(jié)點屬性相關的各種相關專利、科學效應和多學科優(yōu)化知 識，如語義節(jié)點"阻斷電路"可關聯(lián)到的策略知識有短路效應、電控中斷、阻斷電阻 等，如圖6所示。
3、 Agent外部資源知識搜索
調(diào)用短路效應策略，通過觸發(fā)相應Agent知識體則可得到多種實現(xiàn)短路的具體實例 和途徑。如通過增加介質使電路阻斷的具體途徑中包含了石墨、水、金屬、場等多種導 電介質(見圖6)。其為啟發(fā)設計人員產(chǎn)生不同切斷電路的設計思路提供了具體幫助，如 采用石墨則可輔助設計人員產(chǎn)生一種新型石墨巡航導彈的設計思路。
步驟D、結合有關巡航導彈結構設計的專題知識，可快速完成對該創(chuàng)新設計思路的 具體實施方案。采用子母彈頭結構完成石墨巡航導彈戰(zhàn)斗部的具體設計過程。同理，采 用其它實現(xiàn)策略則可開發(fā)出另外不同類型的巡航導彈系統(tǒng)。通過對這些新產(chǎn)品分別進行 評估和優(yōu)化，逐一對新產(chǎn)品的各種候選方案進行篩選，最終確定最佳新產(chǎn)品。
實施例3:汽車安全氣囊創(chuàng)新設計
按照本發(fā)明所述方法，汽車安全氣囊的產(chǎn)品創(chuàng)新設計步驟如下 步驟A、用戶需求分析與設計任務確定
為了有效地保護側面碰撞中乘員的安全，有必要開發(fā)并安裝側面安全氣囊。大多數(shù) 汽車制造商都把氣囊安裝在座椅皮里面，這種安裝方式的優(yōu)點是顯而易見的，但由此也
產(chǎn)生了一個難題發(fā)生側面碰撞時，氣囊必須穿破座椅皮，才能張開而保護乘員的安全； 但在平時，要求座椅皮有很好的強度，不易開裂；這是一對沒有很好解決的矛盾。 步驟B、不同設計任務下的不同設計途徑
根據(jù)對技術問題的分析，選擇問題縮小化策略，將設計任務定義為一種改善式產(chǎn)品 系統(tǒng)的創(chuàng)新設計。利用TRIZ理論對該問題進行分析，發(fā)現(xiàn)存在的問題是，氣囊可以自 由穿出并張開，座椅皮對其沒有阻礙，同時又要求座椅皮有很好的強度，不易開裂，這 是TRIZ中于典型的物理矛盾沖突。
步驟C、基于內(nèi)部語義網(wǎng)絡面和外部知識資源網(wǎng)絡面的知識搜索 將這些沖突作為領域問題，在進化原理知識、發(fā)明原理知識、科學效應知識等的支 持下，利用TRIZ理論中的沖突矩陣、技術進化路線、發(fā)明原理、ARIZ算法等策略和 工具，完成領域問題-標準問題-通用解-領域解的映射，獲得解決沖突的方法，解決此沖 突可用時間分離原理、空間分離原理、整體與部分的分離原理和基于條件的分離原理加以實現(xiàn)。采用空間分離原理，將縫合處的連接由固定的"線"連接改為"扣"連接，如把 縫合處的座椅皮疊合在一起，以"扣合力"加以連接。在正常使用中，這類連接能夠提供 足夠的張力，而在氣囊張開時產(chǎn)生的向外的垂直作用力下，疊合在一起的座椅皮又能夠 迅速脫離約束，不阻礙氣囊的張開，從而解決上述沖突。
步驟D、結合有關氣囊結構設計的專題知識，可快速完成對該創(chuàng)新設計思路的具體 實施方案。通過對該新產(chǎn)品進行評估和優(yōu)化，逐一對新產(chǎn)品的各種候選方案進行篩選， 最終確定最佳新產(chǎn)品。
綜上所述，本發(fā)明所述支持產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識組織與應用方法面向產(chǎn)品的創(chuàng)新設 計過程，針對不同設計階段設計知識的特點和要求，對利于產(chǎn)品創(chuàng)新的相關原理解、策 略等屬性類知識進行提取，建立具有針對性的內(nèi)部語義網(wǎng)絡面和外部知識資源網(wǎng)絡面， 為各種設計原理解及策略的具體實現(xiàn)提供豐富設計素材，結合以面對面的知識搜索技 術，實現(xiàn)設計知識的遷移、組合、疊加、聯(lián)想和綜合過程，既能有力激勵設計人員創(chuàng)新 思維的產(chǎn)生，還能有效輔助創(chuàng)新過程的具體實現(xiàn)。
權利要求
1、一種支持產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識的組織與應用方法，其特征在于包括以下步驟(1)根據(jù)設計知識對產(chǎn)品創(chuàng)新概念設計不同階段的不同作用和不同知識來源，將支持產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識分為原理類知識、綜合類知識和領域類知識，所述綜合類知識和領域類知識統(tǒng)稱為設計事實知識；(2)采用物理特征層、知識語義層和創(chuàng)新屬性層對不同類型的支持產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識進行表達，物理特征層用于表達設計事實知識，創(chuàng)新屬性層用于表達原理類知識，知識語義層用于表達物理特征層與創(chuàng)新屬性層間的關聯(lián)關系；(3)構建內(nèi)部語義網(wǎng)絡面對原理類知識進行組織，內(nèi)部語義網(wǎng)絡面是在對各種原理類知識屬性整理的基礎上，對其內(nèi)部邏輯關系進行描述和組織；(4)構建外部知識資源網(wǎng)絡面對設計事實知識進行組織，外部知識資源網(wǎng)絡面通過對具有相同創(chuàng)新屬性的設計事實知識進行分類，并采用設計目錄形式對其進行組合；(5)基于立體知識地圖的知識搜索方法，借助本體概念知識間的層次關系及關聯(lián)屬性建立內(nèi)部語義網(wǎng)絡面與外部知識資源網(wǎng)絡面間的聯(lián)系；(6)構建面向產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識庫應用系統(tǒng)，根據(jù)設計任務的需要，為產(chǎn)品創(chuàng)新設計提供全新式、跟蹤式和改善式三種不同的知識應用模型。
2、 根據(jù)權利要求1所述支持產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識的組織與應用方法，其特征在于 所述原理類知識是對設計過程高度抽象的知識，為設計方案的解決提供創(chuàng)新規(guī)律，所述 綜合類知識是指存在于多個學科中的學科原理及其關系的綜合知識，為需求功能原理的 實現(xiàn)提供各種設計策略，所述領域類知識是不同領域的具體設計事實知識，為各種設計 策略的實施提供具體專業(yè)知識。
3、 根據(jù)權利要求l或2所述支持產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識的組織與應用方法，其特征 在于所述物理特征層為設計事實知識的物理特征，包括文檔、圖形、動畫和視頻，用數(shù) 學模型、符號公式、符號-語言形式的參數(shù)化表達出來；創(chuàng)新屬性層是對支持產(chǎn)品創(chuàng)新 設計過程的各種原理類知識屬性整理的基礎上，對其內(nèi)部邏輯關系進行描述和組織，原 理類知識屬性包括功能屬性、行為屬性和結構屬性知識語義層是采用規(guī)范化的語義形 式描述設計事實知識的物理特征，實現(xiàn)設計事實知識的抽象化表達和原理類知識的解 析。
4、 根據(jù)權利要求l或2所述支持產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識的組織與應用方法，其特征 在于所述內(nèi)部語義網(wǎng)絡面為縱向層次知識地圖和橫向網(wǎng)絡知識地圖構成的立體知識地 圖，通過整理原理類知識，根據(jù)語義本體知識的隸屬關系和相關性進行構建；所述外部 資源網(wǎng)絡面采用Agent知識體進行管理，所述Agent知識體由Agent協(xié)調(diào)器、Agent通 訊、Agent程序和Agent知識源構成，Agent知識體通過對具有相同創(chuàng)新屬性的設計事 實知識進行分類，采用設計目錄形式對設計事實知識進行組合并存于其Agent知識源中。
5、 根據(jù)權利要求3所述支持產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識的組織與應用方法，其特征在于 所述內(nèi)部語義網(wǎng)絡面為縱向層次知識地圖和橫向網(wǎng)絡知識地圖構成的立體知識地圖，通 過整理原理類知識，根據(jù)語義本體知識的隸屬關系和相關性進行構建；所述外部資源網(wǎng) 絡面采用Agent知識體進行管理，所述Agent知識體由Agent協(xié)調(diào)器、Agent通訊、Agent 程序和Agent知識源構成，Agent知識體通過對具有相同創(chuàng)新屬性的設計事實知識進行 分類，采用設計目錄形式對設計事實知識進行組合并存于其Agent知識源中。
6、 根據(jù)權利要求5所述支持產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識的組織與應用方法，其特征在于 所述內(nèi)部語義網(wǎng)絡面和外部知識資源網(wǎng)絡面的搜索分三個過程實現(xiàn) 一是縱向層次設計 原理解知識的搜索，二是橫向設計策略關聯(lián)知識的搜索，三是觸發(fā)對應Agent知識體獲 得具體設計事實資源。
7、 根據(jù)權利要求6所述支持產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識的組織與應用方法，其特征在于所 述內(nèi)部語義網(wǎng)絡面和外部知識資源網(wǎng)絡面的搜索過程如下(1) 初始化立體知識地圖節(jié)點，設定可行初值閾O。，定義堆棧表1和堆棧表2;(2) 將縱向層次知識地圖首節(jié)點f/。,o置于堆棧表l中，計算其與用戶需求功能間的可拓關聯(lián)函數(shù)K，并判斷《2(D。是否成立，若成立轉向下述步驟(5)，否則轉向下 述步驟(3);(3) 判斷被搜索節(jié)點是否存在子節(jié)點，若存在則分別置入堆棧表l中，否則搜索 過程結束；(4) 依次計算堆棧表1中節(jié)點的可拓關聯(lián)函數(shù)K，若滿足《^D。則轉向下述步驟(5)，否則轉向上述步驟(3);(5) 將與節(jié)點C/,.所在橫向網(wǎng)絡知識地圖中的各知識節(jié)點置入堆棧表2中，分別計算可拓關聯(lián)函數(shù)K，并依次觸發(fā)對應Agent知識體，若其中存在滿足設計需求的資源知 識，則搜索終止，否則轉入下述步驟(6);(6) 重新設定可行閾值條件O,且滿足0), 2(1),+1,返回節(jié)點[/,.并轉向下述步驟(7);(7) 判斷節(jié)點[/,是否存在子節(jié)點^+1，;，若存在子節(jié)點[/,+1，"則分別置入堆棧表l 中并轉向上述步驟(4)，否則終止搜索過程。
8、 根據(jù)權利要求1或2所述支持產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識的組織與應用方法，其特征 在于所述面向產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識庫應用系統(tǒng)為層次結構模型，該模型包括(1) 用戶層用戶層根據(jù)不同設計階段對設計知識的不同需求，為不同階段設計 人員提供不同的創(chuàng)新設計原理和過程推理知識，并為具體設計方案建立相應的項目管理 文檔；(2) 搜索層搜索層通過知識地圖搜索技術，將與需求相關的設計知識提供給設 計人員，搜索對象為基于語義的Web本體知識；(3) 本體層本體層即內(nèi)部語義網(wǎng)絡面，是縱向層次知識地圖和橫向網(wǎng)絡知識地圖構成的立體知識地圖，根據(jù)語義本體知識的隸屬關系和相關性分別建立縱向層次知識地圖和橫向網(wǎng)絡知識地圖，通過本體語義形式進行描述；(4) 資源層資源層即外部知識資源網(wǎng)絡面，采用Agent知識體形式封裝各種設 計事實知識，并建立設計事實知識與本體概念知識之間的鏈接關系。
9、 根據(jù)權利要求8所述支持產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識的組織與應用方法，其特征在于 所述面向產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識庫應用系統(tǒng)的應用流程包括以下步驟(1) 分析用戶的現(xiàn)實需求和潛在需求，根據(jù)用戶的現(xiàn)實需求和潛在需求明確最終 設計任務；(2) 將設計任務分為全新式設計、跟蹤式設計和改善式設計三類，對全新式設計 進行功能需求分析，對跟蹤式設計進行技術需求分析，對改善式設計進行沖突分析，并 為不同設計類型提供不同的設計途徑；(3) 根據(jù)各種設計類型所需的設計知識，對內(nèi)部語義網(wǎng)絡面進行搜索，分別為不 同設計類型提供相應適合的設計知識，實現(xiàn)設計知識的遷移、聯(lián)想、綜合及優(yōu)化，激勵 設計人員產(chǎn)生新的設計思路； '(4) 對各種設計思路進行具體結構設計，形成多種新產(chǎn)品，對各新產(chǎn)品分別進行 評估、優(yōu)化和篩選，確定錄用新產(chǎn)品。
全文摘要
一種支持產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識的組織與應用方法，包括以下步驟(1)將支持產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識分為原理類知識、綜合類知識和領域類知識，所述綜合類知識和領域類知識統(tǒng)稱為設計事實知識；(2)采用物理特征層表達設計事實知識，創(chuàng)新屬性層表達原理類知識，知識語義層表達物理特征層與創(chuàng)新屬性層間的關聯(lián)關系；(3)構建內(nèi)部語義網(wǎng)絡面對原理類知識進行組織；(4)構建外部知識資源網(wǎng)絡面對設計事實知識進行組織；(5)建立內(nèi)部語義網(wǎng)絡面與外部知識資源網(wǎng)絡面間的聯(lián)系；(6)構建面向產(chǎn)品創(chuàng)新的設計知識庫應用系統(tǒng)，根據(jù)設計任務的需要，為產(chǎn)品創(chuàng)新設計提供全新式、跟蹤式和改善式三種不同的知識應用模型。
文檔編號G06F17/50GK101587486SQ20091005971
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月23日 優(yōu)先權日2009年6月23日
發(fā)明者劉小瑩, 彥 李, 李文強, 艷 熊, 羅建設, 武 趙, 麻廣林 申請人:四川大學