基于本体映射的产品概念设计方案生成新方法

　　产品设计是从需求出发寻求设计结果的问题求解过程.产品的设计过程大体可以分为需求分析、概念设计、总体装配设计和详细设计4个过程,在这4个阶段中,概念设计日益引起人们的关注和重视[1].概念设计是工程设计的前期工作过程,概念设计的结果是产生设计方案.概念设计是由分析用户需求到生成概念产品的一系列有序的、可组织的、有目标的设计活动,它表现为一个由粗到精、由模糊到清楚、由抽象到具体、不断进化的过程[2].概念设计过程是发散思维的过程,是一个求解实现功能的、满足各种用户需求以及技术和经济指标的、可能存在的各种方案并最终确定综合最优方案的过程[3].

　　概念设计方案是概念设计过程中的关键环节之一[4],概念设计方案生成包括对产品设计知识表达和概念设计方案生成推理两部分组成.然而,随着设计产品和设计过程复杂程度的提高,传统的概念设计方案生成方法中的产品知识表达方法与方案生成推理算法都面临着巨大的挑战[5].

　　本体是共享概念化的明确的形式化规格说明,而本体映射的目的主要是为了解决异构本体间的互操作性,目前本体和本体映射的发展和应用涵盖了多个领域,如人工智能、数据集成、知识工程等[6-7].本文提出了一种基于本体映射的产品概念设计方案生成新方法,新方法使用本体映射算法解决产品概念设计方案的推理问题,设计并且实现了起重机起升机构驱动装置的概念设计系统,对新方法的有效性进行了验证.

　　1　产品概念设计方案生成新方法

　　1.1　新方法原理

　　产品的概念设计方案是由设计需求决定的,即从设计需求域R到概念设计方案域B存在映射关系Γ:R→B[8-9].设计需求和概念设计方案不可能完全独立地存在,它们是密切联系的,因此对于产品的完整描述需要包含设计需求域和设计方案域两个方面的知识[8-10].

　　概念设计的推理问题是采用合适的方法对概念设计问题进行求解;如果产品的概念设计方案知识使用本体表示并建立产品设计本体知识库,概念设计的推理问题就是在产品设计本体知识库中寻找满足设计需求的概念设计方案.基于本体映射的概念设计方案生成新方法的思路是:进行产品设计时,首先根据给定的设计需求信息建立产品设计需求本体D,设其中的概念d表示要设计的产品;利用设计需求信息从产品设计本体K中寻找与d最相似的概念k,这是一个本体映射的问题,因此可以通过本体映射算法自动地完成.

　　通过本体映射算法找到的概念k是产品设计本体知识库中与概念d最相似的产品,因而该产品对应的设计方案是方案搜索空间中最符合设计需求的设计方案.