基于事件模型的产品功能设计研究及应用

【摘要】产品概念设计是产品设计过程中最活跃、最富有创造性的阶段之一。功能是概念设计的主要处理对象。功能的抽象化、表达、分解和推理是概念设计阶段的核心问题。近年来，事件作为一种具有广阔应用前景的知识表示方法，逐渐成为如人工智能等知识处理领域的研究热点之一。本文从事件角度出发，研究基于事件模型的产品功能设计相关问题。完成的主要工作如下：1.基于对产品构成本质问题的认知思考，提出了一种产品的事件认知方式。根据对产品具体实体构成和抽象功能构成的分析，从认知角度探讨了产品的事件构成问题，提出了一种将事件作为产品基本构成单元的认知方式：产品本质上可看作是保证体现产品功能的事件有控制地、有序发生的系统。产品的事件认知方式符合人们的思维习惯，便于理解和使用。2.为了给事件这种产品基本构成单元提供统一的描述方式，建立了事件的数学描述模型。在事件表示模型中，采用命题逻辑来表示事件的本体，集合论和域关系演算来表示事件的变体，且变体是本体约束下事件的可变空间，进而成功地将事件的本体和变体有机结合来表示事件整体；基于事件表示模型，建立了描述事件选择、投影、例化、连接、分解及等价等操作的事件运算模型。上述两个模型统称为事件模型。事件模型的事件本体给出了事件的变化依据，事件变体圈定了事件的变化范围，事件操作实现了事件的变化方法，从而为产品功能设计和设计多样性的研究奠定了理论基础。3.针对产品功能表达需同时表达功能内涵和外延的要求，提出了产品功能的事件表达方法。基于事件模型，采用事件的本体表示功能的内涵，事件的变体表示功能的外延，借助事件本体对变体的约束作用来反映功能内涵和外延的辩证关系，进而提出了产品功能的事件表达方法。同时，给出了描述功能的事件知识分类方法和组织方法，并提出了基于事件模型的产品发明创意提出方法。功能的事件表达方法有利于拓展设计空间，便于进行联想扩展，有助于得到更多创新解并提高设计问题的求解效率。4.在事件功能表达方法的基础上，给出了基于事件模型的功能建模方法。在探讨了基于事件模型的产品设计多样性和功能设计基本过程的前提下，首先，给出了借助事件知识层次树实现总功能抽象的方法；其次，确定了事件功能的分解原则和分解方法，建立了表达产品功能构成的事件功能分解树，并给出了该树的图形表示、数学描述和求解算法等；最后，结合事件知识层次树，给出了拓展事件功能分解树的概念和拓展方法，并探讨了事件知识重用等问题。基于事件模型的功能建模方法可降低问题的复杂度，提高设计效率，拓展设计空间。5.将基于事件模型的产品功能设计方法应用于空间可展开天线设计和网络智能自动辅导系统研发中，取得了满意的结果。一是，给出了可展开天线展开功能的事件表达和抽象，进而提出了两种新的可展开天线创意；二是，将上述模型和方法应用于“乐辅通”网络智能自动辅导系统的创意提出、总功能分解、功能结构建立及功能模块开发中，提高了系统的智能性和研发效率。这两个例子验证了本文模型和方法的正确性与有效性。
【作者】许威；
【导师】段宝岩；赵克；
【作者基本信息】西安电子科技大学，机械制造及其自动化，2014，博士
【关键词】概念设计；知识表示；功能设计；功能表达；功能分解；功能建模事件；本体；变体；事件模型；发明创意；

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