融合语义表示和关系学习的产品设计理性隐性知识获取与重用机制研究

Product design depends on design knowledge, including explicit knowledge and tacit knowledge. The design rationale captures and represents the design thinking in the product design process，which includes design consideration, reasoning and decision-making. However, it also just records the results of design thinking，and the tacit knowledge on how to make design decisions still remains in the brain of designers as tacit knowledge. Based on the previous research on the semantic representation for design rationale of products, and using the theory and method of statistical relational learning, this paper proposes research on mechanisms of tacit knowledge acquisition and reuse in the product design rationale. In this research, the main scientific issues are: how to obtain the tacit knowledge of product design and transform it into a computable mode, and how to learn influence laws from the relationships between latent feature instances in order to obtain the ability to reuse tacit knowledge in following design. The main research contents are: an ontology model integrated latent features with the semantic representation of design rational, tacit knowledge acquisition and conversion of computable mode, relational learning model for latent features, mechanisms of tacit knowledge reuse, and validation for methods presented in this research. In this project, the weight coefficients which describe the influence between latent features can be calculated from the relational learning of a large number of vector data. As a result, the tacit knowledge obtained in the design rationale can be calculated, recalled, and reused. This research is of great significance to break through the current mode of modelling product design knowledge and promote the development of the intelligent design technology.

产品设计依赖于设计知识，包括各种显性知识和隐性知识。设计理性表示了产品设计过程中的斟酌、推理和设计决策等设计思维，但还只是记录思维的结果，设计理性关系中的映射知识仍然作为隐性知识存在设计者大脑中。在设计理性语义表示研究基础上，本项目提出开展融合语义表示与统计关系学习的产品设计理性隐性知识获取与重用机制的研究。主要科学问题是：如何获取产品设计隐性知识并将其转换为一种可计算的模式；如何从设计隐性特征实例关系中进行学习，获得重用设计隐性知识的能力。需要开展的主要研究内容有：集成隐性特征的设计理性语义表示本体模型、设计理性隐性知识获取与可计算模式、隐性特征关系学习模型、隐性设计知识重用机制和方法应用验证。本项目试图从隐性特征向量数据的关系学习，获得其相互影响的权重系数，从而实现设计理性隐性知识的可计算、可记忆与可重用。本研究对突破目前产品设计知识表示模式，促进产品智能设计技术的发展有重要的意义。

产品设计依赖于设计知识，包括各种显性知识和隐性知识。设计隐性知识表示了产品设计过程中的各种斟酌、推理和设计决策等设计思维，设计隐性知识很难用文字和语言表达，主要存储在设计者大脑中。针对隐性设计知识特点和应用，本项目提出两个科学假设，开展融合语义表示与统计关系学习的产品设计隐性知识获取与重用机制的研究。主要开展了如下内容研究：.（1）产品隐性设计知识的捕获与表示研究. 主要开展产品隐性设计知识特性和表达模式、基于知识图的产品隐性设计知识捕获机制的研究。提出将包含隐性设计知识的设计结果事实表达为知识图谱，提出一个面向问题-方案的产品设计知识图谱模型，构建高层次的产品设计知识本体模型。.（2）基于知识图谱关系学习的产品隐性设计知识重用研究. 主要开展产品隐性设计知识重用模式、产品设计知识查询模式、产品设计知识图谱关系学习理论与方法研究。通过研究提出一个融合语义表示和关系学习的产品设计理性隐性知识获取与重用框架，提出将隐性设计知识重用问题转化为面向问题-方案关系预测问题，将产品设计知识图谱通过一个三阶张量表示和张量分解，获取问题和方案关系存在的概率分数，通过对概率分数排序，获取最佳的设计解决方案。.（3）产品设计特征智能重构理论与方法研究. 主要开展综合和紧凑的三角网格拓扑表示、特征识别和重构的语义方法、面向设计特征重构的实体边界模型布尔分割方法研究。.（4）产品隐性设计知识获取和重用方法应用研究. 主要开展了1）基于知识的冲压模具产品设计研究，包括冲压模具产品设计概念本体和冲压模具产品设计事实知识图谱构建、查找冲压模具设计问题-解决方案等。2）基于知识的公差规范自动设计研究，包括基于知识的公差规范自动设计框架、基于本体支持知识图的公差信息表示、融合公差信息知识图关系学习的公差规范自动设计。. 本研究完成的工作都进行了编程和实例验证。对突破目前产品设计知识表示模式，促进产品智能设计技术的发展有重要的意义。