稀疏设计空间压缩原理与演进式设计智能创成方法研究

Due to the existing innovation design tools' lack of support for converging the creative process and reusing the information of design process, we plan to study on the principle of compressing sparse design space and the method of intelligent generation for evolutionary design. Compressing the design space, narrowing the feasible region of design, this method is designed to assist designers for generating, developing and evaluating those solutions, which will accelerating the process of solving design problems. Based on the design space model and its sparsity, the compressing principle and strategy for different design stages will be studied. In the stage of generating ideas, with study on the method of similarity metric, those diverging raw ideas could be summarized. In the stage of developing ideas, we are going to model the evolution process and excavate design intents by the method of difference calculating, which will lead the ideas to develop efficiently using the knowledge of old solution. In the stage of ideas evaluation, with simulation preposed, the highly abstract level model of simulation component will be built and method of interactive simulation modelling will be proposed. The accompanying simulation with loose constraints and fuzzy evaluation will be used to evaluate the solution quantitatively. This proposal integrates the intelligence of human and computer. It's a creative method for innovation design. Furthermore, theoretical foundation will be laid for developing the tools and systems of intelligent generation for evolutionary design based on the principle of compressing sparse design space.

针对现有创新设计方法缺少对创新过程收敛性的支持、缺乏对创新过程信息的利用等问题，拟开展稀疏设计空间压缩原理与演进式设计智能创成方法研究，通过压缩设计空间，缩小设计可行域，辅助设计人员产生、发展、评价创意，从而加速设计求解过程。基于设计空间模型与其稀疏特性，研究压缩原理与面向不同设计阶段的压缩策略。在创意产生阶段，通过研究相似度度量方法，进而研究设计状态聚类方法，整理归纳发散的原始创意；在创意演进阶段，建立 演进过程模型，利用设计状态差分计算方法，挖掘设计意图，高效重用历史方案信息指导方案演进；在创意评价阶段，将仿真前置，研究高层抽象的仿真组件模型及交互式仿真建模方法，研究实现约束松弛条件下的伴随式仿真，并根据模糊评价理论对创新方案进行定量评估。本项目深度融合人类智慧与计算机智能，为实现创新设计提供了一种新方法和新思路，同时为开发基于稀疏设计空间压缩的演进式设计智能创成创新工具提供理论基础。

概念设计的设计约束较少，是实现产品创新的重要环节，但概念设计的灵活性、抽象性给利用信息技术辅助设计带来挑战。针对现有设计方法对创新设计过程信息缺乏利用、对设计方案收敛缺少支持等问题，本项目建立设计空间模型，从创意产生、创意演进、创意评价等环节研究稀疏设计空间压缩原理与技术，从而实现演进式设计智能创成。.为高效利用创新设计过程的信息，研究了基于术语地图的设计空间建模方法，针对设计空间的稀疏性，研究了覆盖创意产生、创意演进、创意评价全设计阶段的设计空间压缩原理，为演进式设计的智能创成提供理论基础。.在创意产生阶段，爆发式产生的大量原始创意缺乏有效的组织管理，通过研究设计状态相似度度量方法，提出基于自然语言处理的设计状态聚类算法，解决原始创意归类整理的问题，同时研究设计方案挖掘技术，挖掘设计知识，对设计人员的设计思路产生引导。.在创意演进阶段，针对概念设计模糊性和创新性，定义迭代FBS设计演进过程模型，利用机器学习等技术，实现功能、结构、行为的推理，实现初步方案的演进产生；通过研究演进信息差分计算方法，辅助建立设计状态与实现性能的映射关系；针对设计意图的隐性与主观性，面向设计方案的功能分析，研究设计意图显式化技术，实现演进过程的设计意图提取、分析与表达，提高设计知识的重用性。.在创意评价阶段，针对评价概念方案主要依赖经验，缺乏定量分析支持的问题，提出将仿真前置于设计上游的伴随式仿真方法。研究面向伴随式仿真的仿真组件建模方法、基于物理引擎的方案计算方法和基于伴随式仿真的设计方案分析评价方法，实现面向不完备设计方案的构思表达、仿真计算、分析评价，支持设计人员分析设计参数对性能的影响，辅助设计决策。.基于以上研究，设计并开发了演进式设计智能创成支持系统，为创意产生、创意演进和创意评价提供支持工具。系统应用于金融装备创新设计，设计了角度回调纠偏方案，卡钞率低于1/10000，综合到位率99.96%，实现装备性能的显著提升。