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面对竞争激烈的国际市场环境,不断进行产品创新是保持和提高企业核心竞争力的关键。在产品设计过程中,概念设计能给予设计人员较大的创新空间,是最能体现设计者的智慧和创造性,决定产品的结构特征和技术性能的阶段。类比作为一种重要的创新思维和技法,对于产品概念设计的创新具有重要意义。以心理学中对类比推理过程的研究为基础,众多学者以实验研究和方法研究为手段,探索了类比在设计过程中的最佳时机、作用及对设计结果的影响等,提出了不同的设计知识表征模型、检索方法、知识转移特征。尽管成果丰富,但实验研究各有侧重、结论不一;且检索方式比较单一。因此,类比应用于产品创新中的关键技术仍需进一步研究。基于现有的研究成果和不足,本文针对跨域类比在产品创新设计过程中的应用所面临的部分关键问题,展开深入研究,确定了面向跨域类比创新设计的知识表征模型、类比源检索机制及其形式化描述策略和实现方法。论文的主要内容如下:1、类比及类比设计的研究现状回顾。从现实背景和理论背景两个角度分析了本文研究工作的意义,提出了类比创新设计过程面临的关键问题。在对现有类比源分类方法进行归纳、探讨的基础上,将类比源分为本域类比源和跨域类比源;进一步地,将跨域类比源分为近域、中域和远域三类,进而界定了本文中的基本概念,确定了研究对象及研究范围。2、类比源对设计结果的影响及设计知识转移特征探究。以实验设计为手段,以工程系统间的类比为对象,以统计分析软件SPSS 22.0(Statistical Product and Service Solutions 22.0)为数据处理工具,探索了不同类型的跨域类比源对设计结果创新性的影响;分析实验过程产生的目标设计方案与对应的类比源之间设计知识的映射,归纳了作用原理、动作过程、结构三类知识类比转移特征。3、跨域类比过程中的设计知识表征模型构建。将现有的设计知识表征模型分为面向设计过程的模型、面向技术系统的模型和面向问题分析的模型;以知识类比转移特征为判定原则,对上述模型进行比较。最终以结构—行为—功能(Structure–Behavior–Function,SBF)为基础,提出了改进的结构—行为—功能(Refined SBF,R-SBF)模型及其建模规则。4、知识表征和类比源检索的桥梁搭建。以本体为知识表示策略,在Protégé5.2.0环境中,构建了面向R-SBF的领域本体模型,提供了形式化描述方法,为检索方法的研究及计算机辅助工具的开发奠定了基础。5、类比源检索机制及其技术实现。基于实验研究结果,采取“功能相似为主,行业相似为辅”的检索排序策略,将语义分析和检索过程结合,提出F_sD(单功能&行业领域)检索和F_mD(多功能&行业领域)检索机制。其中,前者以总功能检索为出发点,基于本体和概念连通图,通过建立功能与功能间的语义相似度度量模型实现。后者以行为检索为出发点,首先在基于产生式的行为—功能映射规则下,将行为转化为多个子功能,进而基于潜在语义分析(Latent Semantic Analysis,LSA)技术,建立功能—案例矩阵,提出改进的权重设定方法,利用奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)降维,最终通过计算余弦距离度量案例相似度实现。6、跨域类比创新设计辅助工具开发及过程模型构建。在Windows操作环境下,以RUP软件开发过程及增量模型为指导,采用C++/C#、XML、MySql等程序设计语言,开发了面向跨域类比创新设计的计算机辅助工具(Cross-domain Analogy Aided Design Innovation,AADI);构建了AADI辅助下的产品创新设计过程模型,并应用于智能扫地机的创新设计中。