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计算机辅助创新设计的研究方法探讨

摘要对现有的与计算机辅助创新设计有关的研究思路从两方面进行了归纳、分析和探讨,指出了两种思路各自的优缺点，提出在研究方法上应相对均衡地重视研究求解的方法论和知识基础两方面,以更好地创建符合创新设计思维方法的实用的计算机辅助设计系统。

关键词计算机辅助，产品创新设计,设计方法模型，研究思路

0引言

面对二十一世纪产品竞争日益加剧的挑战，世界各国普遍重视提高新产品开发的设计水平，以不断提高产品的竞争力。以知识为基础的产品创新竞争正成为全球制造业竞争的核心。一个新产品的创新程度，将直接影响产品的整体特性，影响产品的最终质量和市场竞争力.产品创新意味着需要更多的跨学科的知识结构、更复杂的技术支撑和更完善的创新理论[1]。只有从根本原理上进行革新的创新活动，才能真正为社会提供广受欢迎的高性价比新产品,实现产品的性能、质量、价格等方面产生质的飞跃。可以说现代设计的核心就是创新设计[2],这就对创新设计方法提出了新的更高的要求。因此,许多研究人员不断尝试将人工智能中的各种方法、技术融入现代CAD技术之中,试图获得更加先进有效的创新设计方法，以便更好地支持产品的开发设计。通过不懈努力，目前已提出了许多种计算机辅助创新设计方法,这对加速新产品的开发起了积极的作用。

然而机械产品创新设计是一个极其重要而又困难的实践性较强的研究课题。目前创新设计方法研究虽然已取得一些成果，但创新学还处于发展初期，各种不同理论及工具不断涌现，远没有形成普遍可以接受的统一的理论体系[3]。因此，开展产品创新活动需要更多的跨学科的知识结构,更复杂的技术支撑和更完善的创新设计理论方法,以及更有效的计算机辅助产品创新设计的软工具的支持[4]。

随着科技和经济的迅速发展，计算机在设计领域的应用已越来越广阔，创新设计的方法也由原来的智爆法、联想法、形象思维法等基于认知的方法（CognitiveApproach）向基于系统的方法（SystemApproach）方向发展，对设计进程和设计对象进行建模、模拟人类的认知思维模式，极大地推进了创新设计的自动化，并且利用系统论和信息论的研究成果，创新设计开始向智能化发展。当前，关于产品创新原理、创新设计技术等的研究已成为CAD、CIMS领域的一个研究焦点.在这一过程中，由于研究的出发点和侧重点的不同，很多学者提出了不同的甚至带有争议性的理论体系和方法。但这些设计理论和方法不论如何复杂和有争议,主要应当研究的还是两个问题:求解的方法论和知识基础[5]。因此，这些方法论的争执，究其本质，根源于目前应用人工智能技术进行计算机辅助创新设计研究中主要存在着两种不同思路。第一种思路是从设计方法学角度出发，注重求解的方法论与设计模型研究；第二种思路则是从资源利用角度出发，注重知识基础及知识的获取的研究。下面对这两种思路的分别加以叙述、分析。

1第一种思路：从创新设计方法学角度出发，注重求解方法论与设计模型研究

产品创新设计过程是一个从市场和用户的需求出发，以产品的设计要求为初始输入,以具有创新性的产品设计方案为最终输出的充满创新活动的过程。其中的需求分析和概念设计阶段是决定产品最终创新性及其所具有的竞争能力最重要设计阶段。因此，许多研究都非常重视这一阶段的创新，广泛采用创新设计方法学的基本原则作为指导并融入人工智能技术，以实现产品创新的目的。比较有代表性的实现原理是从产品需求分析入手,继而进行功能分解，将设计过程视为在满足约束的条件下由功能确定出结构形式的过程，或称为由功能到结构形式的映射，从而形成一种支持产品设计创新的思路。在这一思路中，一般是从设计方法学角度建立计算机辅助创新设计方法的设计过程模型.并且根据其发展过程可以分为3种观点:

1.1面向对象设计模型[6,7]

将设计建立在已有的专家经验之上,对原有设计方案进行演变或者简单地对部分功能以及结构进行调整.整个设计过程变成从功能分解的高层往低层不断地进行基于专家经验知识库的虚功能的特化或者分解过程。

1.2GDT(GeneralDesignTheory)模型[8，9]

将设计的核心视为一个分解过程、一个映射过程和一个综合过程。它以功能目录为依据,将设计要求进行逐层分解,直至功能目录中存在的基本功能单元为止.然后根据所要设计的基本功能的特点从功能目录中挑选能够完成该设计要求的子功能零部件组，再依据各单元之间的关系将各个子功能零部件组合成一个整体.尽管有些学者提出通过对设计要求进行层次分解来建立功能结构图的讨论,但一般还要通过人工干预进行。从功能到结构的映射,实际上是功能结构图中的每一个分功能与能实现该分功能的结构进行匹配,一般情况下,总体功能往往包含着许多分功能。而每一功能可以由不同的结构来实现,因此