面对海量的数据信息,设计人员可以通过粗糙集理论对这些数据进行处理,从中挖掘出各种信息、参数之间的关联,从而可以形成指导产品设计的规则型知识。
1.数据信息的知识表示
产品数据信息来源于已有产品设计实例,在对这些数据信息进行处理前,通过粗糙集理论形成统一的知识库表达形式。
(3-7)
其中,
表示为所有产品设计实例的集合,即论域。
表示为设计条件参数和设计决策(结果)参数的集合。
表示为设计条件参数。
表示为设计决策(结果)参数。
在产品设计知识库中,一个设计条件参数 P 对应着一个等价关系,即在设计条件参数 P 上取值的相等关系,它对设计中所有产品设计实例的集合 U 形成一个划分 U / P 。每个设计条件参数的不同取值就形成了对产品设计知识库的一个划分,参数可以认为是用等价关系表示知识的一个名称。例如,设计条件参数“尺寸”取值的不同就形成了设计人员关于“尺寸”的一个知识。所有设计条件参数集合 C 形成对论域 U 的划分 U / C ,同时设计决策(结果)集合 D 也对论域形成一个划分 U / D 。这两个划分形成了设计条件参数和设计决策(结果)对产品设计实例信息集合分类上的知识。
由于不同的设计人员对设计问题的认识角度不同,他们可以运用不同的标准对产品设计知识库进行分类,从而得到不同的概念,并得到这些概念之间的相互关系。
2.产品设计知识库的要素建立
在具体的产品设计过程中,由于设计人员对产品的属性参数及这些参数对于产品性能的具体影响缺乏足够的认识,对于设计条件参数和设计决策(结果)的内涵和关联缺乏明确的认知,利用现有的水平不能区分各属性参数之间的差别,即具有粗糙性特点:同时有一部分经验性知识本身具有粗糙性。为了描述这些设计条件、参数隶属于产品设计知识库的情况,采用以下概念加以描述。
1)知识表达形式
设给定产品设计知识库为:
(3-8)
其中,
表示为所有产品设计实例的集合,即论域。
表示按照某种参数组合对设计知识库划分所获得的等价关系。
2)上近似和下近似
对于每个产品设计实例的子集
,可以根据等价关系
的基本集合的描述来划分产品设计实例的子集
。则其上近似和下近似可分别表示为:
(3-9)
(3-10)
其中,
表示对设计知识库按照参数进行分类后获得的等价关系集合。
表示等价关系集合
的一个元素。
意义:
表示根据已获得的关于产品设计知识库按照参数的分类结果,这些分类知识一定能归入要求的产品设计实例的子集中。
表示根据已获得的关于产品设计知识库按照参数的分类结果,这些分类知识可能归入要求的产品设计实例的子集中。
3)边界
产品设计知识的边界表示为:
(3-11)
意义:根据已获得的关于产品设计知识库参数的分类结果,这些分类知识既不能肯定也归入要求的产品设计实例的子集中,也不能肯定地归入不是要求的产品设计实例的子集中。即根据现有的关于设计条件参数的分类结果,不能准确确定在要求的设计条件参数约束下可以达到的设计结果。
4)正域
产品设计知识的正域表示为:
(3-12)
意义:根据已获得的关于产品设计知识库按照参数的分类结果,这些分类知识能完全归入要求的产品设计实例的子集中。
5)负域
产品设计知识的负域表示为:
(3-13)
意义:根据已获得的关于产品设计知识库按照参数的分类结果,这些分类知识不属于要求的产品设计实例的子集,它们是属于要求的产品设计实例的补集。
3.产品设计知识库的简化
在给定的分类标准下,众多的设计条件参数中有些参数对产品性能设计起决定性作用,有些参数起到次要性作用。为了判断设计条件参数是否重要,可以采用下面的概念加以描述。
1)参数重要性
设计条件参数在决定最终设计结果时是否必要,可以表示成如下形式:
(3-14)
其中,
表示对产品设计知识库按照参数值进行分类所获得的一个等价关系族。
表示设计条件参数,且
。
表示按照等价关系
对产品设计知识库的分类能力。
根据式(3-14)称设计条件参数
为
中的重要因素,即不可省略的;否则
为
中的次要因素,即可省略的。
意义:在产品设计知识库中可以省略的设计条件参数在知识库中是多余的,如果将它们从知识库中去掉,不会改变人们对产品设计知识库中设计结果的分类能力。相反,若设计条件参数知识库中去掉了一个不可省略的设计条件参数,则一定会改变人们对产品设计知识库中设计结果的分类能力。
2)核
在确定了一个参数是否可省略后,相对于设计结果,必要的设计条件参数可表示成如下核的形式:
(3-15)
其中,
(产品设计知识库)表示不可省略的设计参数的集合。
在进行设计时,设计人员所获得的海量数据库中的参数都是对产品各种性质的描述,这些参数对于产品设计的贡献程度(权重)不同。为了从产品设计知识库中挖掘出适用度较大的知识,同时也为了帮助设计人员从众多的设计条件参数中找到最主要的参数给予重点关注,缩小设计时的搜索范围,减少设计的复杂程度,提高设计的效率,需要对设计条件参数进行简化。对产品设计知识库进行简化,实际上就是要找出产品设计知识库中设计条件参数的核,即不可省略参数的集合。
4.产品设计规则知识的提取
对产品设计知识库中的设计参数进行简化后,设计人员可以得到设计时应该考虑的主要设计参数。设计人员可以参考这些必需的参数在不同层次、不同角度上的相互影响,提取出更多有价值的潜在信息—产品设计规则知识,并且可以将这些隐含的产品设计规则知识作为新的设计知识添加到产品设计知识库中,既可以不断丰富设计人员的设计经验,同时也能很好地继承已有的成熟设计经验,在设计活动中设计出符合要求且具有创新性的产品。