一种基于模糊认知图的产品创新辅助设计方法技术

本发明专利技术公开的一种基于模糊认知图的产品创新辅助设计方法，涉及产品创新辅助设计方法，属于产品辅助设计、智能制造领域。本发明专利技术根据实际工程问题需求构建规模适合作为辅助设计的外部信息来源的功能词库，并根据功能词之间的影响关系构建模糊认知图，最后通过模糊认知图的演算和推理输出需要设计的产品关联度高且具有创造性信息的功能词汇；将所输出功能词汇作为产品创新设计的辅助信息，通过创新性辅助信息设计使所设计产品具有更多的满足实际需求的功能，提高所设计产品实际使用性能和创新性，解决相关工程问题。本发明专利技术具有普适性，优选机械设计领域工程问题，不限于机械设计领域工程问题。

A method of product innovation aided design based on Fuzzy Cognitive Map

The invention discloses a product innovation aided design method based on fuzzy cognitive map, which relates to the product innovation aided design method, and belongs to the field of product aided design and intelligent manufacturing. The invention is suitable for construction of scale as a function of thesaurus aided design of external sources of information according to the needs of practical engineering problems, and construct fuzzy cognitive map according to the influence of function words in the relationship between the fuzzy cognitive map inference function calculus and output products of high degree of vocabulary associated design and creative information; the output function of vocabulary as the auxiliary information of product innovative design, with more to meet the actual needs through innovative design to make the design of auxiliary information products, improve the product design performance and innovation, to solve engineering problems. The invention has the universality, and selects the engineering problem in the field of mechanical design, and is not limited to the engineering problem in the field of mechanical design.

【技术实现步骤摘要】
一种基于模糊认知图的产品创新辅助设计方法
本专利技术涉及一种产品创新辅助设计方法，尤其涉及一种基于模糊认知图的产品创新辅助设计方法，属于产品辅助设计、智能制造领域。
技术介绍
我国已成为第一制造大国，但多数制造企业自主创新能力较弱。因此，中国亟需加速变革，推进由中国制造向中国创造的转变，企业的创新设计能力也越来越成为企业的关键竞争因素。对产品设计企业而言，创新能力具体体现为产生创新设计方案的综合能力。而设计者所拥有的经验、知识虽然是创新设计方案的来源，但也在一定程度上限制了设计者产生的创新设计方案。设计者常常局限于已有的知识和经验，很难产生创新性强的设计方案。研究发现：用于辅助产品创新设计的外部信息的来源多样，其中，文字信息以其存在广泛且易于应用的特点，适宜作为辅助产品创新设计的外部信息。又因为产品设计是为了功能的实现，可用不同的功能词表示不同的产品功能，所以选取功能词作为辅助产品创新设计的外部信息。现有的功能词库存在规模过大或过小问题，即因功能词库规模过大或过小而不适合作为产品创新辅助设计的外部信息来源。规模越大包含的功能词就越多，设计者对相同设计概念进行描述的方式就不同，越会发生歧义；规模越小包含的功能词就越少，就越难覆盖所有的产品功能。因此，需要构建一个规模适合作为辅助产品创新设计信息来源的功能词库。现有的产品创新辅助信息与需要设计的产品关联度低，导致所设计产品的创新性无法满足实际产品需求。因此，如何紧密结合需要设计的产品进行辅助创新设计，成为了亟待解决的技术问题。
技术实现思路
针对现有的技术中的下述缺陷：(1)现有的辅助产品创新设计中功能词库规模过大或过小而不适合作为辅助设计的外部信息来源；(2)设计产品往往基于设计者的知识和经验，局限了产品设计的创新性；(3)辅助信息与需要设计的产品关联度低，导致所设计产品的创新性无法满足实际产品需求。本专利技术公开的一种基于模糊认知图的产品创新辅助设计方法要解决的技术问题是：提供规模适合作为辅助设计的外部信息来源的功能词库，提高辅助信息与需要设计的产品关联度，提高辅助设计的产品的创新性，即提供与产品实际需求关联度高具有创新性辅助信息，通过创新性辅助信息设计使所设计产品具有更多的满足实际需求的功能，提高所设计产品实际使用性能和创新性，解决相关工程问题。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现。本专利技术公开的一种基于模糊认知图的产品创新辅助设计方法，通过根据实际工程问题需求构建规模适合作为辅助设计的外部信息来源的功能词库，并根据功能词之间的影响关系构建模糊认知图，最后通过模糊认知图的演算和推理输出需要设计的产品关联度高且具有创造性信息的功能词汇。将所输出功能词汇作为产品创新设计的辅助信息，通过创新性辅助信息设计使所设计产品具有更多的满足实际需求的功能，提高所设计产品实际使用性能和创新性，解决相关工程问题。本专利技术公开的一种基于模糊认知图的产品创新辅助设计方法，包括如下步骤：步骤一、根据实际工程问题需求构建规模适合作为辅助设计的外部信息来源的功能词库N。步骤二、计算步骤一所述的功能词库N中功能词之间的语义相似度，得到初始矩阵IM(InitialMatrix)，模糊化处理初始矩阵IM后得到模糊化矩阵FZM(FuzzifiedMatrix)，结合功能词库N的结构得到关系强度矩阵SRM(StrengthofRelationshipsMatrix)，去掉关系强度矩阵SRM中的弱关系，得到邻接矩阵AM(AdjacencyMatrix)，图形化表示邻接矩阵AM后得到模糊认知图FCM(FuzzyCognitiveMap)。步骤二具体实现方法包括如下步骤：步骤2.1、将功能词库N中功能词随机编号为1至n号，计算步骤一所述的功能词库N中每两个功能词之间的语义相似度，根据功能词的编号以及语义相似度的数值得到初始矩阵IM。将功能词库N中功能词随机编号为1至n号，其中n是功能词库N中功能词的数量，计算步骤一所述的功能词库N中每两个功能词之间的语义相似度，所述的初始矩阵IM是一个[n×n]的矩阵，其中：矩阵中的元素Oij表示i号词与j号词的语义相似度。第i列元素Oi1，Oi2，…，Oim组成向量Vi，表示i号词与功能词库中所有词的语义相似度。步骤2.2、将步骤2.1得到的初始矩阵IM模糊化处理得到模糊化矩阵FZM。步骤2.2具体实现方法为：找到步骤2.1中向量Vi中元素的最大值，将Xi＝1分配给Vi中值最大元素，即找到步骤2.1中向量Vi中元素的最小值，将Xi＝0分配给Vi中值最小元素，即将Vi中的其他元素按照比例计算到[0,1]中，即其中：Xi(Oij)是元素Oij对于向量Vi的隶属度。经过上述过程将步骤2.1中向量Vi转换为模糊集，模糊集中的每个元素表示向量Vi的组成Oij对于Vi的隶属度。将向量Vi转换为元素数值在[0,1]之间的模糊集，得到模糊化矩阵FZM，定义模糊化矩阵FZM中元素表示为Fij。步骤2.3、结合功能词库N的结构得到关系强度矩阵SRM。关系强度矩阵SRM是一个[n×n]的矩阵，定义关系强度矩阵SRM中元素表示为Sij。Sij表示i号词对j号词的影响关系。Sij取[0,1]之间的值，当Sij＝0时，表示两个词之间没有影响。根据功能词库N的三个层级，将功能词之间的影响关系做如下定义：定义一：相邻级别词汇之间为单向关系，方向为低级指向高级。一级词汇为最高级词汇，二级词汇次之，三级词汇为最低级词汇。定义二：同一级别且具有同一个高级词汇的功能词之间为双向关系，且任意二词之间均存在影响关系。定义三：除定义一、定义二外，其他功能词之间无影响关系。当存在影响关系时，Sij＝Fij；否则，Sij＝0。将元素Sij作为关系强度矩阵SRM中元素即实现结合功能词库N的结构得到关系强度矩阵SRM。步骤2.4、去掉关系强度矩阵SRM中的弱关系，得到邻接矩阵AM。将关系强度矩阵SRM中的全部元素按照从小到大的顺序进行排列，获得元素的x％分位点m。定义元素Sij的值小于分位点m的为弱关系。去掉关系强度矩阵SRM中较弱的关系，获得邻接矩阵AM，定义邻接矩阵AM中元素表示为Wij。Wij表示功能词之间最终关系强度。即得到邻接矩阵AM。步骤2.5、图形化表示邻接矩阵AM后得到模糊认知图FCM。最终矩阵AM中元素Wij表示第i个词与第j个词之间的最终关系强度，方向为第i个词指向第j个词，即根据邻接AM得到功能词之间的影响关系及方向，画出表示功能词之间关系的模糊认知图。步骤三、根据所需要设计产品的功能，从步骤一所述的功能词库N获取功能词作为产品创新辅助设计信息。根据所获取的功能词获得初始输入向量IPV(InitialInputVector)，与步骤二中得到的邻接矩阵AM相乘获得中间向量MV(MiddleVector)。利用二进制压缩函数将中间向量MV变换为后续输入向量IPV1。重复迭代直至IPVn＝IPVn-1，将IPVn作为输出向量OPV(OutputVector)。根据输出向量OPV获得对应在步骤一中所述功能词库N中的功能词，并将对应在功能词库N中的功能词输出。即利用能够表示产品功能的功能词作为输入，根据步骤二得到的模糊认知图进行演算和推理，得到与需要设计的产品关联度高且具有创造性信息的输出功能词。步骤三具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于模糊认知图的产品创新辅助设计方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、根据实际工程问题需求构建规模适合作为辅助设计的外部信息来源的功能词库N；步骤二、计算步骤一所述的功能词库N中功能词之间的语义相似度，得到初始矩阵IM(Initial Matrix)，模糊化处理初始矩阵IM后得到模糊化矩阵FZM(Fuzzified Matrix)，结合功能词库N的结构得到关系强度矩阵SRM(Strength of Relationships Matrix)，去掉关系强度矩阵SRM中的弱关系，得到邻接矩阵AM(Adjacency Matrix)，图形化表示邻接矩阵AM后得到模糊认知图FCM(Fuzzy Cognitive Map)；步骤三、根据所需要设计产品的功能，从步骤一所述的功能词库N获取功能词作为产品创新辅助设计信息；根据所获取的功能词获得初始输入向量IPV(Initial Input Vector)，与步骤二中得到的邻接矩阵AM相乘获得中间向量MV(Middle Vector)；利用二进制压缩函数将中间向量MV变换为后续输入向量IPV

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊认知图的产品创新辅助设计方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、根据实际工程问题需求构建规模适合作为辅助设计的外部信息来源的功能词库N；步骤二、计算步骤一所述的功能词库N中功能词之间的语义相似度，得到初始矩阵IM(InitialMatrix)，模糊化处理初始矩阵IM后得到模糊化矩阵FZM(FuzzifiedMatrix)，结合功能词库N的结构得到关系强度矩阵SRM(StrengthofRelationshipsMatrix)，去掉关系强度矩阵SRM中的弱关系，得到邻接矩阵AM(AdjacencyMatrix)，图形化表示邻接矩阵AM后得到模糊认知图FCM(FuzzyCognitiveMap)；步骤三、根据所需要设计产品的功能，从步骤一所述的功能词库N获取功能词作为产品创新辅助设计信息；根据所获取的功能词获得初始输入向量IPV(InitialInputVector)，与步骤二中得到的邻接矩阵AM相乘获得中间向量MV(MiddleVector)；利用二进制压缩函数将中间向量MV变换为后续输入向量IPV1；重复迭代直至IPVn＝IPVn-1，将IPVn作为输出向量OPV(OutputVector)；根据输出向量OPV获得对应在步骤一中所述功能词库N中的功能词，并将对应在功能词库N中的功能词输出；即利用能够表示产品功能的功能词作为输入，根据步骤二得到的模糊认知图进行演算和推理，得到与需要设计的产品关联度高且具有创造性信息的输出功能词；步骤四、将步骤三输出的与需要设计的产品关联度高且具有创造性信息的输出功能词，作为产品创新设计的辅助信息，通过创新性辅助信息设计使所设计产品具有更多的满足实际需求的功能，提高所设计产品实际使用性能和创新性，解决相关工程问题。2.如权利要求1所述的一种基于模糊认知图的产品创新辅助设计方法，其特征在于：步骤二具体实现方法包括如下步骤，步骤2.1、将功能词库N中功能词随机编号为1至n号，计算步骤一所述的功能词库N中每两个功能词之间的语义相似度，根据功能词的编号以及语义相似度的数值得到初始矩阵IM；将功能词库N中功能词随机编号为1至n号，其中n是功能词库N中功能词的数量，计算步骤一所述的功能词库N中每两个功能词之间的语义相似度，所述的初始矩阵IM是一个[n×n]的矩阵，其中：矩阵中的元素Oij表示i号词与j号词的语义相似度；第i列元素Oi1，Oi2，…，Oim组成向量Vi，表示i号词与功能词库中所有词的语义相似度；步骤2.2、将步骤2.1得到的初始矩阵IM模糊化处理得到模糊化矩阵FZM；步骤2.3、结合功能词库N的结构得到关系强度矩阵SRM；关系强度矩阵SRM是一个[n×n]的矩阵，定义关系强度矩阵SRM中元素表示为Sij；Sij表示i号词对j号词的影响关系；Sij取[0,1]之间的值，当Sij＝0时，表示两个词之间没有影响；根据功能词库N的三个层级，将功能词之间的影响关系做如下定义：定义一：相邻级别词汇之间为单向关系，方向为低级指向高级；一级词汇为最高级词汇，二级词汇次之，三级词汇为最低级词汇；定义二：同一级别且具有同一个高级词汇的功能词之间为双向关系，且任意二词之间均存在影响关系；定义三：除定义一、定义二外，其他功能词之间无影响关系；当存在影响关系时，Sij＝Fij；否则，Sij＝0；将元素Sij作为关系强度矩阵SRM中元素即实现结合功能词库N的结构得到关系强度矩阵SRM；步骤2.4、去掉关系强度矩阵SRM中的弱关系，得到邻接矩阵AM；将关系强度矩阵SRM中的全部元素按...

【专利技术属性】
技术研发人员：张茜，郝佳，周咏佳，王睿，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11