基于知识工程的固体发动机设计方法及其应用研究

论文摘要

本文以固体发动机方案论证为应用背景,系统开展了基于知识工程的固体发动机设计方法及其应用研究。建立了基于知识工程的固体发动机设计体系框架,给出了固体发动机结构-行为-功能映射关系,分析了固体发动机设计特点和设计需求,提出了解决知识表示、知识获取和知识推理等问题的有效方法,为实现固体火箭发动机设计知识继承提供了有效途径。开展了设计功能域建模研究,得到用于设计推理的量化设计要求。开展了映射关系建模研究,明确了总体和分系统设计推理具体任务,给出解决模型知识和经验性知识获取及表示问题的要点。研究了面向对象的混合知识表示方法。分别提出了量化设计要求语义网表示、材料框架表示、启发性知识定性规则、经验性知识神经规则,给出了发动机总体方案、药型、壳体形状、喷管结构、型面及点火器设计结果决策表等单一知识表示方法。应用面向对象技术对单一知识进行封装,实现了面向对象的固体发动机设计案例表示。研究了专家经验指导下的设计知识获取方法。针对量化参数间映射关系,提出了基于定性推理和基于数据挖掘的启发性知识获取策略。针对设计经验性知识来源,分别建立了面向产品实例和面向领域专家的经验性知识获取策略。为提高知识获取完备性和实现较细获取粒度,结合信息熵技术,提出了实例与专家经验相结合的经验性知识获取策略。研究了基于案例的固体发动机集成化推理方法。为解决相似案例差异性问题,提出了基于划分聚类和模糊神经网络的设计案例相似性检索方法。针对映射关系的模糊性和耦合性,提出了基于神经规则的定性描述量调整和基于定性规则的量化参数调整的案例调整策略。建立了发动机总体和各分系统设计推理流程。针对单室单推力和单室双推力固体发动机,实现了基于知识工程的固体发动机设计应用,方案设计阶段涉及总体设计、装药设计、燃烧室设计、喷管设计和点火器设计等内容。本文研究工作用于固体发动机方案论证阶段,对实现设计知识的继承性、设计思路的广泛性和设计过程的快速性具有重要意义。提出的理论和方法具有普适性,可推广应用到一般工程设计问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 基于知识工程的设计技术发展概况
• 1.2.2 专家系统辅助固体发动机设计发展概况
• 1.3 本文研究内容及论文章节安排
• 第二章 基于知识工程的固体火箭发动机设计体系
• 2.1 引言
• 2.2 基于知识工程的设计方法与概念
• 2.3 基于知识工程的固体发动机设计需求分析
• 2.3.1 固体发动机设计的结构-行为-功能建模
• 2.3.2 固体发动机设计特点及问题
• 2.4 基于知识工程的固体火箭发动机设计方法
• 2.4.1 基于案例的设计推理策略
• 2.4.2 面向对象的知识表示
• 2.4.3 专家经验指导下的知识获取
• 2.5 固体发动机设计体系框架
• 2.6 小结
• 第三章 固体火箭发动机设计的结构-行为-功能建模
• 3.1 引言
• 3.2 设计功能域建模
• 3.2.1 非量化性能要求的量化描述
• 3.2.2 量化性能要求间的规范化处理
• 3.2.3 设计功能域建模实例
• 3.3 映射关系建模
• 3.3.1 量化参数间映射关系的具体化
• 3.3.2 定性映射关系的具体化
• 3.4 小结
• 第四章 面向对象的固体发动机混合知识表示方法研究
• 4.1 引言
• 4.2 单一知识表示及其方法研究
• 4.2.1 量化设计要求的语义网表示
• 4.2.2 材料知识的框架表示
• 4.2.3 启发性知识定性规则表示
• 4.2.4 经验性知识神经规则表示
• 4.2.5 基于特征描述的设计结果决策表
• 4.3 面向对象的固体发动机设计案例表示
• 4.3.1 基于设计结果的案例分类层次
• 4.3.2 面向对象固体发动机设计案例表示的实现
• 4.4 小结
• 第五章 专家经验指导下的设计知识获取方法研究
• 5.1 引言
• 5.2 设计启发性知识获取
• 5.2.1 基于定性推理的启发性知识获取
• 5.2.2 基于数据挖掘的启发性知识获取
• 5.2.3 分析与结论
• 5.3 设计经验性知识获取
• 5.3.1 面向产品实例的经验知识获取
• 5.3.2 面向领域专家的经验知识获取
• 5.3.3 实例与专家经验相结合的设计经验知识获取
• 5.3.4 固体发动机设计经验性神经规则确定
• 5.4 显式原理性知识获取
• 5.5 小结
• 第六章 基于案例的固体火箭发动机集成化推理技术研究
• 6.1 引言
• 6.2 固体发动机设计案例相似性检索
• 6.2.1 案例相似性检索问题描述
• 6.2.2 基于比较的案例相似性检索
• 6.2.3 基于聚类和模糊神经网络的设计案例相似性检索
• 6.3 固体发动机设计案例调整技术
• 6.3.1 案例调整方式及适用条件
• 6.3.2 基于神经规则推理的定性描述量调整
• 6.3.3 基于定性规则推理的量化参数调整
• 6.4 固体火箭发动机总体和分系统设计推理
• 6.4.1 总体设计推理
• 6.4.2 装药设计推理
• 6.4.3 燃烧室设计推理
• 6.4.4 喷管设计推理
• 6.4.5 点火器设计推理
• 6.5 小结
• 第七章 固体火箭发动机知识工程设计具体实现
• 7.1 引言
• 7.2 单室单推力固体发动机设计
• 7.2.1 总体设计
• 7.2.2 装药设计
• 7.2.3 燃烧室设计
• 7.2.4 喷管设计
• 7.2.5 点火器设计
• 7.3 单室双推力固体发动机设计
• 7.3.1 总体设计
• 7.3.2 装药设计
• 7.3.3 其它分系统设计
• 7.3.4 分析与结论
• 7.4 小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读博士学位期间发表的主要学术论文
• 参加的主要科研项目