机械产品的智能设计是设计者追求的理想境界,是社会努力的目标。概念设计是机械设计中连接抽象和具体的桥梁,其具有强烈的复杂性、经验性、模糊性和对环境的依赖性,目前在这个阶段还只能依赖设计人员的设计经验,而没有可靠的计算机软件的辅助。随着机械产品模块化、标准化的大力推行,如何将此类可量化的信息和设计人员的经验信息进行融合,成为了目前迫切需要解决的问题。因此,本文提出了“以本体知识库为基础,以自组织理论为推理机制,实现具有一定智能的计算机辅助概念设计系统”的构想。基于此构想,综合运用复杂网络技术、本体论、XML技术、自组织理论等方法,深入研究了机械产品概念设计的智能化实现方法,为提高设计自动化提供了相应的理论和技术支持。本论文的主要研究工作如下：1.机械产品在零件粒度下的静态特性和动态特性分析在分析了若干典型机械装配结构网络的基础上,创新性的提出装配网络的概念,并通过对其特性的分析,发现其具有小世界网络特性和部分无标度网络特性,以及其它6个显著的特点,证明了机械产品在零件粒度下是一个具有高度组织性的系统；通过对装配网络静态特性和动态特性的分析,发现虽然机械零件本身并不具有自主性,但其与其它个体具有自主性的系统一样,其形成的复杂网络具有明显的一些共性。本研究成果为机械装配结构的自组织性研究奠定了理论基础。2.基于本体论的机械装配结构知识本体模型构建功能是通过装配来实现的,根据机械结构能实现的功能类型,提出机械装配结构的概念,并对其进行分类,归纳各自的结构特性；提出了一种将本体的构建和描述过程分成五步来实现的知识本体构建方法——MFSO法；利用“框架表示法+XML"的方法对机械装配结构知识本体进行形式化的描述。为机械装配结构自组织概念设计系统提供了技术基础。3.机械产品在机械装配结构粒度下的组织性分析首先从结构、周期和进化3个方面对比机械装配结构粒度下的机械产品和生物体的相似性,从表面上验证其具有组织性；对机械装配结构网络的特性进行分析,总结出它们3个方面的主要特性,即机械装配结构网络图的组成结构、输入输出的数量和输入输出之间的路径；利用组织论相关的知识,定义了机械装配结构组织,并对影响其组织性的选择不确定性、特征不确定性和配合不确定性进行了分析；最后利用信息论中的熵理论,对机械装配结构的不确定性提出了一个度量方法。4.机械装配结构的自组织演化模型构建创新性的将自组织理论应用在机械产品的概念设计中。首先分别从系统开放性、远离平衡态特性、非线性作用和涨落特性4个方面验证了机械装配结构粒度下机械产品具有自组织发生的环境和条件；其次对机械装配结构之间的竞争和协同的特点和机制进行了研究,分析了机械装配结构粒度下机械产品的自组织动力学特性。建立了机械装配结构的自组织演化模型,为实现机械产品的自动化概念设计提供了有效方法。5.多维沙堆空间的知识库存储机制和改进ACT框架的知识库构建研究针对知识管理中的知识表示和推理问题,特别是具有不确定性的经验知识,创新性的提出了基于多维沙堆空间的知识存储机制,避免了知识库臃肿,并能及时纠正和更新知识库,有效的提高了知识库的智能性；将Anderson的ACT理论进行了扩展,并构建了基于改进ACT框架的知识库,用于对可量化的程序性知识和不可量化的模糊知识的综合管理。为机械装配结构自组织概念设计系统提供了有效辅助手段。最后,分别开发机械零件网络生成系统AGMPNS、机械装配结构知识本体建模系统KOMASS和机械装配结构自组织概念设计系统SOBCACDS,来对本文的研究成果进行了验证。