21世纪的经济发展呈现出信息化、知识化的特征,产品设计过程中知识的增值成为主宰新产品竞争力的决定性因素,基于知识的设计方法已经成为实现设计制造自动化,增强企业竞争力的一项重要高新技术。创新是产品设计的本质和灵魂。在产品设计阶段,对产品功能求解的设计过程,最富创新性。当前,新产品开发设计中所需要的知识越来越多,涉及到不同领域的不断变化知识资源。开展以设计知识获取、表达及运用为核心的计算机辅助创新设计,是提高我国制造型企业的创新能力和核心竞争力的重要途径,也符合《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006～2020)》中“数字化与智能化设计制造”优先主题中“智能化创新设计方法及技术”研究内容。本文在系统地综述了计算机辅助创新设计理论、方法与关键技术研究现状的基础上,提出了模块—功能—行为—结构(Modular-Function-Behavior-Structure, MFBS)框架下基于知识的计算机辅助创新设计关键技术研究。研究设计知识的建模、设计知识的更新、基于本体映射的产品创新设计、设计方案自动生成等关键技术,通过实例验证了MFBS框架下基于知识的计算机辅助创新设计关键技术实现方法的正确性。本文的主要工作有：(1)随着产品结构趋向复杂化,功能趋向集成化和复合化,采用功能—行为—结构(Function-Behavior-Structure,FBS)设计过程模型,组合各分功能的结构形成产品整体设计方案时,容易出现“组合爆炸”问题。借鉴模块化设计在缩小产品设计求解空间方面的优势,提出了MFBS的产品设计过程模型。综合考虑客户需求与产品功能元之间的相关性,功能元之间的流相关性和技术进化时功能元之间的相关性,构造功能矩阵,研究了基于模糊动态聚类的功能模块划分方法。以MFBS设计知识的表达为基础,建立了产品设计知识的MFBS本体表达模型和产品设计知识系统。(2)基于元素级的本体匹配方法、基于概念结构的本体匹配方法都考虑了本体概念语义中的一部分。基于多策略的本体匹配方法也只是把概念自身的语义和概念间的层次结构以加权的形式进行简单地组合。综合利用本体概念自身的语义和概念间的层次结构,提出了基于本体语义块相似性匹配的设计知识更新方法。通过Jena提供的元素提取方法提取OWL文件中的本体元素,采用基于元素级、基于结构级的方法,获得匹配概念对和待匹配概念对；利用本体概念自身的语义信息和本体概念间的层次结构信息,建立概念的语义块；计算概念语义块相似度,判定待匹配概念对的匹配关系,实现改计知识的更新。(3)针对现有的知识检索与推理方法,在以知识间语义关系为主的创新设计方面的不足,采用分层递进的本体映射策略,系统地研究Jena(?)编程实现MFBS本体知识检索与映射推理算法,进行基于知识的产品设计。引入本体概念的变型空间理论,提出了基于变型空间本体映射的产品创新设计方法,提高以产品设计知识间的语义关系为主的产品创新改计能力。(4)在产品设计方案生成阶段考虑结构的全生命周期评价属性,建立结构的全生命周期评价基因模型。构造面向全生命周期评价的适应度函数,采用选择、交叉、变导等遗传操作并设计遗传操作算法，实现基于结构全生命周期评价基因模型的功能模块设计方案的自动生成。更好地体现设计方案的全生命周期评价属性,提高设计方案生成的效率。根据功能结构图,组合各功能模块形成产品的整体设计方案。最后,在关键技术研究基础上,开发MFBS框架下基于知识的计算机辅助产品创新设计系统(Computer Aided Product Innovation Design, CAPID),包括系统框架设计、各模块详细流程,并针对多绳金刚石串珠绳锯设计进行应用研究。综上所述,本文提出MFBS框架下基于知识的计算机辅助创新设计关键技术研究。借鉴模块化设设在缩小产品设计求解的空间方面的优势,研究了产品的设计知识模型,设计知识的表示与更新机制,设计知识的检索与推理技术；在产品设计方案生成阶段就考虑结构的全生命周期评价属性,利用进化技术实现设计方案自动生成,以期获得可持续应用、基于知识的计算机辅助新设计系统。由于采用基于语义块相似语义块相似性匹配的设计知知更新方法,知识系统具有开放性。同时利用进化技术实现设计方案的自动生成,创新过程具有开放性。本课题的研究既立足于可持续应用、MFBS框架下基于知识的计算机辅助产品创新设计的实际需求,又为基于知识的的产品开放式创新设计提供实现途径,具有重要的理论研究意义和实际应用价值。