挖掘机的方案设计过程,是一个非常复杂、耗时,且工作量大的过程。挖掘机设计知识,由于其多样性、关联性、设计知识中包含大量数值计算等特点,导致了该类知识很难像诊断类、决策类、预报类等专家系统中那样用传统的知识表达方法表达。为此,本文在整理挖掘机设计知识、分析知识特点的基础上,提出了用规则矩阵表达挖掘机初设计中的推理控制知识和用关联矩阵表达再设计中的经验知识的新方法,开发了用于挖掘机设计的专家系统,从而减轻了设计师工作量,提高了挖掘机设计的速度和效率。全文结构如下：第1章阐述了本课题的研究背景和意义,对当前国内外在挖掘机方案设计和优化设计、机械设计类专家系统、知识的表达和推理等与本课题相关领域的研究现状进行了总结归纳,指出当前专家系统在挖掘机设计中的应用还很少,进而确定了本课题的主要研究内容。第2章对挖掘机设计过程中用到的知识进行了归纳整理,分析了这些知识的特点,以及用当前常见知识表达方法来表达这些知识的不足,针对这些设计知识提出了多种知识表达方法相结合的混合知识表达方法。第3章按照挖掘机的设计过程阐述了整个专家系统中挖掘机方案的求解流程。给出了初设计的推理流程,证明了用所提出的规则矩阵表达初设计推理控制知识能实现挖掘机的柔性设计；用关联矩阵表达再设计过程中的经验知识能实现对挖掘机设计参数的合理调整。研究了关联矩阵中有元素设置错误时对推理效率的影响,并提出了改进的推理控制策略。第4章从专家系统的知识库、推理机、解释系统等模块介绍了整个专家系统的实现。并开发了用于图形化显示所设计的挖掘机方案性能的校核系统。最终以76吨挖掘机的方案设计为例,验证了本文所提出的用规则矩阵进行初设计,用关联矩阵表达再设计知识能很好的用于挖掘机设计专家系统中。第5章对本课题的主要研究工作进行了总结,并在此基础上提出了对后续工作的展望。