● 摘要
现代设计理论认为，设计是以知识为基础，以新知识获取和运用为核心的创造性活动。因此，以知识的获取与应用为核心的先进设计方法具有重要的研究意义。设计理性（Design Rationale）是设计过程知识系统化的显性表达，它包括设计过程中的所有背景知识和信息，包括设计过程中的问题，设计者针对问题的思考、分析、决策以及分析、决策的依据等。设计理性知识的记录和重用使设计者能够做到“知其然亦知其所以然”。当前设计理性的研究主要集中于设计理性的获取、表达和检索。由于设计理性模型的构建极大的依赖于设计者的专业知识、业务水平和设计习惯，使得单一的设计理性模型实例的准确性和通用性难以保障，阻碍了设计理性的高效重用。
本文针对上述问题构建细粒度设计理性模型记录设计理性知识，在对设计理性模型进行预处理之后，使用过程挖掘领域的相关技术发现共识设计脉络，使用图挖掘领域相关技术挖掘频繁结构，并通过完整性检测和推理生成典型设计知识片段。
本文的工作主要体现在以下几个方面：
（1）改进和扩展了细粒度设计理性模型。在基于问题信息系统(Issue based information system，IBIS)模型基础上，将基于本体的语义表达引入到设计理性表达中，基于本体定义设计理性模型中的元素和元素间关系，使用领域本体中的概念描述元素的属性。细粒度设计理性模型中共有七种元素分别是设计情境、设计意图、设计方案、设计决策、设计依据、设计操作、设计产品，十种元素间关系分别是分解关系（decomposed-into）、满足关系（achieved-by）、决策关系(decided-by)、依据关系(refer-to)、实现关系(realized-by)、触发关系(initiate)、迁移关系(remove-to)、融合关系(merged-into)、顺序关系（after-of）、结束关系（finish）。
（2）提出了面向知识挖掘的设计理性模型预处理方法。结合设计认知的研究成果和细粒度设计理性模型的结构特征，将设计迭代归纳为四类：重复迭代（repeated iteration）、意图重定义迭代（Intent redefinition iteration）、方案刺激迭代（scheme stimulation iteration）、决策变更迭代（decision alteration iteration）。提出了针对四种设计迭代的识别和归并算法。提出了基于语义的设计理性模型节点相似度计算方法，该方法基于设计词典实现节点属性描述的分词，基于本体计算概念语义相似度，基于动词空间和名词空间计算短文本的语义相似度。
（3）提出了基于过程挖掘的共识设计脉络发现方法。该方法从细粒度设计理性模型中抽取设计脉络，然后将设计脉络模型转化为Petri网模型，基于改进的α算法从多个Petri网模型中挖掘出共识Petri网模型，通过逆映射将共识Petri网模型转化为共识设计脉络。
（4）提出基于频繁模式挖掘的设计知识发现方法。该方法使用图挖掘领域的相关技术发现设计理性模型中的频繁结构，将细粒度设计理性模型转化为标号图，通过基于DFS（Depth-First-Search）编码的增长式频繁子图挖掘算法发现频繁子图，并将其转化为可扩展标记语言XML（Extensible Markup Language）格式的设计理性模型频繁结构。本文结合细粒度设计理性模型的结构特征提出三种设计知识片段：意图分析片段，意图实现片段和方案评价片段，通过对三种设计知识片段的完整性检测和推理方法将设计理性模型频繁结构扩展为相应的设计知识片段。
（5）开发设计理性知识挖掘原型系统MindMiner。MindMiner系统可以进行设计理性建模、预处理和知识挖掘，从而实现以上提到的模型、理论和方法，并通过设计实例“POGO柱设计”介绍了系统的功能实现，验证了关键技术。从多个细粒度POGO柱设计理性模型中挖掘出了POGO柱共识设计脉络，可以为不同技术要求的POGO柱设计提供支持。从多个细粒度POGO柱设计理性模型中挖掘出了使用率和正确率较高的设计模型片段，为设计者重用设计理性提供了便利。