多学科知识的协同利用是现代产品创新设计的主流,自然界作为人类最大的知识宝库,在长期进化过程中优化出了大量卓越的生物学技能,是产品创新设计激励的不竭知识源泉。生物激励设计(Biologically inspired design)是知识驱动的系统化的设计方法,旨在通过对自然现象或生物系统的研究和模仿,建立系统化的跨领域知识类推方法,为工程领域的问题求解和技术创新提供灵感和启发。然而,生物领域知识的获取和评价一直是困扰生物激励设计的瓶颈问题,严重阻碍了生物学知识的系统化应用。为了解决上述问题,本课题基于知识工程的相关技术方法,提出了面向生物激励设计的知识获取和评价方法,开发了支持生物激励设计的原型系统,并通过相关案例验证了方法的有效性。本文的主要研究内容如下:(1)研究了基于自然语言处理的生物领域实例获取方法。在深入分析生物领域实例获取研究现状的基础上,提出了基于文本挖掘的生物领域实例获取方法,构建了可扩展的生物领域实例库。基于自然语言的向量空间模型和相似度算法,提出了基于向量空间模型的生物领域语料库检索方法。(2)研究了基于功能实例知识模型的生物领域知识建模方法。在分析总结生物领域知识表示模型的基础上,结合功能建模方法和实例建模方法,充分考虑环境因素对生物系统的影响,提出了面向生物激励设计的生物领域功能实例知识表示方法,建立了面向生物激励设计的本体关联模型,构建了生物领域知识模型库。(3)研究了生物领域知识表示模型的特征选择和知识聚类方法。基于知识表示模型特征属性的重要度,提出了生物领域知识表示模型的属性约简方法,实现了知识模型的特征选择。研究了生物领域知识模型库聚类结构的构建方法,提出了知识库的横向聚类方法,建立了聚类结构的纵向生长方法,提出了基于生长分层结构模型的知识聚类方法。(4)研究了主观不确定环境下生物领域原理解评价方法。针对文本挖掘和知识聚类获取的生物领域原理解,构建了生物领域原理解评价指标,提出了群决策环境下主观决策信息的不确定性表示方法。建立了生物领域原理解评价体系,提出了考虑主观不确定性的评价指标权重计算和方案排序方法,研究了群决策环境下的主观不确定性度量理论。(5)原型系统开发和案例应用。基于前述理论方法研究,设计开发了计算机辅助生物激励设计原型系统,以多元平行流分液型微通道换热器、斜置多维花瓣包络式止回阀等工业产品的概念设计为例,验证了本文所提理论方法的有效性。