有效支持设计知识检索和重用的扩展的设计理性表示

设计理性是对产品设计过程的解释和记录,是一类重要的设计知识,其内容和表示对于有效支持设计知识的检索和重用起着关键作用.针对设计知识检索和重用的需要,提出一种基于本体的扩展的设计理性表示模型.通过分析需要检索和重用的设计知识,给出以IBIS表示为基础,结合FBS模型、产品层次模型和产品需求的设计理性扩展表示;并据此构建设计理性本体以及相关的语义规则,以有效地支持基于语义的设计知识的检索和重用.实验结果表明,文中模型具有良好的表达能力和可用性.

基于语义的设计理性片段提取方法

设计理性重用的主要步骤在于理性模型的检索,然而目前设计理性模型检索的结果以单独的理性元素节点或完整实例的形式呈现,结构过于简单或复杂,不易于设计者理解和重用。针对以上问题,提出基于语义的设计理性片段提取方法。在关键词检索的基础上,对关键词检索得到的结果节点进行语义推理,得到包含结果节点的核心最小设计理性片段,通过对最小理性片段进行聚合与片段重复合并完成片段提取。基于设计理性片段的提取,为设计者提供满足检索需求且能完整表达某一设计过程的理性知识片段,形成以设计理性片段为基本单元的检索与重用模式。通过实例验证了片段提取方法和片段重用的有效性。

面向设计重用的设计理性模型变换方法

在设计理性建模的基础上研究设计理性模型的不同抽象层次的变换方法。该方法包括应用基于Web本体语言的知识推理实现设计理性模型片段划分、设计理性模型主脉络抽取等关键步骤,从而建立不同抽象层次的设计理性模型,优化设计理性模型知识表达形式及表达能力,为设计理性重用提供更有力的支撑。开发了设计理性建模与变换原型系统,并以压弯模具设计为例,验证了设计理性模型变换方法的可行性及有效性。

设计理性研究进展

针对近年来设计理性研究的新动态,对设计理性的研究现状,包括设计理性表示、设计理性捕获、设计理性检索和重用等方面进行总结.在此基础上,对已有研究成果进行比较分析,突出设计理性研究取得的进展以及存在的问题.最后,展望了设计理性需要深入研究的方向.

基于设计理性的群体一致性产品方案决策方法

为了将产品设计开发中选择备选方案和进行决策的过程有效地结合起来,提出一种基于设计理性的群体一致性产品方案决策方法.首先通过提取文本信息和数值信息将设计理性的设计意图转变成特征向量,并选取与设计问题相似性较高的设计意图对应的设计理性作为备选设计方案;然后决策者利用直觉模糊集对方案进行评价,计算个体和群体决策之间的相似度,采用一致性阈值衡量决策是否达到共识水平;最后通过广义诱导模糊有序加权平均算子,集结专家意见得到各方案的综合评价结果.以某型焊钳的钳臂设计为例,验证了文中方法准确性和有效性.

基于密度峰值法的设计理性聚类方法

针对设计理性的自动聚类问题,提出一种基于密度峰值法的设计理性聚类方法。该方法结合设计理性的语义特点,利用单元本词汇频率/单元本频率值方法将设计理性转化为特征向量。然后基于密度峰值法求出每个特征向量的局部密度和距离两个参数,绘制决策图确定聚类中心,并将其余的数据指派到相应所属的类别中。针对密度峰值法在处理密度分布不均的数据时聚类效果差的问题,利用K最近邻方法定义动态截断距离来改进局部密度函数。以某机械设计团队的55个设计理性为例验证了所提方法的有效性。

团队协同设计理性模型

针对当前的设计理性建模理论与方法不能完全适应协同设计过程,不能全面描述协同设计中的设计理性的问题.在对IBIS(issue-based information system)模型进行拓展和改造的基础上,结合协同设计的认知特征提出了团队协同设计理性模型.该模型包括2类要素,分别以不同类型的节点和连接线表示,其中设计问题、设计方案、设计知识、设计产品、协同过程和协同情境6个要素以不同类型的节点表示;设计行为要素描述设计过程中设计者的具体操作,以不同类型的连接线表示.最后以自动打标机的协同设计过程为例,阐述了文中模型的建模过程,建立了自动打标机团队协同设计理性模型,证明了该模型的可行性和有效性.

基于设计理性模型的设计过程知识挖掘

针对当前设计理性模型的重用主要集中于检索和浏览而缺乏对模型本身进行深度挖掘这一问题,结合流程挖掘领域的α算法提出给予设计理性模型的设计过程挖掘方法,生成设计过程模型以指导设计者高效完成设计工作。首先通过意图树提取算法消除设计理性模型中的循环、迭代环节生成简洁的设计意图树,然后基于相似度计算和α**算法识别设计意图树中的相同意图和重复意图,最后将设计意图树导出为XES文件,通过α算法挖掘产生设计过程模型。以自动打标机的设计理性模型为例验证了所提方法的可行性和有效性。

面向模型重构的设计理性知识粒度评价方法

为满足不同抽象层次设计理性模型重构的多样性量化需求,在设计理性建模的基础上研究了设计理性知识粒度评价方法。通过辨析知识体特性分析影响设计理性模型粒度的组成因素,建立了粒度度量方法,实现了统一的评价体系,为不同粒度设计理性模型的转换、比较和优化提供了客观、量化的依据和目标。以压弯模具部分设计过程为例,验证了设计理性知识粒度评价方法对模型重构度量及指导的可行性与有效性。

云制造环境下设计理性模型驱动的协同设计

设计服务化是协同设计的一个新方向。本文提出了一种云制造环境下设计理性模型驱动的协同设计方法。首先建立设计理性模型库,然后基于设计理性模型驱动协同设计,基于设计情境匹配设计服务,基于设计知识跨库检索多个知识库为设计活动提供知识融合服务。最后以ATM机的设计为例证明了此方法的可行性。

面向海量历史设计信息的设计理性获取方法

为解决产品设计理性的获取问题,依托大数据技术和信息提取技术,提出一种从历史设计信息中获取设计理性知识的方法。引入设计基因的概念对意图驱动的设计理性模型进行了拓展,提出了携带设计基因的意图链模型,阐述了利用大数据技术、信息提取技术提取设计基因和设计意图链的方法,并对所提取的设计意图链进行检验和修复,构建了元数据集,根据设计基因和设计意图对意图链进行拼接得到设计理性知识,并通过实例验证了该设计理性获取方法的有效性。

设计理性与艺术直觉——品读李兵陶瓷艺术

从李兵的陶瓷作品来看，很难去定义作品中设计与艺术的成分何者居大。可以确定的是三十多年的设计工作已经在潜移默化中渗透到了他的陶瓷艺术作品中，缔造的是一种理性设计和直觉艺术的碰撞与交融，从看似矛盾的艺术创作夹缝中求得一种独有的个性。

靶向瞬时受体电位香草酸亚型1离子通道的Nplus-RhTx多肽抑制剂理性设计及功能验证

目的:获得靶向瞬时受体电位香草酸亚型1(TRPV1)通道的多肽抑制剂。方法:基于已有的靶向TRPV1通道的多肽激动剂红头蜈蚣毒素(RhTx)进行理性设计,在其氨基末端增加带正电荷的氨基酸,并在细胞上使用膜片钳电生理验证设计的多肽对TRPV1通道的抑制作用。结果:理性设计了8条Nplus-RhTx多肽,在膜片钳电生理记录中发现其中4条可以抑制TRPV1的辣椒素激活,4条Nplus-RhTx多肽的半数有效抑制浓度分别为(188.3±4.7)、(193.6±18.0)、(282.8±11.9)和(299.5±6.4)µmol/L。结论:通过对RhTx多肽的氨基端进行理性设计改变其性质,可获得靶向TRPV1的多肽抑制剂。

市政给排水设计合理性的提升措施研究

现阶段,在城市给排水设计过程中,设计者要将环保、一致性、目标性等基本准则严格遵守,并与给排水工程施工要点相结合,保证布局的科学性,最大限度地降低资源的浪费。满足人们对生活用水的需要。在城市的发展过程中,要主动地采取有效的措施来改善城市的给水、排水设计,提高水资源的利用效率,为人们创造一个更好的居住条件,从而促进城市的高品质发展。

设计与理性:人工智能设计的美学反思

本文首先梳理了人工智能设计发展的历程并试图对其进行定义与分析:人工智能设计主要指的是人工智能程序自动或者半自动地生成艺术设计类产品的过程。其次,本文从美学角度对人工智能设计进行如下反思:一是探讨人工智能时代的新的人机关系,是对抗还是重生,并指出了人工智能对设计主体性的挑战和改变;二是延续本雅明与阿多诺对机械复制时代的争论,认为人工智能设计是智能文化工业的体现,并深入探讨人工智能设计中自由与限制、确定性与偶然性的冲突;三是提出“设计理性”概念,并认为其是对工具理性的反思与超越。人工智能设计的美学反思需要我们对人机关系进行重新解读,机器是对人的辅助而非取代,我们应避免人工智能对创意领域的过度渗透,实现可控情况下人机的和谐共生。

植物乳杆菌植酸酶理性设计及表达鉴定

植酸酶能将植酸水解成肌醇衍生物,并释放出无机磷酸,是一种重要的生物催化剂。植酸酶的热稳定性和比活性是决定其潜在应用价值的2个关键因素。该研究从植物乳杆菌中克隆到了具有233个氨基酸残基、高活性的植酸酶基因(LpPHY233),并在大肠杆菌中实现了高水平的异源表达,其表达水平是植物乳杆菌的800倍。基于理性设计的结果,通过二硫键工程显著提高了Lp PHY233的温度特性和催化性能。突变体Lp PHY233S58C/K61C的最适反应温度较Lp PHY233提高了15℃。此外,它还具有良好的pH特性和动力学参数,在食品加工和饲料添加剂领域具有较大的应用前景。该研究结果为植酸酶的进一步分子修饰和工业应用提供了坚实的理论基础。

乙酰胆碱酯酶抑制剂多奈哌齐衍生物的理性设计

阿尔茨海默症是老年人群中常见的慢性神经退行性疾病,严重损害老年人健康与生活质量.目前临床常使用乙酰胆碱酯酶抑制剂多奈哌齐等作为治疗药物.本文通过分子模拟方法研究了多奈哌齐和乙酰胆碱酯酶的作用模式;基于研究结果,对多奈哌齐衍生物进行理性设计,获得了化合物1.分子对接及药代动力学性质预测结果显示,化合物1具有和多奈哌齐相似的作用模式和成药性质.同时,分子静电势表面分布结果显示,甲基的引入可增强化合物1与关键氨基酸残基F295之间的氢键相互作用,可能具有较多奈哌齐更理想的活性.此外,化合物1能制备得到稳定的光学纯异构体;有利于减少临床上药物的使用量,降低副作用发生几率,具有进一步研究的价值.

半理性设计提高甲酸脱氢酶(Cb FDH)活力及热稳定性

甲酸脱氢酶(formate dehydrogenase,FDH)是NADH循环再生的最佳酶之一,广泛应用于食品、医药和化工等行业。但是野生型甲酸脱氢酶普遍存在酶活低、催化效率差等缺点,导致产品转化率较低,影响产品的工业化生产。为了获得具有更佳催化性能的甲酸脱氢酶,作者以博伊丁假丝酵母(Candida boidinii)来源的甲酸脱氢酶为模板,利用HOTSPOT WIZARD v3.1进行三维结构模拟预测,构建了P68G、Q197K两个突变体,比酶活较野生型分别提高了11%和33%。这是由于P68G氨基酸残基侧链的苯环被氢取代,减少了甲酸盐底物进入口袋的空间位阻;而Q197K侧链酰胺基突变为胺丁基增强了酶的柔性。然而这两个突变点对甲酸脱氢酶的热稳定性产生了负面影响,因此在I239位引入半胱氨酸突变与C262构成二硫键以提高其热稳定性,最终获得一株热稳定性显著提高,比酶活较野生型提高31%、较I239C提高45%的突变株Cb FDH Q197K/I239C。通过半理性预测蛋白质结构提高了甲酸脱氢酶的活力和热稳定性,为高效构建性能稳定、还原力强的甲酸脱氢酶提供了理论基础。

基于理性设计提高1,3-丙二醇氧化还原酶的稳定性和活性

1,3-丙二醇氧化还原酶(1,3-propanediol oxidoreductase,PDOR)是甘油生物合成1,3-丙二醇(1,3-propanediol,1,3-PD)的关键限速酶之一。使用PoPMuSiC 2.1计算肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae)来源PDOR(KpPDOR)突变的折叠自由能,结合HotSpot Wizard 3.0对催化中心附近氨基酸的功能热点分析和保守残基鉴定,理性选取突变位点,构建定点突变。经诱导表达、蛋白纯化和酶学性质研究,获得催化性能、热稳定性和pH耐受性提高的突变体。V155N突变体在37℃,pH 7.5下的还原活性为KpPDOR的1.7倍,pH 4.0时是KpPDOR的2.5倍。N262E突变体37℃下半衰期为KpPDOR的1.4倍。分析蛋白结构,发现Val155突变为Asn导致新形成两个氢键,稳定了Val155所在的β-折叠结构。而Asn262突变为Glu形所成的两个氢键,可增强催化中心刚性,提升酶稳定性。静息细胞转化甘油合成1,3-PD,发现突变体V155N工程菌株1,3-PD产能为1.16 mmol/L/OD_(600),高于野生型KpPDOR工程菌株的0.82 mmol/L/OD_(600)。此理性设计方法对改良其他工业酶的性能有一定参考价值。

基于理性设计的烟酰胺核糖激酶活性提升及应用

烟酰胺单核苷酸(nicotinamide mononucleotide,NMN)是NAD+的前体,补充NMN可有效恢复体内NAD+水平,并改善与NAD+下降相关的病理状态和疾病.目前NMN主要通过酶法生产,但是酶的催化活性较低,使得酶法合成NMN的成本仍然较高.来源于人的烟酰胺核糖激酶NRK1可以催化ATP和烟酰胺核糖合成NMN,因此,以提升烟酰胺核糖激酶NRK1的催化活性为目的,利用理性设计的策略和定点突变技术,通过氨基酸序列比对和结构分析,设计了NRK1的2个突变体NRK1(T47V)和NRK1(N62D),并在大肠杆菌中成功表达.实验表征发现,二者的催化特性均得到了提升,且NRK1(T47V)具有更好的催化特性,其活性较NRK1提高130%,催化效率k_(cat)/K_(m)和稳定性分别较NRK1提高了100%和20%.在较大反应体系中反应100 min时,NRK1(T47V)催化底物烟酰胺核糖的转化率为78%,较NRK1提高15.4%,产物NMN的产量为4.13 g/L,较NRK1提高38%.该结果表明,活性中心附近氨基酸的理性突变能显著提高NRK1酶的催化活性.