I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I “ W l l H l l l l l l l U l e l l U I H H H I H H I H H i l l l l l l l t H J H I I ' U I I J H H N 3 0 1 5 6 5 9 2 6 5 L I B R A R Y M i c h i g a n S t a t e U n l v e r s i t y v . . . T h i s i s t o c e r t i f y t h a t t h e d i s s e r t a t i o n e n t i t l e d D E S I G N I N G C O M P O S I T E M A T E R I A L S Y S T E M S U S I N G G E N E R I C T A S K S A N D C A S E - B A S E D R E A S O N I N G p r e s e n t e d b y T I M O T H Y J O E L L E N Z H h a s b e e n a c c e p t e d t o w a r d s f u l f i l l m e n t o f t h e r e q u i r e m e n t s f o r P h . D . d e g r e e i n C h e m i c a l E n g r M a j o r p r o f e s s o r D a t e M M 2 . / ? ? 7 f I M S U i s a n A f fi r m a t i v e A c t i o n / E q u a l O p p o r t u n i t y I n s t i t u t i o n S . N ' ‘ ‘ I 4 . . A d ’ 1 i P L A C E I N R E T U R N B O X t o r e m o v e W e c h e c k o u t t r o m y o u r r e c o r d . T o A V O I D F I N E S r e t u r n o n o r b e f o r e d a t e d u e . D A T E D U E D A T E D U E D A T E D U E I . 1 8 0 . ! M S U I e A n A f f i r r n e t l v e A c t i o n / E q u a l O p p o r t u n I t y l n e t I t u t I o n W a n e - 9 . 1 D E S I G N I N G C O M P O S I T E M A T E R I A L S Y S T E M S U S I N G G E N E R I C T A S K S A N D C A S E - B A S E D R E A S O N I N G V O L U M E O N E B y T i m o t h y J o e l L e n z A D I S S E R T A T I O N S u b m i t t e d t o M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y i n p a r t i a l f u l fi l l m e n t o f t h e r e q u i r e m e n t s f o r t h e d e g r e e o f D O C T O R O F P H I L O S O P H Y D e p a r t m e n t o f C h e m i c a l E n g i n e e r i n g 1 9 9 7 A B S T R A C T D E S I G N I N G C O M P O S I T E M A T E R I A L S Y S T E M S U S I N G G E N E R I C T A S K S A N D C A S E - B A S E D R E A S O N I N G B y T i m o t h y J o e l L e n z T h e e v o l u t i o n a n d a p p l i c a t i o n o f e n g i n e e r i n g d e s i g n t e c h n i q u e s f o r p o l y m e r c o m - p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s p r o v i d e t h e f o c u s o f t h i s d i s s e r t a t i o n . P a r a d i g m s t h a t e x t e n d a n d e x p a n d t h e i n t e l l e c t u a l c a p a b i l i t i e s o f c o m p o s i t e d e s i g n e r s a r e d e v e l o p e d . I n t h e q u e s t f o r t h e s e p a r a d i g m s , t h e d e s i g n o f p o l y m e r c o m p o s i t e s i s c o n s i d e r e d a t v a r y i n g l e v e l s o f c o m - p l e x i t y . T h i s c o n s i d e r a t i o n a d d r e s s e s t h e a c c u m u l a t i o n a n d o r g a n i z a t i o n o f d e s i g n k n o w - l e d g e , a n d t h e p h i l o s o p h i c a l n a t u r e o f t h e d e s i g n p r o c e s s . T h e e n a b l i n g e m p h a s e s a r e k n o w l e d g e - b a s e d s y s t e m s a n d t h e m e t i c u l o u s e n g i n e e r i n g o f d e s i g n i n f o r m a t i o n i n t e r a c - t i o n s . A c o h e s i v e a p p r o a c h i s d e v e l o p e d f o r e f fi c a c i o u s l y d e s i g n i n g c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s . T h i s i n c l u d e s b o t h d e s i g n g u i d e l i n e s a n d s o f t w a r e i m p l e m e n t a t i o n s o f t h e s e g u i d e l i n e s w i t h w h i c h t o d e s i g n c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s . T h e c o m p u t a t i o n a l t o o l s p r e s e n t e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n c a n a s s i s t i n t h e d e s i g n o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s t h r o u g h b o t h s t r a t e g i c a l l y o r g a n i z e d h e u r i s t i c s ( k n o w l e d g e - b a s e d s y s t e m s ) a n d p r e v i o u s l y d e t a i l e d d e s i g n s ( c a s e - b a s e d r e a s o n i n g ) . N o t o n l y d o t h e s e c o m p u t a t i o n a l t o o l s e m b o d y a n e w u n d e r s t a n d i n g o f a c o m p l i - c a t e d a n d m u l t i f a c e t e d d e s i g n p r o c e s s , b u t t h e y a r e a l s o e x e m p l a r s o f s t r u c t u r e d k n o w - l e d g e r e u s e . T h e u s e o f k n o w l e d g e - a n d c a s e - b a s e d s y s t e m s i n p o l y m e r c o m p o s i t e s d e s i g n s i m p l i fi e s t h e u s e a n d r e u s e o f e n g i n e e r i n g d e s i g n k n o w l e d g e , t h u s e n a b l i n g t h e t r a n s f e r o f e x p e r t i s e . B y s t r e a m l i n i n g t h e t e d i o u s d e s i g n p r o c e s s e s , t h e s e s y s t e m s c a n a l s o f r e e d e s i g n e n g i n e e r s f o r m o r e c r e a t i v e d e s i g n a c t i v i t i e s . © C o p y r i g h t b y T H M O T H Y J O E L L E N Z l 9 9 7 F o r M L O A C K N O W L E D G E M E N T S I w o u l d l i k e t o t h a n k a l l o f t h o s e w h o h a v e i n s p i r e d m e t o p u s h t h e l i m i t s o f m y u n d e r - s t a n d i n g , f o r c e d m e t o t h i n k , t a u g h t m e h o w t o q u e s t i o n e v e r y t h i n g ( a n d t h e n t o g o fi n d t h e a n s w e r s ) , a n d g e n e r a l l y d e m a n d e d m o r e o f m e t h a n I d i d o f m y s e l f : M r s . G r a b o w , J o a n n e K e l l y , P a u l W i l l e m s , J i m B a u e r , P r o f . C y n t h i a W e b e r g , P r o f . S i g u r d L e e , P r o f . L E . S c r i v e n , P r o f . M a t t h e w T t r r e l l , M a r k S t e w a r t , P r o f . M a r t i n C . H a w l e y , P r o f . J o n S t i c k l e n , a n d D r . J a m e s K . M c D o w e l l . I w o u l d a l s o l i k e t o s p e c i fi c a l l y t h a n k t h o s e c o m p r i s i n g m y p e r s o n a l i n f r a s t r u c t u r e , b o t h n e a r a n d f a r : J u l i e , M a r k & E s t h e r , J e r e m y , P a m , T o m , B i l l , T o n y , R i c k , 8 ! . J i m . Y o u h a v e a l l h e l p e d i n w a y s y o u d o n o t e v e n k n o w , a n d I t h a n k e a c h o n e o f y o u . T h e p r o f e s s i o n a l i n f r a s t r u c t u r e h e r e a t M i c h i g a n S t a t e h a s m a d e m y l i f e e a s i e r ( m o s t o f t h e t i m e ) : R o b H a w k i n s , A h m e d K a m e l , C h r i s P e n n e y , J a s o n G r e a n y a , I l i a n a M a r t i n e z , a n d t h e w o n d e r f u l C h E s u p e r w o m e n ( y o u k n o w w h o y o u a r e ! ) . T h a n k y o u . A n d fi n a l l y , I w o u l d l i k e t o o f f e r a s p e c i a l t h a n k s t o m y c o m m i t t e e m e m b e r s , e s p e - c i a l l y P r o f . A l e c S c r a n t o n a n d P r o f . G a r y B l a n c h a r d . Y o u h a v e s t a y e d w i t h m e t h r o u g h a l l o f t h e w e i r d t w i s t s o v e r t h e p a s t s e v e r a l y e a r s , a n d h a v e a l w a y s p r o v i d e d a n e n t h u s i a s t i c p e r s p e c t i v e . T h a n k y o u . I w o u l d a l s o l i k e t o a c k n o w l e d g e t h e fi n a n c i a l s u p p o r t o f D A R P A ( v i a t h e M A D E p r o g r a m ) , t h e U S . D O D ( v i a A A S E R T ) , t h e D e p a r t m e n t o f C h e m i c a l E n g i n e e r i n g a t M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y , a n d G e n e r a l E l e c t r i c A i r c r a f t E n g i n e s . v i T A B L E O F C O N T E N T S L I S T O F T A B L E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x i i L I S T O F F I G U R E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x i v I P r e l u d e 1 7 1 I n t r o d u c t i o n 1 8 1 . 1 E n g i n e e r i n g D e s i g n I s s u e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 1 . 2 T h e C o m p o s i t e s D e s i g n P r o b l e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 1 . 3 G o a l s a n d S t r a t e g i e s o f t h i s R e s e a r c h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 1 . 3 . 1 P o l y m e r C o m p o s i t e M a t e r i a l D e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 1 . 3 . 2 A p p l i e d C o m p u t a t i o n a l T e c h n i q u e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 1 . 4 A n t i c i p a t e d O u t c o m e s o f t h i s W o r k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 1 . 4 . 1 C o m p o s i t e M a t e r i a l S y s t e m D e s i g n K n o w l e d g e . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 1 . 4 . 2 E n g i n e e r i n g D e s i g n T o o l I m p l e m e n t a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 1 . 5 W a l k t h r o u g h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 I I C o m p u t a t i o n a l I n f r a s t r u c t u r e 3 5 2 A p p l i e d A r t i f i c i a l I n t e l l i g e n c e T e c h n i q u e s 3 6 2 . 1 K n o w l e d g e L e v e l R e a s o n i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 9 2 . 2 T a s k L e v e l R e a s o n i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1 2 . 3 E m p l o y e d I S L G e n e r i c T a s k T o o l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3 2 . 3 . 1 S t r u c t u r e d P a t t e r n M a t c h i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4 2 . 3 . 2 R o u t i n e D e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 6 2 . 3 . 3 H i e r a r c h i c a l C l a s s i fi c a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 9 2 . 3 . 4 G e n e r i c T a s k I n t e g r a t i o n F r a m e w o r k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2 v i i 3 C a s e - B a s e d R e a s o n i n g 5 4 3 . 1 C o n t r a s t i n g C B R w i t h O t h e r C o m p u t a t i o n a l A p p r o a c h e s . . . . . . . . . . . . . . . . 5 7 3 . 1 . 1 R u l e - b a s e d S y s t e m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 7 3 . 1 . 2 D a t a b a s e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 9 3 . 1 . 3 G e n e r a l i z a t i o n A p p r o a c h e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 0 3 . 1 . 4 M o d e l - b a s e d R e a s o n i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 3 . 1 . 5 T a s k S p e c i fi c A r c h i t e c t u r e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3 3 . 1 . 6 P o t e n t i a l C a p i t a l i z a t i o n o n D i f f e r e n c e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 5 3 . 2 K n o w l e d g e R e p r e s e n t a t i o n & O r g a n i z a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 6 3 . 2 . 1 C a s e R e p r e s e n t a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ' . . . . . . . . 6 6 3 . 2 . 2 I n d e x i n g V o c a b u l a r y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 8 3 . 2 . 3 O r g a n i z a t i o n a l S t r u c t u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 9 3 . 3 P r o b l e m S o l v i n g T a s k s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 7 3 . 3 . 1 R e m e m b e r i n g t h e A p p r o p r i a t e C a s e ( s ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 0 3 . 3 . 2 U s i n g t h e R e t r i e v e d C a s e t o D e t e r m i n e a N e w S o l u t i o n . . . . . . . . . . . 8 2 3 . 3 . 3 A d a p t i n g a n d E v a l u a t i n g t h e N e w S o l u t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 4 3 . 3 . 4 S a v i n g t h e N e w S o l u t i o n f o r S u b s e q u e n t U s e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 6 3 . 4 C B R & E n g i n e e r i n g D e s i g n P r o b l e m S o l v i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 8 1 1 1 V a r i o u s C o m p o s i t e D e s i g n e r s 9 0 4 G e r m a n e A p p r o a c h e s t o C o m p o s i t e s D e s i g n 9 1 4 . 1 C o m p o s i t e s D e s i g n A s s i s t a n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3 4 . 2 C o m p o s i t e P a r t D e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 8 4 . 3 D S S P r e f o r m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 2 4 . 4 C O M D E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 7 4 . 5 E A D O C S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 3 4 . 6 C a p a b i l i t i e s & I m p l i c a t i o n s o f T h e s e S y s t e m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 8 4 . 6 . 1 C o m p a r i s o n F r a m e w o r k A n a l y s i s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 8 4 . 6 . 2 C o m m e n t a r y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 3 5 T h e E v o l v i n g G e n e r i c T a s k A p p r o a c h t o C o m p o s i t e s D e s i g n 1 2 7 5 . 1 5 . 2 E p o x - I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 8 5 . 1 . 1 G l o b a l V i e w o f C o m p o s i t e s D e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 8 5 . 1 . 2 M a t e r i a l D e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 0 5 . 1 . 3 P l a n n e d C o n t i n u a t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 2 T h e r m o s - I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 4 5 . 2 . 1 G l o b a l V i e w o f C o m p o s i t e s D e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 4 5 . 2 . 2 M a t e r i a l D e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 4 5 . 2 . 3 P l a n n e d C o n t i n u a t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 7 v i i i 5 . 3 C M a t D e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 8 5 . 3 . 1 G l o b a l V i e w o f C o m p o s i t e s D e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 9 5 . 3 . 2 M a t e r i a l D e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 9 5 . 3 . 3 P l a n n e d C o n t i n u a t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 2 5 . 4 L e s s o n s f r o m t h e E v o l u t i o n o f t h e s e S y s t e m s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 2 I V A u g m e n t i n g t h e L e g a c y 1 4 5 6 R e f o c u s i n g C o m p o s i t e s D e s i g n 1 4 6 6 . 1 R e t h i n k i n g t h e G l o b a l C o m p o s i t e s D e s i g n V i s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 7 6 . 1 . 1 T h e P r e v i o u s G l o b a l D e s i g n V i s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 7 6 . 1 . 2 T h e N e w O v e r a l l D e s i g n V i s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 9 6 . 2 R e t h i n k i n g t h e C o m p o s i t e M a t e r i a l D e s i g n V i s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 1 6 . 2 . 1 T h e P r e v i o u s M a t e r i a l D e s i g n V i s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 2 6 . 2 . 2 T h e N e w M a t e r i a l S y s t e m D e s i g n V i s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 3 6 . 3 R e s e a r c h P l a n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 5 6 . 3 . 1 I m p l e m e n t a n E x p a n d e d M a t e r i a l D e s i g n S y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 5 6 . 3 . 2 D e v e l o p a C B R C a p a b i l i t y f o r M a t e r i a l D e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 6 6 . 3 . 3 S c r u t i n i z e & I l l u m i n a t e t h e D e s i g n P r o c e s s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 7 7 D i s s e c t i n g C M a t D e s i g n 1 5 9 7 . 1 D o m a i n C o v e r a g e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 0 7 . 2 K n o w l e d g e R e p r e s e n t a t i o n & O r g a n i z a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 2 7 . 2 . 1 D e s i g n P r o b l e m R e p r e s e n t a t i o n . . . . - . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 2 7 . 2 . 2 I n p u t V a r i a b l e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 4 7 . 2 . 3 K n o w l e d g e S t r u c t u r e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 1 7 . 3 I n f e r e n c i n g P r o c e d u r e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 5 7 . 3 . 1 O v e r a l l V a r i a b l e D e p e n d e n c i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 5 7 . 3 . 2 V a r i a b l e C h a i n i n g & V a l u e A s s i g n a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 8 8 C O M A D E : A C o m p o s i t e M a t e r i a l S y s t e m D e s i g n e r 1 8 2 8 . 1 D o m a i n C o v e r a g e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 4 8 . 2 K n o w l e d g e R e p r e s e n t a t i o n & O r g a n i z a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 7 8 . 2 . 1 D e s i g n P r o b l e m R e p r e s e n t a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 8 8 . 2 . 2 I n p u t V a r i a b l e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 9 8 . 2 . 3 K n o w l e d g e S t r u c t u r e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 1 8 . 3 G e n e r a t i n g H e u r i s t i c s f r o m R a w D a t a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 7 8 . 3 . 1 U s e T e m p e r a t u r e : A C o n c i s e l y C o m p r e h e n s i v e T h e r m a l P r o p e r t y . 1 9 7 8 . 3 . 2 A p p r o x i m a t e M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f C o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . 2 0 1 8 . 4 A n E x a m p l e f r o m C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 6 8 . 5 E x t e n s i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 0 9 C B R w i t h i n a G e n e r i c T a s k E n v i r o n m e n t 2 1 2 9 . 1 C o m b i n i n g C B R a n d G e n e r i c T a s k s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 4 9 . 1 . 1 K n o w l e d g e R e p r e s e n t a t i o n i n C B R a n d G e n e r i c T a s k s . . . . . . . . . . . 2 1 5 9 . 1 . 2 A u g m e n t i n g H i e r a r c h i c a l C l a s s i f i c a t i o n f o r U s e i n C B R . . . . . . . . . 2 1 6 9 . 1 . 3 A T a s k D e c o m p o s i t i o n f o r C a s e F i n d e r & D e s i g n M o d . . . . . . . . . . . 2 1 8 9 . 2 C a s e F i n d e r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 9 9 . 2 . 1 C o m p o n e n t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 0 9 . 2 . 2 K n o w l e d g e F l o w . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 4 9 . 2 . 3 C a s e R e t r i e v a l M e t h o d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 4 9 . 2 . 4 C a s e S o r t i n g M e t h o d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 7 9 . 3 D e s i g n M o d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 8 1 0 D e s i g n i n g C o m p o s i t e M a t e r i a l S y s t e m s w i t h C B R 2 3 2 1 0 . 1 R e p r e s e n t i n g M a t e r i a l S y s t e m D e s i g n s a s C a s e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 3 1 0 . 2 O r g a n i z a t i o n & N a v i g a t i o n o f a M a t e r i a l S y s t e m C a s e M e m o r y . . . . . . . . . 2 3 4 1 0 . 2 . 1 D e t e r m i n i n g I n d i c e s f o r C o m p o s i t e M a t e r i a l S y s t e m s . . . . . . . . . . . 2 3 4 1 0 . 2 . 2 C a s e H i e r a r c h i e s f o r C o m p o s i t e M a t e r i a l S y s t e m s . . . . . . . . . . . . . . 2 3 5 1 0 . 2 . 3 C a s e R e t r i e v a l f o r C o m p o s i t e M a t e r i a l S y s t e m s . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 7 1 0 . 3 E v a l u a t i n g & R a n k i n g R e t r i e v e d M a t e r i a l S y s t e m C a s e s . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 9 1 0 . 4 A n E x a m p l e o f R e u s i n g D e s i g n s f r o m C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 0 V D e n o u e m e n t 2 4 4 1 1 V a l i d a t i n g C O M A D E & t h e C o m p o s i t e s D e s i g n V i s i o n 2 4 5 1 1 . 1 A n E x p e r i m e n t i n D i s t r i b u t e d D e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 6 1 1 . 2 I n t e g r a t e d D e s i g n i n a n I n d u s t r i a l S e t t i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 9 1 1 . 3 I n - s e r v i c e E v a l u a t i o n o f C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 2 1 1 . 3 . 1 D e m o n s t r a t i o n s o f C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 2 1 1 . 3 . 2 W e b V e r s i o n o f C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 4 1 1 . 4 S u m m a r y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 9 1 2 A C r i t i c a l E x a m i n a t i o n o f C O M A D E ’ s L e g a c y 2 6 2 1 2 . 1 C o m p o s i t e s D e s i g n M i l i e u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 3 1 2 . 1 . 1 C o m p o s i t e M a t e r i a l S y s t e m D e s i g n V i s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 3 1 2 . 1 . 2 G l o b a l C o m p o s i t e s D e s i g n V i s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 4 1 2 . 2 D i s s e c t i n g C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 6 1 2 . 2 . 1 T h e G e n e r a l N a t u r e o f C O M A D E ’ s D o m a i n C o v e r a g e . . . . . . . . . . 2 6 7 1 2 . 2 . 2 A n A n a l y s i s o f M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s A s U s e d i n C O M A D E . . . . . 2 6 8 1 2 . 2 . 3 C a s e - B a s e d R e a s o n i n g f o r C o m p o s i t e M a t e r i a l S y s t e m s . . . . . . . . . 2 7 3 1 2 . 3 E x p a n d i n g t h e C a p a b i l i t i e s o f C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 7 1 2 . 3 . 1 I n t e r s t i t i a l E x t e n s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 8 1 2 . 3 . 2 M u t a t i o n a l E x t e n s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 0 X 1 3 S u m m a r y a n d C o n c l u s i o n s 2 8 4 1 3 . 1 S u m m a r y o f C o n t r i b u t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 4 1 3 . 2 C o n c l u s i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 6 1 3 . 2 . 1 A P a r a d i g m f o r C o m p o s i t e M a t e r i a l S y s t e m D e s i g n . . . . . . . . . . . . . 2 8 6 1 3 . 2 . 2 T h e I n s t a n t i a t e d P a r a d i g m a t i c D e s i g n P r o c e s s . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 7 1 3 . 2 . 3 A b s t r a c t i o n s o f t h e D e s i g n P r o c e s s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 8 1 3 . 3 F u t u r e D i r e c t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 1 A p p e n d i x A . N o m e n c l a t u r e w i t h i n C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 4 A p p e n d i x B . E n u m e r a t i n g C O M A D E ’ s K n o w l e d g e . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 7 A p p e n d i x C . C O M A D E i n D e t a i l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 1 A p p e n d i x D . R e f e r e n c e d C O M A D E D a t a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 3 A p p e n d i x E . C O M A D E & C B R D e t a i l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 3 B I B L I O G R A P H Y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 3 L I S T O F T A B L E S C h a p t e r 4 l . A d e t a i l e d c o m p a r i s o n o f p r e v i o u s c o m p u t a t i o n a l a p p r o a c h e s t o c o m p o s i t e s d e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 9 2 . D e l i n e a t e d d e s i g n p h i l o s o p h i e s f o r t h e s y s t e m s c o n s i d e r e d . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 0 3 . C o m p u t a t i o n a l t e c h n i q u e s f o r t h e s y s t e m s c o n s i d e r e d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 2 C h a p t e r 7 4 . T h e 1 0 5 ( 1 3 0 ) m a t e r i a l s y s t e m s i n c l u d e d w i t h i n C M a t D e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 1 5 . O u t p u t v a r i a b l e s u s e d i n C M a t D e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 3 6 . I n p u t v a r i a b l e s u s e d i n C M a t D e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 5 7 . O v e r a l l C M a t D e s i g n v a r i a b l e d e p e n d e n c i e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 6 8 . S p e c i fi c p o l y m e r m a t e r i a l i n p u t v a r i a b l e i n f e r e n c i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 9 C h a p t e r 8 9 . T h e 1 1 8 8 m a t e r i a l s y s t e m s i n c l u d e d w i t h i n C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 5 1 0 . I n p u t v a r i a b l e s u s e d i n C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 0 1 1 . T h e r m a l p r o p e r t i e s o f s e m i c r y s t a l l i n e t h e r r n o p l a s t i c s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 0 1 2 . E s t i m a t e d fi n a l c o m p o s i t e m a t e r i a l p r o p e r t i e s v e r s u s fi b e r t y p e . . . . . . . . . . . . . . 2 0 3 1 3 . R e l a t i v e p r o p e r t y v a l u e s v e r s u s r e i n f o r c e m e n t l e n g t h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 4 1 4 . T e n s i l e s t r e n g t h s o f fi b e r s a n d fi b e r - r e i n f o r c e d c o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 6 C h a p t e r 1 0 1 5 . A s a m p l e c a s e g e n e r a t e d b y C O M A D E ( e a s e l l ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 3 1 6 . A p a r t i a l c a s e r e t r i e v a l p r o c e s s s h o w i n g m a t c h l e v e l n o r m a l i z a t i o n . . . . . . . . . . . 2 3 8 1 7 . E v a l u a t i o n a n d s o r t i n g o f r e t r i e v e d c a s e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 0 1 8 . I n p u t c a s e f o r t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m e x a m p l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 1 1 9 . T h e n i n e r e t r i e v e d c a s e s f o r t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m e x a m p l e . . . . . . . . . . 2 4 1 2 0 . T h e m o d i fi e d c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 3 C h a p t e r 1 1 2 1 . S e l e c t e d d e m o n s t r a t i o n s o f t h e C O M A D E s y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 3 C h a p t e r 1 2 . 2 2 . C a l c u l a t e d p r o p e r t i e s f o r c o m p o s i t e m a t e r i a l s v e r s u s fi b e r t y p e . . . . . . . . . . . . . . 2 6 9 x i i 2 3 . C O M A D E v a r i a b l e d e p e n d e n c i e s a n d t h e i m p a c t o n m o d i fi c a t i o n . . . . . . . . . . . . 2 7 6 2 4 . P o s s i b l e m a t e r i a l s y s t e m s f o r a n R T M v e r s i o n o f C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 1 A p p e n d i x B 2 5 . C h e m i c a l e n v i r o n m e n t c o n t r i b u t i o n s i n C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 6 2 6 . S t r e s s e n v i r o n m e n t c o n t r i b u t i o n s i n C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 7 2 7 . F l a m e r e t a r d a n c e c o n t r i b u t i o n s i n C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 7 2 8 . H u m i d e n v i r o n m e n t c o n t r i b u t i o n s i n C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 8 2 9 . C o m p o s i t e m a t e r i a l m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s v e r s u s fi b e r t y p e . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 9 3 0 . M i s c e l l a n e o u s m a t e r i a l l o o k u p s f o r C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1 0 A p p e n d i x D 3 1 . R e f e r e n c e d d a t a f o r s e m i c r y s t a l l i n e t h e r m o p l a s t i c s i n C O M A D E . . . . . . . . . . . . 3 2 4 3 2 . R e f e r e n c e d d a t a f o r a m o r p h o u s t h e r r n o p l a s t i c s i n C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 5 3 3 . R e f e r e n c e d d a t a f o r b l e n d e d t h e r r n o p l a s t i c s i n C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 6 3 4 . R e f e r e n c e d d a t a f o r e p o x i e s i n C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 7 3 5 . R e f e r e n c e d d a t a f o r p o l y e s t e r s i n C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 8 3 6 . R e f e r e n c e d d a t a f o r p h e n o l i c s i n C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 9 3 7 . R e f e r e n c e d d a t a f o r b i s m a l e i r n i d e s i n C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 0 3 8 . R e f e r e n c e d d a t a f o r p o l y i m i d e s i n C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 1 3 9 . R e f e r e n c e d d a t a f o r fi b e r s i n C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 2 A p p e n d i x E 4 0 . I n p u t v a r i a b l e s f o r t h e 2 7 s t r u c t u r e d c a s e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 4 4 1 . C o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s f o r t h e 2 7 s t r u c t u r e d c a s e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 5 4 2 . I n p u t v a r i a b l e s f o r t h e r a n d o m l y g e n e r a t e d c a s e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 0 4 3 . C o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s f o r t h e r a n d o m l y g e n e r a t e d c a s e s . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 1 x i i i L I S T O F F I G U R E S C h a p t e r 1 1 . H y d r o d e a l k y l a t i o n r e a c t i o n a n d i n p u t - o u t p u t b e h a v i o r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 2 . R o u g h a n d d e t a i l e d c o m p o s i t e w i n g b o x e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 C h a p t e r 2 3 . E x a m p l e s o f t y p i c a l p r o d u c t i o n r u l e s u s e d i n e a r l y e x p e r t s y s t e m s . . . . . . . . . . . . . 3 8 4 . S P M f o r m a l f u n c t i o n d i a g n o s i s o f a c o n d e n s a t e w i t h d r a w a l s y s t e m . . . . . . . . . . . . 4 5 5 . A p o r t i o n o f a d e s i g n h i e r a r c h y f o r t h e d e s i g n o f t h e r m o p l a s t i e s . . . . . . . . . . . . . . 4 8 6 . C o m p a r i s o n b e t w e e n s i n g l e a n d m u l t i p l e r o u t i n e d e s i g n o u t p u t . . . . . . . . . . . . . . . 5 0 7 . A n H C f o r p r e s s u r e c o n t r o l d i a g n o s i s o f a c h e m i c a l r e a c t o r . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1 C h a p t e r 3 8 . A f r a m e w o r k o f t h e C B R p r o c e s s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 6 9 . A s i m p l e e x a m p l e o f i n d u c t i v e g e n e r a l i z a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1 1 0 . A C A D S Y N d e s i g n e a s e a s a s h a r e d f e a t u r e n e t w o r k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1 1 1 . A C a t e g o r y - E x e m p l a r e a s e m e m o r y s t r u c t u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2 1 2 . G e n e r a l i z e d E p i s o d e s w i t h i n a c a s e m e m o r y s t r u c t u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 5 1 3 . A t a s k - m e t h o d d e c o m p o s i t i o n o f C B R . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 9 C h a p t e r 4 1 4 . T h e a r c h i t e c t u r e o f t h e C o m p o s i t e s D e s i g n A s s i s t a n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 5 1 5 . A n e x a m p l e r u l e f r o m t h e C o m p o s i t e s D e s i g n A s s i s t a n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 5 1 6 . S a m p l e o u t p u t f r o m t h e C o m p o s i t e s D e s i g n A s s i s t a n t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 7 1 7 . I n t e r a c t i o n o f d e s i g n i s s u e s f o r c o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 9 1 8 . T h e a r c h i t e c t u r e & i n p u t / o u t p u t b e h a v i o r o f t h e C P D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 0 1 9 . C o m p r e h e n s i v e K B D S S d e s i g n v i s i o n f o r m a n u f a c t u r i n g a p p l i c a t i o n s . . . . . . . 1 0 3 2 0 . T h e a r c h i t e c t u r e o f D S S P r e f o r m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 5 2 1 . T h e i d e a l i z e d t h r e e - p h a s e d e s i g n p r o c e s s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 8 2 2 . D e s i g n t a s k s & i n t e r a c t i o n s f o r d e s i g n i n g c o m p o s i t e m a t e r i a l s i n C O M D E S . . . 1 1 0 2 3 . B l a c k b o a r d s y s t e m a r c h i t e c t u r e f o r C O M D E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 1 2 4 . D e s i g n e l e m e n t s f o r c o m p o s i t e p a n e l p r o t o t y p e s i n E A D O C S . . . . . . . . . . . . . . 1 1 4 2 5 . L o g i c a l p r o g r e s s i o n o f t h e c o n c e p t u a l d e s i g n s t r a t e g y i n E A D O C S . . . . . . . . . . 1 1 6 2 6 . A c o m p a r i s o n o f r e l a t i v e c o m p u t a t i o n a l c o m p l e x i t i e s & d e s i g n s c o p e s . . . . . . . 1 2 5 x i v C h a p t e r 5 2 7 . O v e r a l l d e s i g n v i s i o n g u i d i n g t h e d e v e l o p m e n t o f E p o x - I . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 9 2 8 . A r c h i t e c t u r e f o r d e t e r m i n i n g s t a t i c f a b r i c a t i o n p l a n s u s i n g E p o x - I . . . . . . . . . . . 1 3 0 2 9 . S p e c i a l i s t h i e r a r c h y f o r E p o x - I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 1 3 0 . I n p u t - o u t p u t b e h a v i o r o f E p o x - I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 2 3 1 . E x a m p l e p r o b l e m f r o m E p o x - I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 3 3 2 . P l a n n e d i n t e g r a t i o n o f T h e r m o s - I a n d a f a b r i c a t i o n m e t h o d s e l e c t o r . . . . . . . . . 1 3 5 3 3 . S p e c i a l i s t h i e r a r c h y f o r T h e r m o s - I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 6 3 4 . I n p u t / o u t p u t b e h a v i o r f o r T h e r m o s - I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 7 3 5 . C o m p a r i s o n p r o b l e m i n p u t a n d r e s u l t s f o r T h e r m o s - I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 8 3 6 . P l a n n e d c o m b i n a t i o n o f C M a t D e s i g n a n d C T e c h S e l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 0 3 7 . C o m p a r i s o n p r o b l e m i n p u t a n d r e s u l t s f o r C M a t D e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 1 C h a p t e r 6 3 8 . O r i g i n a l l y e n v i s i o n e d d e s i g n - t o - m a n u f a e t u r e c y c l e f o r c o m p o s i t e s . . . . . . . . . . 1 4 8 3 9 . R e v i s e d g l o b a l d e s i g n / m a n u f a c t u r i n g v i s i o n f o r c o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 0 4 0 . C M a t D e s i g n - e r a v i s i o n f o r c o m p o s i t e m a t e r i a l d e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 2 4 1 . P o s t - C M a t D e s i g n e n v i s i o n e d m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n a p p r o a c h . . . . . . . . . . . . . 1 5 4 C h a p t e r 7 4 2 . S p e c i a l i s t h i e r a r c h y f o r C M a t D e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 2 4 3 . C M a t D e s i g n ’ s c u r i n g / c o - c u r e a g e n t h i e r a r c h y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 4 4 4 . E p o x y s t r u c t u r e d p a t t e r n m a t c h i n g t a b l e i n C M a t D e s i g n . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 0 C h a p t e r 8 4 5 . I n p u t - o u t p u t b e h a v i o r o f C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 8 4 6 . S p e c i a l i s t h i e r a r c h y f o r C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 2 4 7 . A g e n t s h i e r a r c h y f o r C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 5 4 8 . U s e t e m p e r a t u r e s f o r e v e r y m a t r i x m a t e r i a l i n C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 8 4 9 . U s e T e m p e r a t u r e a s u s e d i n C O M A D E f o r s e m i c r y s t a l l i n e t h e r r n o p l a s t i c s . . . . . 1 9 9 5 0 . T h e r m a l p r o p e r t i e s o f t h e s e m i c r y s t a l l i n e t h e r m o p l a s t i c s i n C O M A D E . . . . . . . 2 0 2 5 1 . C o m p a r i s o n p r o b l e m i n p u t f o r C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 8 5 2 . C o m p a r i s o n p r o b l e m r e s u l t s f o r C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 9 C h a p t e r 9 5 3 . C B R t a s k s i m p l e m e n t e d i n C a s e F i n d e r & D e s i g n M o d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 9 5 4 . T h e t 0 p - l e v e l u s e r i n t e r f a c e f o r C a s e F i n d e r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 1 5 5 . C a s e F i n d e r ’ s c a s e l i b r a r y u s e r i n t e r f a c e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 3 5 6 . P r o c e s s d i a g r a m f o r C a s e F i n d e r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2 5 5 7 . I n f o r m a t i o n fl o w f o r D e s i g n M o d w i t h i n a n o v e r a l l C B R / d e s i g n p r o c e s s . . . . . . 2 3 0 C h a p t e r 1 0 5 8 . A c a s e m e m o r y h i e r a r c h y f o r C O M A D E c a s e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 6 5 9 . A n e x a m p l e o f m a t c h l e v e l n o r m a l i z a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 7 X V C h a p t e r 1 1 6 0 . M a t e r i a l d e s i g n c o n s i d e r a t i o n s i n M A D E F A S T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 8 6 1 . D e s i g n p r o b l e m d e c o m p o s i t i o n & k n o w l e d g e f l o w f o r t h e G E A E s y s t e m . . . . . 2 5 1 6 2 . I n p u t p r o m p t f o r w e b - b a s e d v e r s i o n o f C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 5 C h a p t e r 1 2 6 3 . T h e c u r r e n t c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n v i s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 4 6 4 . D e s i g n s p i r a l f o r c o m p o s i t e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 5 6 5 . C o m p a r i s o n o f t e n s i l e s t r e n g t h v a l u e s f o r E - g l a s s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 1 6 6 . C o m p a r i s o n o f f l e x u r a l m o d u l u s v a l u e s f o r E — g l a s s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 2 6 7 . I n t e r s t i t i a l e x t e n s i o n o f C O M A D E ’ s t h e r m o p l a s t i c s a g e n t h i e r a r c h y . . . . . . . . . 2 7 9 A p p e n d i x B 6 8 . U s e t e m p e r a t u r e s f o r a l l m a t e r i a l t y p e s i n C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 8 6 9 . P o l y e s t e r u s e t e m p e r a t u r e s i n C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 9 9 7 0 . E p o x y u s e t e m p e r a t u r e s i n C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 0 7 1 . B l e n d t h e r m o p l a s t i c s u s e t e m p e r a t u r e s i n C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 1 7 2 . S e m i c r y s t a l l i n e t h e r m o p l a s t i c s u s e t e m p e r a t u r e s i n C O M A D E . . . . . . . . . . . . . 3 0 2 7 3 . A m o r p h o u s t h e r m o p l a s t i c s u s e t e m p e r a t u r e s i n C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 3 7 4 . B i s m a l e i r n i d e u s e t e m p e r a t u r e s i n C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 4 7 5 . P o l y i m i d e u s e t e m p e r a t u r e s i n C O M A D E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 0 5 A p p e n d i x E 7 6 . T o p h a l f o f t h e c a s e m e m o r y h i e r a r c h y f o r t h e 2 7 s t r u c t u r e d c a s e s . . . . . . . . . . . 3 3 6 7 7 . B o t t o m h a l f o f t h e c a s e m e m o r y h i e r a r c h y f o r t h e 2 7 s t r u c t u r e d c a s e s . . . . . . . . 3 3 7 7 8 . A s y n t a c t i c r e d e s i g n - i n fl u e n c e d c a s e h i e r a r c h y f o r t h e 2 7 c a s e s . . . . . . . . . . . . . 3 3 8 7 9 . A n i n v e r s e s y n t a c t i c r e d e s i g n - i n f l u e n c e d c a s e h i e r a r c h y f o r t h e 2 7 c a s e s . . . . . . 3 3 9 8 0 . C a s e m e m o r y h i e r a r c h y f o r t h e r a n d o m l y g e n e r a t e d c a s e s . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 2 x v i P a r t I P r e l u d e C H A P T E R 1 I n t r o d u c t i o n W h e n a c h e m i c a l e n g i n e e r a p p r o a c h e s t h e d e s i g n o f a p e t r o c h e m i c a l p r o c e s s , s a y , t h e h y d r o d e a l k y l a t i o n o f t o l u e n e t o p r o d u c e b e n z e n e , h e o r s h e d o e s n o t b e g i n w i t h a d e t a i l e d e c o n o m i c a n a l y s i s o f t h e e n e r g y - i n t e g r a t e d fl o w s h e e t o f t h e p r o c e s s , a t t e m p t i n g t o a c h i e v e t h e m a x i m u m p o s s i b l e e n e r g y r e c o v e r y . S t a r t i n g o f f a t t h a t l e v e l o f c o m p l e x i t y i s a l u d i - c r o u s p r o p o s i t i o n . T o a p p l y a n e n e r g y i n t e g r a t i o n a n a l y s i s , a l l t h e h e a t l o a d s a n d a l l t h e s t r e a m t e m p e r a t u r e s t h r o u g h o u t t h e p r o c e s s m u s t b e k n o w n . B u t t h e s e c a n n o t b e fi g u r e d o u t u n l e s s t h e fl o w r a t e s a n d c o m p o s i t i o n s o f e v e r y p r o c e s s s t r e a m a r e a l s o k n o w n . O b v i - o u s l y , t h i s i s t h e w r o n g l e v e l o f d e t a i l a t w h i c h t o b e g i n . S u c h a n a t t e m p t b r i n g s t o m i n d t h e f o l l o w i n g q u o t e : “ I h a v e y e t t o s e e a n y p r o b l e m , h o w e v e r c o m p l i c a t e d , w h i c h , w h e n y o u l o o k e d a t i t i n t h e r i g h t w a y , d i d n o t b e c o m e s t i l l m o r e c o m p l i c a t e d . ” P o u l A n d e r s o n W h a t i s t h e a p p r o p r i a t e l e v e l o f d e t a i l t o c o n s i d e r f o r t h e d e s i g n o f t h e h y d r o d e a l k y l a t i o n p r o c e s s ? T h e r e a r e m o s t a s s u r e d l y l e s s c o m p l e x w a y s o f a d d r e s s i n g t h e d e s i g n o f t h i s p r o c e s s t h a n a b o v e ( a l t h o u g h p r o b a b l y n o t m a n y m o r e c o m p l i c a t e d ) . 1 8 W H z . C H 4 — > T o l u e n e + H 2 = 9 B e n z e n e 4 » C H 4 ” 9 — H Z ' C H ‘ ° > B e n z e n e 1 9 T o l u e n e I 2 B e n z e n e e : D ' p h e n y l + H z ‘ — > D i p h e n y l F i g u r e 1 . H y d r o d e a l k y l a t i o n r e a c t i o n a n d i n p u t - o u t p u t b e h a v i o r . T h e r e a r e s e v e r a l l e s s - d e t a i l e d l e v e l s a t w h i c h t h e d e s i g n c a n b e c o n s i d e r e d w i t h s o m e u t i l i t y . A g e n e r a l h i e r a r c h y o f t h e l e v e l s o f d e c i s i o n s f o r d e s i g n i n g j u s t s u c h a c h e m - i c a l p r o c e s s h a s b e e n e s t a b l i s h e d [ D o u g l a s , 1 9 8 8 ] . T h e s i m p l e s t i s w h e t h e r t h e c h e m i c a l p r o c e s s u n d e r c o n s i d e r a t i o n i s t o b e a b a t c h o r c o n t i n u o u s p r o c e s s . S l i g h t l y m o r e d e t a i l e d t h a n t h a t i s a n i n p u t - o u t p u t fi o w s h e e t o f t h e p r o c e s s . F i g u r e 1 s h o w s t h e i n p u t — o u t p u t b e h a v i o r o f t h e h y d r o d e a l k y l a t i o n p r o c e s s , a l o n g w i t h t h e r e a c t i o n s i n q u e s t i o n [ D o u g l a s , 1 9 8 8 ] . A d d i t i o n a l l e v e l s o f d e t a i l i n c l u d e t h e c o n s i d e r a t i o n o f t h e r e c y c l e fl o w s h e e t , t h e g e n e r a l s t r u c t u r e o f t h e s e p a r a t i o n s y s t e m , a n d fi n a l l y , t h e h e a t - e x c h a n g e r n e t w o r k . I n o r d e r f o r t h e d e s i g n e r t o b e a b l e t o d o t h e d e t a i l e d e c o n o m i c a n a l y s i s o n t h e e n e r g y - i n t e g r a t e d ( i . e . , u p t o a n d i n c l u d i n g t h e h e a t - e x c h a n g e r n e t w o r k ) p r o c e s s fl o w - s h e e t , t h e e n t i r e p r o c e s s m u s t b e d e s i g n e d . M a n y d e c i s i o n s m u s t b e m a d e t h r o u g h o u t t h i s d e s i g n p r o c e s s , b u t a s t h e d e s i g n o f c h e m i c a l p r o c e s s e s i s w e l l u n d e r s t o o d , s p e c i fi c p l a n s f o r m a k i n g t h e s e d e c i s i o n s e x i s t a n d c a n b e u s e d l i n e a r l y ( i . e . , o n e a f t e r t h e o t h e r ) . T h e s e p l a n s a r e w a y s o f a p p r o a c h i n g a p p l i e d e n g i n e e r i n g d e s i g n . H o w e v e r , t h e r e i s m o r e t o e n g i n e e r i n g d e s i g n t h a n j u s t t h e l i n e a r e x e c u t i o n o f s p e c i fi c p l a n s . T h e f o l l o w - i n g s e c t i o n p r e s e n t s s o m e o f t h e s e a d d i t i o n a l i s s u e s . 1 . 1 E n g i n e e r i n g D e s i g n I s s u e s S a y a c h e m i s t h a s d i s c o v e r e d a r e a c t i o n t o m a k e a n e w c a t a l y s t f o r a n e x i s t i n g , c o m m e r - c i a l r e a c t i o n . A c h e m i c a l e n g i n e e r i s c a l l e d i n t o t r a n s f e r t h i s d i s c o v e r y t o a n e w p r o c e s s . T h e e n g i n e e r s t a r t s w i t h o n l y k n o w l e d g e o f t h e r e a c t i o n c o n d i t i o n s a n d p e r h a p s s o m e i n f o r m a t i o n a b o u t a v a i l a b l e r a w m a t e r i a l s a n d p r o d u c t s . T h e e n g i n e e r m u s t s u p p l y a l l t h e o t h e r i n f o r m a t i o n n e e d e d t o d e fi n e t h e d e s i g n p r o b l e m . T h e n , o n c e t h e d e s i g n p r o b l e m h a s b e e n c o m p l e t e l y d e fi n e d , i t m u s t b e s o l v e d . T h i s t y p i c a l e x a m p l e d e p i c t s t h e t w o m a i n d i f fi c u l t i e s w i t h e n g i n e e r i n g d e s i g n . T h e fi r s t i s t h e f a c t t h a t m o s t e n g i n e e r i n g d e s i g n p r o b l e m s a r e i l l - s t r u c t u r e d . T h e o p e n - e n d e d a n d u n d e r d e fi n e d n a t u r e o f e n g i n e e r i n g d e s i g n p r o b l e m s i s t h e o t h e r d i f fi c u l t y . D e s i g n p r o b l e m s a r e o p e n - e n d e d b e c a u s e m a n y a c c e p t a b l e s o l u t i o n s e x i s t , e v e n f o r t h o s e d e s i g n s w h i c h a r e r e l a t i v e l y w e l l d e fi n e d . F o r t h e n e w c h e m i c a l p r o c e s s a b o v e , d e c i s i o n s m u s t b e m a d e a b o u t w h a t u n i t o p e r a t i o n s t o u s e , h o w t o c o n n e c t t h e m , a n d t h e c o n d i t i o n s a t w h i c h t h e y w i l l o p e r a t e . T h e c h a l l e n g e i s t o e f f e c t i v e l y l i m i t t h e d e s i g n a l t e r n a t i v e s , a s t h e r e a r e o f t e n a v e r y l a r g e n u m b e r o f p o s s i b l e s o l u t i o n s . D e s i g n p r o b l e m s a r e c o n s i d e r e d t o b e i l l - s t r u c t u r e d b e c a u s e t h e i r s o l u t i o n s c a n n o t n o r m a l l y b e f o u n d t h r o u g h t h e s i m p l e u s e o f m a t h e m a t i c a l f o r m u l a s [ D y m , 1 9 9 4 ] . M o s t e n g i n e e r i n g d e s i g n p r o b l e m s a r e i n h e r e n t l y n o n l i n e a r , a n d r e q u i r e m u c h m o r e s o p h i s t i - c a t e d a p p r o a c h e s t o p r o b l e m s o l v i n g t h a n c a n b e r e p r e s e n t e d m a t h e m a t i c a l l y . T h e f u n d a m e n t a l a p p r o a c h e s t o e n g i n e e r i n g d e s i g n c a n b e s u m m a r i z e d a s [ G l e g g , 1 9 6 9 ] : d o m a i n - s p e c i fi c t e c h n i q u e s , g e n e r a l r u l e s , a n d u n i v e r s a l p r i n c i p l e s . G e n e r a l r u l e s a n d u n i v e r s a l p r i n c i p l e s a r e m o r e o f t e n t h a n n o t i m p l i c i t l y e m b e d d e d w i t h i n t h e d e t a i l s o f 2 1 d o m a i n - s p e c i fi c t e c h n i q u e s . T h e t w o m o s t i m p o r t a n t u n i v e r s a l a p p r o a c h e s t o e n g i n e e r i n g d e s i g n a r e a s s u m p t i o n a n d r e u s e . T h e m o s t c o m m o n l y u s e d t y p e o f e n g i n e e r i n g d e s i g n a p p r o a c h i s t h a t o f e s t i m a - t i o n a n d a s s u m p t i o n . T h e fi r s t t h i n g a n y e n g i n e e r d o e s w h e n a p p r o a c h i n g a n e w p r o b l e m i s t o m a k e a r o u g h e s t i m a t e , o r a “ b a c k - o f - t h e - e n v e l o p e ” c a l c u l a t i o n o f t h e d e s i g n . T h i s r o u g h e s t i m a t e g e n e r a l l y f o c u s e s o n o n l y a p o r t i o n o f t h e fi n a l d e s i g n , l e a v i n g o u t t h o s e p o r t i o n s o f t h e d e s i g n w i t h w h i c h t h e d e s i g n e r i s u n c o n c e r n e d . T h e w i n g b o x s k e t c h i n F i g u r e 2 o n p a g e 2 4 i s a n e x a m p l e o f j u s t s u c h a r o u g h d e s i g n . T h e u t i l i t y o f b a c k - o f - t h e - e n v e l o p e c a l c u l a t i o n s i s t h e q u i c k d e t e r m i n a t i o n o f t h e a p p r o x i m a t e w o r t h o f a d e s i g n . I f a b a c k - o f - t h e - e n v e l o p e d e s i g n a p p e a r s f e a s i b l e , t h e n t h e e n g i n e e r p r o c e e d s t o a m o r e r i g - o r o u s d e s i g n ; i f i t i s n o t f e a s i b l e , t h a t d e s i g n a l t e r n a t i v e i s r e j e c t e d . A n e x a m p l e o f t h e u t i l i t y o f t h e b a c k - o f - t h e - e n v e l o p e c a l c u l a t i o n c a n b e s e e n i n t h e f o l l o w i n g a n e c d o t e r e l a t e d b y t h e h e a d o f a n a r c h i t e c t u r a l c o n s u l t i n g fi r m [ P e t r o s k i , 1 9 9 2 ] . “ W h e n m y e n g i n e e r s c o m e t o m e w i t h m i l l i o n s o f n u m b e r s o n a h i g h r i s e , I k n o w t h e r e i s o n e n u m b e r t h a t t e l l s m e a l o t o f t h i n g s - h o w m u c h t h e t o p o f t h e b u i l d i n g w i l l s w a y i n t h e w i n d . I f t h e c o m p u t e r s a y s s e v e n i n c h e s , a n d m y f o r m u l a w h i c h t a k e s t h i r t y s e c - o n d s t o d o o n t h e b a c k o f a n e n v e l o p e , s a y s s i x o r e i g h t , I s a y fi n e I f m y f o r m u l a s a y s t w o , I k n o w t h e c o m p u t e r r e s u l t s a r e w r o n g . ” T h e p r a c t i c e o f r e u s e i n e n g i n e e r i n g d e s i g n i s e x p r e s s e d b y [ G l e g g , 1 9 6 9 ] : “ N o w o n e o f t h e [ b e s t ] w a y s o f d e s i g n i n g s o m e t h i n g i s n o t t o d e s i g n i t a t a l l . U s e [ a p a r t ] t h a t i s d e s i g n e d a l r e a d y b y s o m e o n e e l s e . ” T h e d e s i g n p r a c t i c e o f m o d i f y i n g p a s t d e s i g n s i s u t i - l i z e d w i t h i n n e a r l y a l l e n g i n e e r i n g fi e l d s . ’ 1 . O f c o u r s e , d o m a i n - s p e c i fi c t e c h n i q u e s a r e o f p r i m e i m p o r t a n c e i n d e t e m r i n i n g t h e s p e c i fi c m e t h - o d s a c t u a l l y u s e d t o p e r f o r m t h e m o d i fi c a t i o n o f p r e v i o u s d e s i g n s . 2 2 M a n y d e fi n i t i o n s o f e n g i n e e r i n g d e s i g n e x i s t , a n d e a c h d e fi n i t i o n i s m o r e o r l e s s i n fl u e n c e d b y t h e s p e c i fi c d o m a i n i n w h i c h i t i s a p p l i e d . A r e c e n t d e fi n i t i o n a t t e m p t s t o a v o i d t h i s p i t f a l l b y d e fi n i n g e n g i n e e r i n g d e s i g n o u t s i d e o f a n y p a r t i c u l a r d o m a i n c o n t e x t [ D y m & L e v i t t . 1 9 9 1 ; D y m , 1 9 9 4 ] : E n g i n e e r i n g d e s i g n i s t h e s y s t e m a t i c , i n t e l l i g e n t g e n e r a t i o n a n d e v a l u a t i o n o f s p e c i fi - c a t i o n s f o r a r t i f a c t s w h o s e f o r m a n d f u n c t i o n a c h i e v e s t a t e d o b j e c t i v e s a n d s a t i s f y s p e c i fi e d c o n s t r a i n t s . T h i s d e fi n i t i o n i s a l m o s t g e n e r a l e n o u g h t o b e c o m p l e t e l y u s e l e s s w i t h o u t e x t e n - s i v e i n t e r p r e t a t i o n . N o t s u r p r i s i n g l y , t h e r e a r e m a n y i m p l i c i t a s s u m p t i o n s b e h i n d t h i s d e f - i n i t i o n [ D y m , 1 9 9 4 ] : 0 d e s i g n i s n o t a m i n d l e s s p r o c e s s , b u t i s r e p l e t e w i t h s i g n i fi c a n c e a n d i s , a t l e a s t t o s o m e e x t e n t , c o m p r e h e n s i b l e ; - b o t h f o r m a n d f u n c t i o n c a n b e r e p r e s e n t e d , a l t h o u g h n o t n e c e s s a r i l y i n d i v i d u a l l y o r f a c i l e l y ; n o n e t h e l e s s a c o r r e l a t i o n b e t w e e n t h e t w o c a n b e e x p r e s s e d ; 0 t h e r e p r e s e n t a t i o n m u s t b e a b l e t o i n t e r p r e t n o t o n l y t h e o r i g i n a l d e s i g n p r o b l e m s p e c i - fi c a t i o n , b u t a l s o i t s s t a t e d d e s i g n o b j e c t i v e s a n d c o n s t r a i n t s ; 0 p r o b l e m - s o l v i n g t e c h n i q u e s m u s t e x i s t t h a t c a n u t i l i z e t h i s r e p r e s e n t a t i o n t o d e v e l o p s o l u t i o n s f o r t h e d e s i g n ; 0 t h e g e n e r a t e d d e s i g n s o l u t i o n s m u s t b e t r a n s l a t a b l e , i r r e g a r d l e s s o f t h e r e p r e s e n t a t i o n u t i l i z e d , i n t o a p p r o p r i a t e f a b r i c a t i o n s p e c i fi c a t i o n s . T h e k e y i s s u e w i t h i n t h e s e a s s u m p t i o n s i s t h a t w i t h o u t t h e a p p r o p r i a t e k n o w l e d g e r e p r e s e n t a t i o n , t h e r e c a n b e n o d e s i g n [ D y m , 1 9 9 4 ] . T h e r e m u s t e x i s t a w a y o f d e s c r i b i n g a d e s i g n e d a r t i f a c t a t a l l s t a g e s o f d e s i g n , f r o m t h e o r i g i n a l p r o b l e m s p e c i fi c a t i o n t h r o u g h t o t h e e v a l u a t i o n a n d f a b r i c a t i o n o f t h e s o l u t i o n . T h e p r o b l e m s o l v i n g a n d e v a l u a t i o n m e t h o d s u t i l i z e d i n t h e d e s i g n p r o c e s s a r e e n m e s h e d w i t h i n a n d d i c t a t e d b y t h e r e p r e s e n t a - t i o n u t i l i z e d , a n d m u s t b e e x p r e s s e d a n d i m p l e m e n t e d a t t h e a p p r o p r i a t e l e v e l o f a b s t r a c - t i o n . 2 3 1 . 2 T h e C o m p o s i t e s D e s i g n P r o b l e m T h e d e s i g n o f c h e m i c a l p r o c e s s e s p r e s e n t e d e a r l i e r i s a n e x a m p l e o f e s t a b l i s h e d a n d l i n e a r e n g i n e e r i n g d e s i g n . T h e s p e c i fi c d e s i g n t a s k s h a v e b e e n i d e n t i fi e d a n d m a n y h e u r i s t i c s h a v e b e e n d e v e l o p e d . A r e s u l t o f t h i s r i c h d e s i g n u n d e r s t a n d i n g i s t h e l i n e a r n a t u r e o f c h e m i c a l p r o c e s s d e s i g n : a d e fi n i t e o r d e r f o r d e t e r m i n i n g p o r t i o n s o f t h e d e s i g n e x i s t s . C o n v e r s e l y , c o m p o s i t e s d e s i g n i s n o t c u r r e n t l y u n d e r s t o o d c o m p l e t e l y e n o u g h t o b e c o n - s i d e r e d l i n e a r . S i m i l a r i t i e s d o e x i s t b e t w e e n t h e p r o b l e m p o s e d f o r t h e h y d r o d e a l k y l a t i o n p r o c e s s a n d c o m p o s i t e s d e s i g n . W h e n a c o m p o s i t e s d e s i g n e r i s c h a r g e d w i t h d e s i g n i n g , s a y , a w i n g b o x f o r a n a i r c r a f t , h e o r s h e d o e s n o t j u m p r i g h t i n t o a d e t a i l e d e c o n o m i c c o s t a n a l - y s i s o f t h e d e s i g n . T o d o t h a t , t h e d e s i g n e r m u s t k n o w t h e d e t a i l s o f t h e m a t e r i a l s o f c o n - s t r u c t i o n , t h e p r o c e s s i n g a n d t h e s p e c i fi c a r c h i t e c t u r e o f t h e w i n g b o x . T h e s e d e t a i l s a r e u n k n o w n w h e n t h e d e s i g n p r o b l e m i s s p e c i fi e d , a n d m u s t b e d e c i d e d . F i g u r e 2 g i v e s a c o m p a r i s o n o f t h e i n i t i a l w i n g b o x c o n c e p t w i t h t h e d e t a i l e d w i n g b o x d e s i g n . O b v i o u s l y , t h e c o m p o s i t e s d e s i g n e r m u s t c o n s i d e r t h e d e s i g n a t s o m e h i g h e r l e v e l o f a b s t r a c t i o n . A s i m p l e i n p u t - o u t p u t l e v e l o f d e s c r i p t i o n g i v e s t h e d e s i g n s p e c i fi c a t i o n s a s i n p u t , b u t d o e s n o t g i v e m u c h f o r a n o u t p u t o t h e r t h a n t h e r o u g h w i n g b o x s h o w n i n F i g u r e 2 . T h e d e s i g n e r ( o r m o r e o f t e n , a d e s i g n t e a m ) m u s t c o n s i d e r t h e p a r t c o n fi g u r a - t i o n s , m a t e r i a l s p e c i fi c a t i o n s , a n d m a n u f a c t u r i n g p r o c e s s s i m u l t a n e o u s l y . T h e o v e r a l l d e s i g n p r o c e s s f o r c o m p o s i t e s i s t y p i c a l l y s p l i t i n t o t h r e e p h a s e s [ P r i n c i p e e t a l . , 1 9 8 7 ] . A t e a c h o f t h e s e p h a s e s , p a r t c o n fi g u r a t i o n s , m a t e r i a l s p e c i fi c a - t i o n s , a n d m a n u f a c t u r i n g p r o c e s s e s a r e c o n s i d e r e d s i m u l t a n e o u s l y . D e t a i l e d w i n w o x w i t h m a t e r i a l s , p r o c e s s i n g 8 a r c h i t e c t u r e a l l d e t e r m i n e d m a t e r i a l s , p r o c e s s i n g 8 a r c h i t e c t u r e a s y e t . / u n d e t e r m i n e d . - S i m p l e w i n g b o x w i t h ' l ’ ” " ; § ' / F i g u r e 2 . R o u g h a n d d e t a i l e d c o m p o s i t e w i n g b o x e s . 1 . D u r i n g t h e i n i t i a l p h a s e , r e q u i r e m e n t s s u c h a s c o s t , s i z e , w e i g h t , p e r f o r m a n c e , l o a d i n g s p e c i fi c a t i o n s , a n d e n v i r o n m e n t a r e d e fi n e d , a n d p r e l i m i n a r y d e s i g n s a r e d e v e l o p e d f o r t h e m a t e r i a l , p r o c e s s a n d p a r t . 2 . T h e s e c o n d p h a s e i n v o l v e s e v a l u a t i n g a n d v e r i f y i n g t h e n e w m a t e r i a l s , j o i n t d e s i g n , a n d m a n u f a c t u r i n g t e c h n i q u e s s p e c i fi e d i n t h e fi r s t p h a s e . D e t a i l e d fi n i t e e l e m e n t a n a l - y s e s o f c r i t i c a l a r e a s m a y a l s o b e c o n d u c t e d . 3 . I n t h e t h i r d p h a s e , a f u l l - s c a l e p r o t o t y p e i s f a b r i c a t e d a n d e v a l u a t e d f o r c o s t , p e r f o r - m a n c e c a p a b i l i t i e s , a n d e f f e c t s f r o m t h e e n v i r o n m e n t . I f a l l s p e c i fi c a t i o n s h a v e b e e n m e t a f t e r t h e t h i r d p h a s e , p r o d u c t i o n o f t h e p a r t m a y c o m m e n c e . H o w e v e r , i f t h e p a r t f a i l s t o m e e t t h e s p e c i fi c a t i o n s , i t m u s t b e r e d e s i g n e d . O f t e n , d e s i g n p r o c e s s e s f o r c o m p o s i t e s i n v o l v e s i g n i fi c a n t a m o u n t s o f c o s t l y r e d e s i g n . A s f o r t h e d e s i g n o f t h e c h e m i c a l p r o c e s s , m a n y d e c i s i o n s m u s t b e m a d e t h r o u g h - o u t t h e c o m p o s i t e s d e s i g n p r o c e s s . U n l i k e t h e d e s i g n p r o c e s s f o r c h e m i c a l p r o c e s s e s , t h e 2 5 d e s i g n p r o c e s s f o r c o m p o s i t e s i s n o t l i n e a r . M a n y i t e r a t i v e d e s i g n c y c l e s a r e r e q u i r e d b e f o r e t h e fi n a l d e s i g n i s s p e c i fi e d . T r i a l - a n d - e r r o r a l s o r e q u i r e s i t e r a t i o n . S p e c i fi c l i n e a r d e s i g n p l a n s f o r m a k i n g t h e s e d e c i s i o n s f o r c o m p o s i t e s d o n o t e x i s t . T h e o n u s f o r t h e r e d e s i g n c o m m o n t o c o m p o s i t e s c a n b e c l e a r l y p l a c e d o n t h e i m m a t u r i t y o f c o m p o s i t e s t e c h n o l o g y a n d t i r e l e s s t h a n r e l i a b l e s t a n d a r d s f o r m a t e r i a l s , d e s i g n , m a n u f a c t u r i n g , a n d i n s p e c t i o n . T h e c o m p o s i t e s d e s i g n p r o c e s s i s n o t s t r a i g h t f o r w a r d , a n d i n f a c t , i s r i f e w i t h p i t f a l l s f o r t h e i n e x p e r i e n c e d o r i n c a u t i o u s d e s i g n e r . 1 . 3 G o a l s a n d S t r a t e g i e s o f t h i s R e s e a r c h T h e p r o b l e m s i n h e r e n t i n e n g i n e e r i n g d e s i g n w e r e e x e m p l i fi e d b y t h e p r e c e d i n g e x a m p l e s o f t w o v e r y d i f f e r e n t d e s i g n p r o c e s s e s . T h e s t r a t e g i e s f o r a d d r e s s i n g t h e s e p r o b l e m s c a n b e s u m m e d u p b y t h e f o l l o w i n g q u o t e f r o m H e n r y P e t r o s k i [ P e t r o s k i , 1 9 9 4 ] : “ I f p e r s u a s i v e p a r a d i g m s a n d i n s t r u c t i v e c a s e h i s t o r i e s c a n b e m u l t i p l i e d a n d d i s s e m - i n a t e d i n a n e fi e c t i v e w a y , t h e r e i s r e a s o n t o b e l i e v e t h a t t h e y c a n b e c o m e a s i m p o r t a n t a p a r t o f t h e d e s i g n e r ’ s i n t e l l e c t u a l t o o l k i t a s a r e l a w s o f m e c h a n i c s , r u l e s o f t h u m b , a n d c o m p u t e r m o d e l s . " N u m e r o u s h e u r i s t i c s , d e s i g n e q u a t i o n s , a n d c a s e h i s t o r i e s e x i s t f o r t h e d e s i g n o f c h e m i c a l p r o c e s s e s . C h e m i c a l e n g i n e e r s u s e t h i s g u i d i n g m a t e r i a l w h e n e v e r t h e y b e g i n t h e d e s i g n o f a n e w p r o c e s s , a n d t h e u s e o f t h i s m a t e r i a l g r e a t l y f a c i l i t a t e s t h e d e s i g n p r o - c e s s . S u c h u n d e r s t a n d i n g a n d g u i d i n g m a t e r i a l i s n o t u b i q u i t o u s f o r c o m p o s i t e s d e s i g n . T h e r e s e a r c h p r e s e n t e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n f o c u s e s o n t h e a p p l i c a t i o n a n d d e v e l o p - m e n t o f e n g i n e e r i n g d e s i g n t e c h n i q u e s f o r d e s i g n i n g p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s . P r i n c i p l e s o f e n g i n e e r i n g d e s i g n i n g e n e r a l , a n d c h e m i c a l e n g i n e e r i n g d e s i g n i n p a r t i c u l a r , a r e p r e v e l a n t t h r o u g h o u t t h i s d o m a i n . I n t h e s p i r i t o f t h e q u o t e f r o m P e t r o s k i , t h e g o a l i s 2 6 t o d e v e l o p ‘ p e r s u a s i v e p a r a d i g m s ’ f o r t h e d e s i g n o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s . T h e s e p a r a d i g m s a r e i n t e n d e d t o e x t e n d a n d e x p a n d t h e i n t e l l e c t u a l c a p a b i l i t i e s o f c o m p o s i t e d e s i g n e r s b y g i v i n g t h e m a d d i t i o n a l ‘ t o o l s ’ ( b o t h a b s t r a c t d e s i g n g u i d e l i n e s a n d a c t u a l s o f t w a r e i m p l e m e n t a t i o n s ' o f t h e s e g u i d e l i n e s ) w i t h w h i c h t o p e r f o r m t h e d e s i g n o f c o m - p o s i t e m a t e r i a l s . S p e c i fi c s t r a t e g i e s f o r a c h i e v i n g t h e i n c r e a s e d u n d e r s t a n d i n g o f e n g i n e e r i n g d e s i g n f o r c o m p o s i t e s a r e g i v e n i n t h e r e m a i n d e r o f t h i s d i s c u s s i o n . K e y i s s u e s o f p o l y m e r c o m - p o s i t e m a t e r i a l d e s i g n , i n c l u d i n g p a r t i c u l a r d e s i g n c o n s i d e r a t i o n s a n d n o m e n c l a t u r e , s e t t h e s c o p e o f t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l d e s i g n p r o b l e m . T h e a p p l i e d c o m p u t a t i o n a l t e c h - n i q u e s t o b e u s e d f o r e n a b l i n g t h e u s e o f t h e e x p a n d e d c o m p r e h e n s i o n o f t h i s d e s i g n a r e a l s o p r e s e n t e d . 1 . 3 . 1 P o l y m e r C o m p o s i t e M a t e r i a l D e s i g n P o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s a r e t y p i c a l l y v e r y c o m p l e x a n d n o n i n t u i t i v e c o n - s t r u c t s . C a r e f u l c o n s i d e r a t i o n m u s t b e g i v e n t o t h e m u l t i p l e i n t e r a c t i o n s b e t w e e n m a t e r i - a l s , p r o c e s s i n g c o n d i t i o n s , a n d s t r u c t u r a l f e a t u r e s ; t h e s e i n t e r a c t i o n s a r e o f t e n d i f fi c u l t t o a s s e s s a p r i o r i . T h e s t u d y o f p o l y m e r c o m p o s i t e s f o c u s e s o n t h e p r o p e r t i e s a n d f a b r i c a t i o n o f m a t e r i a l s a n d i s b a s e d l a r g e l y o n p o l y m e r s c i e n c e a n d c h e m i c a l e n g i n e e r i n g . T h i s a r e a i s i n h e r e n t l y m u l t i d i s c i p l i n a r y . A k e y t o r e a l i z i n g t h e p o t e n t i a l o f p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e - r i a l s i s t o e n a b l e a r a p i d t r a n s i t i o n f r o m s e t t i n g m a t e r i a l s p e c i fi c a t i o n s t o t h e s u c c e s s f u l c o m m e r c i a l m a n u f a c t u r i n g o f a m a t e r i a l m e e t i n g t h e s e s p e c i fi c a t i o n s . A d d r e s s i n g t h i s c h a l l e n g e b e c o m e s i n c r e a s i n g l y i m p o r t a n t a s p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s p e n e t r a t e t h e 2 7 d u r a b l e g o o d s m a r k e t s . T h i s i m p o r t a n c e i s m a g n i fi e d i n p e r f o r m a n c e d r i v e n m a r k e t s , s u c h a s a e r o s p a c e , a s t h e s e m a r k e t s b e c o m e m o r e c o s t c o n s c i o u s . T h e r e a r e t w o m a i n p o i n t s a b o u t p o l y m e r c o m p o s i t e s i m p o r t a n t e n o u g h t o d r a w m e n t i o n s e p a r a t e l y . T h e fi r s t r e i t e r a t e s t h e u r g e n t n e e d f o r a n d p o t e n t i a l i m p a c t o f d e s i g n p r o c e s s e s s p e c i fi c a l l y a d d r e s s i n g c o m p o s i t e m a t e r i a l s . T h e s e c o n d i s t h e d i s t i n c t i o n ’ b e t w e e n p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s a n d p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s . C o n c e p t u a l D e s i g n C o n s i d e r a t i o n s . T h e s t a n d a r d p r o c e d u r e s u t i l i z e d i n t h e g e n e r a t i o n o f a d e s i g n f o r a n e w c o m p o s i t e a r t i f a c t a r e o f t e n h e u r i s t i c i n n a t u r e o r e v e n w o r s e ‘ , t h e r e s u l t o f t e d i o u s a n d e x p e n s i v e t r i a l - a n d - e r r o r t e s t i n g . A l t h o u g h t h e c o m p o s i t e s d e s i g n e r h a s a n o v e r w h e l m i n g a m o u n t o f i n f o r m a t i o n a v a i l a b l e , t h i s i n f o r m a t i o n t y p i c a l l y c o n s i s t s o f e x p e r i m e n t a l d a t a a n d c o l l e c t i o n s o f u n o r g a n i z e d h e u r i s t i c s , n e i t h e r o f w h i c h i s i m m e - d i a t e l y c o n d u c i v e f o r u s e i n d e s i g n . C o n s e q u e n t l y , t h e d e s i g n o f p o l y m e r c o m p o s i t e s c a n b e v i e w e d e s s e n t i a l l y a s a n a r t f o r r n g u i d e d b y e x p e r i e n c e a n d s c i e n t i fi c p r i n c i p l e s . I t h a s b e e n w e l l d o c u m e n t e d t h a t t h e e a r l y c o n c e p t u a l d e s i g n p h a s e f o r p o l y m e r c o m p o s i t e s d e t e r m i n e s m a n y o f t h e c r i t i c a l c o s t d r i v e r s f o r t h e d e t a i l e d d e s i g n o f t h e fi n a l c o m p o s i t e . P r o v i d i n g s u p p o r t f o r t h e c o n c e p t u a l d e s i g n o f p o l y m e r c o m p o s i t e s t h e r e f o r e h a s g r e a t p o t e n t i a l f o r p r o v i d i n g s u b s t a n t i a l d o w n s t r e a m c o s t c o n t r o l . A c o m p r e h e n s i v e a p p r o a c h t o t h e d e s i g n o f p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s c a n p r o v i d e a w a y t o r e d u c e d e s i g n a n d m a n u f a c t u r i n g t i m e w i t h t h e g o a l o f g e t t i n g t h e d e s i g n r i g h t t h e fi r s t t i m e . T h i s c a n e l i m i n a t e o r a t l e a s t r e d u c e t h e c o s t l y r e d e s i g n p r o c e s s . 1 . T h i s d o e s n o t n e c e s s a r i l y i m p l y t h a t h e u r i s t i c s a r e b a d , h o w e v e r . T h e m a i n p r o b l e m w i t h u s i n g h e u r i s t i c s f o r d e s i g n i s t h a t d e s i g n e r s o c c a s i o n a l l y u s e t h e m w i t h o u t r e g a r d f o r t h e i r l i m i t a t i a r s . 2 8 C o m p o s i t e M a t e r i a l S y s t e m s . M a t e r i a l d e s i g n f o r p o l y m e r c o m p o s i t e s i n v o l v e s t h e m a p - p i n g f r o m e n v i r o n m e n t a l a n d p e r f o r m a n c e r e q u i r e m e n t s ( m e c h a n i c a l , t h e r m a l a n d c h e m i - c a l ) t o c h o i c e s f o r fi b e r s a n d m a t r i c e s . D e p e n d i n g o n t h e t y p e o f m a t r i x , a d e t a i l e d r e c i p e o f r e a c t i v e d i l u e n t s , i n h i b i t o r s , fi l l e r s , i n i t i a t o r s , a n d o t h e r a d d i t i v e s m a y b e s p e c i fi e d a s w e l l . T h e d i s t i n c t i o n t o b e m a d e f o r t h e r e s e a r c h i n t h i s d i s s e r t a t i o n i s b e t w e e n p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s a n d p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s . T h i s d i s t i n c t i o n i s e s p e - c i a l l y i m p o r t a n t w h e n c o n s i d e r i n g t h e i m p l i c a t i o n s o f t h e d e s i g n o f e i t h e r . D e s i g n o f p o l y - m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s i m p l i e s a c r e a t i v e a s p e c t t o t h e d e s i g n , w i t h n e w c l a s s e s o f m a t e r i a l s p o t e n t i a l l y b e i n g i n v e n t e d . A s t h a t i s n o t t h e i n t e n t i n t h i s d i s s e r t a t i o n , a n o t h e r t e r m m u s t b e u s e d t o e x p l i c i t l y a v o i d t h i s m i s i n t e r p r e t a t i o n . H e n c e , p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s . A s u s e d w i t h i n t h i s d i s s e r t a t i o n ( p a r t i c u l a r l y i n P a r t s I V & V ) , p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s s p e c i f y c o m b i n a t i o n s o f p o l y m e r m a t r i x m a t e r i a l s , c h e m i c a l a g e n t s ( c u r - i n g , c o c u r i n g , r e a c t i v e d i l u e n t s ) , fi b e r m a t e r i a l s a n d fi b e r l e n g t h s . T h e d e s i g n o f p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s s p e c i fi e s n o t h i n g o t h e r t h a n d e t e r m i n i n g v a l i d c o m b i n a t i o n s o f m a t e r i a l s y s t e m c o n s t i t u e n t s . 1 . 3 . 2 A p p l i e d C o m p u t a t i o n a l T e c h n i q u e s T h e r e a r e t w o m a i n c o m p u t a t i o n a l t e c h n i q u e s u t i l i z e d f o r t h e d e s i g n o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s i n t h i s d i s s e r t a t i o n . T h e r e p r e s e n t a t i o n a n d r e u s e o f k n o w l e d g e s e r v e a s t h e f o u n d a t i o n s f o r b o t h I m o w l e d g e - b a s e d s y s t e m s a n d c a s e - b a s e d r e a s o n i n g . T h e s e a p p l i e d c o m p u t a t i o n a l t e c h n i q u e s a r e e m i n e n t l y s u i t e d f o r i m p l e m e n t i n g s y s t e m s t h a t p e r f o r m e n g i n e e r i n g d e s i g n . T h e s t a t e d c o n s t r a i n t s o f a d e s i g n - c e n t r i c k n o w l e d g e 2 9 r e p r e s e n t a t i o n a n d a n i m p l e m e n t a t i o n a t t h e p r o p e r l e v e l o f a b s t r a c t i o n a r e i n f a c t s t r e n g t h s o f t h e s e t e c h n i q u e s . K n o w l e d g e - b a s e d s y s t e m s a r e p a r t i c u l a r l y u s e f u l f o r p e r f o r m i n g e s t i m a t i o n a n d a s s u m p t i o n . T h e e n t i r e p r e m i s e o f c a s e - b a s e d r e a s o n i n g i s t h e r e u s e o f p r e v i o u s d e s i g n s o l u t i o n s . K n o w l e d g e - b a s e d S y s t e m s . K n o w l e d g e - b a s e d s y s t e m s f u n c t i o n a s a i d s t o t h e d e t e r m i n a - t i o n o f c o m p l e x ( e n g i n e e r i n g ) p r o b l e m s t h r o u g h t h e u s e o f p r e c o m p i l e d d o m a i n k n o w - l e d g e a n d s p e c i fi c i n f e r e n c i n g t e c h n i q u e s . T h e s e s y s t e m s i n c l u d e r e p r e s e n t a t i o n a n d i n f e r e n c i n g t e c h n i q u e s s p e c i fi c t o t h e t y p e o f k n o w l e d g e c o n s i d e r e d . T h e i n f e r e n c i n g t e c h n i q u e s a n d k n o w l e d g e r e p r e s e n t a t i o n u p o n w h i c h t h e w o r k i n t h i s d i s s e r t a t i o n i s b a s e d a r e T a s k S p e c i fi c A r c h i t e c t u r e s a n d G e n e r i c T a s k s . T h e s e t e c h n i q u e s e n t a i l a n e n g i n e e r i n g s c i e n c e s t y l e m e t h o d o l o g y f o r d e s i g n i n g a n d d e v e l o p i n g i n t e l l i g e n t d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m s . T h i s f a c i l i t a t e s t h e k n o w l e d g e a c q u i s i t i o n p r o c e s s b y f o c u s i n g o n t h e h i g h l e v e l d e s c r i p t i o n s o f p r o b l e m s o l v i n g a n d n o t o n s p e c i fi c i m p l e m e n t a t i o n l a n g u a g e s . T h e a d v a n t a g e o f a r e p r e s e n t a t i o n f r a m e w o r k t h a t c a n c a p t u r e t h e c o n c e p t s s u p p o r t i n g d e s i g n p r o c e s s e s i s t h a t i t s e p a r a t e s t h e d o m a i n k n o w l e d g e f r o m t h e c o m p u t a t i o n a l p r o c e s s e s [ B r o w n & C h a n d r a s e k a r a n , 1 9 8 9 ] , e a s i l y p e r m i t t i n g k n o w l e d g e a d a p t a t i o n w i t h o u t a c o m p l e t e r e c o n s t r u c t i o n o f t h e u n d e r l y i n g i n f e r e n c e p r o c e d u r e s . C a s e - b a s e d R e a s o n i n g . A c a s e - b a s e d r e a s o n i n g ( C B R ) a p p r o a c h i s c a p a b l e o f u t i l i z i n g t h e s p e c i fi c k n o w l e d g e o f p r e v i o u s c o n c r e t e d e s i g n p r o b l e m s . T h i s i s a n e x p e r i e n c e - b a s e d m e t h o d w h i c h a t t e m p t s t o d e a l w i t h c u r r e n t p r o b l e m s t h r o u g h a c o m p a r i s o n t o p a s t s o l u - t i o n s . A n e w p r o b l e m i s s o l v e d b y fi n d i n g a s i m i l a r p a s t c a s e a n d r e u s i n g i t a s d e t e r m i n e d b y t h e n e w s i t u a t i o n . A s n e w p r o b l e m s a r e s o l v e d , t h e s o l u t i o n s a r e s t o r e d a s c a s e s . T h i s 3 0 a l l o w s i n c r e m e n t a l l e a r n i n g , w h i c h i n t u r n a l l o w s t h e r e a s o n e r t o b e c o m e m o r e e f fi c i e n t . T h i s i n c r e m e n t a l l e a r n i n g o c c u r s a s a c a s e - b a s e d r e a s o n i n g s y s t e m a c c u m u l a t e s b o t h s p e - c i fi c a n d g e n e r a l k n o w l e d g e . T h e m i x t u r e o f k n o w l e d g e a b s t r a c t i o n s f a c i l i t a t e s t h e s o l u - t i o n o f p r o b l e m s r e q u i r i n g t h e s i m u l t a n e o u s h a n d l i n g o f m u l t i p l e i n t e r a c t i n g c o n s i d e r a t i o n s . 1 . 4 A n t i c i p a t e d O u t c o m e s o f t h i s W o r k A n o v e r a l l v i s i o n f o r t h e c o n c e p t u a l d e s i g n o f c o m p o s i t e s h a s b e e n g e n e r a t e d b y r e s e a r c h - e r s i n t h e I n t e l l i g e n t S y s t e m s L a b o r a t o r y [ M c D o w e l l e t a l . , 1 9 9 3 ] . T h i s c o n c e p t u a l d e s i g n v i s i o n e n c o m p a s s e s e v e r y f a c e t o f c o m p o s i t e s d e s i g n , i n c l u d i n g m a t e r i a l d e s i g n . W h i l e i n s p i r e d b y a n d fi t t i n g u n d e r t h e a u s p i c e s o f t h i s v i s i o n , t h e r e s e a r c h i n t h i s d i s s e r t a t i o n d e p a r t s f r o m t h e c o n c e p t u a l d e s i g n v i s i o n . O f s p e c i fi c i n t e r e s t i n t h i s d i s s e r t a t i o n i s t h e e n g i n e e r i n g d e s i g n o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s , b u t n o t n e c e s s a r i l y a t a p r e d e t e r m i n e d c o n c e p t u a l l e v e l o f d e t a i l . T h e p r i m a r y f o c u s o f t h i s d i s s e r t a t i o n i s t o e x a m i n e t h e i d e a s b e h i n d t h e d e s i g n o f p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s a t v a r y i n g l e v e l s o f c o m p l e x i t y a n d t o d e v e l o p a c o h e s i v e a p p r o a c h f o r e f fi c a c i o u s l y p e r f o r m i n g d e s i g n . T h i s i s t o b e d o n e w i t h a n e m p h a - s i s o n k n o w l e d g e — b a s e d s y s t e m s , c a r e f u l l y e n g i n e e r i n g t h e p o s s i b l e i n t e r a c t i o n s o f i n f o r - m a t i o n a n d s t r u c t u r i n g t h e p r o b l e m o f m a t e r i a l d e s i g n i n s u c h a w a y a s t o p r o v i d e n o t o n l y s u b s t a n t i v e r e s e a r c h r e s u l t s , b u t g e n u i n e l y u s a b l e a n s w e r s a s w e l l . 3 1 1 . 4 . 1 C o m p o s i t e M a t e r i a l S y s t e m D e s i g n K n o w l e d g e “ S c i e n c e i s b u i l t u p w i t h f a c t s , a s a h o u s e i s w i t h s t o n e s . B u t a c o l l e c t i o n o f f a n i s n o m o r e a s c i e n c e t h a n a h e a p o f s t o n e s i s a h o u s e . ” J u l e s H e n r i P o i n c a r e T h e c o n t r i b u t i o n s o f t h i s d i s s e r t a t i o n t o d e s i g n k n o w l e d g e f o r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s f o c u s o n t w o m a i n i s s u e s : t h e a c c u m u l a t i o n a n d o r g a n i z a t i o n o f d e s i g n k n o w - l e d g e , a n d t h e p h i l o s o p h i c a l n a t u r e o f t h e d e s i g n p r o c e s s . N o t o n l y i s d e s i g n k n o w l e d g e a b o u t c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s a c c u m u l a t e d , b u t i t i s o r g a n i z e d i n s u c h a m a n n e r a s t o b e u s e f u l f o r d e s i g n . T h i s a c c u m u l a t i o n a n d o r g a n i - z a t i o n a d d r e s s e s b o t h t h e i l l - s t r u c t u r e d a n d o p e n - e n d e d n a t u r e o f t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n p r o c e s s . T h e O p e n - e n d e d n a t u r e o f t h e d e s i g n p r o c e s s m a n d a t e s t h e d e t e r - m i n a t i o n o f a b s t r a c t e d h e u r i s t i c k n o w l e d g e . S u c h k n o w l e d g e i s u s e f u l f o r l i m i t i n g t h e s c o p e o f t h e d e s i g n s p a c e . A n y p r o b l e m s d u e t o i l l - s t r u c t u r e a r e e l i m i n a t e d ( o r a t l e a s t s i g - n i fi c a n t l y r e d u c e d ) b y t h e e s t a b l i s h m e n t o f a d e t a i l e d s t r u c t u r e o f t h e p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n p r o b l e m . T h e a p p l i c a b i l i t y o f t h e r i g i d p h a s e l e v e l d e s i g n p r o c e s s f o r c o m p o s i t e s a s a w a y o f d r i n k i n g a b o u t t h e d e s i g n a n d a s a g u i d e l i n e t o i m p l e m e n t a t i o n o f t h e d e s i g n p r o c e s s i s a d d r e s s e d . A n e x a m i n a t i o n o f t h e d e s i g n t a s k s c o m p r i s i n g t h e p r o b l e m t o b e s o l v e d g u i d e s t h i s d e l i b e r a t i o n . A d e c i s i o n i s m a d e w h e t h e r o r n o t t h e c o n c e p t u a l p h a s e o f t h e d e s i g n s h o u l d b e e x c l u s i v e l y c o m p a r t m e n t a l i z e d w h e n i m p l e m e n t e d . 1 . 4 . 2 E n g i n e e r i n g D e s i g n T o o l I m p l e m e n t a t i o n “ E a c h p r o b l e m I s o l v e d b e c a m e a p a t t e r n , t h a t I u s e d l a t e r t o s o l v e o t h e r p r o b l e m s . ” R e n e D e s c a r t e s . T h e c o m p u t a t i o n a l t o o l s p r e s e n t e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n w i l l b e c a p a b l e o f d e s i g n i n g c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s t h r o u g h t h e u s e o f b o t h c o m p i l e d h e u r i s t i c s ( k n o w l e d g e - b a s e d 3 2 s y s t e m s ) a n d p r e v i o u s l y d e t a i l e d d e s i g n s ( c a s e - b a s e d r e a s o n i n g ) . T h e a r c h i v a l n a t u r e o f t h e C B R s y s t e m w i l l a l l o w u s e r s o f t h e s y s t e m t o a c c e s s p r e v i o u s c a s e s , s p e e d i n g u p t h e e n t i r e d e s i g n p r o c e s s . I d e a l l y , t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n e r w i l l b e u s e d i n c o n - j u n c t i o n w i t h o t h e r c o m p u t a t i o n a l t o o l s w h i c h a d d r e s s t h e d e s i g n o f t h e p r o c e s s i n g a n d s t r u c t u r a l a s p e c t s o f t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l . T h e u s e o f k n o w l e d g e - a n d c a s e - b a s e d s y s t e m s i n t h e c o n t e x t o f p o l y m e r c o m p o s - i t e s d e s i g n f a c i l i t a t e s t h e u s e a n d r e u s e o f e n g i n e e r i n g d e s i g n k n o w l e d g e , t h u s e n a b l i n g t h e t r a n s f e r o f e x p e r t i s e . B y s t r e a m l i n i n g t h e m u n d a n e d e s i g n p r o c e s s e s , t h e s e s y s t e m s c a n a l s o f r e e d e s i g n e n g i n e e r s f o r m o r e c r e a t i v e d e s i g n a c t i v i t i e s . 1 . 5 W a l k t h r o u g h T h e m a i n i s s u e s i n v o l v e d i n a n d t h e t a r g e t e d a r e a s f o r a d d i t i o n a l r e s e a r c h h a v e b e e n p r e - s e n t e d i n t h i s fi r s t c h a p t e r , w h i c h s e r v e s a s 3 P r e l u d e t o t h i s d i s s e r t a t i o n . T h e t w o m a j o r s e c t i o n s t h a t f o l l o w c o n t a i n t h e f o u n d a t i o n s o f t h e r e s e a r c h d i s c u s s e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n . T h e s e f o u n d a t i o n s a r e t h e e n a b l i n g c o m p u t a t i o n a l t e c h n i q u e s u t i l i z e d i n t h i s r e s e a r c h ( P a r t I I ) a n d t h e m e t h o d o l o g i e s & i d e o l o g i e s o f v a r i o u s r e l a t e d c o m p u t a t i o n a l e fi ' o r t s f o r d e s i g n i n g c o m p o s i t e s ( P a r t I I I ) . T h e h e a r t o f t h e r e s e a r c h i n t h i s d i s s e r t a t i o n i s p r e s e n t e d i m m e d i a t e l y f o l l o w i n g , i n P a r t I V . D i s c u s s i o n s w h i c h e x t r a p o l a t e o n t h e s e r e s e a r c h r e s u l t s a n d a n o v e r a l l s u m m a r y o f t h e i s s u e s r a i s e d b y a n d t h e a c c o m p l i s h m e n t s o f t h i s r e s e a r c h a r e p r e s e n t e d i n P a r t V . P a r t 1 1 l e a d s o fi ' w i t h a n i n t r o d u c t i o n t o t h e b a s i c i d e a s o f a r t i fi c i a l i n t e l l i g e n c e i n C h a p t e r T w o . T h e c o n c e p t s o f p e r f o r m i n g r e a s o n i n g a t b o t h t h e k n o w l e d g e l e v e l a n d t h e t a s k l e v e l a r e a l s o p r e s e n t e d i n t h i s c h a p t e r . A p r e s e n t a t i o n a n d d i s c u s s i o n o f t h e t y p e s a n d 3 3 s p e c i fi c i m p l e m e n t a t i o n s o f t a s k - a n d k n o w l e d g e - l e v e l a p p r o a c h e s u s e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n c o n c l u d e s C h a p t e r T w o . A n i n - d e p t h p r e s e n t a t i o n o f t h e t h e o r e t i c a l a n d p r a c t i c a l i s s u e s o f c a s e - b a s e d r e a s o n i n g c o m p r i s e s C h a p t e r T h r e e . T h e s u m m a r y o f p r e v i o u s a p p r o a c h e s t o d e s i g n i n g c o m p o s i t e s t h a t i s p r e s e n t e d i n P a r t I I I i s t w o f o l d . T h e fi r s t p a r t i s a w i d e s p e c t r u m o f c o m p u t a t i o n a l a p p r o a c h e s t o v a r i - o u s a r e a s o f c o m p o s i t e s d e s i g n a n d a d i s c u s s i o n o f t r e n d s e v i d e n t i n t h e s e a p p r o a c h e s . T h i s i s g i v e n i n C h a p t e r F o u r . T h e i m m e d i a t e l e g a c y o f t h e r e s e a r c h i n t h i s d i s s e r t a t i o n , n a m e l y , t h e e v o l u t i o n o f t h e k n o w l e d g e - b a s e d s y s t e m a p p r o a c h t o c o m p o s i t e s d e s i g n i n t h e I n t e l l i g e n t S y s t e m s L a b o r a t o r y ( I S L ) a t M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y , m a k e s u p C h a p t e r F i v e . P a r t I V d i s c u s s e s h o w t h e c o m p o s i t e s d e s i g n l e g a c y i n t h e I S L h a s b e e n s p e c i fi c a l l y a u g m e n t e d . A r e e v a l u a t i o n o f t h e p r e v i o u s l y u t i l i z e d a p p r o a c h t o c o m p o s i t e s d e s i g n a n d t h e c o n s e q u e n t r e f o c u s i n g o f t h e o v e r a l l d e s i g n v i s i o n i s p r e s e n t e d i n C h a p t e r S i x . A l s o p r e s e n t e d i n C h a p t e r S i x i s t h e s p e c i fi c p l a n f o r t h e r e s e a r c h i n t h i s d i s s e r t a t i o n . C h a p t e r S e v e n s e t s t h e g r o u n d w o r k f o r t h e d e v e l o p m e n t o f t h e n e x t g e n e r a t i o n c o m p o s i t e m a t e r i a l d e s i g n e r b y c l o s e l y s c r u t i n i z i n g t h e p r e v i o u s s y s t e m , C M a t D e s i g n . T h e l e s s o n s l e a r n e d f r o m t h i s a n a l y s i s , i n a d d i t i o n t o t h e d i r e c t i v e s p r e s e n t e d i n t h e s p e c i fi c r e s e a r c h p l a n , p r o v i d e t h e g u i d a n c e f o r t h e i m p l e m e n t a t i o n o f a f o u r t h - g e n e r a t i o n c o m p o s i t e m a t e r i a l d e s i g n e r , C O M A D E . T h e d e t a i l s o f C O M A D E ’ s i m p l e m e n t a t i o n a n d e x a m p l e s o f i t s u s e a r e g i v e n i n C h a p t e r E i g h t ( a n d i n A p p e n d i c e s A t h r o u g h D ) . C h a p t e r N i n e d e t a i l s a n e w a p p r o a c h t o p e r f o r m i n g c a s e - b a s e d r e a s o n i n g w i t h i n a g e n e r i c t a s k e n v i r o n m e n t , a n d p r e s e n t s t w o c o m p u t a t i o n a l t o o l s d e v e l o p e d f o r t h i s a p p r o a c h : 3 4 C a s e F i n d e r a n d D e s i g n M o d . A s p e c i fi c a p p l i c a t i o n o f t h e s e t o o l s u s e d i n c o n j u n c t i o n w i t h C O M A D E i s s h o w n i n C h a p t e r T e n ( a n d i n A p p e n d i x E ) . A s u m m a r y o f v a r i o u s u s e s o f C O M A D E , r a n g i n g f r o m s i m p l e d e m o n s t r a t i o n s t o s e r v i n g a s a f o u n d a t i o n f o r t h e d e v e l o p m e n t o f a d e d i c a t e d c o m m e r c i a l d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m , l e a d s o f f P a r t V i n C h a p t e r E l e v e n . T h e l e s s o n s l e a r n e d t h r o u g h o u t t h e d e v e l o p - m e n t o f C O M A D E , i n c l u d i n g e m p h a s i z i n g t h e p r o p e r l e v e l s o f a b s t r a c t i o n f o r d e s i g n a n d u t i l i z i n g t h e a p p r o p r i a t e c o m p u t a t i o n a l t e c h n i q u e s f o r t h e d e s i g n t a s k a t h a n d , a r e p r e - s e n t e d i n C h a p t e r N e l v e . T h e c u r r e n t d e s i g n v i s i o n , a d e t a i l e d s u m m a r y o f t h e s p e c i fi c c o n t r i b u t i o n s p r e s e n t e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n , a n d s u g g e s t i o n s f o r a d d i t i o n a l w o r k a r e l i s t e d i n t h e c o n c l u d i n g C h a p t e r T h i r t e e n . P a r t I I C o m p u t a t i o n a l I n f r a s t r u c t u r e 3 5 C H A P T E R 2 A p p l i e d A r t i fi c i a l I n t e l l i g e n c e T e c h n i q u e s T h r o u g h o u t t h e h i s t o r y o f A I , r e s e a r c h e r s h a v e b e e n a t t e m p t i n g t o t e s t t h e i r h y p o t h e s e s o f n e w c o m p u t a t i o n a l a p p r o a c h e s b y b u i l d i n g t e s t s y s t e m s . S o m e o f t h e e a r l i e s t o f t h e s e w e r e c a l l e d e x p e r t s y s t e m s . T h e s e s y s t e m s w e r e a c o m b i n a t i o n o f a s u b s t a n t i a l a m o u n t o f d o m a i n k n o w l e d g e a n d o n e o r m o r e r e a s o n i n g m e c h a n i s m s f o r a p p l y i n g t h i s k n o w l e d g e t o p r o b l e m s . M a n y o f t h e s e fi r s t s y s t e m s w e r e i n t h e m e d i c a l d o m a i n , w h e r e a g r e a t d e a l o f p r e - c o m p i l e d k n o w l e d g e w a s a v a i l a b l e i n f o r m s c o n d u c i v e t o i n c l u s i o n i n s u c h s y s t e m s . M Y C I N , o n e t h e m o s t i n fl u e n t i a l o f t h e e a r l y m e d i c a l e x p e r t s y s t e m s , u s e d p r o d u c t i o n r u l e s f o r t h e r e p r e s e n t a t i o n o f k n o w l e d g e [ D a v i s e t a l . , 1 9 7 7 ] . O t h e r e x p e r t s y s t e m s s u c h a s R 1 ( a l s o c a l l e d X C O N ) [ M c D e r m o t L 1 9 8 2 ; M c D e r - m o t t , 1 9 8 4 ] a n d P R O S P E C T O R [ H a r t e t a l . , 1 9 7 8 ; D u d a e t a l . , 1 9 7 9 ] a l s o u s e d t h e p r o - d u c t i o n r u l e a p p r o a c h t o s o l v e n o n m e d i c a l d o m a i n p r o b l e m s . T h e s e t w o s y s t e m s a d d r e s s e d t h e d o m a i n s o f c o n fi g u r a t i o n o f D E C V A X s y s t e m s a n d m i n e r a l e x p l o r a t i o n a d v i c e g e n e r a t i o n , r e s p e c t i v e l y . D E N D R A L w a s a n o t h e r e a r l y e x p e r t s y s t e m t h a t , w h i l e 3 6 3 7 n o t s t r i c t l y a m i c - b a s e d s y s t e m , i n f e r r e d t h e s t r u c t u r e o f o r g a n i c c o m p o u n d s f r o m e m p i r i - c a l d a t a u s i n g p r o d u c t i o n n r l e s w i t h c o n s t r a i n t s a t i s f a c t i o n [ B u c h a n a n a n d L e d e r b e r g , 1 9 7 1 ] . F i g u r e 3 s h o w s e x a m p l e s o f t y p i c a l p r o d u c t i o n r u l e s u s e d i n t h e s e s y s t e m s . M a n y k n o w l e d g e r e p r e s e n t a t i o n s c h e m e s a n d r e a s o n i n g m e c h a n i s m s h a v e b e e n d e v e l o p e d b e s i d e s p r o d u c t i o n r u l e s ( e . g . , f r a m e s , s e m a n t i c n e t s , p r e d i c a t e l o g i c , s t a t i s t i c a l r e a s o n i n g ) , b u t t h e y a l l c a n b e c h a r a c t e r i z e d a l o n g a s y n t a c t i c - s e m a n t i c r e p r e s e n t a t i o n s p e c t r u m . A t o n e e x t r e m e a r e t h e s y n t a c t i c s y s t e m s , w h i c h d o n o t b o t h e r w i t h t h e m e a n - i n g o f t h e r e p r e s e n t e d k n o w l e d g e . T h e s e s y s t e m s h a v e s i m p l e p r o c e d u r e s f o r m a n i p u l a t - i n g t h e r e p r e s e n t a t i o n . A s a r e s u l t , a s h o r t c o m i n g o f t h e p u r e l y s y n t a c t i c s y s t e m s w a s t h e l a c k o f c o n t r o l f o r t h e o r d e r o f e x e c u t i o n o f , s a y , p r o d u c t i o n r u l e s . A t t h e o t h e r e n d o f t h e s p e c t r u m a r e t h e s e m a n t i c s y s t e m s , i n w h i c h e v e r y a s p e c t o f t h e r e p r e s e n t a t i o n c o r r e - s p o n d s t o a d i f f e r e n t p i e c e o f i n f o r m a t i o n ; t h e i n f e r e n c i n g p r o c e d u r e s a r e c o r r e s p o n d i n g l y c o m p l i c a t e d . O t h e r a p p r o a c h e s b e s i d e s e x p e r t s y s t e m s h a v e a r i s e n o v e r t h e y e a r s , i n c l u d i n g b l a c k b o a r d s y s t e m s ( w h i c h h a v e a g e n e r a l w o r k s p a c e w i t h c o m p e t i n g s y s t e m s a l l m o d i f y - i n g t h e p r o b l e m s o l u t i o n ) , m o d e l - b a s e d s y s t e m s , k n o w l e d g e - b a s e d s y s t e m s a n d d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m s . T h e s e a p p r o a c h e s h a v e c o m b i n e d m i x t u r e s o f s y n t a c t i c a n d s e m a n t i c r e p r e s e n t a t i o n s , s o m e t h i n g t h a t t h e e a r l y e x p e r t s y s t e m s g e n e r a l l y d i d n o t d o . M a n y e a r l y e x p e r t s y s t e m s w e r e p u r e l y s y n t a c t i c i n n a t u r e , a n d w e r e t h u s b r i t t l e a n d d i f fi c u l t t o m o d - i f y o r v a l i d a t e . T h a t l a t e r a p p r o a c h e s h a v e m o v e d a w a y f r o m t h e e x t r e m e s o f t h i s s p e c - t r u m h a s h e l p e d t o d e c r e a s e b r i t t l e n e s s a n d h a s a l s o s i m p l i fi e d t h e m o d i fi c a t i o n a n d v a l i d a t i o n o f t h e s e s y s t e m s . 3 8 A t y p i c a l M Y C I N r u l e : I f : ( 1 ) t h e s t a i n o f t h e o r g a n i s m i s g r a m - p o s i t i v e , a n d ( 2 ) t h e m o r p h o l o g y o f t h e o r g a n i s m i s c o c c u s , a n d ( 3 ) t h e g r o w t h c o n f o r m a t i o n o f t h e o r g a n i s m i s c l u m p s , t h e n t h e r e i s s u g g e s t i v e e v i d e n c e ( 0 . 7 ) t h a t t h e i d e n t i t y o f t h e o r g a n i s m i s s t a p h y l o c o c c u s . \ e a c h M Y C l N r u l e A t y p i c a l R I I X C O N r u l e : I f : t h e m o s t c u r r e n t a c t i v e c o n t e x t i s d i s t r i b u t i n g m a s s b u s d e v i c e s , a n d t h e r e i s a s i n g l e - p o r t d i s k d r i v e t h a t h a s n o t b e e n a s s i g n e d t o a m a s s b u s , a n d t h e r e a r e n o u n a s s i g n e d d u a l - p o r t d i s k d r i v e s a n d t h e n u m b e r o f d e v i c e s t h a t e a c h m a s s b u s s h o u l d s u p p o r t i s k n o w n , a n d t h e r e i s a m a s s b u s t h a t h a s b e e n a s s i g n e d a t l e a s t o n e d i s k d r i v e a n d t h a t s h o u l d s u p p o r t a d d i t i o n a l d i s k d r i v e s , a n d t h e t y p e o f c a b l e n e e d e d t o c o n n e c t t h e d i s k d r i v e t o t h e p r e v i o u s d e v i c e o n t h e m a s s b u s i s k n o w n t h e n : a s s i g n t h e d i s k d r i v e t o t h e m a s s b u s . A t y p i c a l P R O S P E C T O R r u l e : I f : m a g n e t i t e o r p y r i t e i n d i s s e m i n a t e d o r v e i n l e t f o r m i s p r e s e n t t h e n : ( 2 , - 4 ) t h e r e i s f a v o r a b l e m i n e r a l i z a t i o n a n d t e x t u r e f o r t h e p r o p y l i t i c s t a g e . d m n r w e m t w o c o m m k m c e w d m m d h r P R O S P B C T O R : t h e l I t s u g g e s t e d t h e e v i d e n c e ' s v a l i d i t y , t h e 2 " d i n d i c a t e d t h e n e c e s s i t y o f t h e e v i d e n c e . F i g u r e 3 . E x a m p l e s o f t y p i c a l p r o d u c t i o n n r l e s u s e d i n e a r l y e x p e r t s y s t e m s . 3 9 I n t h i s d i s s e r t a t i o n , k n o w l e d g e - b a s e d o r d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m s a r e o f p a r t i c u l a r i n t e r e s t . T h e s e s y s t e m s a r e a i d s t o t h e s o l u t i o n o f a c o m p l e x ( e n g i n e e r i n g ) p r o b l e m t h a t u s e p r e c o m p i l e d d o m a i n k n o w l e d g e a n d s p e c i fi c i n f e r e n c i n g t e c h n i q u e s . T h e s e s y s t e m s i n c l u d e r e p r e s e n t a t i o n a n d i n f e r e n c i n g t e c h n i q u e s t h a t a r e s p e c i fi c t o t h e t y p e o f k n o w - l e d g e c o n s i d e r e d . T h e i n f e r e n c i n g t e c h n i q u e s u p o n w h i c h t h e w o r k i n t h i s d i s s e r t a t i o n i s b a s e d c a n b e u n d e r s t o o d a t t w o l e v e l s o f a b s t r a c t i o n : k n o w l e d g e l e v e l , a n d t a s k l e v e l . T h i s c h a p t e r c o n t i n u e s w i t h a d i s c u s s i o n o f e a c h o f t h e s e l e v e l s , a n d c o n c l u d e s w i t h a p r e s e n t a t i o n o f t h e t o o l s i m p l e m e n t e d i n t h e I S L t o p e r f o r m t h e s e i n f e r e n c i n g t e c h n i q u e s . 2 . 1 K n o w l e d g e L e v e l R e a s o n i n g A t t h e r o o t o f a l l a r t i fi c i a l i n t e l l i g e n c e r e s e a r c h e f f o r t s l i e s a c o m m u n a l n e e d t o u n d e r s t a n d k n o w l e d g e i n t e n s i v e p r o b l e m s o l v i n g b e h a v i o r . T h e r e i s a n i m p l i c i t n e e d t o d o s o i n d e - p e n d e n t l y o f a n y i m p l e m e n t a t i o n a l s p e c i fi c s . W h e t h e r t h e p r o b l e m s o l v i n g h a s b e e n e n c o d e d w i t h L i s p o r C o b o l o r C + + , a c o m m o n m o d e o f u n d e r s t a n d i n g t h e p r o b l e m s o l v - i n g i s n e e d e d . T h e K n o w l e d g e L e v e l a s p r o p o s e d b y N e w e l l [ N e w e l l , 1 9 8 2 ] p r o v i d e s s u c h a m e a n s f o r o b t a i n i n g t h i s u n d e r s t a n d i n g o f i n t e l l i g e n t p r o b l e m s o l v i n g : K n o w l e d g e L e v e l H y p o t h e s i s : T h e r e e x i s t s a d i s t i n c t c o m p u t e r s y s t e m l e v e l l y i n g i m m e d i a t e l y a b o v e t h e s y m b o l l e v e l , w h i c h i s c h a r a c t e r i z e d b y k n o w l e d g e a s t h e m e d i u m a n d t h e p r i n c i p l e o f r a t i o n a l i t y a s t h e l a w o f b e h a v i o r T h e k e y i n s i g h t t h a t t h i s h y p o t h e s i s e m b o d i e s i s t h a t k n o w l e d g e c a n b e u s e d t o e f f e c t i v e l y a b s t r a c t a w a y f r o m t h e s p e c i fi c s o f p r o b l e m s o l v i n g b e h a v i o r , a n d s t i l l b e u s e d t o d e fi n e t h e p r o b l e m s o l v i n g p r o c e s s . E n d o w i n g k n o w l e d g e w i t h a p r o b l e m s o l v i n g c a p a b i l i t y f a c i l i t a t e s t h e u n d e r s t a n d i n g a n d e x p l a n a t i o n o f p r o b l e m s o l v i n g b e h a v i o r . 4 0 W h e n c o n s i d e r e d a t t h e K n o w l e d g e L e v e l , p r o b l e m s o l v i n g b e c o m e s a k n o w l e d g e p r o c e s s [ S m i t h e r s , 1 9 9 6 ] . N e w e l l ’ s K n o w l e d g e L e v e l p r o v i d e s a w a y o f u n d e r s t a n d i n g a p r o b l e m s o l v i n g a g e n t a p a r t f r o m t h e i m p l e m e n t a t i o n d e t a i l s . A l t h o u g h t h i s a l l o w s a d e e p e r u n d e r s t a n d i n g o f p r o b l e m s o l v i n g t h a n t h a t p o s s i b l e t h r o u g h a s y m b o l i c l e v e l e v a l u a t i o n , i t d o e s n o t a l w a y s p e r m i t t h e p r e d i c t i o n o f t h e b e h a v i o r o f a n a g e n t . T h i s d e fi c i e n c y i s d u e t o t h e a b s e n c e o f p r o b l e m s o l v i n g c o n t r o l . A n o r g a n i z a t i o n a l a p p r o a c h i n t e n d e d t o f a c i l i t a t e i n t e r a c t i o n b e t w e e n d i f f e r e n t p r o b l e m s o l v i n g t a s k s h a s b e e n p r o p o s e d b y S t i c k l e n i n t h e K n o w l e d g e L e v e l A r c h i t e c t u r e ( K L A ) [ S t i c k l e n , 1 9 8 9 ] . T h e u n d e r l y i n g h y p o t h e s i s h e r e b u i l d s o n N e w e l l ’ s p r o p o s a l b y a l l o w i n g t h e d i s c u s s i o n o f t h e c o n t r o l i s s u e i n t e r m s o f k n o w l e d g e o r g a n i z a t i o n a n d c o n - t r o l a t t h e K n o w l e d g e L e v e l . T h i s o r g a n i z a t i o n a n d c o n t r o l a r e e n s c o n c e d i n t h e K L A a n d t h e e x p l i c i t h y p o t h e s i s o f i t [ S t i c k l e n , 1 9 8 9 ] : K n o w l e d g e L e v e l A r c h i t e c t u r e H y p o t h e s i s : I f a p r o b l e m s o l v i n g a g e n t m a y b e d e c o m - p o s e d i n t o t h e c o o p e r a t i v e e fi ’ o r t s o f a n u m b e r o f s u b a g e n t s , t h e l a r g e r a g e n t c a n b e u n d e r s t o o d a t t h e K n o w l e d g e L e v e l b y g i v i n g a K n o w l e d g e L e v e l d e s c r i p t i o n o f t h e s u b a g e n t s a n d s p e c i f y i n g t h e a r c h i t e c t u r e t h e c o m p o s i t i o n f o l l o w s . T h i s h y p o t h e s i s e n a b l e s t h e s p e c i fi c a t i o n o f t h e b e h a v i o r o f a m u l t i - t a s k s y s t e m b y e x p l i c i t l y r e p r e s e n t i n g t h e i n t e r a c t i o n s b e t w e e n i t s a g e n t s . T o f a c i l i t a t e t h i s i n t e r a c t i o n , d i s t i n c t m e s s a g e p r o t o c o l s a n d fi x e d c o m m u n i c a t i o n c h a n n e l s b e t w e e n t h e a g e n t s a r e u s e d . T h e s e p r o v i d e b o t h a v o c a b u l a r y f o r a g e n t s t o r e q u e s t w o r k ( a n d t o r e s p o n d t o s u c h r e q u e s t s f o r w o r k ) a n d a w a y o f o r g a n i z i n g t h e k n o w l e d g e o f t h e a g e n t s , r e s p e c t i v e l y . S i n c e c o n t r o l i s o n l y p a s s e d t o a n a g e n t w h e n a n o t h e r a g e n t s e n d s a r e q u e s t , t h e K n o w - l e d g e L e v e l A r c h i t e c t u r e a l s o p r o v i d e s a m e a n s o f u n d e r s t a n d i n g t h e p r o b l e m s o l v i n g a c t i v i t y o c c u r r i n g a m o n g t h e a g e n t s o f a m u l t i - t a s k s y s t e m . 4 1 O t h e r r e s e a r c h e r s h a v e p r e s e n t e d a l t e r n a t i v e s f o r t h e i n t e g r a t i o n o f m u l t i p l e p r o b - l e m s o l v i n g t y p e s w i t h t h e K n o w l e d g e L e v e l a s a m o t i v a t i n g f a c t o r . G o e l h a s d e v e l o p e d a t e c h n i q u e f o r t h e c o m b i n a t i o n o f c a s e - b a s e d r e a s o n i n g a n d m o d e l - b a s e d r e a s o n i n g i n K R I T I K [ G o e l , 1 9 8 9 ] . P r i n c i p l e s o f P u n c h ’ s T I P S a r c h i t e c t u r e [ P u n c h , 1 9 8 9 ] a l l o w e d f o r t h e fl e x i b l e i n t e g r a t i o n o f d i fi ‘ e r e n t p r o b l e m s o l v i n g t y p e s . T h e S O A R s y s t e m [ L a i r d e t a l . , 1 9 8 7 ; S t e i e r e t a l . , 1 9 9 3 ] a l s o u s e d a fl e x i b l e i n t e g r a t i o n a r c h i t e c t u r e f o r i t s p r o b l e m s o l v i n g o p e r a t o r s . 2 . 2 T a s k L e v e l R e a s o n i n g A l t h o u g h t h e K n o w l e d g e L e v e l a l l o w s a n u n d e r s t a n d i n g o f p r o b l e m s o l v i n g a t a d e e p e r l e v e l t h a n i s p o s s i b l e w i t h a s y m b o l i c e v a l u a t i o n , i t d o e s n o t a l w a y s p e r m i t t h e p r e d i c t i o n o f t h e b e h a v i o r o f a n a g e n t . T h e l a c k o f c o n t r o l k n o w l e d g e d u r i n g p r o b l e m s o l v i n g c o n - t r i b u t e s t o t h i s d e fi c i e n c y . B y c o n s i d e r i n g p r o b l e m s o l v i n g a t a t a s k l e v e l , t h i s c o n t r o l k n o w l e d g e c a n b e d e l i n e a t e d , a n d t h e b e h a v i o r o f a n a g e n t c a n b e p r e d i c t e d . T a s k S p e c i fi c A r c h i t e c t u r e s h a v e b e e n d e v e l o p e d f o r t h i s t a s k l e v e l r e a s o n i n g . T a s k S p e c i fi c A l ’ C h i t e C t t E S w e r e f o u n d e d o n t h e i d e a t h a t m o d e l i n g o f p r o b l e m s o l v i n g b e h a v i o r a t t h e K n o w l e d g e L e v e l i s n o t a c c i d e n t a l . T h e r e a r e c o m m o n a l i t i e s t h a t K c a n b e e m p l o y e d w h e n d e s c r i b i n g a s y s t e m ’ s R ’ B D I E E E Q M P S - S u c h c o m m o n a l i t i e s a r e t y p i c a l l y g e n e r a l e n o u g h t o b e w i d e l y a p p l i c a b l e , y e t s p e c i fi c e n o u g h t o a l l o w f o c u s s e d a n a l y s i s [ A l l e m a n g , 1 9 9 4 ] . G e n e r i c T a s k s a c c o m p l i s h t h e s e t w o c r i t e r i a b y d e l i n e a t i n g t a s k d e s c r i p t i o n s . A ‘ M , _ _ . _ _ — — ' t a s k c o r r e s p o n d s t o a p r o b l e m s o l v i n g g o a l . T a s k s a r e e i t h e r d e c o m p o s a b l e i n t o s u b o r d i - n a t e t a s k s o r c o n t a i n a p p l i c a b l e p r o b l e m s o l v i n g k n o w l e d g e . G e n e r i c t a s k s a r e b a s e d o n 4 2 t h e h y p o t h e s i s t h a t t h e t w o a n t i t h e t i c a l c r i t e r i a o f s i m u l t a n e o u s g e n e r a l i t y a n d s p e c i fi c i t y c a n b e e m b o d i e d w i t h i n a s i n g l e t a s k s t r u c t u r e . T a s k s p e c i fi c a r c h i t e c t u r e s a n d g e n e r i c t a s k s b o t h s u p p o r t a l o n g r a n g e g o a l o f a n e n g i n e e r i n g s c i e n c e s t y l e m e t h o d o l o g y f o r d e s i g n i n g a n d d e v e l o p i n g i n t e l l i g e n t d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m s . T h e s e f o u n d a t i o n s f a c i l i t a t e t h e k n o w l e d g e a c q u i s i t i o n p r o c e s s b y f o c u s - i n g o n t h e h i g h l e v e l d e s c r i p t i o n s o f p r o b l e m s o l v i n g a n d n o t o n t h e s p e c i fi c l o w l e v e l i m p l e m e n t a t i o n l a n g u a g e s . G e n e r i c t a s k s s u p p o r t t h e d e v e l o p m e n t o f s p e c i a l i z e d r o l e l i m i t e d l a n g u a g e s f o r t h e c o d i n g o f i n t e l l i g e n t d e c i s i o n s u p p o r t s o f t w a r e s y s t e m s . T h e m a i n a d v a n t a g e f o r u s i n g a r e p r e s e n t a t i o n f r a m e w o r k t h a t c a n c a p t u r e t h e i d e a s s u p p o r t i n g d e s i g n p r o c e s s e s i s t h a t i t s e p a r a t e s t h e k n o w l e d g e f r o m t h e c o m p u t a t i o n a l p r o c e s s e s t h a t o p e r a t e o n i t [ B r o w n & C h a n d r a s e k a r a n , 1 9 8 9 ] , e a s i l y p e r m i t t i n g a d a p t a t i o n o f t h e k n o w l e d g e w i t h o u t a c o m p l e t e r e c o n s t r u c t i o n o f t h e u n d e r l y i n g i n f e r e n c e p r o c e d u r e s . T h e a p p r o a c h t o d e s i g n e m p l o y e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n f o l l o w s t h e g e n e r i c t a s k m e t h o d o l o g y , w h i c h r e s t r i c t s i t s e l f t o t h e h i g h l e v e l p r o b l e m s o l v i n g g o a l s , k n o w l e d g e s t r u c t u r i n g a n d i n f e r e n c e s t r a t e g i e s o f a p r o b l e m s o l v e r a n d d o e s n o t c o n c e r n i t s e l f w i t h t h e i m p l e m e n t a t i o n d e t a i l s . A c o m p l e t e d e s c r i p t i o n o f a g e n e r i c t a s k s h o u l d g i v e a l i s t i n g ( a n d e x p l a n a t i o n ) o f : i n f o r m a t i o n p r o c e s s i n g , r e p r e s e n t a t i o n o f k n o w l e d g e , a n d i n f e r e n c e s t r a t e g y [ B y l a n d e r & C h a n d r a s e k a r a n , 1 9 8 7 ] . S o l u t i o n s t o r e a l w o r l d p r o b l e m s r e q u i r e s o m e s o r t o f p r o b l e m s o l v i n g t e c h n i q u e . G e n e r i c t a s k s a r e t e c h n i q u e s t h a t h a v e u t i l i t y i n s o l v i n g t h e s e p r o b l e m s . W h i c h t e c h n i q u e c a n s o l v e t h e p r o b l e m c a n b e d e t e r m i n e d b y l o o k i n g a t t h e t y p e s o f i n p u t a n d o u t p u t a n d t h e s p e c i fi c i n t e n d e d f u n c t i o n . T h i s i n p u t / o u t p u t c o n s i d e r a t i o n o f a p r o b l e m i s t h e 4 3 i n f o r m a t i o n p r o c e s s i n g t a s k . T h e r e p r e s e n t a t i o n o f k n o w l e d g e d e a l s w i t h t h e o r g a n i z a t i o n a n d s t r u c t u r e o f k n o w l e d g e n e c e s s a r y t o a c c o m p l i s h t h e G T ’ s f u n c t i o n . D i r e c t l y a s s o c i a t e d w i t h t h e r e p r e s e n t a t i o n o f k n o w l e d g e a r e t h e o n t o l o g i c a l c o m m i t m e n t s m a d e b y t h e G T a n d h o w k n o w l e d g e i s o r g a n i z e d i n t e r m s o f t h e u t i l i z e d o n t o l o g y . T h e i n f e r e n c e s t r a t e g y , o r t h e p r o b l e m s o l v i n g t e c h n i q u e u s e d b y t h e G T , c a n b e d e fi n e d b y h o w i t o p e r a t e s o n t h e k n o w l e d g e . I t h a s b e e n a c k n o w l e d g e d b y r e s e a r c h e r s w o r k i n g w i t h G T s t h a t t h e t e r m “ g e n e r i c t a s k ” i s m i s l e a d i n g [ B r o w n & C h a n d r a s e k a r a n , 1 9 8 9 ] . T h e i m p o r t a n t i d e a t o k e e p i n m i n d i s t h a t w h a t i s l a b e l l e d t o b e a “ g e n e r i c t a s k ” i s r e a l l y a f u n d a m e n t a l g e n e r i c c o m b i n a t i o n o f i n f o r m a t i o n p r o c e s s i n g , r e p r e s e n t a t i o n , a n d i n f e r e n c e s t r a t e g y . I t s h o u l d c o m e a s n o s u r p r i s e t h a t t h i s c o n f u s i o n o v e r w h a t i s o r i s n o t a g e n e r i c t a s k h a s l e d t o d e b a t e o v e r t h e n u m b e r o f a c t u a l g e n e r i c t a s k s t h a t e x i s t . 2 . 3 E m p l o y e d I S L G e n e r i c T a s k T o o l s T h e r e a r e t h r e e c o m m o n l y a c c e p t e d G T s t h a t a r e o f i n t e r e s t i n t h i s d i s s e r t a t i o n : S t r u c t u r e d P a t t e r n M a t c h i n g [ B y l a n d e r e t a l . , 1 9 9 1 ] , R o u t i n e D e s i g n [ B r o w n , 1 9 8 7 ; B r o w n & C h a n - d r a s e k a r a n , 1 9 8 9 ] a n d H i e r a r c h i c a l C l a s s i fi c a t i o n [ B y l a n d e r & M i t t a l , 1 9 8 6 ] . E a c h o f t h e s e g e n e r i c t a s k s e x i s t s w i t h i n t h e I S L ’ s G T t o o l s e t a n d i s e n c o d e d u s i n g P a r c P l a c e - D i g - i t a l k ’ s V i s u a l W o r k s v e r s i o n o f S m a l l t a l k . B e y o n d t h e s e t h r e e g e n e r i c t a s k s , t h e t o o l s e t i n c l u d e s a n o t h e r i t e m t h a t i s o f i n t e r e s t t o t h i s d i s s e r t a t i o n . T h i s fi n a l i t e m i s a p r e l i m i n a r y i n t e g r a t i o n a r c h i t e c t u r e f o r c o m b i n i n g d i f f e r e n t g e n e r i c t a s k p r o b l e m s o l v e r s . 2 . 3 . 1 S t r u c t u r e d P a t t e r n M a t c h i n g T h i s i n f e r e n c i n g t e c h n i q u e w a s d e r i v e d f r o m t h e t e c h n i q u e s u s e d i n a n e a r l y g a m e - p l a y i n g p r o g r a m , S a m u e l ’ s c h e c k e r s p r o g r a m [ S a m u e l , 1 9 6 3 ] . T h i s p r o g r a m e v e n t u a l l y p l a y e d c h e c k e r s w e l l e n o u g h t o b e a t i t s c r e a t o r . I t s “ s k i l l ” w a s d u e i n p a r t t o t w o c a p a b i l i - t i e s t h a t i n s p i r e d s t r u c t u r e d p a t t e r n m a t c h i n g : o r g a n i z e d s t o r a g e o f i n f o r m a t i o n , a n d g e n - e r a l i z a t i o n . T h e s e t w o c a p a b i l i t i e s i m p l y a t y p e o f d a t a c a c h i n g c a l l e d r o t e l e a r n i n g . S t r u c t u r e d p a t t e r n m a t c h i n g i s a s i m p l e i n f e r e n c i n g m e c h a n i s m f o r p e r f o r m i n g i n f e r e n c e s o f t h e f o r m : “ I f c o n d i t i o n s A , B , C , . . . . h o l d , t h e n r e s u l t X i s v a l i d . ” R u l e s o f t h i s f o r m a r e c o m b i n e d a n d o r g a n i z e d i n t o p a t t e r n s c o r r e s p o n d i n g t o a p a r t i c u l a r p o r t i o n o f t h e p r o b l e m d o m a i n ( e . g . , m a l f u n c t i o n d i a g n o s i s f o r a p a r t i c u l a r s u b s y s t e m o f a c h e m i c a l r e a c t o r ) . I t i s t h i s d o m a i n - d r i v e n o r g a n i z a t i o n a n d s t r u c t u r e t h a t d i s t i n g u i s h e s t h e s e r u l e s f r o m t h e p r o d u c t i o n r u l e s d i s c u s s e d e a r l i e r . F i g u r e 4 s h o w s a n e x a m p l e o f a t y p i c a l s t r u c t u r e d p a t t e r n m a t c h e r . I n t h i s fi g u r e t h r e e r u l e s r e l a t e d t o a c o n d e n s a t e w i t h d r a w a l s y s t e m i n a c h e m i c a l r e a c t o r a r e c o m b i n e d i n t o a s t r u c t u r e d p a t t e r n m a t c h e r . T h i s m a t c h e r c o n s i d e r s t h e v a r i a b l e s C o n d e n s a t e F l o w - R a t e a n d l n c o r r e c t S o l v e n t R a t i o t o a s s e s s i f t h e r e i s a p o t e n t i a l p r o b l e m w i t h t h e c o n d e n s a t e w i t h d r a w a l p o r t i o n o f a c h e m i c a l r e a c t o r . E a c h o f t h e t h r e e r o w s r e p r e s e n t s a r u l e r e l a t e d t o t h i s p o r t i o n o f t h e r e a c t o r . T h e fi r s t r o w t r a n s l a t e s a s : “ I f t h e c o n d e n s a t e fl o w r a t e i s n o t n o r m a l , t h e n t h e r e i s a s t r o n g i n d i c a t i o n o f a p r o b l e m w i t h t h e c o n d e n s a t e w i t h d r a w a l s y s t e m . ” I n t h e s e c o n d r o w , t h e m a t c h i n g p a t t e r n r e a d s , “ I f t h e s o l v e n t r a t i o i s i n c o r r e c t , i r r e g a r d l e s s o f t h e c o n d e n s a t e fl o w r a t e , t h e n t h e r e i s a s t r o n g i n d i c a t i o n o f a p r o b l e m w i t h t h e c o n d e n s a t e w i t h d r a w a l s y s t e m ” F i n a l l y , t h e t h i r d m a t c h i n g p a t t e r n r e a d s , “ I f t h e c o n d e n s a t e fl o w r a t e i s n o r m a l 4 5 ‘ ‘ _ T a b l e M a t c h e r " I n t e r f a c e r w s 1 : ) g o l u m n s r ) C o n d e n s a t e W i t h d r a w c ' o h d e n s t r e fi o m t t e a w e s o m e r e s — a t N o r m a l ? s t r o n m a t c h - e s m a t c h J V c l e a r ] c ) H ‘ n l " i 7 ~ ' . . ' . 2 . . 3 F i g u r e 4 . S P M f o r m a l f u n c t i o n d i a g n o s i s o f a c o n d e n s a t e w i t h d r a w a l s y s t e m . a n d t h e s o l v e n t r a t i o i s c o r r e c t , t h e n t h e r e i s a s t r o n g i n d i c a t i o n t h a t t h e r e i s n o p r o b l e m w i t h t h e c o n d e n s a t e w i t h d r a w a l s y s t e m . ” T h e q u e s t i o n m a r k s i n r o w s o n e a n d t w o s h o w t h a t t h e v a l u e o f t h a t v a r i a b l e i s u n i m p o r t a n t f o r t h e p a t t e r n o f i n t e r e s t . T h e s t r u c t u r e d m a t c h i n g t a s k i n v o l v e s h i e r a r c h i c a l s y m b o l i c a b s t r a c t i o n . A n a b s t r a c t i o n o f t h e d a t a i s c o m p u t e d a s a d e g r e e o f fi t . S t r u c t u r e d p a t t e r n m a t c h i n g i s s y m - b o l i c b e c a u s e t h e a b s t r a c t i o n i s p r e s e n t e d a s a d i s c r e t e q u a l i t a t i v e m e a s u r e o f fi t ( e . g . , s t r o n g l y m a t c h , w e a k l y m a t c h , a g a i n s t , e t c . ) . I t i s h i e r a r c h i c a l b e c a u s e t h e fi n a l a b s t r a c — t i o n i s e v a l u a t e d f r o m i n t e r m e d i a t e a b s t r a c t i o n s , w h i c h i n t u r n c a n b e t h e c u l m i n a t i o n o f n e s t e d s u b - a b s t r a c t i o n s . T h e r e a r e s e v e n a r b i t r a r y q u a l i t a t i v e l e v e l s t o d e s c r i b e t h e fi t , b u t n o t a l l a r e n e c e s - s a r y f o r e a c h m a t c h e r . T a b l e s t h a t i n c o r p o r a t e s t r u c t u r e d p a t t e r n s a r e t y p i c a l l y s p a r s e a n d 4 6 c o m p u t a t i o n a l l y v e r y m a n a g e a b l e , a s o n l y a f e w o f t h e s e l e v e l s e v e r n e e d b e c o n s i d e r e d ; t h i s i s d u e t o t h e a b s t r a c t e d n a t u r e o f t h e p a t t e r n s . N o t i c e t h a t i n t h e e x a m p l e f o r t h e c o n - d e n s a t e w i t h d r a w a l p r e s e n t e d a b o v e , o n l y s t r o n g l y m a t c h a n d s t r o n g l y a g a i n s t w e r e u s e d . T h i s t a s k o f m a t c h i n g h y p o t h e s e s a g a i n s t d a t a i s a g e n e r a l s u b t y p e o f r e a s o n i n g u s e f u l i n m a n y c o n t e x t s , a n d i s u s e d w i t h t h e o t h e r g e n e r i c t a s k s . 2 . 3 . 2 R o u t i n e D e s i g n T h e R o u t i n e D e s i g n a r c h i t e c t u r e w a s p r o p o s e d b y B r o w n f o r p e r f o r m i n g d e s i g n a n d p l a n n i n g t a s k s i n a r e a s f o r w h i c h s u b s t a n t i a l e x p e r i e n c e i s a v a i l a b l e . B r o w n d e fi n e d a m e t h o d f o r R o u t i n e D e s i g n , a n d a n a c c o m p a n y i n g r e p r e s e n t a t i o n l a n g u a g e , D S P L ( D e s i g n S t r u c t u r e s a n d P l a n s L a n g u a g e ) [ B r o w n , 1 9 8 7 ; B r o w n & C h a n d r a s e k a r a n , 1 9 8 9 ] . A s a n e n g i n e e r d e s i g n s s i m i l a r a r t i f a c t s t i m e a n d a g a i n , t h e d e s i g n p r o c e s s b e c o m e s r o u t i n e . W i t h t h i s r e p e t i t i o n , t h e e n g i n e e r d i s c o v e r s e f f e c t i v e w a y s o f d e c o m p o s - i n g t h e a r t i f a c t d e s i g n i n t o s m a l l e r d e s i g n p r o b l e m s a n d d e t a i l e d d e s i g n s f o r e a c h o f t h e s e s u b p r o b l e m s . T h r o u g h t h i s a c c u m u l a t i o n o f e x p e r i e n c e t h e e n g i n e e r n o w k n o w s a t e a c h s t a g e o f t h e d e s i g n w h a t t h e o p t i o n s a r e a n d i n w h a t o r d e r t o c h o o s e t h e m . H o w e v e r , t h i s d o e s n o t n e c e s s a r i l y m e a n t h a t t h e d e s i g n e r k n o w s t h e e x a c t s e q u e n c e o f s t e p s f o r t h e o v e r a l l a r t i f a c t d e s i g n i n a d v a n c e . F i n d i n g a n o v e r a l l p l a n f o r t h e a r t i f a c t d e s i g n i s n o n - t r i v i a l p r o b l e m t h a t c a n b e q u i t e t e d i o u s ; k n o w l e d g e - b a s e d p r o b l e m s o l v i n g i s e s p e c i a l l y s u i t e d f o r h a n d l i n g t h i s . N o t e t h a t R o u t i n e D e s i g n d o e s n o t o r g a n i z e k n o w l e d g e f o r n o v e l o r e x p l o r a t o r y d e s i g n s . I t d e p e n d s i n s t e a d o n a v a i l a b l e e x p e r t i s e a n d o fl ' e r s t e m p l a t e s f o r c a p t u r i n g a n d f a c i l i t a t i n g t h e u s e o f t h i s d e s i g n e x p e r t i s e . 4 7 D e s i g n p r o b l e m s o l v i n g i n R o u t i n e D e s i g n i s b a s e d o n a h i e r a r c h i c a l s t r u c t u r e o f d e s i g n s p e c i a l i s t s , e a c h o f w h i c h o f f e r s a c o l l e c t i o n o f e x p e r t i s e o r k n o w l e d g e o n h o w t o c o m p l e t e p a r t o f t h e d e s i g n p r o b l e m . T h i s h i e r a r c h i c a l o r g a n i z a t i o n i m p l i e s t h a t t h e d e s i g n p r o b l e m i s d e c o m p o s a b l e o r n e a r l y d e c o m p o s a b l e i n t o a p p r o p r i a t e s u b p r o b l e m s . T h e s p e c i fi c a r r a n g e m e n t o f t h e s p e c i a l i s t s d e p e n d s o n t h e r e g u l a r i t i e s t h a t e x i s t i n a p a r - t i c u l a r d o m a i n . T h e o r g a n i z a t i o n o f d e s i g n s u b p r o b l e m s i n r o u t i n e d e s i g n r e q u i r e s a l i n e a r d e s i g n p r o c e s s . A p a r t i c u l a r p o r t i o n o f t h e d e s i g n p r o b l e m m a y a f f e c t l a t e r p o r t i o n s , b u t i t m u s t a l s o b e c o m p l e t e l y i n d e p e n d e n t o f a n y l a t e r p o r t i o n s . I n t y p i c a l c o n t r o l t e r m i n o l o g y , f e e d f o r w a r d i s p o s s i b l e ( b u t n o t n e c e s s a r y ) w h i l e f e e d b a c k i s n o t a l l o w e d . B e s i d e s s p e - c i a l i s t s , R o u t i n e D e s i g n i n c l u d e s s e v e r a l o t h e r k n o w l e d g e c o n s t r u c t s ( s e l e c t o r s , s p o n s o r s , p l a n s , c o n s t r a i n t s , t a s k s a n d s t e p s ) . I n R o u t i n e D e s i g n e a c h s p e c i a l i s t f o l l o w s o n e o f s e v e r a l p r e d e t e r m i n e d p l a n s . T h e s e p l a m d i c t a t e t h e p r o b l e m s o l v i n g a c t i o n s t o b e f o l l o w e d a n d a r e d e fi n e d w h e n t h e s y s t e m i s b u i l t . E a c h p l a n h a s a n a s s o c i a t e d s p o n s o r t h a t c o n t a i n s k n o w l e d g e i n d i c a t i n g w h e n t h e p l a n i s a p p r o p r i a t e f o r u s e . F o r a g i v e n s p e c i a l i s t , t h e s e l e c t o r a s s o c i a t e d w i t h i t e x a m i n e s t h e r e s u l t s o f t h e s p o n s o r s f r o m t h e s u b o r d i n a t e p l a n s a n d c h o o s e s t h e b e s t p l a n f o r e x e c u t i o n . A p l a n m a y c o n t a i n o t h e r s p e c i a l i s t s , s p e c i fi c d e s i g n t a s k s , c h e c k s o f d e s i g n c o n s t r a i n t s , o r a n y c o m b i n a t i o n o f t h e s e . T a s k s s e r v e t o g r o u p r e l a t e d p r i m i t i v e p o r t i o n s o f t h e d e s i g n p r o c e s s . T h e s e p r i m i t i v e p o r t i o n s o f t h e d e s i g n p r o c e s s a r e c a l l e d s t e p s . A s t e p i s r e s p o n s i b l e f o r d e t e r m i n i n g t h e v a l u e o f a d e s i g n a t t r i b u t e . T h i s v a l u e m a y b e t h e r e s u l t o f a c o m p u t a t i o n o r i t m a y b e s e l e c t e d u s i n g a p a t t e r n m a t c h e r . F i g u r e 5 s h o w s p a r t o f a d e s i g n d e c o m p o s i t i o n . T h i s fi g u r e i l l u s t r a t e s s e v e r a l . k n o w l e d g e c o n s t r u c t s m e n t i o n e d a b o v e . T h e r m o p l a s t i c S p e c i a l i s t i s ( o b v i o u s l y ) a s p e c i a l i s t 4 8 w i t h t h r e e s u b o r d i n a t e p l a n s a m o n g w h i c h i t s s e l e c t o r m a y c h o o s e . E a c h o f t h e t h r e e p l a n s ( S e m i c r y s t a l l i n e T P , A m o r p h o u s T P , a n d B l e n d T P ) h a s a s p o n s o r t o d e t e r m i n e w h e n e a c h i s a p p r o p r i a t e f o r f u r t h e r c o n s i d e r a t i o n . I f , s a y , B l e n d T P P l a n w a s s e l e c t e d , i t s s u b o r - d i n a t e t a s k a n d s t e p s w o u l d b e e x e c u t e d a n d a s p e c i fi c t h e r m o p l a s t i c b l e n d a n d c h e m i c a l a g e n t w o u l d b e d e t e r m i n e d . A n e x t e n s i o n t o t h e s t a n d a r d r o u t i n e d e s i g n a p p r o a c h a v a i l a b l e w i t h i n t h e I S L t o o l s e t i s t h a t o f M u l t i p l e D e s i g n [ K a m e l , 1 9 9 4 ; K a r n e l e t a l . , 1 9 9 4 ] . W h e r e a s s t a n d a r d s i n g l e r o u t i n e d e s i g n s p e c i fi e s o n l y o n e a n s w e r t o a d e s i g n p r o b l e m , M u l t i p l e D e s i g n ( a s i t s n a m e s u g g e s t s ) c a n p r o v i d e m o r e t h a n o n e a n s w e r . T h e m a i n d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e t w o i s t h e i n f e r e n c i n g p r o c e d u r e u s e d . M u l t i p l e d e s i g n c o n s i d e r s a l l a p p l i c a b l e p l a n s , a n d r ' T h e r m o p l a s t i c S p e c i a l i s t 1 S e m i c r y s t a l l i n e T P P l a n _ S X T P T a s k A m o r p h o u s T P P l a n H A T P T a s k B l e n d T P P l a n J — — B T P T a s k < B l e n d C h o o n o n t S h p F i g u r e 5 . A p o r t i o n o f a d e s i g n h i e r a r c h y f o r t h e d e s i g n o f t h e r m o p l a s t i c s . 4 9 n o t j u s t t h e b e s t p l a n a s d o e s s i n g l e d e s i g n . T h e r e f o r e , i n t h e t h e r m O p l a s t i c e x a m p l e w h e r e j u s t t h e B l e n d 7 ? p l a n w a s s e l e c t e d p r e v i o u s l y , n o w t h e S e m i c r y s t a l l i n e T P p l a n m a y b e s e l e c t e d a s w e l l . I n t h i s w a y , m o r e t h a n o n e d e s i g n f o r t h e t h e r m o p l a s t i c m a y b e g e n e r - a t e d . F i g u r e 6 s h o w s a d i r e c t c o m p a r i s o n b e t w e e n t h e r e s u l t s g e n e r a t e d f r o m s i n g l e v e r - s u s m u l t i p l e d e s i g n . T h e t o p o u t p u t w i n d o w s h o w s t h e s i n g l e d e s i g n o u t p u t ; t h a t m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n i s h i g h l i g h t e d i n t h e m u l t i p l e d e s i g n o u t p u t b e l o w . N o t i c e t h a t t h e m u l t i p l e d e s i g n a p p r o a c h g e n e r a t e d a n a d d i t i o n a l 1 8 d e s i g n s f r o m t h e s a m e i n p u t a n d s a m e k n o w - l e d g e . E a c h o f t h e s e a d d i t i o n a l d e s i g n s m e t t h e u s e r e q u i r e m e n t s a s S p e c i fi e d b y t h e u s e r . 2 . 3 . 3 H i e r a r c h i c a l C l a s s i fi c a t i o n T h i s i s i n t u i t i v e l y a k n o w l e d g e o r g a n i z a t i o n a n d c o n t r o l t e c h n i q u e f o r s e l e c t i n g a m o n g m a n y h i e r a r c h i c a l l y o r g a n i z e d o p t i o n s . T h e a b s t r a c t e n g i n e u s e d f o r h i e r a r c h i c a l c l a s s i fi c a t i o n ( a n d s t r u c t u r e d m a t c h i n g ) . k n o w n a s C S R L , w a s t h e fi r s t T S A s h e l l a n d i s d e s c r i b e d i n [ B y l a n d e r & M i t t a l , 1 9 8 6 ] . A c l a s s i fi c a t i o n p r o b l e m - s o l v i n g p r o c e s s i s b a s e d o n t h e d e c o m p o s i t i o n o f k n o w - l e d g e i n t o a c l a s s i fi c a t i o n h i e r a r c h y o f c o o p e r a t i n g s p e c i a l i s t s . T h e s p e c i a l i s t s a t t h e t o p o f t h e h i e r a r c h y r e p r e s e n t t h e m o s t g e n e r a l c l a s s i fi c a t i o n k n o w l e d g e , w i t h m o r e s p e c i fi c s u b - c l a s s i fi c a t i o n s d i s t r i b u t e d i n l a y e r s b e n e a t h . T h e c o n t r o l r e g i m e i s a t o p - d o w n e s t a b l i s h - r e fi n e m e c h a n i s m i n w h i c h e a c h s p e c i a l i s t , w h e n i n v o k e d , d e c i d e s i f t h e e v i d e n c e o f t h e c u r r e n t i n p u t s u p p o r t s t h e c l a s s i fi c a t i o n k n o w l e d g e t h e s p e c i a l i s t r e p r e s e n t s . P r u n i n g t h e h i e r a r c h y a t h i g h l e v e l s o f g e n e r a l i t y e l i m i n a t e s s o m e c o m p u t a t i o n a l c o m p l e x i t y i n h e r e n t i n t h e c l a s s i fi c a t i o n p r o b l e m . I n t h i s m a n n e r , t h e s p e c i a l i s t s i n a c l a s s i fi c a t i o n h i e r a r c h y — - — _ _ - . — O u t p u t B r o w s e r W O u t p u t f o r : C O I I ' I O U O h e n i e a l h q e n t ' N o n e ( I ? I t a t r i x ) ‘ r i h e r L e n g t h ' C o n t i n u o u s ' . l i b e r ' l ‘ y p e ' P - i O O G r a p h i t e ' ' I h t r i x r h t e r i a l ' P L S G ' 5 l i t e r » I n p u t s ] S a v e t o F i l e P r o c e e d ” ” 2 3 ” ” 7 W “ " ' " “ ” E " ? " - ’ - . . . n , , . . M u t t ” i t ” “ ' 3 ‘ ’ i ’ ? ‘ 9 " . " ~ ” “ 3 1 " e r - - W ” a r e : “ i f “ . . - . . - . - ~ c a m c o D B r n a r , c w - m n m t u m l — M m - ‘ P - l fl h o fl t j — H M M I I ‘ C M I O ' ] w - m n v m i — M m - ‘ F I I O M O ' F s u l t a n - e m u ] ” d e r m a t i t i s C W a m n v m l — M m - ‘ P - i l o m c l — n u t r i t i o n - t u m o r ] w a d - v e e r V c m - m m m } — - — M m - ‘ P - l fl h p fl t i — a u t u m n - i j w a d - m C W I M U ' E H — M m - F I N M O ‘ I — M u m - e m o t e ] m a n - m c w - m n v m ] — — — M m - o l u m g f - a u t u m n - e m u ] m u n - 7 c C W - m t t l m ' j — — — M m - ‘ P - t fl m fl — a u t u m n - e m u ] m u d - m w - w | — — M m e ' fl l fl fi o l fl — i n s t i t u t e s - e m u ] — m " c m u m t u x | — — M m - ‘ F - I I O W I — H M M h - W ] W a n - ' 4 « r m | < c w - ° l , w t l t t - u l — — — — M m - ‘ F t w m fl — H M N I - W ] A W L - 4 . 4 . . A I . “ ‘ - - n . . - m w - V A r - u o m - c w - m t u fl h — m m - r l m m r j — H i a t u s - e m u ] W a l d - m C W - ' a m - } . — — M m - ‘ P - l fl fi u fl o ' l — n m m u - e m m | m u n - w : c a m - m n r m p — M m - ‘ F I N M O ‘ I — n m m u - c m w ] w a n - m e m u - m a n u r e ? M m - ‘ P - l fl m fl — s t a t u t e s - e m ] m a n m m o u ‘ n q } , r g , y a . . T C W - M U P W I — M m - ‘ F I O O M O ‘ I — H M M h - ‘ C M N J W M m - ‘ P - N O M O ' J — a u t u m n - c u m i n ] W a n - m u m . . , [ I i W i l l m u d - v s W M m - e l c o o u p u d — n m w h - t m m l C W - m n r m j — — M m - ‘ F l fl h p l o ’ l — a m i n e s - e m u ] [ B B C ] 0 ] F i g u r e 6 . C o m p a r i s o n b e t w e e n s i n g l e a n d m u l t i p l e r o u t i n e d e s i g n o u t p u t . 5 1 i n t e r a c t w i t h o t h e r s p e c i a l i s t s a s c o m p o n e n t s , s e n d i n g a n d r e c e i v i n g m e s s a g e s i n a fi x e d v o c a b u l a r y a l o n g p r e e s t a b l i s h e d p a t h w a y s . S e e F i g u r e 7 f o r a n e x a m p l e o f a h i e r a r c h i c a l c l a s s i fi c a t i o n s y s t e m . T h i s s h o w s p a r t o f a c l a s s i fi c a t i o n h i e r a r c h y f o r t h e m a l f u n c t i o n d i a g n o s i s o f a c h e m i c a l r e a c t o r . P r e s s u r e C o n t r o l w i l l fi r s t e s t a b l i s h a n d t h e n r e fi n e i t s e l f . T o e s t a b l i s h i t s e l f , P r e s s u r e C o n t r o l u s e s l o c a l l y a v a i l a b l e d o m a i n k n o w l e d g e t o d e c i d e i f t h e r e i s a n y k i n d o f p r o b l e m w i t h t h e p r e s s u r e c o n t r o l i n t h e c h e m i c a l r e a c t o r . I f a m a l f u n c t i o n i s s u g g e s t e d , t h e n P r e s s u r e C o n t r o l w i l l r e fi n e i t s e l f b y s e n d i n g i t s s u b o r d i n a t e s p e c i a l i s t s ( P C t r l R e l i e N a l v e , N i t r o g e n F e e d V a i v e s , P C t r l M a n u a l V a i v e , a n d P r e s s u r e C t e r a l v e ) a m e s s a g e t o e s t a b l i s h a n d r e fi n e . C o n s i d e r a m a l f u n c t i o n w h e r e t h e p r e s s u r e c o n t r o l v a l v e s e t p o i n t h a s b e e n i n c o r r e c t l y s p e c i fi e d a n d e n o u g h c o r r o b o r a t i n g e v i d e n c e h a s b e e n p r o v i d e d . I n t h i s i n s t a n c e , o n l y P r e s s u r e C t e r a l v e w o u l d e s t a b l i s h . I t w o u l d t h e n s e n d a m e s s a g e t o i t s I P C l r l R e l i e N a l v e l R e a c t o r N i t r o g e n V a I v e ] N R r o g e n F e e d V a I v e s j < C o n d e n s e r N i l r o g e n V a I v e ] P r e s s r r e C o n l r o l P C l r l M a n u a l V a l v e P C l e r a l v e E l e c l r i c a l l P r e s s u r e C l e r a l v e P C l e r a l v e S e l p o i n t ] P C l e r a l v e - M e c h a n i c a l l F i g u r e 7 . A n H C f o r p r e s s u r e c o n t r o l d i a g n o s i s o f a c h e m i c a l r e a c t o r . 5 2 s u b o r d i n a t e s p e c i a l i s t s ( P C t e r a l v e E l e c t r i c a l , P C t e r a l v e S e t p o i n t , a n d P C t e r a l v e M e d ' l a n i c a l ) t o e s t a b l i s h a n d r e fi n e . O n l y P C t e r a l v e S e t p o i n t w o u l d e s t a b l i s h , a n d a s i t i s a t i p n o d e a n d t h e r e f o r e s h o w s t h e m a l f u n c t i o n , n o f u r t h e r r e fi n e m e n t w o u l d b e n e c e s s a r y . I n r e t r o s p e c t , t h e b e h a v i o r o f p o r t i o n s o f b o t h M Y C I N a n d P R O S P E C T O R c a n b e c o n s i d e r e d h i e r a r c h i c a l c l a s s i fi c a t i o n . T h e d i a g n o s t i c p o r t i o n o f M Y C I N c a n b e c o n s i d - e r e d t o c l a s s i f y a p a t i e n t d e s c r i p t i o n i n t o a h i e r a r c h y o f i n f e c t i o u s a g e n t s [ D a v i s e t a l . , 1 9 7 7 ] , w h i l e t h e b e h a v i o r o f P R O S P E C I ‘ O R c a n b e i n t e r p r e t e d a s c l a s s i f y i n g a g e o l o g i c a l d e s c r i p t i o n i n t o a t y p e o f m i n e r a l f o r m a t i o n [ H a r t e t a l . , 1 9 7 8 ; D u d a e t a l . , 1 9 7 9 ] . 2 . 3 . 4 G e n e r i c T a s k I n t e g r a t i o n F r a m e w o r k R e c e n t e x p l o r a t o r y r e s e a r c h i n t h e I S L h a s r e s u l t e d i n a p r e l i m i n a r y m e t h o d o l o g y f o r i n t e g r a t i n g t w o p r o b l e m s o l v e r s [ S c h r o e d e r , 1 9 9 5 ] . T h i s f o l l o w s i n t h e s p i r i t o f S t i c k l e n ’ s K n o w l e d g e l e v e l A r c h i t e c t u r e a n d i s b a s e d o n e s t a b l i s h i n g a c o m m u n i c a t i o n c h a n n e l b e t w e e n a p r o b l e m s o l v e r r e q u e s t i n g w o r k a n d o t h e r c o o p e r a t i n g p r o b l e m s o l v i n g a g e n t s . P o s s i b l e p o i n t s f o r t h e e x i s t e n c e o f c o m m u n i c a t i o n c h a n n e l s b e t w e e n p r o b l e m s o l v e r s a r e d e fi n e d e x p l i c i t l y b y t h e d e v e l o p e r a s t h e i n t e g r a t e d g e n e r i c t a s k p r o b l e m s o l v e r i s b u i l t . E x p l i c i t m a p p i n g s b e t w e e n t h e v a r i a b l e s i n t h e r e q u e s t i n g a n d c o o p e r a t i n g p r o b l e m s o l v i n g a g e n t s ’ d a t a b a s e s m u s t a l s o b e s p e c i fi e d . T h e c u r r e n t c a p a b i l i t i e s o f t h e G T i n t e g r a t i o n f r a m e w o r k r e s t r i c t t h e r e q u e s t i n g p r o b l e m s o l v e r t o a r o u t i n e d e s i g n p r o b l e m s o l v e r . T h e c o o p e r a t i n g p r o b l e m s o l v i n g a g e n t s c a n b e h i e r a r c h i c a l c l a s s i fi c a t i o n p r o b l e m s o l v e r s , o t h e r r o u t i n e d e s i g n p r o b l e m s o l v e r s , o r a l g o r i t h m i c p r o b l e m s o l v e r s ( a n o t h e r c o m p o n e n t i n t h e I S L G T t o o l b o x ) . I n r o u t i n e d e s i g n , i n s t e a d o f s e t t i n g a p a r a m e t e r a t t h e s t e p l e v e l w i t h a s t r u c t u r e d p a t t e r n 5 3 m a t c h e r , a c o o p e r a t i n g H C c a n r e p l a c e t h a t s t e p . A c o o p e r a t i n g a l g o r i t h m i c p r o b l e m s o l v e r c a n i n t e r a c t w i t h t h e r e q u e s t i n g R D i n t h e s a m e w a y a s a c o o p e r a t i n g H C . C o o p e r - a t i n g R D s c a n r e p l a c e s p e c i a l i s t s w i t h i n t h e r e q u e s t i n g R D . T h i s i n t e g r a t i o n f r a m e w o r k h a s e n a b l e d t h e c o n s t r u c t i o n o f a c a s e - b a s e d r e a s o n i n g s y s t e m w i t h i n a g e n e r i c t a s k e n v i r o n m e n t , t h e d e t a i l s o f w h i c h a r e p r e s e n t e d i n C h a p t e r s N i n e a n d T e n o f t h i s d i s s e r t a t i o n . H o w e v e r , b e f o r e t h e d e t a i l s o f s u c h a n a p p r o a c h c a n b e p r e s e n t e d t h e r e q u i r e m e n t s o f a C B R s y s t e m m u s t b e e l u c i d a t e d . T h e n e x t c h a p t e r d o e s s o w i t h a d e t a i l e d d i s c u s s i o n o f c a s e - b a s e d r e a s o n i n g . C H A P T E R 3 C a s e - B a s e d R e a s o n i n g C a s e - b a s e d r e a s o n i n g ( C B R ) i s a p r o b l e m s o l v i n g p a r a d i g m t h a t i s a r g u a b l y d i f f e r e n t i n e s s e n c e f r o m o t h e r m a j o r A I a p p r o a c h e s . I n s t e a d o f r e l y i n g e n t i r e l y o n g e n e r a l k n o w l e d g e o f a p r o b l e m d o m a i n , o r e s t a b l i s h i n g a b s t r a c t e d r e l a t i o n s h i p s b e t w e e n p r o b l e m s a n d s o l u - t i o n s , C B R c a n u s e t h e s p e c i fi c k n o w l e d g e o f p r e v i o u s c o n c r e t e p r o b l e m s . T h i s i s a n e x p e r i e n c e - b a s e d m e t h o d t h a t a t t e m p t s t o d e a l w i t h c u r r e n t p r o b l e m s t h r o u g h a c o m p a r i - s o n t o p a s t s o l u t i o n s . A n e w p r o b l e m i s s o l v e d b y fi n d i n g a s i m i l a r p a s t c a s e a n d r e u s i n g i t a s i n d i c a t e d b y t h e n e w s i t u a t i o n . T h e d e v e l o p m e n t o f C B R w a s m o t i v a t e d i n p a r t b y a r e a l i z a t i o n t h a t h u m a n s o f t e n r e l y o n p r e v i o u s e x p e r i e n c e s t o s o l v e n e w p r o b l e m s [ S c h a n k , 1 9 8 2 ] . O t h e r r e s e a r c h e r s h a v e a l s o c o n t r i b u t e d t o t h e d e v e l o p m e n t o f t h i s t e c h n i q u e . W o r k o n m e m o r y o r g a n i z a t i o n g a v e a f r a m e w o r k f o r a d y n a m i c m e m o r y [ K o l o d n e r , 1 9 8 4 ] . W o r k o n t r a n s f o r m a t i o n a l a n d d e r i v a t i o n a l a n a l o g i e s e x a m i n e d t h e m a p p i n g , a d a p t a t i o n , a n d r e p l a y p r o c e s s e s [ C a r - b o n e l l , 1 9 8 3 ; C a r b o n e l l , 1 9 8 6 ] . O t h e r w o r k o n a n a l o g y h a s h i g h l i g h t e d t h e i m p o r t a n c e o f t h e m a p p i n g p r o c e s s [ G e n t n e r , 1 9 8 3 ] . 5 5 C B R h a s b e e n d e m o n s t r a t e d t o b e c o n d u c i v e t o m a n y t y p e s o f p r o b l e m s o l v i n g a p p l i c a t i o n s : p l a n n i n g ( e . g . M E D I C [ ' I ‘ u m e r , 1 9 8 8 ; T u r n e r , 1 9 8 9 ] , R O E N T G E N [ B e r g e r , 1 9 8 9 ; B e r g e r , 1 9 9 4 ] ) , d e s i g n ( e . g . P A N D A [ R o d e r m a n & T s a t s o u l i s , 1 9 9 3 ] , D E J A V U [ B a r d a s z & Z e i d , 1 9 9 3 ] ) , a n d e x p l a n a t i o n & d i a g n o s i s ( e . g . P R O T O S [ D v o r a k , 1 9 8 8 ; B a r e i s s , 1 9 8 9 ] , C A S E Y [ K o t o n , 1 9 8 9 ] ) , a m o n g o t h e r s . T h o s e a p p l i c a t i o n s t h a t f o c u s o n d e s i g n p r o b l e m s o l v i n g a r e e m p h a s i z e d i n t h e d i s c u s s i o n a n d p r e s e n t e d e x a m p l e s t h r o u g h - o u t t h i s c h a p t e r . F o r e a c h p r o b l e m s o l v i n g a p p l i c a t i o n , e x p e r i e n c e s c a c h e d a s c a s e s a l l o w i n c r e - m e n t a l l e a r n i n g , w h i c h i n t u r n a l l o w s t h e r e a s o n e r t o b e c o m e m o r e e f fi c i e n t . T h i s i n c r e - m e n t a l l e a r n i n g o c c u r s a s a c a s e - b a s e d r e a s o n i n g s y s t e m a c c u m u l a t e s b o t h s p e c i fi c a n d g e n e r a l k n o w l e d g e . T h e m i x t u r e o f k n o w l e d g e l e v e l a b s t r a c t i o n s e n a b l e s t h e s o l u t i o n o f p r o b l e m s r e q u i r i n g t h e s i m u l t a n e o u s h a n d l i n g o f m u l t i p l e i n t e r a c t i n g c o n s i d e r a t i o n s . A t t h e h i g h e s t l e v e l o f g e n e r a l i t y , t h e C B R c y c l e m a y b e d e s c r i b e d b y t h e f o l l o w - i n g f o u r p r o c e s s e s [ A a r n o d t & P l a z a , 1 9 9 4 ] : r e t r i e v e , r e u s e , r e v i s e , a n d r e t a i n . A n e w p r o b l e m i s s o l v e d b y r e t r i e v i n g o n e o r m o r e p r e v i o u s l y e x p e r i e n c e d c a s e s t h a t a r e s i m i l a r a l o n g s o m e i m p o r t a n t d i m e n s i o n s . T h e c a s e i s r e u s e d i n o n e w a y o r a n o t h e r a n d t h e s o l u - t i o n g i v e n i n t h e r e t r i e v e d p r e v i o u s c a s e i s r e v i s e d . F i n a l l y , t h e n e w s o l u t i o n a n d t h e p r o b - l e m i t s o l v e s i s r e t a i n e d b y i n c o r p o r a t i n g i t i n t o t h e e x i s t i n g c a s e - b a s e & u p d a t i n g a n y i n d e x i n g . T h e s e f o u r p r o c e s s e s e a c h i n v o l v e s e v e r a l m o r e s p e c i fi c s t e p s , t h e d e t a i l s o f w h i c h a r e h o t l y d e b a t e d w i t h i n t h e C B R c o m m u n i t y . S e e F i g u r e 8 f o r a f r a m e w o r k o f t h e s e p r o c e s s e s a n d t h e i n t e r a c t i o n s a m o n g t h e m ( a f t e r F i g u r e 1 , [ A a m o d t & P l a z a , 1 9 9 4 ] ) . I n a t » . p 3 R e t r i e v e L e a r n e d . e m e - . . - @ R e v i s e d S o l u t i o n O u t p u t K n o w l e d g e 6 3 m F i g u r e 8 . A f r a m e w o r k o f t h e C B R p r o c e s s . 5 7 T o e m p h a s i z e t h e u t i l i t y o f c a s e - b a s e d r e a s o n i n g , s e v e r a l C B R c h a r a c t e r i s t i c s a r e c o n t r a s t e d w i t h t h o s e o f o t h e r c o m p u t a t i o n a l a p p r o a c h e s i n t h e f o l l o w i n g s e c t i o n . T h e r e m a i n d e r o f t h i s c h a p t e r l o o k s a t t w o b r o a d c a t e g o r i e s w i t h i n w h i c h t h e m a j o r i s s u e s o f C B R c a n b e s u m m a r i z e d . T h e fi r s t o f t h e s e i s t h a t o f k n o w l e d g e r e p r e s e n t a t i o n a n d t h e o r g a n i z a t i o n o f b o t h c a s e s a n d l i b r a r i e s o f c a s e s . T h e s e c o n d c a t e g o r y a d d r e s s e s t h e p r o b - l e m s o l v i n g t a s k s c o m p r i s i n g e a c h o f t h e f o u r m a i n p r o c e s s e s i n t h e C B R c y c l e ( F i g u r e 8 ) , a n d g i v e s s p e c i fi c e x a m p l e s o f h o w t h e C B R c o m m u n i t y h a s i m p l e m e n t e d m e t h o d s f o r p e r f o r m i n g t h e s e t a s k s . 3 . 1 C o n t r a s t i n g C B R w i t h O t h e r C o m p u t a t i o n a l A p p r o a c h e s T o u n d e r s t a n d w h a t m a k e s C B R a u s e f u l r e a s o n i n g t e c h n i q u e , a n d a l s o t o p o i n t o u t i t s u n i q u e f e a t u r e s , C B R m u s t b e c o m p a r e d t o o t h e r r e a s o n i n g t e c h n i q u e s . O t h e r c o m p u - t a t i o n a l a p p r o a c h e s t o w h i c h C B R c a n b e c o m p a r e d i n c l u d e : r u l e - b a s e d s y s t e m s , d a t a - b a s e s , g e n e r a l i z a t i o n a p p r o a c h e s , m o d e l - b a s e d r e a s o n i n g s y s t e m s , a n d t a s k - s p e c i fi c a r c h i t e c t u r e s . T h e d i s c u s s i o n t h a t f o l l o w s s u c c i n c t l y a d d r e s s e s t h e d i f f e r e n c e s b e t w e e n C B R a n d e a c h o f t h e s e a p p r o a c h e s , a n d i s d r a w n i n p a r t f r o m t h e d i s c u s s i o n i n [ L e a k e , 1 9 9 5 ] . 3 . 1 . 1 R u l e - b a s e d S y s t e m s T h e r e i s s h a r p d i s a g r e e m e n t w i t h i n t h e C B R c o m m u n i t y o v e r h o w c o m p a r a b l e r u l e - b a s e d s y s t e m s a r e t o C B R s y s t e m s . O n e s c h o o l o f t h o u g h t i n s i s t s t h a t C B R c a n b e t h o u g h t o f a s a t y p e o f r u l e - b a s e d r e a s o n i n g i n w h i c h t h e r u l e s a r e v e r y l a r g e [ K o l o d n e r , 1 9 9 3 ] , w h i l e a n o t h e r e x p l i c i t l y r e f u t e s t h i s v i e w p o i n t b y p o i n t i n g t o t h e n o t i c e a b l e d i fl ' e r - e n c e s i n k n o w l e d g e u s e [ L e a k e , 1 9 9 5 ] . 5 8 T h e r e a r e t h r e e a r e a s i n w h i c h C B R c a n b e c o n t r a s t e d w i t h a r u l e - b a s e d a p p r o a c h [ L e a k e , 1 9 9 5 ] : t h e t y p e o f k n o w l e d g e u s e d ; h o w t h e k n o w l e d g e i s u s e d ; a n d t h e f u n d a - m e n t a l r o l e o f l e a r n i n g . T h e t y p e o f k n o w l e d g e u s e d . R u l e - b a s e d a p p r o a c h e s u s e i f - t h e n r u l e r e p r e s e n t a t i o n s o f k n o w l e d g e t h a t a r e u s u a l l y i d e n t i fi e d b y a d o m a i n e x p e r t . A C B R a p p r o a c h r e a s o n s f r o m e x a m p l e s ( c a s e s ) r a t h e r t h a n r u l e s . T h i s p r e s e n t a t i o n o f k n o w l e d g e a s c a s e s k e e p s i n f o r - m a t i o n fl u i d a n d d y n a m i c , w h e r e a s w h e n r e p r e s e n t e d a s r u l e s , t h e s a m e k n o w l e d g e b e c o m e s r i g i d a n d u n c h a n g e a b l e . D u e t o a m i x t u r e o f d i f f e r e n t k n o w l e d g e a b s t r a c t i o n s , c a s e s c a n i n t e g r a t e i n f o r m a t i o n ; r u l e s b y t h e i r v e r y n a t u r e s t r i a t e i n f o r m a t i o n a t d i f f e r e n t l e v e l s o f a b s t r a c t i o n . H o w e v e r , t h e m a i n a d v a n t a g e o f C B R o v e r a r u l e - b a s e d a p p r o a c h i s t h e r e l a t i v e l y e a s y k n o w l e d g e a c q u i s i t i o n t h r o u g h c a s e a d d i t i o n ( a s o p p o s e d t o t h e g e n e r a - t i o n a n d i n c l u s i o n o f n e w d o m a i n r u l e s ) . H o w t h e k n o w l e d g e i s u s e d . A C B R a p p r o a c h r e p l a c e s a r u l e - b a s e d t e c h n i q u e o f g e n e r - a t e a n d t e s t w i t h r e t r i e v e a n d a d a p t . W h e r e a s t h e g e n e r a t e a n d t e s t r e q u i r e s t h e e x h a u s - t i v e g e n e r a t i o n o f a c o m p l e t e s o l u t i o n b e f o r e i t c a n b e c h e c k e d f o r a c c u r a c y , r e t r i e v e a n d a d a p t a l l o w s a m u c h m o r e a d h o c a p p r o a c h t o fi n d i n g a n a c c u r a t e s o l u t i o n . T h e m a j o r a d v a n t a g e s o f t h i s d i f f e r e n t t e c h n i q u e a r e i n c r e a s e d e f fi c i e n c y a n d fl e x i b i l i t y . A d a p t a t i o n i n c a s e - b a s e d r e a s o n i n g i n t r i n s i c a l l y i m p l i e s p a r t i a l m a t c h i n g . T h e r e f o r e , k n o w l e d g e w i t h i n a c a s e l i b r a r y c a n b e u s e d e v e n w h e n i t i s n o t d i r e c t l y a p p l i c a b l e t o t h e c u r r e n t s i t u - a t i o n . T h i s i s n o t a n o p t i o n i n a r u l e - b a s e d a p p r o a c h , t h e r i g i d s t r u c t u r e o f w h i c h p r e v e n t s i n d i r e c t l y a p p l i c a b l e k n o w l e d g e f r o m b e i n g u t i l i z e d . T h e f u n d a m e n t a l r o l e o f l e a r n i n g . C B R s y s t e m s l e a r n b y a d d i n g c a s e s a f t e r a p r e v i o u s c a s e h a s b e e n s u c c e s s f u l l y r e t r i e v e d , m o d i fi e d , a n d i d e n t i fi e d a s s i g n i fi c a n t . C B R s y s t e m s 5 9 c a n a l s o l e a r n f r o m f a i l u r e s . T y p i c a l l e s s o n s l e a r n e d f r o m f a i l u r e s i n c l u d e : c a s e s , p r o b l e m s t o a n t i c i p a t e , a n d f a i l u r e r e c o v e r y s t r a t e g i e s . A m a j o r a d v a n t a g e f o r c a s e - b a s e d r e a s o n i n g i s t h a t t h e C B R s y s t e m a u t o m a t i c a l l y r e fi n e s i t s k n o w l e d g e a s i t i s r u n . A r u l e - b a s e d s y s t e m , h o w e v e r , c a n o n l y l e a r n o r r e fi n e i t s k n o w l e d g e t h r o u g h e x p l i c i t m o d i fi c a t i o n o f i t s r u l e s b y a n e x p e r t . 3 . 1 . 2 D a t a b a s e s C B R i s p e r h a p s m o s t c l o s e l y r e l a t e d t o d a t a b a s e s ; s o c l o s e l y r e l a t e d a r e t h e t w o t h a t a c a s e l i b r a r y c a n b e t h o u g h t o f a s a s p e c i a l k i n d o f d a t a b a s e [ K o l o d n e r , 1 9 9 3 ] . L i k e a d a t a b a s e , a c a s e l i b r a r y s t o r e s m a n y r e c o r d s . T h e r e t r i e v a l a l g o r i t h m s f o r b o t h m u s t e f fi - c i e n t l y fi n d a p p r o p r i a t e r e c o r d s w h e n r e q u e s t e d . T h e c o m p a r i s o n f a d e s , h o w e v e r , w h e n t h e o r g a n i z a t i o n o f r e c o r d s a n d t h e s p e c i fi c r e t r i e v a l m e t h o d s u s e d a r e c o n s i d e r e d c l o s e l y . O r g a n i z a t i o n a l S t r u c t u r e s . D e s i g n d e s c r i p t i o n s a s e x p r e s s e d w i t h i n a d a t a b a s e a r e d r i v e n s t r i c t l y b y t h e s y n t a x o f t h e d e s i g n . T h e r e p r e s e n t a t i o n o f t h e k n o w l e d g e i n t h e d a t a b a s e ’ s o r g a n i z a t i o n i s o f t e n d e c i d e d b y c a s e o f a c c e s s a n d i s n o t n e c e s s a r i l y i n t e n d e d t o d i r e c t l y c o n t r i b u t e t o a p r o b l e m s o l u t i o n . C a s e l i b r a r i e s , o n t h e o t h e r h a n d , a r e i n fl u - e n c e d b y t h e s e m a n t i c s a n d t h e s y n t a x o f t h e d e s i g n d e s c r i p t i o n s c o m p r i s i n g t h e m . I n t h i s w a y , c a s e l i b r a r i e s a r e s t r u c t u r e d t o f a c i l i t a t e t h e d e t e r m i n a t i o n o f a p r o b l e m s o l u t i o n . T h i s o r g a n i z a t i o n h a s a d i r e c t i m p a c t o n t h e r e t r i e v a l a l g o r i t h m s t h a t c a n e f fi c i e n t l y o b t a i n r e c o r d s . R e t r i e v a l A l g o r i t h m s . T h e m a i n d i s t i n c t i o n b e t w e e n r e t r i e v a l m e t h o d s u s e d f o r d a t a - b a s e s a n d C B R s y s t e m s i s t h e c a p a b i l i t y t o d o p a r t i a l m a t c h i n g . D a t a b a s e s c a n n o t r e t r i e v e a c c o r d i n g t o s e m a n t i c s b e c a u s e o f t h e i r s y n t a c t i c a l o r g a n i z a t i o n , a n d t h e r e f o r e c a n n o t 6 0 r e t r i e v e a c l o s e p a r t i a l m a t c h . O n t h i s p o i n t h i n g e s t h e u t i l i t y o f C B R . B y e n a b l i n g p a r t i a l m a t c h i n g ( a n d s u b s e q u e n t a d a p t a t i o n o f t h e s e p a r t i a l m a t c h e s t o fi t t h e p r o b l e m ) , C B R p e r m i t s i n c r e a s e d r o b u s t n e s s a n d fl e x i b i l i t y . A n i m p o r t a n t p o i n t t o b e m a d e i s t h a t t h e o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e o f t h e l i b r a r y d i c t a t e s t h e t y p e o f r e t r i e v a l a l g o r i t h m t o b e u s e d . D i f f e r e n t d a t a b a s e r e t r i e v a l a l g o r i t h m s c a n s e a r c h s t r u c t u r e s s u c h a s B - t r e e s o r h e a p s , w h i l e d i fl ' e r e n t C B R r e t r i e v a l a l g o r i t h m s e x i s t f o r s e a r c h i n g v e r y b r o a d ( b r e a d t h - fi r s t ) o r v e r y d e e p ( d e p t h - fi r s t ) c a s e l i b r a r i e s . 3 . 1 . 3 G e n e r a l i z a t i o n A p p r o a c h e s I f a s y s t e m c a n a p p l y o l d s o l u t i o n s t o n e w s i t u a t i o n s , i t o f t e n u s e s s o m e s o r t o f g e n e r a l i z a t i o n . A s C B R d o e s i n d e e d a p p l y o l d s o l u t i o n s t o n e w s i t u a t i o n s , i t c a n b e c o n - s i d e r e d t o u s e g e n e r a l i z a t i o n t e c h n i q u e s . A C B R s y s t e m w i t h a w i d e - r a n g i n g d o m a i n c o v - e r a g e m u s t b e c a p a b l e o f d o i n g g e n e r a l i z a t i o n . A s t h e d i v e r s i t y o f t h e d o m a i n i n c r e a s e s , s o m u s t t h e c a p a b i l i t y f o r g e n e r a l i z a t i o n . F o r e x a m p l e , a C B R s y s t e m t h a t i n c l u d e s r e p r e - s e n t a t i o n s o f b o t h p l a n e t a r y o r b i t s a n d t h e m i g r a t o r y p a t t e r n s o f b i r d s m u s t b e a b l e t o fi n d t h e s i m i l a r i t i e s t h a t e x i s t b e t w e e n t h e s e s e e m i n g l y d i s p a r a t e t y p e s o f c a s e s . T w o g e n e r a l i - z a t i o n a p p r o a c h e s a r e c o n s i d e r e d h e r e [ L e a k e , 1 9 9 5 ] : i n d u c t i v e g e n e r a l i z a t i o n , a n d e x p l a - n a t i o n - b a s e d g e n e r a l i z a t i o n . I n d u c t i v e G e n e r a l i z a t i o n . C B R l e a r n s i n c r e m e n t a l l y , g e n e r a l i z i n g c a s e s o v e r t i m e a s a b y - p r o d u c t o f t h e r e t r i e v a l a n d a d a p t a t i o n p r o c e s s . A t y p i c a l i n d u c t i v e g e n e r a l i z a t i o n a p p r o a c h g r o u p s t o g e t h e r c o n c e p t s a n d t h e n g e n e r a t e s a c l a s s d e fi n i t i o n r e p r e s e n t a t i v e o f t h o s e c o n c e p t s . F i g u r e 9 s h o w s a s i m p l e e x a m p l e o f t h i s . S e v e r a l d i f f e r e n t fl i e s a n d b e e s a r e s h o w n a n d a g e n e r a l i z a t i o n o f fl y i n g i n s e c t s i s g i v e n . A g g r e s s i v e g e n e r a l i z a t i o n f a c i l i - t a t e s r a p i d s o l u t i o n s t o n e w p r o b l e m s , b u t c a n b e i n e f fi c i e n t a n d e v e n i n c o r r e c t i n d o m a i n s 6 1 F l y i n g I n s e c t s F i g u r e 9 . A s i m p l e e x a m p l e o f i n d u c t i v e g e n e r a l i z a t i o n . 6 2 w h e r e p r 0 p e r g e n e r a l i z a t i o n s a r e u n k n o w n [ R i c h 8 : . K n i g h t , 1 9 9 1 ] . B e s i d e s i n c r e m e n t a l g e n e r a l i z a t i o n , C B R e x h i b i t s s i n g l e - e x a m p l e l e a r n i n g , a n a t u r a l i n t e g r a t i o n o f i n d u c t i v e a n d a n a l y t i c l e a r n i n g ( t h r o u g h c a s e a d a p t a t i o n ) , a n d a n e m p h a s i s o n c o n t e n t ( r a t h e r t h a n i n t e r p r e t a t i o n ) . E x p l a n a t i o n - b a s e d G e n e r a l i z a t i o n . A C B R a p p r o a c h d o e s n o t r e q u i r e a c o m p l e t e d o m a i n t h e o r y , a p r e r e q u i s i t e f o r e x p l a n a t i o n — b a s e d g e n e r a l i z a t i o n . T h e d o m a i n t h e o r y i s u s e d t o t r i m a w a y t h e u n i m p o r t a n t p o r t i o n s o f a n e x a m p l e w i t h r e s p e c t t o a s t a t e d g o a l . W h a t r e m a i n s i s a n e x p l a n a t i o n o f w h y t h e e x a m p l e i s a n i n s t a n c e o f t h e g o a l . T h e e x p l a - n a t i o n i s t h e n a b s t r a c t e d a s f a r a s p o s s i b l e w h i l e s t i l l d e s c r i b i n g t h e g o a l i d e a [ M i t c h e l l e t a l . , 1 9 8 6 ] . A s c o m p l e t e a n d c o n s i s t e n t d o m a i n t h e o r i e s a r e s e l d o m r e a l i z e d , g e t t i n g e x p l a - n a t i o n - b a s e d g e n e r a l i z a t i o n t o w o r k e f fi c i e n t l y i s d i f fi c u l t . C B R i s m u c h m o r e fl e x i b l e , a d a p t i n g a s o l u t i o n o n l y w h e n n e e d e d a n d a l l o w i n g l a z y g e n e r a l i z a t i o n & O p e r a t i o n a l c a s e s w i t h o u t a c o m p l e t e d o m a i n t h e o r y . 3 . 1 . 4 M o d e l - b a s e d R e a s o n i n g T h e r e a r e s e v e r a l i n t r i g u i n g p a r a l l e l s b e t w e e n C B R a n d m o d e l - b a s e d r e a s o n i n g . N e i t h e r p e r f o r m s d e n o v o r e a s o n i n g . T h e k n o w l e d g e w i t h i n e a c h a p p r o a c h i s c o m p i l e d , a n d t h e r e a s o n i n g p r o c e s s w i t h i n e a c h u s e s a g g r e g a t e d k n o w l e d g e . T h e d i f f e r e n c e s b e t w e e n t h e t w o , h o w e v e r , a r e w h a t a r e o f i n t e r e s t [ K o l o d n e r , 1 9 9 3 ] : k n o w l e d g e c o n t e n t , d o m a i n u t i l i t y , a n d p r o b l e m - s o l v i n g r e l e v a n c e . K n o w l e d g e C o n t e n t . M o d e l - b a s e d r e a s o n i n g f a s h i o n s s o l u t i o n s b y i n t e r p o l a t i n g f r o m t h e fi r s t p r i n c i p l e s d e s c r i b i n g a p r o b l e m d o m a i n . F o r e x a m p l e , t h e o p e r a t i o n o f a t e r e p h t h a l i c a c i d r e a c t o r m a y b e m o d e l e d b y c o m p a r i n g t h e fl o w r a t e s o f t h e i n p u t - 6 3 p a r a x y l e n e s t r e a m , t h e r e a c t o r t e m p e r a t u r e , a n d t h e p r e s s u r e o f t h e g a s e x h a u s t s t r e a m . P a r t i c u l a r c o m b i n a t i o n s o f t h e s e t h r e e f e a t u r e s c a n i n d i c a t e a s y s t e m m a l f u n c t i o n . T h e m a i n d i s t i n c t i o n t o b e m a d e h e r e i s t h a t C B R e l i m i n a t e s t h e e x t e n s i v e p r e c o m p i l a t i o n r e q u i r e d b y m o d e l - b a s e d r e a s o n i n g . A p r i m a r y a d v a n t a g e t o C B R i s t h a t t h e k n o w l e d g e u p o n w h i c h i t s s o l u t i o n s a r e b a s e d i s g a t h e r e d i n c r e m e n t a l l y a s t h e s y s t e m i s u s e d . I n t h i s w a y , a C B R a p p r o a c h c a n b e c o n s i d e r e d t o l e a r n t h e d o m a i n k n o w l e d g e w i t h o u t a n e e d f o r k n o w l e d g e p r e c o m p i l a t i o n b y a n e x p e r t . D o m a i n U t i l i t y . W h e n a d o m a i n i s u n d e r s t o o d w e l l e n o u g h f o r t h e r e t o b e a s u i t a b l y r o b u s t c a u s a l m o d e l , m o d e l - b a s e d r e a s o n i n g i s a p p l i c a b l e . C B R i s a l s o a p p l i c a b l e f o r s u c h d o m a i n s . W h e r e C B R d i s t i n g u i s h e s i t s e l f f r o m m o d e l - b a s e d r e a s o n i n g i s i n d o m a i n s f o r w h i c h t h e r e i s i n c o m p l e t e k n o w l e d g e . I n s u c h i n s t a n c e s , t h e c a s e l i b r a r y s e r v e s a s a n a b s t r a c t m o d e l o f t h e d o m a i n . P r o b l e m - s o l v i n g R e l e v a n c e . S o l u t i o n s c a n b e v e r i fi e d u s i n g m o d e l - b a s e d r e a s o n i n g , b u t t h e i n i t i a l g e n e r a t i o n o f t h o s e s o l u t i o n s i s n o t e n g i n e e r e d a t a l l . C o n v e r s e l y , c a s e - b a s e d r e a s o n i n g f a c i l i t a t e s e f fi c i e n t g e n e r a t i o n o f s o l u t i o n s . E v a l u a t i o n o f t h e s e s o l u t i o n s i s b a s e d o n a r e l a t i v e c o m p a r i s o n w i t h t h e b e s t a v a i l a b l e c a s e s . 3 . 1 . 5 T a s k S p e c i fi c A r c h i t e c t u r e s T h e r e p r e s e n t a t i o n a n d r e u s e o f k n o w l e d g e s e r v e a s t h e f o u n d a t i o n s f o r b o t h t a s k s p e c i fi c a r c h i t e c t u r e s a n d c a s e - b a s e d r e a s o n i n g . T a s k s p e c i fi c a r c h i t e c t u r e s a r e p a r t i c u - l a r l y u s e f u l f o r p e r f o r m i n g e s t i m a t i o n a n d a s s u m p t i o n a n d d o s o w i t h p r e c o m p i l e d d o m a i n k n o w l e d g e a n d s p e c i fi c i n f e r e n c i n g t e c h n i q u e s . T h e e n t i r e p r e m i s e o f c a s e - b a s e d r e a s o n - i n g i s t h e r e u s e o f p r e v i o u s d e s i g n s o l u t i o n s . S p e c i fi c p o i n t s o f c o m p a r i s o n b e t w e e n 6 4 T S A ’ s a n d C B R i n c l u d e p r o b l e m s o l v i n g a p p r o a c h e s , k n o w l e d g e c o n t e n t . a n d s t r u c t u r e s f o r o r g a n i z i n g k n o w l e d g e . P r o b l e m S o l v i n g A p p r o a c h . A C B R a p p r o a c h u s e s s p e c i fi c k n o w l e d g e o f p r e v i o u s c o n - c r e t e d e s i g n p r o b l e m s . T h i s e x p e r i e n c e - b a s e d m e t h o d s o l v e s c u r r e n t p r o b l e m s t h r o u g h a c o m p a r i s o n t o p a s t s o l u t i o n s . A n e w p r o b l e m i s s o l v e d b y fi n d i n g a s i m i l a r p a s t c a s e a n d r e u s i n g i t a s d e t e r m i n e d b y t h e n e w s i t u a t i o n . T S A a l s o u s e s s p e c i fi c k n o w l e d g e o f , s a y , d e s i g n p r o b l e m s . T h e s p e c i fi c k n o w l e d g e i n a T S A i s r e p r e s e n t e d i n a n a b s t r a c t e d f o r m , r a t h e r t h a n m o n o l i t h i c a l l y , a s f o r C B R . K n o w l e d g e C o n t e n t . A c a s e l i b r a r y c o n s i s t s o f b o t h s p e c i fi c a n d g e n e r a l k n o w l e d g e i n f o r m s o f c a s e s a n d i n d i c e s , r e s p e c t i v e l y . T h i s m i x t u r e o f k n o w l e d g e a b s t r a c t i o n s m a k e s s o l v i n g c o m p l e x p r o b l e m s e a s i e r . H e u r i s t i c s t h a t c a p t u r e t h e e s s e n c e o f v a r i o u s f a c e t s o f a p a r t i c u l a r p r o b l e m s o l v i n g e p i s o d e a r e u s e d t o fi n d s o l u t i o n s t o n e w p r o b l e m s . T h e s e h e u - r i s t i c s c a n b e s i m p l e o r c o m p l e x ( o r b o t h ) , d e p e n d i n g u p o n t h e p r o b l e m s o l v i n g t a s k a n d t h e d o m a i n i n w h i c h t h e T S A i s u s e d . O r g a n i z a t i o n a l S t r u c t u r e s . B o t i r C B R a n d T S A ’ s o r g a n i z e t h e k n o w l e d g e w i t h i n t h e m i n a w a y t h a t s e p a r a t e s t h e s p e c i fi c k n o w l e d g e f r o m t h e c o m p u t a t i o n a l a p p r o a c h e s u s e d . I n a C B R s y s t e m , c a s e s t r u c t u r e s a r e n o t d e p e n d e n t u p o n t h e n a v i g a t i o n o f t h e c a s e l i b r a r y o r t h e i n d i c e s u s e d t o o r g a n i z e t h a t l i b r a r y . T S A ’ s a l s o s e p a r a t e t h e k n o w l e d g e f r o m t h e c o m p u t a t i o n a l p r o c e s s e s t h a t O p e r a t e o n i t , a l l o w i n g a d a p t a t i o n o f t h e k n o w l e d g e w i t h o u t a c o m p l e t e r e c o n s t r u c t i o n o f t h e u n d e r l y i n g i n f e r e n c e p r o c e d u r e s . 6 5 3 . 1 . 6 P o t e n t i a l C a p i t a l i z a t i o n o n D i f f e r e n c e s I n s p i t e o f t h e p r e c e d i n g e m p h a s i s o n t h e c o n t r a s t s b e t w e e n C B R a n d o t h e r c o m - p u t a t i o n a l a p p r o a c h e s , C B R c a n b e n e fi t f r o m i n t e r a c t i n g w i t h r u l e s , d a t a b a s e s , g e n e r a l i z a - t i o n s , m o d e l s a n d t a s k s p e c i fi c a r c h i t e c t u r e s [ L e a k e , 1 9 9 5 ] . R u l e - b a s e d s y s t e m s c a n g e n e r a t e s o l u t i o n s w h e n c a s e s a r e n o t a v a i l a b l e . D a t a b a s e s c a n m a n a g e c a s e l i b r a r i e s . I n d u c t i v e o r e x p l a n a t i o n - b a s e d g e n e r a l i z a t i o n c a n b e u s e d f o r i n d e x i n g a n d r e t r i e v a l o f c a s e s i n a l i b r a r y . M o d e l - b a s e d s y s t e m s c a n b e u s e d t o v a l i d a t e r e t r i e v e d s o l u t i o n s . T S A ’ s p r o v i d e s t a n d a r d o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e s a n d p r o b l e m s o l v i n g a p p r o a c h e s f o r u s e i n o r g a n i z i n g a n d r e t r i e v i n g c a s e s . E a c h o f t h e c o m p u t a t i o n a l a p p r o a c h e s d i s c u s s e d c a n a l s o b e n e fi t f r o m C B R . R u l e - b a s e d s y s t e m s , w h e n u s e d t o g e t h e r w i t h C B R , c a n e x h i b i t i n c r e a s e d e f fi c i e n c y . F o r i n s t a n c e , r u l e s c a n g u i d e t h e a d a p t a t i o n o f c a s e s t o fi t a p r o b l e m d i f f e r e n t f r o m t h a t t o w h i c h t h e y a r e a s o l u t i o n . R u l e s c a n a l s o a s s i s t i n t h e a d a p t a t i o n o f a c l o s e l y m a t c h i n g c a s e . C L A V I E R u s e d m i c s t o l i m i t c o n fi g u r a t i o n s o f p a r t s i n t h e a u t o c l a v e w h e n i t p r e - s e n t e d t h e u s e r w i t h p o s s i b l e m o d i fi c a t i o n s t o t h e c u r r e n t a u t o c l a v e p a r t l a y o u t [ H e n n e s s y & H i n c k e l , 1 9 9 2 ] . T h e o r g a n i z a t i o n a l a n d r e t r i e v a l t e c h n i q u e s o f C B R c a n m a k e d a t a - b a s e s m o r e fl e x i b l e . C B R c a n a l s o s u p p l e m e n t g e n e r a l i z a t i o n s ( e . g . w i t h e x c e p t i o n s ) o r r e p l a c e t h e m e n t i r e l y . T h e r e a r e m a n y i n s t a n c e s o f i n t e g r a t e d s y s t e m s t h a t c o m b i n e C B R a n d o t h e r c o m - p u t a t i o n a l a p p r o a c h e s . C A S E Y i n t e g r a t e d m o d e l - b a s e d a n d c a s e - b a s e d r e a s o n i n g f o r d i a g n o s i s [ K o t o n , 1 9 8 9 ] , w h i l e K R I T I K c o m b i n e d t h e t w o r e a s o n i n g t e c h n i q u e s f o r d e s i g n [ G o e l , 1 9 8 9 ] . J U L I A c o m b i n e d C B R w i t h c o n s t r a i n t p o s t i n g a n d a T M S ( t r u t h m a i n t e n a n c e s y s t e m ) t o k e e p t r a c k o f r e c i p e i n t e r a c t i o n s [ H i n r i c h s , 1 9 9 2 ] . A n a p r o n u s e s 6 6 c a s e s t o i d e n t i f y e x c e p t i o n s t o p r o n u n c i a t i o n r u l e s , a n d t h e c o m b i n a t i o n o f t h e t w o p e r - f o r m s b e t t e r t h a n e i t h e r d o e s a l o n e [ G o l d i n g & R o s e n b l o o m , 1 9 9 4 ] . T h i s l i s t o f fi e l d e d s y s t e m s i m p l i e s t h a t C B R i s m o s t e f f e c t i v e w h e n p a r t o f a p r o b l e m - s o l v i n g r e p e r t o i r e . 3 . 2 K n o w l e d g e R e p r e s e n t a t i o n & O r g a n i z a t i o n A s m e n t i o n e d i n “ D a t a b a s e s ” o n p a g e 5 9 , t h e o r g a n i z a t i o n o f a c a s e l i b r a r y c a n d i c t a t e t h e m e t h o d ( s ) w h i c h m u s t b e u s e d f o r r e t r i e v i n g c a s e s . T h i s h o l d s f o r n o t o n l y t h e o r g a n i z a - t i o n o f t h e c a s e s w i t h i n t h e l i b r a r y , b u t a l s o f o r t h e r e p r e s e n t a t i o n o f t h e c a s e s a n d t h e i n d i - c e s u s e d t o s u m m a r i z e t h e c a s e s . 3 . 2 . 1 C a s e R e p r e s e n t a t i o n T h e d o m a i n i n w h i c h C B R i s b e i n g u s e d i n d i c a t e s t h e p r o b l e m s o l v i n g t a s k ( s ) a n d a l l o w s t h e d e fi n i t i o n o f c a s e c o m p o s i t i o n t o b e e s t a b l i s h e d . A t y p i c a l t a s k f o r w h i c h C B R c a n b e u s e d i s g e n e r i c p r o b l e m - s o l v i n g ( e . g . , r e u s i n g s o l u t i o n s t o g e n e r a t e d e s i g n s ( m e a l s : J U L I A ; d e v i c e s : K R I T I K ; b u i l d i n g s : C A D R E ) o r p l a n s ( r e c i p e s : C H E F ; r o b o t c o n t r o l : S I M M S ) ) . O t h e r d o m a i n s t h a t d e fi n e t h e t a s k a n d c a s e c o m p o s i t i o n i n c l u d e c l a s s i fi c a t i o r r / i n t e r p r e t a t i o n a n d t e a c h i n g / a i d i n g [ L e a k e , 1 9 9 5 ] . D e p e n d i n g u p o n t h e d o m a i n a n d t a s k f o r w h i c h t h e C B R a p p r o a c h i s u s e d , t h e e x a c t d e fi n i t i o n o f a c a s e m a y c h a n g e , v a r y i n g i n s h a p e a n d s i z e , t e m p o r a l c o v e r a g e , a n d a s s o c i a t i o n a l s t r u c t u r e ( e . g . , s o l u t i o n s w i t h p r o b - l e m s , o u t c o m e s w i t h s i t u a t i o n s ) . A l t h o u g h c a s e d e fi n i t i o n s a r e d o m a i n - a n d t a s k - d e p e n d e n t , i n s i g h t c a n b e g a i n e d b y a b s t r a c t l y d i s c u s s i n g t h e r e p r e s e n t a t i o n o f a c a s e . A d i s t i n c t i o n c a n b e m a d e b e t w e e n i n p u t a n d s t o r e d c a s e s [ L e a k e , 1 9 9 5 ] . I n p u t c a s e s c a n b e c o n s i d e r e d d e s c r i p t i o n s o f s p e c i fi c p r o b l e m s i t u a t i o n s . P r e v i o u s s p e c i fi c p r o b l e m s i t u a t i o n s w i t h c o r r e s p o n d i n g 6 7 s o l u t i o n s a n d o u t c o m e s c o m p r i s e t h e c a s e s s t o r e d i n a c a s e l i b r a r y . A l t e r n a t i v e l y , s t o r e d c a s e s c a n b e s a i d t o c o n t a i n a l e s s o n a n d a s p e c i fi c c o n t e x t i n w h i c h t h e l e s s o n w a s a p p l i c a b l e . T h e c o n t e x t i s u s e d t o d e c i d e w h e n t h e l e s s o n m a y a p p l y a g a i n . C a s e r e p r e s e n t a t i o n s u s e d i n fi e l d e d C B R s y s t e m s s h o w p o s s i b l e a l t e r n a t i v e s f o r c a s e r e p r e s e n t a t i o n . S i m p l e fl a t f e a t u r e - a t t r i b u t e p a i r s , d o m a i n - s p e c i fi c s t r u c t u r e d d e s c r i p - t i o n s a n d g r a p h i c a l m o d e l s a r e t h e c a s e r e p r e s e n t a t i o n s m o s t c o m m o n l y f o u n d . T h e c a s e r e p r e s e n t a t i o n s o f t h r e e s y s t e m s a r e p r e s e n t e d h e r e : D E I A V U , a m e c h a n i c a l a r t i f a c t d e s i g n s y s t e m ; C L A V I E R , a n a u t o c l a v e l a y o u t d e t e r m i n a t i o n s y s t e m ; a n d C A D R E , a b u i l d i n g d e s i g n s y s t e m . T h e c a s e s w i t h i n D E I A V U u s e a d e s i g n p l a n r e p r e s e n t i n g a m e c h a n i c a l a r t i f a c t ’ s s t r u c t u r e , p r o p e r t i e s , p a r t & p r o p e r t y r e l a t i o n s h i p s a n d a b s t r a c t e d d e s i g n r a t i o n a l e [ B a r - d a s z & Z e i d , 1 9 9 3 ] ; t h i s d e s i g n p l a n i s a n e x a m p l e o f a d o m a i n - s p e c i fi c s t r u c t u r e d r e p r e - s e n t a t i o n . D e s i g n p l a n s w i t h i n D E I A V U a r e e x p l i c i t l y e n c o d e d a s d e fi n e - p a r t c o n s t r u c t s . T h e s e d e s c r i b e a n o b j e c t b y s p e c i f y i n g i t s g e n e r a l p r o p e r t i e s a n d c o n s t i t u e n t p a r t s . F o r e x a m p l e , a c h a i r c a n b e d e fi n e d a s h a v i n g c e r t a i n d i m e n s i o n s ( w i d t h , d e p t h , h e i g h t ) a n d m a t e r i a l s . I t c a n a l s o b e d e s c r i b e d a s h a v i n g a s e a t , b a c k a n d l e g s . T h e c a s e s w i t h i n C L A V I E R c o n t a i n k n o w l e d g e a b o u t t h e l a y o u t o f p o l y m e r c o m - p o s i t e s i n a n a u t o c l a v e [ H e n n e s s y & H i n c k e l , 1 9 9 2 ] . T h i s k n o w l e d g e i n c l u d e s n o t o n l y s p e c i fi c d e t a i l s , b u t a b s t r a c t e d c l a s s i fi c a t i o n s a n d s u p p o r t i n g i n f o r m a t i o n a s w e l l : 0 t h e p a r t s a n d t h e i r r e l a t i v e p o s i t i o n s o n a t a b l e ; 0 t h e t a b l e s a n d t h e i r r e l a t i v e p o s i t i o n s i n t h e a u t o c l a v e ; 0 t h e c l a s s i fi c a t i o n o f t h e l a y o u t ( e . g . , l a r g e - p a r t l o a d s , fi b e r g l a s s l o a d s , s t e e l - m o l d l o a d s ) ; a n d 6 8 0 p r o d u c t i o n s t a t i s t i c s ( e . g . , s t a r t & fi n i s h t i m e o f t h e r u n , A T b e t w e e n t e m p e r a t u r e e x t r e m e s d u r i n g t h e r u n ) . A l s o i m p l i c i t l y s t o r e d w i t h i n C L A V I E R ’ s c a s e s a r e e a c h p a r t ’ s h e a t - u p c h a r a c t e r i s - t i c s a n d t h e r m a l i n t e r a c t i o n s b e t w e e n p a r t p o s i t i o n s . T h i s i m p l i c i t i n f o r m a t i o n a l s o i n c l u d e s t h e e f f e c t o f t h e p a r t ’ s l o c a t i o n i n t h e a u t o c l a v e a n d i t s r e l a t i v e p o s i t i o n t o t h e o t h e r p a r t s i n t h e l a y o u t . C A D R E i n c o r p o r a t e s o n l y s h a l l o w c a s e s i n i t s c a s e l i b r a r y . S h a l l o w c a s e s a r e t h o s e c a s e s t h a t c o n t a i n o n l y a d e s i g n s o l u t i o n , a n d n o a s s o c i a t e d d e s i g n h i s t o r y ( a s w o u l d b e p r e s e n t i n a d e e p c a s e ) . T h e s e s h a l l o w c a s e s i n c l u d e [ H u a & F a l t i n g s , 1 9 9 3 ] : - t h e a c t u a l s t r u c t u r e n e e d e d t o s a t i s f y a s e t o f d e s i g n r e q u i r e m e n t s ; - t h e t r a d e - o f f s m a d e b e t w e e n f u n c t i o n a l r e q u i r e m e n t s ; a n d 0 t a c i t c o n s i d e r a t i o n s , s u c h a s t h e s t y l e o f t h e b u i l d i n g . T h e a c t u a l r e p r e s e n t a t i o n o f t h e c a s e s i s a n a n n o t a t e d g r a p h i c . T h e s t r u c t u r e s w i t h i n C A D R E a r e r e p r e s e n t e d a s C A D . m o d e l s . E a c h s t r u c t u r e ’ s f u n c t i o n a l f e a t u r e s a r e m o d e l e d s y m b o l i c a l l y a s m a p p e d c o n s t r a i n t s o n t h e C A D m o d e l . T h e t a c i t c o n s i d e r a t i o n s a r e n o t e n c o d e d e x p l i c i t l y , b u t e x i s t w i t h i n t h e m a p p e d f u n c t i o n a l f e a t u r e c o n s t r a i n t s . 3 . 2 . 2 I n d e x i n g V o c a b u l a r y F i n d i n g a p p r O p r i a t e i n d i c e s i s a n o n g o i n g r e s e a r c h i s s u e w i t h i n t h e C B R c o m m u - n i t y . I t i s v e r y i m p o r t a n t t o h a v e i n d i c e s t h a t a c c u r a t e l y r e p r e s e n t t h e i n f o r m a t i o n e m b e d - d e d w i t h i n t h e c a s e l i b r a r y . W i t h o u t p r O p e r i n d i c e s , t h e i n f o r m a t i o n i n t h e c a s e s i s i n a c c e s s i b l e a n d i s a l m o s t c o m p l e t e l y u s e l e s s . T h e m a j o r g o a l o f i n d e x i n g w o r k i s a g e n - e r a l l y a p p l i c a b l e i n d e x i n g v o c a b u l a r y , o r a c r o s s - d o m a i n t h e o r y O f t h e r e p r e s e n t a t i o n a l c o n t e n t o f i n d i c e s [ K o l o d n e r , 1 9 9 3 ] . 6 9 C l o s e l y t i e d t o c a s e r e p r e s e n t a t i o n i s t h e v o c a b u l a r y u s e d t o i n d e x t h e c a s e s . T h i s i n d e x v o c a b u l a r y i s i n t u r n c l o s e l y r e l a t e d t o t h e o v e r a l l o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e o f t h e c a s e l i b r a r y . T h i s c o n fl u e n c e m a k e s i t d i f fi c u l t t o s e p a r a t e i s s u e s a s s t r i c t l y v o c a b u l a r y - o r s t r u c t u r e - r e l a t e d . T h e s e i s s u e s a r e m o r e e a s i l y a d d r e s s e d w h e n c o n s i d e r e d t o b e r e l a t e d t o t h e o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e . M t h o u t g o i n g i n t o a g r e a t d e a l o f d e t a i l , s o m e g e n e r a l p r i n c i - p l e s f o r “ g o o d ” i n d i c e s a r e p r e s e n t e d h e r e . T h e d e t a i l s a r e l e f t t o a n o r g a n i z a t i o n a l s t r u c - t u r e d i s c u s s i o n r e l e g a t e d t o t h e n e x t s e c t i o n . I n d i c e s s h o u l d b e p r e d i c t i v e o f i m p o r t a n t c a s e f e a t u r e s a n d s h o u l d b e e a s y t o r e c - o g n i z e [ l e a k e , 1 9 9 5 ] . F o r e x a m p l e , t h e g o a l t o b e a c h i e v e d b y a p l a n i s a g o o d i n d e x f o r r e t r i e v i n g u s e f u l p l a n s . T h i s e x a m p l e f o l l o w s a b a s i c p r i n c i p l e o f C B R : “ G e n e r a l i z e t h e i n d i c e s , n o t t h e c a s e s ! ” [ H a m m o n d , 1 9 8 9 ] . B e s i d e s p r e d i c t i v e f e a t u r e s a n d a c e r t a i n d e g r e e o f a b s t r a c t r r e s s ( m a k i n g a n i n d e x e a s y t o r e c o g n i z e ) , i n d i c e s s h o u l d i n c o r p o r a t e a d e g r e e o f c o n c r e t e n e s s a n d u s e f u l n e s s [ K o l o d n e r , 1 9 9 3 ] . 3 . 2 . 3 O r g a n i z a t i o n a l S t r u c t u r e R e t r i e v a l m e t h o d s a r e r e l a t e d t o t h e m e t h o d s u s e d f o r b u i l d i n g o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e s j u s t a s t h o s e s t r u c t u r e s a r e c l o s e l y r e l a t e d t o r e t r i e v a l m e t h o d s . T h e r e f o r e , e a c h o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e m e n t i o n e d h e r e h a s a s s o c i a t e d r e t r i e v a l a n d b u i l d i n g m e t h o d s . T h e p a r t i c u l a r o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e t h a t i s a p p r O p r i a t e f o r a n a p p l i c a t i o n i s l a r g e l y d e p e n d e n t u p o n f o u r i s s u e s . T h e s e i s s u e s i n c l u d e : t h e n u m b e r o f c a s e s i n t h e c a s e l i b r a r y , t h e c o m p l e x i t y o f t h e i n d i c e s , t h e n u m b e r O f d i f f e r e n t w a y s t h e c a s e l i b r a r y m a y b e u s e d , a n d t h e v a r i a b i l i t y o f t h e i n d i c e s w i t h r e s p e c t t o t h o s e v a r i o u s u s e s [ K o l o d n e r , 1 9 9 3 ] . O r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e s c a n b e d i v i d e d i n t o t w o m a i n c a t e g o r i e s : fl a t , a n d h i e r a r c h i c a l . I n a fl a t m e m o r y , c a s e s a r e s i m p l y s t o r e d i n a s e q u e n t i a l l i s t , w i t h o p t i o n a l 7 0 a u g m e n t a t i o n b y s h a l l o w i n d e x i n g o r p a r t i t i o n i n g o f t h o s e c a s e s . E s s e n t i a l l y , t h e r e i s n o “ o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e ” o f w h i c h t o s p e a k f o r fl a t m e m o r i e s . H i e r a r c h i c a l o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e s a l l o w m u c h m o r e v a r i a b i l i t y , i n c l u d i n g v a r i a t i o n s s u c h a s s h a r e d f e a t u r e n e t w o r k s , c a t e g o r y - e x e m p l a r n e t w o r k s , a n d r e d u n d a n t d i s c r i m i n a t i o n n e t w o r k s . T h e t h r e e v a r i a t i o n s o f h i e r a r c h i c a l s t r u c t u r e s a r e e x a m i n e d b y c o n s i d e r i n g c h a r a c - t e r i s t i c s o f e a c h s t r u c t u r e . I n c l u d e d i n t h i s e x a m i n a t i o n a r e : a b a s i c d e s c r i p t i o n , r e t r i e v a l a n d s t r u c t u r e - b u i l d i n g m e t h o d s , p r o s a n d c o n s o f t h e s t r u c t u r e , a n d a n i m p l e m e n t a t i o n i n a fi e l d e d C B R s y s t e m . S h a r e d F e a t u r e N e t w o r k s . T h i s o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e p r o v i d e s a m e a n s o f c l u s t e r i n g c a s e s s o t h a t s i m i l a r c a s e s ( i . e . , t h o s e s h a r i n g m a n y f e a t u r e s ) a r e g r o u p e d t o g e t h e r . E a c h i n t e r n a l n o d e w i t h i n a s h a r e d f e a t u r e n e t w o r k c o n t a i n s f e a t u r e s s h a r e d b y t h e c a s e s b e l o w i t . T h i s c l u s t e r i n g o f s i m i l a r n o d e s a n d c a s e s c o n t i n u e s d o w n t o t h e l e a f n o d e s o f t h e h i e r - a r c h y , w h i c h c o n t a i n t h e c a s e s t h e m s e l v e s . R e t r i e v a l o f a c a s e f r o m a s h a r e d f e a t u r e n e t w o r k i n v o l v e s a t y p e o f b r e a d t h - fi r s t s e a r c h [ K o l o d n e r , 1 9 9 3 ] . T h e i n p u t i s m a t c h e d a g a i n s t e a c h n o d e a t t h e h i g h e s t l e v e l o f t h e n e t w o r k T h e n o d e w i t h t h e b e s t m a t c h i s c h o s e n . T h i s c o n t i n u e s u n t i l t h e n o d e c h o - s e n i s a c a s e . A s h a r e d f e a t u r e n e t w o r k c a n b e b u i l t s i m i l a r l y , s u b s t i t u t i n g a c l u s t e r i n g m e t h o d f o r t h e n o d e - l e v e l m a t c h i n g a n d t h e e n t i r e l i b r a r y o f c a s e s f o r t h e i n p u t . A s h a r e d f e a t u r e n e t w o r k i s t h e n b u i l t f r o m t h e t O p l e v e l d o w n t o t h e i n d i v i d u a l c a s e s . T h e m a i n a d v a n t a g e o f t h i s o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e i s t h a t i t p a r t i t i o n s c a s e s b e t t e r t h a n a s e q u e n t i a l l i s t , m a k i n g r e t r i e v a l m o r e e f fi c i e n t t h a n a s e r i a l s e a r c h . A d i s a d v a n t a g e i s t h a t a d d i n g c a s e s t o a n e x i s t i n g s h a r e d f e a t u r e n e t w o r k i s a c o m p l e x O p e r a t i o n . I t i s d i f - fi c u l t t o a d d n e w c a s e s w h i l e p r e s e r v i n g t h e o p t i m a l i t y o f t h e n e t w o r k . W h e n m o r e t h a n 7 1 o n e r e a s o n i n g g o a l i s t o b e a c c o m m o d a t e d w i t h i n t h e c a s e l i b r a r y , s e v e r a l d i fl ' e r e n t l y p r i - o r i t i z e d n e t w o r k s m a y b e n e e d e d . C A D S Y N ’ s c a s e m e m o r y [ M a h e r & Z h a n g , 1 9 9 3 ] i s a n e x a m p l e o f a n e s t e d s h a r e d f e a t u r e n e t w o r k . T h i s o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e c o n t a i n s t w o c o m p o n e n t s : c a s e h i e r a r c h i e s a n d c a s e i n d e x i n g r e p r e s e n t a t i o n s . A d e s i g n c a s e c o n s i s t s o f a “ s u p e r c a s e ” a n d m u l t i p l e l e v e l s o f s u b c a s e s . T h e s u p e r c a s e o f a c a s e p r o v i d e s a n g e n e r a l d e s i g n e p i s o d e c o n t e x t a n d g e n e r a l d e s c r i p t i o n . E a c h s u b c a s e d e s c r i b e s t h e l o c a l c o n t e x t a n d t h e s o l u t i o n o f a d e s i g n s u b s y s t e m . F i g u r e 1 0 s h o w s a n a b s t r a c t s h a r e d f e a t u r e n e t w o r k f o r a C A D S Y N d e s i g n c a s e . E v e r y d e s i g n c a s e i s s t o r e d d e c l a r a t i v e l y i n a c a s e i n d e x i n g h i e r a r - c h y . T h e s u b c a s e s c a n b e u s e d i n d e p e n d e n t l y o f t h e e n t i r e c a s e , a n d a r e i n d i v i d u a l l y i n d e x e d a l o n g w i t h t h e l i n k s u s e d t o r e u i e v e t h e w h o l e c a s e . T h e c a s e m e m o r y o f r A t t r i r u t e - t : V a l u e - 1 A t t r b u t e - Z : V a l u e - 2 S u b c a s e - t I f C w ' ( ‘ S u p e r c a s e % F i g u r e 1 0 . A C A D S Y N d e s i g n c a s e a s a s h a r e d f e a t u r e n e t w o r k . 7 2 C A D S Y N c a n b e t h o u g h t o f a s a s h a r e d f e a t u r e n e t w o r k o f n n e s t e d s h a r e d f e a t u r e n e t - w o r k s , w h e r e n i s t h e n u m b e r o f d e s i g n c a s e s i n t h e l i b r a r y . C a t e g o r y - E x e m p l a r N e t w o r k s . T h e c a s e m e m o r y i s r e p r e s e n t e d a s a n e t w o r k e d s t r u c - t r r r e o f c a t e g o r i e s , c a s e s ( o r e x e m p l a r s ) , a n d i n d e x p o i n t e r s . E a c h c a s e i s a s s o c i a t e d w i t h a c a t e g o r y . A n i n d e x m a y p o i n t t o e i t h e r a c a s e o r a c a t e g o r y . T h e r e a r e t h r e e k i n d s o f l i n k s : d e s c r i p t i v e l i n k s , c a l l e d r e m i n d i n g s , w h i c h p o i n t f r o m f e a t u r e s t o c a s e s o r c a t e g o r i e s ; c a s e l i n k s , o r e x e m p l a r l i n k s , w h i c h p o i n t f r o m c a t e g o r i e s t o r e l a t e d c a s e s ; a n d d i fl ' e r e n c e l i n k s b e t w e e n c a s e s w h o s e f e a t u r e s o n l y v a r y s l i g h t l y . A f e a t u r e i s g e n e r a l l y d e s c r i b e d b y a n a m e a n d a v a l u e . E x e m p l a r s w i t h i n a c a t e g o r y a r e r a n k e d a c c o r d i n g t o h o w r e p r e s e n t a - t i v e t h e e x e m p l a r s a r e o f t h a t c a t e g o r y . T h e l i n k i n g o f f e a t u r e s a n d e x e m p l a r s t o a n d f r o m c a t e g o r i e s w i t h i n t h i s m e m o r y s t r u c t u r e c a n b e s e e n i n F i g u r e 1 1 . T h e a r r o w s b e t w e e n t h e ‘ f e a t u r e - c I f e a t u r e - a ‘ . _ _ _ . — . ' _ _ . _ _ f e a t u r e - e ' ‘ f e a t u r e - b f e a t u r e - d . _ _ _ _ J r . l C a t e g o r y A _ | s t r o n g l y w e a k l y p r o t o t y p i c a l p r o t o t y p i c a l e x e n p l a r e x e n ' p l a r [ f e a t u r e - b l e c t u r e - d i e a t u r e - t ] E x e m p l a r - A \ D l fl m n c u E x e m p l a r B [ f e a t u r e - a ] F i g u r e 1 1 . A C a t e g o r y - E x e m p l a r c a s e m e m o r y s t r u c t u r e . 7 3 f e a t u r e s a n d t h e c a t e g o r y w i t h i n F i g u r e 1 1 a r e r e m i n d i n g s . A s e m a n t i c n e t w o r k t h a t c o n - t a i n s f e a t u r e s a n d i n t e r m e d i a t e s t a t e s ( e . g . s u b c l a s s e s o f g o a l c o n c e p t s ) l i n k s c a t e g o r i e s w i t h i n t h e c a s e m e m o r y . T h i s n e t w o r k r e p r e s e n t s g e n e r a l d o m a i n k n o w l e d g e a n d e n a b l e s e x p l a n a t o r y s u p p o r t f o r s o m e C B R t a s k s . B a s e d o n t h e s u r f a c e f e a t u r e s o f a n i n p u t c a s e a n d i n c o n j u n c t i o n w i t h t h e r e m i n d - i n g s , r e l e v a n t c a t e g o r i e s a r e i d e n t i fi e d a n d t h e m o s t l i k e l y i s s e l e c t e d . T h e m o s t p r o t o t y p i - c a l c a s e f r o m t h e i d e n t i fi e d c a t e g o r y i s s e l e c t e d u s i n g e x e m p l a r l i n k s a n d i t s s e m a n t i c s i m i l a r i t y t o t h e i n p u t i s a s s e s s e d u s i n g t h e g e n e r a l d o m a i n k n o w l e d g e . I f t h e t w o a r e s i m - i l a r e n o u g h , t h e c a t e g o r y i s v a l i d . I t t h e m a t c h i s n o t c l o s e e n o u g h ( b y w h a t e v e r m e a s u r e u s e d ) , d i fl ' e r e n c e l i n k s a r e u s e d t o c h o o s e a n o t h e r s i m i l a r c a s e ( e x e m p l a r ) . T h i s p r o c e s s c o n t i n u e s u n t i l a c l o s e m a t c h i s f o u n d . A n e w c a s e i s s t o r e d b y e s t a b l i s h i n g t h e a p p r o p r i - a t e f e a t u r e i n d i c e s a n d b y s e a r c h i n g f o r a n a p p r o p r i a t e c a t e g o r y a n d a m a t c h i n g c a s e . I f a c a s e i s f o u n d w i t h o n l y m i n o r d i f f e r e n c e s , t h e n e w c a s e m a y n o t b e r e t a i n e d . T h e t w o c a s e s m a y a l s o b e m e r g e d b y f o l l o w i n g t a x o n o m i c l i n k s i n t h e s e m a n t i c n e t w o r k . O t h e r - w i s e , t h e n e w c a s e i s p l a c e d w i t h i n t h e c a t e g o r y . A c a t e g o r y - e x e m p l a r o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e w o r k s w e l l d u e t o i t s c o m b i n a t i o n o f k n o w l e d g e - b a s e d m a t c h i n g , r i c h s e m a n t i c m a t c h i n g b e t w e e n e x e m p l a r s , a n d a f a i l u r e - d r i v e n k n o w l e d g e a c q u i s i t i o n p r o c e s s . T h e e x i s t e n c e o f a f a i l u r e - d r i v e n k n o w l e d g e a c q u i - s i t i o n p r o c e s s p o i n t s o u t a p o t e n t i a l fl a w w i t h t h i s o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e , h o w e v e r . I n o r d e r t o fi n d g o o d m a t c h e s f o r n e w c a s e s , d i f f e r e n c e l i n k s m u s t e x i s t b e t w e e n c a s e s . T h e s e l i n k s a r e a d d e d t o t h e c a s e m e m o r y b y a n e x p e r t o n l y w h e n t h e e x i s t i n g s t r u c t u r e f a i l s . A l e a r n i n g c u r v e d o e s i n d e e d e x i s t f o r a n y s y s t e m c o n s t r u c t e d u s i n g t h i s o r g a n i z a - t i o n a l s t r u c t u r e . 7 4 T h e P R O T O S s y s t e m f o r d i a g n o s i n g h e a r i n g d i s o r d e r s [ D v o r a k , 1 9 8 8 ; B a r e i s s , 1 9 8 9 ] u s e d c a t e g o r y - e x e m p l a r n e t w o r k s t o o r g a n i z e c a s e s i n i t s c a s e m e m o r y . T h e a i m o f P R O T O S w a s t o u s e t h e c a t e g o r y - e x e m p l a r s t r u c t u r e t o fi n d t h e b e s t c a t e g o r y , o r d i s o r d e r , f o r a s e t o f i n p u t . W h e n g i v e n a s e t o f p a t i e n t c o m p l a i n t s a n d d e s c r i p t i o n s ( e . g . , s p e e c h z n o r m a l , a g e : g r e a t e r - t h a n — 6 5 , o - a c - r e fl a x - u z e l e v a t e d , a n d s o o n ) , P R O T O S f o u n d t h e c a t e g o r i e s w i t h w h i c h t h e s e f e a t u r e s w e r e a s s o c i a t e d a n d c h o s e t h e b e s t m a t c h . I n t h i s e x a m p l e , P R O T O S w a s r e m i n d e d o f c o c h l e a r - n o i s e , c o c h l e a r - a g e - a n d - n o i s e , o t i t i s - m e d i a , e t c . A m o n g t h e s e r e m i n d i n g s , c o c h l e a r - n o i s e w a s t h e s t r o n g e s t . T h e m o s t p r o t o t y p i c a l e x e m - p l a r o f c o c h l e a r - n o i s e w a s c o m p a r e d w i t h t h e i n p u t s e t a n d f o u n d t o n o t m a t c h w e l l . B y f o l l o w i n g a d i f f e r e n c e l i n k l a b e l e d a g e z g r e a t e r - t h a n - G s , P R O T O S f o u n d a n o t h e r c a s e u n d e r t h e c o d r l e a r - a g e - a n d - n o i s e c a t e g o r y . T h e m a t c h t o t h i s c a s e w a s f o u n d t o v e r y c l o s e , a n d t h e p a t i e n t w a s d i a g n o s e d a s h a v i n g c o c h l e a r - a g e - a n d - n o i s e . R e d u n d a n t D i s c r i m i n a t i o n N e t w o r k s . T h e o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e i n a r e d u n d a n t d i s - c r i m i n a t i o n n e t w o r k i s c o m p r i s e d o f ‘ e p i s o d i c m e m o r y o r g a n i z a t i o n p a c k e t s ’ ( E - M O P s [ K o l o d n e r , 1 9 8 3 a ; K o l o d n e r , l 9 8 3 b ] ) , o r g e n e r a l i z e d e p i s o d e s [ K o t o n , 1 9 8 9 ] . T h i s m o d e l w a s d e v e l o p e d f r o m S c h a n k ' s m o r e g e n e r a l M O P t h e o r y a n d d y n a m i c m e m o r y m o d e l [ S c h a n k , 1 9 8 2 ] . T h e b a s i c i d e a i s t o o r g a n i z e s i m i l a r c a s e s u n d e r a m o r e g e n e r a l s t r u c t u r e ( a g e n e r a l i z e d e p i s o d e ) . A g e n e r a l i z e d e p i s o d e ( G E ) c o n t a i n s t h r e e d i f f e r e n t t y p e s o f o b j e c t s : n o r m s , c a s e s a n d i n d i c e s . N o r m s a r e f e a t u r e s c o m m o n t o a l l c a s e s i n d e x e d u n d e r a G E . I n d i c e s a r e f e a t u r e s w h i c h d i s c r i m i n a t e b e t w e e n a G E ' s c a s e s . A n i n d e x , w h i c h i s c o m p r i s e d o f a n a m e a n d a v a l u e , m a y p o i n t t o a m o r e s p e c i fi c G B , o r d i r e c t l y t o a c a s e . F i g u r e 1 2 s h o w s a c o m p l e x G E w i t h i t s u n d e r l y i n g c a s e s a n d a s u b o r d i n a t e G E [ A a m o d t & P l a z a , 1 9 9 4 ] . T h e e n t i r e c a s e m e m o r y i s e m b o d i e d i n a d i s c r i m i n a t i o n W d e A z i e l d e i a o r s A E p n e G 3 3 1 = o 3 h 3 0 ‘ « ' I 3 8 “ 2 . J x e i i 1 i v n a d l e u I l l l " : e e d Q 4 m c n a d i v a l u e x e I e I l 5 n i v n a d l x e e u I I 7 5 ! n o r m s : c a e e a d , e , t , g ! I i n d e x t I n d e x z i n d e x a I / \ I v a l u e l v a l u e ] v a l u e I t v a l u e l c a s e d c a e e e F F i g u r e 1 2 . G e n e r a l i z e d E p i s o d e s w i t h i n a c a s e m e m o r y s t r u c t u r e . n e t w o r k i n w h i c h n o d e s a r e 6 1 3 5 ( c o n t a i n i n g t h e n o r m s ) , i n d i c e s ( n a m e s o r v a l u e s ) , o r c a s e s . I n d i c e s p o i n t f r o m a G E t o a n o t h e r G E o r t o a c a s e . T h e i n d e x i n g s c h e m e i s r e d u n d a n t , a s t h e r e a r e m u l t i p l e p o s s i b l e p a t h s t o a p a r t i c u l a r c a s e o r G E . T h i s i s s h o w n i n F i g u r e 1 2 b y t h e i n d e x i n g o f c a s e d , w h i c h a p p e a r s i n b o t h 0 1 3 3 . A s i m p l i e d b y i t s n a m e , t h e r e i s m o r e t h a n o n e n e t w o r k w i t h i n a r e d u n d a n t d i s - c r i m i n a t i o n c a s e m e m o r y . E a c h n e t w o r k o r g a n i z e s i t e m s w i t h a d i f f e r e n t o r d e r i n g o f q u e s t i o n s . T o r e t r i e v e a c a s e , t h e n e t w o r k s a r e a l l s e a r c h e d i n p a r a l l e l . A c a s e i s r e t r i e v e d b y fi n d i n g t h e G E w i t h t h e m o s t s i m i l a r p r o b l e m d e s c r i p t i o n n o r m s . I n d i c e s u n d e r t h a t G E a r e t h e n t r a v e r s e d i n o r d e r t o fi n d t h e c a s e w h i c h c o n t a i n s m o s t o f t h e a d d i t i o n a l p r o b - l e m f e a t u r e s . I f t h e a n s w e r t o a q u e s t i o n w i t h i n o n e n e t w o r k i s m i s s i n g , f u r t h e r s e a r c h i n 7 6 t h a t n e t w o r k i s d i s c o n t i n u e d . S t o r i n g a n e w c a s e i s p e r f o r m e d i n t h e s a m e w a y , w i t h t h e a d d i t i o n a l p r o c e s s o f c r e a t i n g g e n e r a l i z e d e p i s o d e s . T h i s m e m o r y s t r u c t u r e i s d y n a m i c i n t h e s e n s e t h a t s i m i l a r p a r t s o f t w o c a s e d e s c r i p t i o n s c a n b e g e n e r a l i z e d i n t o a G E , u n d e r w h i c h t h e c a s e s a r e t h e n i n d e x e d . T h e m a i n a d v a n t a g e f o r r e p r e s e n t i n g c a s e l i b r a r i e s i n r e d u n d a n t d i s c r i m i n a t i o n n e t w o r k s i s t h e m a n y d i fl ' e r e n t p a t h s t o e a c h i t e m i n t h e n e t w o r k . M u l t i p l e p a t h s a l l o w r e t r i e v a l e v e n w h e n f e a t u r e s a r e m i s s i n g i n a n i n p u t s e t [ K o l o d n e r , 1 9 9 3 ] . T h a t g e n e r a l i z a - t i o n s a r e f o r m e d a s c a s e s a r e i n c o r p o r a t e d i s a n a d d e d b o n u s . S i n c e t h e i n d e x s t r u c t u r e i s a d i s c r i m i n a t i o n n e t w o r k , c a s e s a r e s t o r e d u n d e r e a c h i n d e x t o d i f f e r e n t i a t e t h e m f r o m o t h e r c a s e s . T h i s c a n l e a d t o a n e x p l o s i v e g r o w t h o f i n d i c e s a s t h e n u m b e r o f c a s e s ( n o t t o m e n t i o n c a s e c o m p l e x i t y ) i n c r e a s e s . M o s t s y s t e m s u s i n g a r e d u n d a n t d i s c r i m i n a t i o n n e t - w o r k t h e r e f o r e e n f o r c e l i m i t s o n t h e c h o i c e o f i n d i c e s f o r t h e c a s e s b y , s a y , p e r m i t t i n g o n l y a s m a l l v o c a b u l a r y o f i n d i c e s [ A a m o d t & P l a z a , 1 9 9 4 ] . A n a d d i t i o n a l d i s a d v a n t a g e t o t h i s o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e i s t h a t t h e i n d e x i n g w i t h i n t h e n e t w o r k s m a y n o t d i s c r i m i n a t e w e l l e n o u g h , r e s u l t i n g i n t h e r e t r i e v a l o f b a r e l y - m a t c h i n g c a s e s . C A S E Y w a s a s y s t e m f o r d i a g n o s i n g h e a r t f a i l u r e [ K o t o n , 1 9 8 9 ] . I t c o m b i n e d C B R w i t h a n a c c u r a t e m o d e l - b a s e d r e a s o n i n g s y s t e m . A s w i t h m o s t m e d i c a l s y s t e m s , C A S E Y s t o r e d a l a r g e a m o u n t o f i n f o r m a t i o n i n i t s c a s e s . I n a d d i t i o n t o a l l o b s e r v e d f e a - t u r e s ( i . e . d e s c r i p t i o n o f a n d s y m p t o m s i n t h e p a t i e n t ) , i t r e t a i n e d t h e c a u s a l e x p l a n a t i o n f o r t h e d i a g n o s i s f o u n d a n d t h e l i s t o f i n d i c a t e d s t a t e s i n t h e h e a r t f a i l u r e m o d e l . T h e s e s t a t e s , r e f e r r e d t o a s g e n e r a l i z e d c a u s a l s t a t e s , w e r e a l s o t h e p r i m a r y i n d i c e s t o t h e c a s e s . C A S E Y u s e d r e d u n d a n t d i s c r i m i n a t i o n n e t w o r k s t o o r g a n i z e i t s c a s e m e m o r y a r o u n d t h e s e g e n e r a l i z e d c a u s a l s t a t e s . I t a l s o i n c l u d e d p r i o r i t i z a t i o n o f t h e d i s c r i m i n a t i o n 7 7 s c h e m e i n o r d e r t o e l i m i n a t e t h e r e t r i e v a l o f b a r e l y - m a t c h i n g c a s e s . T h i s w a s a n i m p o r t a n t a d d i t i o n , a s t h e s a m e b e a n d i s o r d e r c o u l d m a n i f e s t i t s e l f i n m a n y d i f f e r e n t w a y s , a n d d i f - f e r e n t d i s o r d e r s c o u l d b e s y m p t o m a t i c a l l y v e r y s i m i l a r . 3 . 3 P r o b l e m S o l v i n g T a s k s A s m e n t i o n e d i n t h e i n t r o d u c t i o n t o t h i s c h a p t e r , a g e n e r a l d e s c r i p t i o n o f c a s e - b a s e d r e a - s o n i n g d e c o m p o s e s i t i n t o f o u r m a i n p r o c e s s e s : r e t r i e v e , r e u s e , r e v i s e , a n d r e t a i n . E a c h o f t h e s e p r o c e s s e s c a n i n v o l v e a n u m b e r o f m o r e s p e c i fi c s t e p s . A s u m m a r y o f t h e i m p o r t a n t i s s u e s w i t h i n e a c h o f t h e s e f o u r p r o c e s s e s f o l l o w s . T h i s d i s c u s s i o n d r a w s o n t h e f r a m e - w o r k p r e s e n t e d i n [ A a m o d t & P l a z a , 1 9 9 4 ] . T h e f o u r - p r o c e s s v i e w i n F i g u r e 8 o n p a g e 5 6 e m p h a s i z e s C B R a s a c y c l e o f s e q u e n t i a l s t e p s . A t a s k - o r i e n t e d p e r s p e c t i v e c a n d e s c r i b e t h e d e t a i l s o f t h e f o u r p r o c e s s e s . I n s u c h a d e s c r i p t i o n , e a c h s t e p o r s u b p r o c e s s i s v i e w e d a s a s m a l l - g r a i n p r o b l e m s o l v i n g t a s k t h e C B R r e a s o n e r c a n p e r f o r m . T h e i d e a o f a t a s k h e r e i s a n a l o g o u s t o t h e d i s c u s s i o n o f G e n e r i c T a s k s a n d K n o w l e d g e L e v e l r e a s o n i n g i n t h e p r e v i o u s c h a p t e r . A k n o w l e d g e l e v e l v i e w o f a s y s t e m i s t h a t o f a n a g e n t w h i c h h a s g o a l s a n d m e a n s t o a c h i e v e t h e m 1 . T h r e e f a c e t s o f a s y s t e m c a n d e s c r i b e i t : t a s k s , m e t h o d s , a n d d o m a i n k n o w l e d g e m o d e l s . T a s k s a r e d e fi n e d b y t h e g o a l s o f t h e s y s t e m , a n d a t a s k i s p e r f o r m e d u s i n g o n e o r m o r e m e t h o d s . T o a c c o m p l i s h i t s t a s k , a m e t h o d n e e d s k n o w l e d g e a b o u t t h e o v e r a l l d o m a i n , t h e c u r r e n t p r o b l e m , a n d t h e c o n t e x t o f t h e c u r r e n t p r o b l e m . A m e t h o d l . T h i s p a s p e c fi v e d i fl e m s fi g h u y fi o m m e K L A o f s u c k l e n m a t w a s p t e s w w d m m e p r e v m c h a p t e r [ S t i c k l e n , 1 9 8 9 ] . T h e m a i n d i s t i n c t i o n i s t h a t t h e K L A c o n s i d e r s t h i n g s m o r e a b s t r a c t l y t l n n d o e s t h e i n t e r p r e t a t i o n u s e d h e r e . 7 8 s p e c i fi e s t h e a l g o r i t h m t h a t i d e n t i fi e s a n d c o n t r o l s t h e e x e c u t i o n o f s u b t a s k s , a n d a c c e s s e s a n d u t i l i z e s t h e k n o w l e d g e a n d i n f o r m a t i o n n e e d e d t o d o t h i s [ A a m o d t & P l a z a , 1 9 9 4 ] . I t i s i m p o r t a n t t o k e e p i n m i n d t h a t n o t e v e r y C B R s y s t e m i n c o r p o r a t e s e v e r y s t e p , n o t t o m e n t i o n t h e f o u r m a i n p r o c e s s e s , c o v e r e d i n t h e f o l l o w i n g d i s c u s s i o n . G e n e r a l l y , t h e d e t a i l e d s t e p s i n v o l v e d i n a C B R i m p l e m e n t a t i o n a r e d e t e r m i n e d b y t h e o v e r a l l p r o b - l e m s o l v i n g t a s k a n d d o m a i n f o r w h i c h t h e s y s t e m i s i n t e n d e d , a n d n o t b y a n y p r e c o m p i l e d r e c i p e f o r C B R . A s y s t e m d e v e l o p e d t o u s e C B R f o r s u p e r v i s e d l e a r n i n g h a s a d i f f e r e n t e m p h a s i s t h a n a s y s t e m f o r p l a n n i n g o r d e s i g n , o r f o r t h a t m a t t e r , a s y s t e m f o r e x p l a n a t o r y d i a g n o s i s o r a r g u m e n t c o n s t r u c t i o n . T h i s h a s r e s u l t e d i n w i d e v a r i a t i o n s i n t h e d e fi n i t i o n o f w h a t i s o r i s n o t C B R . T h e f o u r s t e p p r o c e s s d e s c r i p t i o n o f C B R i s u n i v e r s a l l y a c c e p t e d w i t h i n t h e C B R c o m m u n i t y ; i t i s t h e d e t a i l s w h i c h a r e h o t l y d e b a t e d . T h e t a s k - m e t h o d s t r u c t u r e r e f e r r e d t o i n t h e f o l l o w i n g d i s c u s s i o n i s s h o w n i n F i g u r e 1 3 ( a f t e r [ A a m o d t & P l a z a , 1 9 9 4 ] ) . T a s k s a r e i n d i c a t e d b y s o l i d l e t t e r s a n d b o r - d e r s , w h i l e m e t h o d s a r e i n d i c a t e d b y i t a l i c s a n d d a s h e d b o r d e r s . T a s k d e c o m p o s i t i o n s a r e s h o w n b y s o l i d l i n e s a n d p r o c e e d o u t w a r d , w i t h t h e s u p e r i o r t a s k s m o r e h e a v i l y e m p h a - s i z e d . T h e f o u r m a j o r C B R t a s k s s h o w n c o r r e s p o n d t o t h e f o u r p r o c e s s e s o f F i g u r e 8 . T h i s fi g u r e fl o w s f r o m t h e c e n t e r o u t w a r d a n d c l o c k w i s e ( a t e v e r y l e v e l : t a s k , s u b t a s k & m e t h o d ) s t a r t i n g f r o m t h e R E T R I E V E t a s k . F o r e x a m p l e , R E T R I E V E i s p a r t i t i o n e d i n t o i d e n t i f y f e a t u r e s , s e a r c h , a n d i n i t i a l l y m a t c h , i n t h a t o r d e r o f e x e c u t i o n . S i m i l a r l y , i d e n - t i f y f e a t u r e s i s p a r t i t i o n e d ( i n o r d e r o f e x e c u t i o n ) i n t o c o l l e c t d e s c r i p t o r s , i n t e r p r e t p r o b l e m , a n d i n f e r d e s c r i p t i o n s . E v e r y t a s k p a r t i t i o n i n t h e fi g u r e i s i n t e n d e d t o b e c o m p l e t e , i . e . t h e s e t o f s u b t a s k s o f a t a s k i s s u f fi c i e n t t o a c c o m p l i s h t h e t a s k . T h e fi g u r e d o e s n o t s h o w a n y c o n t r o l I . . I \ I ~ I \ I e S \ I I [ e \ I “ 3 u I E : w . e 2 I i \ a . r t — t ‘ t E " L 2 £ “ M S I e g I e t t \ e 3 6 § N 9 r B . I e » . 5 5 o . a I ! \ " ' § M ‘ a e M \ . . I I § : I I ‘ I t \ \ “ 2 \ " \ ‘ I l 2 n I t . 3 o I \ r I s \ ‘ ( " V 8 t . l 3 fl I \ \ _ x e t I \ 8 I o I 3 I s \ I \ I 8 I I ” I c c E 5 . b e 5 . l e ' . 6 \ \ c \ 2 . : 2 2 I I a I . : i m . 2 . 2 r 6 I x 8 . : I i . I _ ~ 5 B \ \ s I . . \ r i % . S \ g I . I . \ \ I 2 6 . 3 a & é 9 2 3 3 . % » ~ . . . ‘ u I t 3 s 8 . . . \ e I E I s . I I . - I \ n = c \ 9 I “ . 5 6 u . I . e \ b 8 . e t \ 3 I I m U 5 Z ~ o . ~ . u 8 I . b g t 5 I s 2 c I I . o o 2 l ¢ s ) E m : I > 3 ” 0 > 2 ~ : Q 5 2 W l . « — ’ I I I \ e I . . . 5 3 Q 5 3 « 8 2 < 2 . ! fl — I s 9 2 5 a « 8 : 0 0 c : . 8 2 3 . — I u I 1 1 M . - ~ fl s . 8 3 s I r t 3 8 8 Q r I 5 M W g t I 3 t I 3 8 8 1 0 « % 3 . ~ I I \ e = \ 5 3 a I . . . 2 . s I . b . . _ 5 S t M 8 . a o I . S 2 I W . 9 5 8 D V w e 8 E . I . : ‘ w \ E . \ e t E e . 2 i . I \ v b I t e t t K \ o s a / s 3 \ E t » 2 r \ E . a : : 8 I I . . 0 2 8 . 8 a w 0 _ I . I : ~ \ . \ 3 1 a : fl E ‘ 2 6 0 g i : t “ . 3 5 9 . . 2 2 9 I e e 2 \ s “ t 2 M I e \ , e V I q t r : . | ‘ s t t E . t e \ h 3 t " | t i r B t % \ t 3 t . e t . t E " l I e 9 . h . t E “ , e W l I o f \ _ m ‘ \ \ ‘ " l t . a . . \ I 2 8 t \ - " r \ I I . 8 ’ . I t l 3 . I ] , " . I l t l 8 I s I 7 9 “ " ' ‘ ’ I \ \ t s u s a u e g / I \ I 3 % \ \ 4 . \ « S E 0 u I I 5 3 3 o n : x . 8 0 s t r u c t u r e o v e r t h e s u b t a s k s , a l t h o u g h a r o u g h s e q u e n c i n g o f t h e m i s i n d i c a t e d b y t h e l a y o u t fl o w a s m e n t i o n e d a b o v e . M u l t i p l e m e t h o d s f o r a t a s k i d e n t i f y a l t e r n a t i v e s f o r s o l v i n g t h a t t a s k . A n y o n e o f t h e m e t h o d s i n d i c a t e d m a y b e s u f fi c i e n t t o s o l v e t h e t a s k , s e v e r a l m e t h o d s m a y b e c o m b i n e d , o r o t h e r s u i t a b l e m e t h o d s m a y e x i s t . 3 . 3 . 1 R e m e m b e r i n g t h e A p p r o p r i a t e C a s e ( s ) T h e p r o c e s s o f c a s e r e t r i e v a l , o r r e m e m b e r i n g , i s a c o m p l i c a t e d o n e w h i c h i n v o l v e s s e a r c h i n g a p o t e n t i a l l y m a s s i v e m e m o r y . A s a n e w c a s e ( u s e d a s t h e r e t r i e v a l p r o b e ) i s u n l i k e l y t o m a t c h e x a c t l y w i t h a s t o r e d c a s e , s o m e s o r t o f p a r t i a l m a t c h i n g m u s t b e p e r - f o r m e d [ R i s s l a n d e r a l . , 1 9 8 9 ] . T h e r e u i e v a l o f r e l e v a n t c a s e s b e c o m e s q u i t e i m p o r t a n t i n o r d e r t o o p e r a t e e f fi c i e n t l y . D e t e r m i n a t i o n o f t h e r e l e v a n c y o f c a s e s c a n b e d o n e b y a c o m p a r i s o n o f i n d e x e s , o r a b s t r a c t e d c o m p a r a t o r s . R e t r i e v a l c a n a l s o b e t h o u g h t o f a s l o o k i n g f o r s y n t a c t i c s i m i l a r i t y . S u p e r v i s e d l e a r n i n g s y s t e m s u s e E u c l i d e a n d i s t a n c e a n d o t h e r s y n t a c t i c s i m i l a r i t y f u n c t i o n s t o r e t r i e v e c a s e s l . P l a n n i n g & d e s i g n s y s t e m s r e t r i e v e t h o s e c a s e s w h i c h h a v e t h e m o s t s h a r e d g o a l s w i t h t h e i n p u t c a s e . D i a g n o s i s s y s t e m s f o l l o w p r o t o t y p i c a l i t y l i n k s ( e . g . P R O T O S ) a n d u s e c a u s a l f e a t u r e i n d i c e s . A r g u m e n t c o n s t r u c t i o n s y s t e m s r e t r i e v e c a s e s t h a t b e s t s u p p o r t p r o & c o n a r g u m e n t s a s w e l l a s c a s e s s u p p o r t i n g c o u n t e r - a r g u - m e n t s . T h e r e t r i e v e t a s k s t a r t s w i t h a p r o b l e m d e s c r i p t i o n a n d e n d s w h e n t h e b e s t m a t c h - i n g p r e v i o u s c a s e s h a v e b e e n f o u n d . I t s s u b t a s k s a r e i d e n t i f y f e a t u r e s , s e a r c h , a n d i n i - t i a l l y m a t c h . T h e i d e n t i fi c a t i o n t a s k c o m e s u p w i t h a s e t o f r e l e v a n t p r o b l e m d e s c r i p t o r s . 1 . S y n t a c t i c s i m i l a r i t y a p p r o a c h e s s u c h a s E u c l i d e a n d i s t a n c e w o r k w e l l o n l y w h e n q u a n t i t a t i v e i n f o r m a t i o n i s a v a i l a b l e w i t h i n t h e c a s e . C a s e s w h i c h a r e c o m p r i s e d m o s t l y o f q u a l i t a t i v e i n f o r - m a t i o n c a n n o t b e e a s i l y r e t r i e v e d ( i f a t a l l ) b y a n a s s e s s m e n t o f t h e i r s y n t a c t i c s i m i l a r i t i e s . 8 1 T h e s e a r c h t a s k u s e s t h e s e d e s c r i p t o r s t o l o o k t h r o u g h t h e i n d i c e s o f t h e c a s e m e m o r y . T h e m a t c h i n g t a s k r e t u r n s a ( s m a l l ) s e t o f c a s e s t h a t a r e s u f fi c i e n t l y s i m i l a r t o t h e n e w c a s e . I d e n t i f y F e a t u r e s . T o i d e n t i f y a p r o b l e m m a y i n v o l v e s i m p l y n o t i c i n g i t s i n p u t d e s c r i p - t o r s , b u t a m o r e e l a b o r a t e a p p r o a c h c a n b e t a k e n i n w h i c h a n a t t e m p t i s m a d e t o u n d e r - s t a n d t h e p r o b l e m w i t h i n i t s c o n t e x t . U n k n o w n d e s c r i p t o r s m a y b e i g n o r e d o r t h e s y s t e m m a y r e q u e s t a n e x p l a n a t i o n f r o m t h e u s e r . W h e n a n i n p u t f e a t u r e w a s u n k n o w n t o P R O - T O S , f o r e x a m p l e , i t a s k e d t h e u s e r t o s u p p l y a n e x p l a n a t i o n l i n k i n g t h e f e a t u r e i n t o t h e e x i s t i n g s e m a n t i c n e t w o r k ( c a t e g o r y s t r u c t u r e ) [ K o t o n , 1 9 8 9 ] . U n d e r s t a n d i n g a p r o b l e m m a y i n v o l v e e l i m i n a t i n g e x t r a n e o u s p r o b l e m d e s c r i p t o r s , i n f e r r i n g o t h e r r e l e v a n t p r o b l e m f e a t u r e s , c h e c k i n g w h e t h e r t h e f e a t u r e v a l u e s m a k e s e n s e g i v e n t h e c u r r e n t c o n t e x t , o r g e n e r a t i n g e x p e c t a t i o n s o f o t h e r f e a t u r e s . D e s c r i p t o r s o t h e r t h a n t h o s e g i v e n a s i n p u t m a y b e i n f e r r e d b y u s i n g a g e n e r a l k n o w l e d g e m o d e l . A n o t h e r w a y t o i n f e r d e s c r i p t o r s i s t o r e t r i e v e a s i m i l a r p r o b l e m d e s c r i p t i o n f r o m t h e c a s e b a s e a n d u s e t h e f e a t u r e s o f t h a t c a s e a s e x p e c t e d f e a t u r e s . S e a r c h . T h e s e a r c h , o r r e t r i e v a l , m e t h o d i s d i c t a t e d t o a g r e a t d e g r e e b y t h e o r g a n i z a - t i o n a l s t r u c t u r e o f t h e c a s e l i b r a r y . F l a t c a s e m e m o r i e s c a n b e s e a r c h e d u s i n g a s i m p l e s e r i a l s e a r c h i n w h i c h e v e r y f e a t u r e i n e v e r y c a s e i s e v a l u a t e d s e q u e n t i a l l y . S h a r e d f e a t u r e a n d r e d u n d a n t d i s c r i m i n a t i o n n e t w o r k s i m p l y b r e a d t h - fi r s t s e a r c h e s , w h i l e p r i o r i t i z e d d i s - c r i m i n a t i o n n e t w o r k s i m p l y d e p t h - fi r s t s e a r c h e s . P a r a l l e l s e a r c h m e t h o d s c a n b e u s e d f o r n e a r l y a n y o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e . I r r e g a r d l e s s o f w h a t t y p e o f s e a r c h i s u s e d , t h e r e a r e t h r e e w a y s o f r e t r i e v i n g a c a s e o r a s e t o f c a s e s : b y f o l l o w i n g d i r e c t i n d e x p o i n t e r s f r o m p r o b l e m f e a t u r e s , b y s e a r c h i n g 8 2 a n i n d e x s t r u c t u r e , o r b y s e a r c h i n g a m o d e l o f g e n e r a l d o m a i n k n o w l e d g e . P R O T O S c o m - b i n e d t h e fi r s t a n d t h i r d o f t h e s e , a s i t u s e d d i r e c t p o i n t e r s t o h y p o t h e s i z e a c a n d i d a t e s e t a n d t h e n j u s t i fi e d t h a t s e t a s a p l a u s i b l e m a t c h u s i n g g e n e r a l k n o w l e d g e . I n i t i a l l y M a t c h . A n i n i t i a l m a t c h i n g p r o c e s s r e t r i e v e s a s e t o f p l a u s i b l e c a n d i d a t e s f o r t h e i n p u t c a s e . I n p u t f e a t u r e s m a y d i r e c t l y g u i d e t h e r e t r i e v a l o f c a s e s o r c a s e s m a y b e r e t r i e v e d u s i n g f e a t u r e s i n f e r r e d f r o m t h e i n p u t . C a s e s m a t c h i n g e v e r y i n p u t f e a t u r e a r e o c c a s i o n a l l y f o u n d , b u t m o r e o f t e n c a s e s m a t c h i n g o n l y a f r a c t i o n o f t h e p r o b l e m f e a t u r e s a r e r e t r i e v e d . T h e r e l e v a n c e o f a r e t r i e v e d c a s e i s e v a l u a t e d , p a r t i c u l a r l y i f i t w a s r e t r i e v e d b a s e d o n a s u b s e t o f f e a t u r e s . A s i m p l e r e l e v a n c e t e s t m a y c h e c k i f a r e t r i e v e d s o l u t i o n c o n f o r m s w i t h t h e e x p e c t e d s o l u t i o n t y p e o f t h e n e w p r o b l e m . T h e d e g r e e o f s i m i l a r i t y m u s t b e a s s e s s e d , g e n e r a l l y b y u s i n g m e t h o d s w h i c h c o m p a r e t h e s u r f a c e s i m i l a r i t i e s o f b o t h p r o b l e m a n d c a s e f e a t u r e s . 3 . 3 . 2 U s i n g t h e R e t r i e v e d C a s e t o D e t e r m i n e a N e w S o l u t i o n T h e r e t r i e v e d c a s e i s c o m b i n e d w i t h t h e n e w c a s e ( t h e u s e r i n p u t ) i n t h i s s t e p t o f o r m a s o l v e d c a s e , i . e . a p r o p o s e d s o l u t i o n t o t h e i n i t i a l p r o b l e m . T h i s g i v e s a r o u g h fi r s t p a s s a n s w e r a b o u t h o w t o s o l v e t h e n e w p r o b l e m b a s e d o n t h e s o l u t i o n m e t h o d e x i s t i n g w i t h i n t h e r e t r i e v e d c a s e . O f t e n t i m e s , t h i s w i l l i n v o l v e t h e i d e n t i fi c a t i o n o f s p e c i fi c f e a t u r e s w h i c h m u s t b e c o n s i d e r e d e x p l i c i t l y i n o r d e r t o s o l v e t h e p r o b l e m . F o r i n s t a n c e , a n e w c a s e w o u l d n o t n e c e s s a r i l y h a v e a c o m p l e t e r e p r e s e n t a t i o n o f t h e p r o b l e m , l e t a l o n e t h e s o l u t i o n . T h e r e t r i e v e d c a s e c o n t a i n s s i m i l a r i t i e s t o t h e s p e c i fi e d p o r t i o n o f t h e n e w c a s e , a s w e l l a s d e t a i l e d p l a n s a n d p r o c e d u r e s w h i c h d e s c r i b e a p o s s i b l e s o l u t i o n t o t h e p r o b l e m . R e u s e c a n a l s o b e t h o u g h t o f a s l o o k i n g f o r s e m a n t i c s i m i l a r i t y . 8 3 T h e r e u s e p r o c e s s i n s u p e r v i s e d l e a r n i n g s y s t e m s i s t r i v i a l . P l a n n i n g 8 : d e s i g n s y s - t e m s e i t h e r u s e o n l y t h e r e l e v a n t p o r t i o n s o f s o l u t i o n s o r m e r g e p r e v i o u s s o l u t i o n s t o f o r m a n e w s o l u t i o n . D i a g n o s i s s y s t e m s d o n o t p e r f o r m r e u s e p e r s e . I n a r g u m e n t c o n s t r u c t i o n s y s t e m s , a n i m p r o v e d m a t c h s t r e n g t h e n s a n a r g u m e n t , w h i l e o t h e r c a s e s a r e u s e d t o e x p l a i n u n m a t c h e d f a c t s . T h e r e u s e o f a r e t r i e v e d c a s e s o l u t i o n ( s ) f o r t h e i n p u t c a s e a d d r e s s e s t w o i s s u e s : t h e d i f f e r e n c e s b e t w e e n t h e p a s t a n d t h e c u r r e n t c a s e , a n d w h a t p a r t o f a r e t r i e v e d c a s e i s r e l e v a n t t o t h e n e w c a s e . S e l e c t . C h o o s i n g t h e b e s t c a s e i s g e n e r a l l y n e c e s s a r y a f t e r t h e s e t o f p a r t i a l l y m a t c h e d c a s e s h a s b e e n d e t e r m i n e d . A s i t i s o f t e n t h e r e t r i e v e d c a s e s t h a t d e t e r m i n e w h i c h o f t h e n e w f e a t u r e s o f t h e n e w c a s e a r e t h e m o s t i m p o r t a n t f o r m a t c h i n g , c o n t e x t u a l d e r i v a t i o n o f t h e i m p o r t a n c e o f f e a t u r e s m u s t b e u t i l i z e d i n s t e a d o f a g e n e r i c c o u n t o r w e i g h t e d c o u n t o f m a t c h i n g f e a t u r e s . T h e c a s e s a r e r a n k e d a c c o r d i n g t o a m e t r i c o r r a n k i n g c r i t e r i a . K n o w - l e d g e - i n t e n s i v e s e l e c t i o n m e t h o d s c a n g e n e r a t e e x p l a n a t i o n s t o s u p p o r t t h i s m a k i n g , a n d t h e c a s e t h a t h a s t h e s t r o n g e s t s i m i l a r i t y e x p l a n a t i o n i s c h o s e n . O t h e r p r o p e r t i e s o f a c a s e t h a t a r e c o n s i d e r e d i n s o m e C B R s y s t e m s i n c l u d e : r e l a t i v e i m p o r t a n c e a n d d i s c r i m i n a t o r y s t r e n g t h s o f f e a t u r e s ( e . g . C L A V I E R [ H e n n e s s y & H i n c k e l , 1 9 9 2 ] ) , p r o t o t y p i c a l i t y o f a c a s e w i t h i n i t s a s s i g n e d c l a s s ( e . g . C A S E Y ) , a n d d i f f e r e n c e l i n k s t o r e l a t e d c a s e s ( e . g . P R O T O S ) . T h o u g h t h e m e t h o d s u s e d m a y v a r y , a c o m m o n a l i t y i s t h a t t h e s e t o f i t e m s r e t r i e v e d e a c h c o n u i b u t e s g e n e r a l k n o w l e d g e a b o u t w h a t i s i m p o r t a n t i n s o l v i n g t h e m . U s i n g t h i s k n o w l e d g e , t h e c a s e s e l e c t o r c a n d e c i d e w h a t t o t a k e i n t o a c c o u n t w h e n 8 4 d e t e r m i n i n g t h e b e s t c a s e s . T h e b e s t c a s e s a r e t h o s e w h i c h a d d r e s s t h e r e a s o n e r ’ s c u r r e n t p r o b l e m i n t h e b e s t w a y ( t h e d e fi n i t i o n o f w h i c h i s d e p e n d e n t u p o n t h e m e t h o d u s e d ) . C o p y . I n s i m p l e c l a s s i fi c a t i o n t a s k s t h e d i f f e r e n c e s b e t w e e n t h e i n p u t c a s e a n d t h e b e s t r e t r i e v e d c a s e a r e c o n s i d e r e d n o n - r e l e v a n t a n d a r e a b s u ' a c t e d a w a y . T h e s o l u t i o n s t r u c t u r e o f t h e r e t r i e v e d c a s e i s t h e n t r a n s f e r r e d t o t h e n e w c a s e a s i t s s o l u t i o n s t r u c t u r e . T h i s i s a v e r y s i m p l e t y p e o f r e u s e . O t h e r s y s t e m s t a k e i n t o a c c o u n t d i f f e r e n c e s b e t w e e n t h e p a s t a n d t h e c u r r e n t c a s e , p r e v e n t i n g t h e d i r e c t t r a n s f e r a l o f t h e r e l e v a n t p a r t o f t h e r e t r i e v e d c a s e . I n s u c h s y s t e m s a n a d a p t a t i o n p r o c e s s t a k e s t h o s e d i f f e r e n c e s i n t o a c c o u n t . 3 . 3 . 3 A d a p t i n g a n d E v a l u a t i n g t h e N e w S o l u t i o n A s n e w s i t u a t i o n s r a r e l y m a t c h t h e o l d o n e s e x a c t l y , t h e a p p r o p r i a t e o l d s o l u t i o n s m u s t b e a d j u s t e d t o fi t t h e c u r r e n t s i t u a t i o n . T h e m a i n i s s u e h e r e i s t h a t o f a d a p t a t i o n . A f t e r t h e o l d c a s e h a s b e e n m o d i fi e d t o m a t c h t h e n e w s i t u a t i o n m o r e c l o s e l y , a n e v a l u a - t i o n o f t h i s n e w s o l u t i o n m u s t b e p e r f o r m e d . I f a n y i n c o n s i s t e n c i e s o r e r r o r s i n t h e n e w s o l u t i o n a r e f o u n d , t h a t s o l u t i o n m u s t u n d e r g o a d d i t i o n a l a d a p t a t i o n , o r r e p a i r . I t i s c o m m o n l y t h o u g h t t h a t t h e r e a r e n o u n i v e r s a l a d a p t a t i o n m e t h o d s , a s t h e i d i o - s y n c r a s i e s o f e v e r y d o m a i n ( a n d t h e r e f o r e , c a s e s t r u c t u r e ) d e m a n d v a r y i n g a p p r o a c h e s f o r m o d i fi c a t i o n . S u p e r v i s e d l e a r n i n g s y s t e m s d o n o t i n c l u d e a n y r e v i s i o n . P l a n n i n g & d e s i g n s y s t e m s e i t h e r m a k e r e p a i r s t o r e u s e d c a s e s o r i n d i c a t e w h i c h r e p a i r s n e e d t o b e m a d e . D i a g n o s i s s y s t e m s r e e v a l u a t e c a s e s b y j u s t i f y i n g a n d p o t e n t i a l l y m o d i f y i n g t h e i n d i c a t e d d i a g n o s i s . A r g u m e n t c o n s t r u c t i o n s y s t e m s e x a m i n e a n d l o o k f o r w a y s t o i n c r e a s e t h e s t r e n g t h o f m a t c h i n g a r g u m e n t s . 8 5 A d a p t . I n i t i a l a d a p t a t i o n i s c o m p r i s e d o f t w o m a i n s t e p s : fi g u r i n g o u t w h a t n e e d s t o b e d o n e a n d a c t u a l l y d o i n g t h e a d a p t a t i o n [ K o l o d n e r , 1 9 9 3 ] . O n e p a r t i c u l a r a p p r o a c h t o a d a p t a t i o n i s f a i r l y u b i q u i t o u s : d e l e t i n g e x t r a n e o u s i n f o r m a t i o n . I f a s e c o n d a r y c o m p o n e n t i n a c a s e p e r f o r m s n o n e c e s s a r y f u n c t i o n f o r t h e n e w s i t u a t i o n , t h e n r e m o v i n g i t h a r m l e s s l y s t r e a m l i n e s t h e s o l u t i o n . T h e p a s t c a s e s o l u t i o n c a n a l s o b e m o d i fi e d t h r o u g h t r a n s f o r m a t i o n o r b y d e r i v a - t i o n [ R i e s b e c k & S c h a n k , 1 9 8 9 ] . I n t r a n s f o r m a t i o n a l a d a p t a t i o n , t h e p a s t c a s e s o l u t i o n d o e s n o t d i r e c t l y p r o v i d e a s o l u t i o n f o r t h e n e w c a s e . I t c a n , h o w e v e r , b e m o d i fi e d i n t o a s o l u t i o n i f t h e s y s t e m c o n t a i n s k n o w l e d g e a p p r o p r i a t e f o r d o i n g s o . S y s t e m k n o w l e d g e f o r p e r f o r m i n g t h i s t r a n s f o r m a t i o n c a n b e i n d e x e d a r o u n d t h e d i f f e r e n c e s d e t e c t e d a m o n g t h e r e t r i e v e d a n d c u r r e n t c a s e s . I n C A S E Y , a n e w c a u s a l e x p l a n a t i o n w a s b u i l t f r o m t h e o l d c a u s a l e x p l a n a t i o n s u s i n g r u l e s t o g e t h e r w i t h a d o m a i n m o d e l . T r a n s f o r m a t i o n a l r e u s e r e q u i r e s a r o b u s t d o m a i n m o d e l p l u s a c o n t r o l m e c h a n i s m t o g u i d e t h e a p p l i c a t i o n o f t h i s m o d e l . D e r i v a t i o n a l r e u s e e x a m i n e s t h e p r o b l e m s o l u t i o n i n t h e r e t r i e v e d c a s e . T h i s c o n - t a i n s i n f o r m a t i o n a b o u t t h e s o l u t i o n m e t h o d u s e d f o r t h e r e t r i e v e d p r o b l e m . T h e r e t r i e v e d m e t h o d i s t h e n a p p l i e d t o t h e n e w c a s e i n t h e n e w c o n t e x t . D u r i n g t h e p r o c e s s , p r e v i o u s l y s u c c e s s f u l a l t e r n a t i v e s w i l l b e c o n s i d e r e d fi r s t ; n e w s u b g o a l s a r e p u r s u e d b a s e d o n t h e o l d o n e s a n d o l d s u b p l a n s c a n b e r e t r i e v e d a s n e e d e d . A n e x h a u s t i v e r e v i e w o f c u r r e n t a d a p t a t i o n p r a c t i c e s c a n b e f o u n d i n [ I - I a n n e y , 1 9 9 6 ] . T h i s r e v i e w g o e s b e y o n d t h e g e n e r a l s u m m a r y g i v e n h e r e , e x p l i c i t l y i d e n t i f y i n g e x i s t i n g a d a p t a t i o n t a x o n o m i e s a n d p r e s e n t i n g a n o v e l r o l e - b a s e d t a x o n o m y f o r a d a p t a t i o n k n o w l e d g e . 8 6 E v a l u a t e s o l u t i o n . T h e e v a l u a t i o n t a s k l o o k s a t h o w w e l l t h e m o d i fi e d s o l u t i o n w o r k s a s d e t e r m i n e d b y a n e x p e m u s e i n t h e r e a l w o r l d , o r u s e i n a m o d e l . T h i s g e n e r a l l y t a k e s p l a c e o u t s i d e t h e C B R s y s t e m a s i t i n v o l v e s t h e a p p l i c a t i o n o f a s u g g e s t e d s o l u t i o n t o a r e a l p r o b l e m . D e p e n d i n g o n t h e t y p e o f a p p l i c a t i o n , t h e r e s u l t s f r o m t h i s m a y t a k e s o m e t i m e t o b e c o m e a p p a r e n t . T h e c a s e c a n s t i l l b e r e t a i n e d a n d m a d e a v a i l a b l e i n t h e c a s e l i b r a r y i n t h e i n t e r i m , b u t i t s q u e s t i o n a b l e v a l i d i t y m u s t b e i n d i c a t e d . R e p a i r f a u l t . C a s e r e p a i r i s e s s e n t i a l l y a n a d d i t i o n a l a d a p t a t i o n p r o c e s s w h i c h r e t r i e v e s o r g e n e r a t e s e x p l a n a t i o n s f o r d e t e c t e d e r r o r s i n t h e s o l u t i o n . C a u s a l k n o w l e d g e c a n b e u s e d t o g e n e r a t e a n e x p l a n a t i o n o f w h y c e r t a i n g o a l s o f t h e s o l u t i o n w e r e n o t a c h i e v e d . T h i s e x p l a n a t i o n i s s t o r e d i n a f a i l u r e m e m o r y a n d c a n b e u s e d t o p r e d i c t p o s s i b l e s h o r t - c o m i n g s o f i n i t i a l l y r e t r i e v e d s o l u t i o n s . S o l u t i o n r e p a i r u s e s t h e f a i l u r e e x p l a n a t i o n s , m o d i f y i n g t h e s o l u t i o n t o p r e v e n t f a i l u r e s . T h e r e v i s e d s o l u t i o n c a n t h e n b e r e t a i n e d d i r e c t l y ( a s s u m i n g i t i s c o r r e c t ) o r i t c a n b e e v a l u a t e d a n d r e p a i r e d a g a i n . 3 . 3 . 4 S a v i n g t h e N e w S o l u t i o n f o r S u b s e q u e n t U s e T h e n e w l y s o l v e d o r i n t e r p r e t e d c a s e m u s t n o w b e s t o r e d i n t h e c a s e l i b r a r y . T h i s p r o c e s s i n c o r p o r a t e s u s e f u l i n f o r m a t i o n f r o m t h e n e w p r o b l e m s o l v i n g e p i s o d e i n t o t h e e x i s t i n g k n o w l e d g e . T h e o u t c o m e o f t h e e v a l u a t i o n ( a n d p o s s i b l e r e p a i r ) t a s k d i c t a t e s w h e t h e r s u c c e s s f u l o r f a i l e d c a s e i n f o r m a t i o n i s s t o r e d . R e t a i n i n g c a s e k n o w l e d g e i n v o l v e s s e l e c t i n g t h e a p p r o p r i a t e i n f o r m a t i o n f r o m t h e c a s e a n d d e t e r m i n i n g t h e f o r m i n w h i c h i t i s t o b e r e t a i n e d . A c t u a l s t o r a g e o f t h i s i n f o r m a t i o n i n t h e c a s e m e m o r y i s d o n e b y a p p r o p r i a t e l y a d j u s t i n g i n d i c e s a n d o t h e r o r g a n i z a t i o n a l m e c h a n i s m s . A s f o r t h e o t h e r m a i n p r o c e s s e s o f C B R , m a n y d i f f e r e n t a p p r o a c h e s f o r h a n d l i n g t h e s t o r a g e o f c a s e s e x i s t . S u p e r v i s e d l e a r n i n g s y s t e m s s t o r e s p e c i fi c i n s t a n c e s o f c a s e s 8 7 a n d u p d a t e t h e f e a t u r e w e i g h t i n g i n t h e c a s e m e m o r y . P l a n n i n g & d e s i g n s y s t e m s s a v e p a r t i a l l y o r d e r e d a n d a n n o t a t e d p l a n s , f a i l u r e i n f o r m a t i o n , a n d u p d a t e u t i l i t y e s t i m a t e s f o r e x i s t i n g c a s e s . D i a g n o s i s s y s t e m s u p d a t e t h e d o m a i n m o d e l a n d s t o r e c o n c l u d e d e x p l a n a t i o n s ( d i a g n o s e s ) w i t h c a s e s . A r g u m e n t c o n s t r u c t i o n s y s t e m s k e e p t h e b e s t a r g u m e n t s f o r a n d a g a i n s t a p o s i t i o n , a n e x p l a n a t i o n j u s t i f y i n g t h e d e c i s i o n , a n d r e l a t e h o w c o m p a r a b l e t h e i n p u t c a s e i s t o o t h e r c a s e s i n t h e l i b r a r y . E x t r a c t . T h e s o u r c e o f a n y l e a r n e d i n f o r m a t i o n m u s t b e d e t e r m i n e d fi r s t . C a s e d e s c r i p - t o r s a n d s o l u t i o n m e t h o d s a r e o b v i o u s c a n d i d a t e s . E x p l a n a t i o n ( s ) j u s t i f y i n g a s o l u t i o n ’ s a p p l i c a b i l i t y t o t h e p r o b l e m m a y a l s o b e i n c l u d e d . I n C A S E Y , e x p l a n a t i o n s w e r e i n c l u d e d i n r e t a i n e d c a s e s a n d s u b s e q u e n t l y u s e d f o r m o d i f y i n g a n i n i t i a l l y r e t r i e v e d s o l u t i o n . F a i l - u r e s i n d i c a t e d i n t h e R e v i s e t a s k m a y a l s o b e e x t r a c t e d a n d r e t a i n e d , e i t h e r a s s e p a r a t e f a i l — u r e c a s e s o r w i t h i n i n d i v i d u a l c a s e s . W h e n t h e s y s t e m e n c o u n t e r s a f a i l u r e i t c a n b e r e m i n d e d o f a s i m i l a r s i t u a t i o n a n d u s e t h e p r e v i o u s f a i l u r e t o f a c i l i t a t e a s o l u t i o n f o r t h e p r e s e n t s i t u a t i o n . I n d e x . I n d e x i n g a m o u n t s t o d e c i d i n g w h a t t y p e s o f i n d i c e s t o u s e f o r f u t u r e r e t r i e v a l a n d h o w t o s t r u c t u r e t h e s e a r c h s p a c e o f i n d e x e s ; a s s u c h , i t i s r e a l l y m o r e a k n o w l e d g e a c q u i - s i t i o n p r o b l e m a n d s h o u l d b e c o n s i d e r e d a s p a r t o f t h e i n i t i a l d o m a i n k n o w l e d g e a n a l y s i s a n d m o d e l i n g . S y n t a x - b a s e d m e t h o d s u s e a t r i v i a l s o l u t i o n t o i n d e x i n g b y i n c o r p o r a t i n g a l l i n p u t f e a t u r e s a s i n d i c e s . C A S E Y u s e d a t w o - s t e p i n d e x i n g m e t h o d . G e n e r a l c a u s a l s t a t e s i n t h e h e a r t f a i l - u r e m o d e l w e r e u s e d a s p r i m a r y i n d i c e s . F e a t u r e s w e r e p r o p a g a t e d i n t h e h e a r t f a i l u r e m o d e l , a n d t h e s t a t e s t h a t e x p l a i n e d t h e f e a t u r e s w e r e u s e d a s a d d i t i o n a l i n d i c e s i n t h e c a s e m e m o r y . T h e o b s e r v e d f e a t u r e s t h e m s e l v e s a r e u s e d a s s e c o n d a r y i n d i c e s o n l y . 8 8 I n t e g r a t e . T h i s i s t h e fi n a l s t e p o f i n c o r p o r a t i n g n e w c a s e k n o w l e d g e i n t h e c a s e m e m - o r y . I f e x t r a c t i o n a n d i n d e x i n g h a v e f a i l e d t o c o n t r i b u t e a n y g u i d e l i n e s f o r i n c l u d i n g t h i s k n o w l e d g e , i n t e g r a t i o n b e c o m e s t h e m a i n s t e p o f t h e R e t a i n t a s k . M o d i f y i n g t h e i n d e x i n g o f e x i s t i n g c a s e s i s o n e w a y t o i m p r o v e t h e C B R s y s t e m ’ s s i m i l a r i t y - a s s e s s m e n t c a p a b i l i - t i e s . I n d i c e s f o r a p a r t i c u l a r c a s e o r s o l u t i o n a r e a d j u s t e d a s d i c t a t e d b y t h e a p p l i e d c a s e ’ s s u c c e s s o r f a i l u r e . S u c c e s s f u l c a s e r e t r i e v a l f e a t u r e s h a v e t h e i r a s s o c i a t i o n w i t h t h e c a s e s t r e n g t h e n e d ; f o r f e a t u r e s o f u n s u c c e s s f u l c a s e s , t h i s a s s o c i a t i o n i s w e a k e n e d . I n t e g r a t i o n o f n e w i n f o r m a t i o n c a n a l s o o c c u r w i t h i n t h e g e n e r a l k n o w l e d g e m o d e l b y u s i n g m a c h i n e l e a r n i n g m e t h o d s o r t h r o u g h d i r e c t i n t e r a c t i o n w i t h t h e u s e r . T h e r e f o r e , a s y s t e m m a y i n c r e m e n t a l l y e x t e n d a n d r e fi n e i t s g e n e r a l k n o w l e d g e m o d e l , a s w e l l a s i t s m e m o r y o f p a s t c a s e s . A l l g e n e r a l k n o w l e d g e i n P R O T O S w a s a c q u i r e d i n s u c h a b o t t o m - u p i n t e r a c t i o n w i t h a c o m p e t e n t u s e r . 3 . 4 C B R & E n g i n e e r i n g D e s i g n P r o b l e m S o l v i n g “ N o w o n e o f t h e [ b e s t ] w a y s o f d e s i g n i n g s o m e t h i n g i s n o t t o d e s i g n i t a t a l l . U s e [ a p a r t ] t h a t i s d e s i g n e d a l r e a d y b y s o m e o n e e l s e . ” [ G l e g g , 1 9 6 9 ] A c o m m o n w a y o f d o i n g e n g i n e e r i n g d e s i g n i s t o r e u s e a n e x i s t i n g d e s i g n . T h e d e s i g n p r a c t i c e o f m o d i f y i n g p a s t d e s i g n s i s u s e d w i t h i n n e a r l y e v e r y e n g i n e e r i n g fi e l d . D o m a i n - a n d t a s k - s p e c i fi c t e c h n i q u e s d e t e r m i n e h o w t h e m o d i fi c a t i o n o f p r e v i o u s d e s i g n s i s d o n e . I t i s i n p e r f o r m i n g s u c h m o d i fi c a t i o n s , n o t t o m e n t i o n fi n d i n g p r e v i o u s d e s i g n s , w h e r e C B R h a s r e l e v a n c e t o e n g i n e e r i n g d e s i g n p r o b l e m s o l v i n g . C B R u s e s t h e s p e c i fi c k n o w l e d g e o f p r e v i o u s c o n c r e t e d e s i g n p r o b l e m s . A n e w p r o b l e m i s s o l v e d b y fi n d i n g a s i m i l a r p a s t c a s e a n d r e u s i n g i t a s d e t e r m i n e d b y t h e n e w 8 9 s i t u a t i o n . A s n e w p r o b l e m s a r e s o l v e d , t h e s o l u t i o n s a r e s t o r e d a s c a s e s . T h e a r c h i v a l n a t u r e o f s u c h a C B R s y s t e m a l l o w s u s e r s o f t h e s y s t e m t o fi n d p r e v i o u s c a s e s , s p e e d i n g u p t h e e n t i r e d e s i g n p r o c e s s . “ E a c h p m b l e m I s o l v e d b e c a m e a p a t t e r n , t h a t I u s e d l a t e r t o s o l v e o t h e r p r o b l e m s . ” R e n e D e s c a r t e s . E n g i n e e r i n g d e s i g n p r o b l e m s a r e d i f fi c u l t b e c a u s e m a n y a c c e p t a b l e s o l u t i o n s e x i s t , e v e n f o r t h o s e d e s i g n s t h a t a r e w e l l d e fi n e d . T h e c h a l l e n g e i s t o e f f e c t i v e l y l i m i t t h e d e s i g n a l t e r n a t i v e s , a s t h e r e a r e o f t e n m a n y p o s s i b l e s o l u t i o n s . D e s i g n e r s a l s o h a v e t o w a d e t h r o u g h a n o v e r w h e l m i n g a m o u n t o f i n f o r m a t i o n . T h i s i n f o r m a t i o n t y p i c a l l y c o n - s i s t s o f e x p e r i m e n t a l d a t a a n d c o l l e c t i o n s o f u n o r g a n i z e d h e u r i s t i c s , n e i t h e r o f w h i c h i s i m m e d i a t e l y c o n d u c i v e f o r u s e i n d e s i g n . B y u s i n g C B R , t h i s i n f o r m a t i o n c a n b e o r g a - n i z e d i n t o a d e s i g n a r c h i v e t h a t i s i m m e d i a t e l y u s e f u l f o r s o l v i n g n e w p r o b l e m s . J u s t h o w w e l l C B R w o r k s f o r s o l v i n g e n g i n e e r i n g d e s i g n p r o b l e m s i s o f c o u r s e d e p e n d e n t o n m a n y t h i n g s , f e w o f w h i c h a r e t h e a p p r o a c h i t s e l f . A n a d e q u a t e s o u r c e o f d e s i g n c a s e s m u s t fi r s t e x i s t b e f o r e C B R c a n b e u s e d . T h e s e c a s e s m u s t a l s o b e o r g a n i z e d a n d i n d e x e d s o t h a t t h e a p p r o p r i a t e c a s e s c a n b e r e t r i e v e d a s n e e d e d . A m e a n s o f m o d i f y - i n g r e t r i e v e d c a s e s m u s t a l s o e x i s t . S e v e r a l a p p r o a c h e s t o e n g i n e e r i n g d e s i g n p r o b l e m s t h a t u s e C B R , a m o n g o t h e r t e c h n i q u e s , a r e s h o w n i n t h e f o l l o w i n g c h a p t e r . S o m e s y s t e m s d i s c u s s e d u s e C B R s u c c e s s f u l l y ; o t h e r s d o n o t . I t w i l l b e s e e n t h a t t h e s u c c e s s f u l u s e s o f C B R c a r e f u l l y c o n s i d e r t h e c a s e r e p r e s e n t a t i o n , o r g a n i z a t i o n o f t h e c a s e l i b r a r y , a n d m o d - i fi c a t i o n t e c h n i q u e s . O n e o r m o r e o f t h e s e c o n s i d e r a t i o n s w i l l b e s e e n t o b e l a c k i n g ( o r p o o r l y d o n e ) i n t h o s e s y s t e m s t h a t d o n o t w o r k w e l l . P a r t I I I V a r i o u s C o m p o s i t e D e s i g n e r s C H A P T E R 4 G e r m a n e A p p r o a c h e s t o C o m p o s i t e s D e s i g n T h e i n t e r e s t i n p r o d u c i n g c o m p o s i t e s d e s i g n s w i t h o u t t h e e x t e n s i v e u s e o f r e f e r e n c e m a t e - r i a l s a n d t e d i o u s t r i a l - a n d - e r r o r t e s t s h a s l e d t o t h e d e v e 1 0 p m e n t o f s e v e r a l c o m p u t e r s y s - t e m s f o r a i d i n g t h e d e s i g n p r o c e s s . M a n y d i f f e r e n t a p p r o a c h e s e x i s t , v a r y i n g f r o m e x p e r t s y s t e m s t h a t a t t e m p t t o d o e v e r y t h i n g f r o m t h e i n i t i a l s e l e c t i o n o f m a t e r i a l s t o t h e fi n a l fi n - i s h i n g o f t h e c o m p l e t e d p a r t , t o s y s t e m s t h a t d e a l w i t h o n l y s p e c i fi c p o r t i o n s o f t h e d e s i g n a n d p r o d u c t i o n p r o c e s s e s . T h e m y r i a d s y s t e m s t h a t h a v e b e e n d e v e l o p e d f o r c o m p o s i t e s d e s i g n a l s o c o v e r a w i d e r a n g e o f d o m a i n s , b e i t p o l y m e r s o r c e r a m i c s , a n d m e t h o d o l o g i e s , f r o m p u r e l y d a t a - b a s e r e t r i e v a l t o s o p h i s t i c a t e d a r t i fi c i a l i n t e l l i g e n c e t e c h n i q u e s . O f t e n , t h e s c o p e o f a d e s i g n s u p p o r t s y s t e m i s d e t e r m i n e d b y t h e d o m a i n o r t h e p e r s o n n e l f o r w h i c h i t i s i n t e n d e d ; l e s s c o m p l i c a t e d d o m a i n s l e n d t h e m s e l v e s t o a c o m - p r e h e n s i v e a p p r o a c h , a s d o s y s t e m s i n t e n d e d f o r n o v i c e u s e r s . A t l e a s t t h a t i s g e n e r a l l y t h e c a s e w i t h s u c c e s s f u l s y s t e m s ( e . g . , t h e C o m p o s i t e s D e s i g n A s s i s t a n t - s e e p a g e 9 3 f t ) . 9 1 9 2 T h e r e a r e i n s t a n c e s o f s y s t e m s w h i c h h a v e f a i l e d b e c a u s e o f a n o v e r z e a l o u s a t t e m p t a t h a n d l i n g e v e r y t h i n g f r o m i n i t i a l s p e c i fi c a t i o n t o fi n a l m a n u f a c t u r i n g i n a c o m - p l e x d o m a i n . H o w e v e r , w h e t h e r t h e s e s y s t e m s h a v e f a i l e d , s u c c e e d e d o r a r e s t i l l u n d e r a c t i v e d e v e l o p m e n t , t h e r e a r e l e s s o n s t o l e a r n f r o m b o t h t h e c o m p u t a t i o n a l t e c h n i q u e s u t i - l i z e d a n d t h e p h i l o s o p h i e s t h a t d r i v e c o m p o s i t e s d e s i g n . T h e f o l l o w i n g d i s c u s s i o n e x a m i n e s s p e c i fi c s y s t e m s c o v e r i n g o n l y a s m a l l s a m - p l i n g o f fi e l d e d a p p r o a c h e s , f o c u s s i n g m a i n l y o n t h o s e t h a t e m p h a s i z e c o m p u t a t i o n a l t e c h - n i q u e s w i t h a n A I e m p h a s i s , a s t h o s e a r e t h e m o s t p e r t i n e n t t o t h i s d i s s e r t a t i o n . O t h e r c o m p u t a t i o n a l t e c h n i q u e s t h a t h a v e b e e n u s e d f o r d e s i g n i n g c o m p o s i t e s i n c l u d e p u r e d a t a - b a s e r e t r i e v a l , d e t a i l e d fi n i t e e l e m e n t a n a l y s i s , a n d o t h e r s . M o s t o f t h e s y s t e m s c o n s i d e r e d h e r e a l s o e m p h a s i z e t h e d e s i g n o f t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l . A t o t a l o f fi v e c o m p u t a t i o n a l a p p r o a c h e s t o t h e d e s i g n o f c o m p o s i t e s i s d i s c u s s e d h e r e . T h e s e s y s t e m s a r e p r e s e n t e d i n r o u g h l y c h r o n o l o g i c a l o r d e r , s p a n n i n g a p e r i o d f r o m t h e e a r l y - t o - m i d 8 0 ’ s u p t o t o d a y . I n o r d e r o f p r e s e n t a t i o n , t h e s y s t e m s c o n s i d e r e d a r e : t h e C o m p o s i t e s D e s i g n A s s i s t a n t ( C D A ) f r o m L o c k h e e d M i s s i l e s & S p a c e , C o m p o s i t e s P a r t D e s i g n ( C P D ) f r o m G e r m a n y , t h e D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r P r e f o r r n i n g ( D S S P r e - f o r m ) f r o m t h e U n i v e r s i t y o f D e l a w a r e , t h e C o m p o s i t e s D e s i g n e r ( C O M D E S ) f r o m E n g l a n d , a n d E x p e r t A s s i s t e d D e s i g n o f C o m p o s i t e S t r u c t u r e s ( E A D O C S ) f r o m t h e N e t h - e r l a n d s . T o f a c i l i t a t e t h e c o m p a r i s o n o f t h e s e s y s t e m s , a c h e c k l i s t o f i t e m s w i l l b e e x a m i n e d f o r e a c h . T h e d i s c u s s i o n i n e a c h s e c t i o n w i l l b e g i n w i t h a l o o k a t t h e h i s t o r i c a l c o n t e x t w i t h i n w h i c h t h e s y s t e m w a s d e v e l O p e d , t h e n l o o k a t t h e s p e c i fi c d e s i g n p r o b l e m a d d r e s s e d a n d t h e s t a t e d g o a l s f O r t h e s y s t e m . A n o v e r v i e w o f t h e u n d e r l y i n g d e s i g n 9 3 p h i l o s o p h y b e h i n d t h e s y s t e m f o l l o w s . 1 A f t e r t h a t , t h e d i s c u s s i o n w i l l t u r n t o w a r d t h e d e t a i l s o f t h e i m p l e m e n t a t i o n , s p e c i fi c a l l y l o o k i n g a t t h e p r o b l e m - s o l v i n g t e c h n i q u e s u t i l i z e d , t h e e a s e w i t h w h i c h t h e s y s t e m c o u l d b e m o d i fi e d ( i f a t a l l ) , a n d i t s c a p a b i l i t y f o r e x p l a n a t i o n . T o g e t a f e e l f o r h o w t h e s y s t e m o p e r a t e d , a q u i c k s u m m a r y o f i t s r u n - t i m e b e h a v i o r w i l l b e g i v e n . F i n a l l y , t h e d i s c u s s i o n f o r e a c h s y s t e m w i l l c o n c l u d e w i t h a b r i e f s y n o p s i s o f t h e p r o s a n d c o n s o f w h a t t h e s y s t e m d i d a n d h o w i t m e a s u r e d u p t o i t s i n t e n d e d f u n c t i o n . 4 . 1 C o m p o s i t e s D e s i g n A s s i s t a n t T h i s s y s t e m w a s o n e o f t h e p r e l i m i n a r y a t t e m p t s a t a u t o m a t i n g t h e d e s i g n p r o c e s s f o r c o m p o s i t e m a t e r i a l s . T h e C o m p o s i t e s D e s i g n A s s i s t a n t ( C D A ) w a s d e v e l o p e d i n t h e e a r l y 8 0 ’ s b y Z u m s t e g & P e c o r a a t t h e L o c k h e e d M i s s i l e s a n d S p a c e C e n t e r a s a p a r t o f t h e E x p e r t S y s t e m s i n M a t e r i a l s S e l e c t i o n a n d D e s i g n p r o j e c t . E x a m i n a t i o n o f i t s s t r u c - t u r e a n d a p p r o a c h t o c o m p o s i t e s d e s i g n s e r v e s a s a b a s e l i n e f o r c o m p a r i s o n w i t h s o m e o f t h e l a t e r , m o r e s o p h i s t i c a t e d , a p p r o a c h e s t o t h e d e s i g n o f c o m p o s i t e s . T h e p a r t i c u l a r d e s i g n p r o b l e m t h a t t h e C D A a d d r e s s e d w a s t h e d e s i g n a n d a n a l y s i s o f f a c i n g s o n s a n d w i c h p a n e l s f o r a e r o s p a c e s t r u c t u r a l c o m p o n e n t s , s o m e o f w h i c h c o u l d b e p o l y m e r c o m p o s i t e l a m i n a t e s . T h e o v e r a l l g o a l o f t h e C D A w a s t o d e m o n s t r a t e t h e u s e o f a n e x p e r t s y s t e m f o r c o o r d i n a t i n g a n d f a c i l i t a t i n g a c c e s s t o e x t e r n a l s o f t w a r e [ Z u m s t e g e t a l . , 1 9 8 5 ] . T h i s e x t e r n a l s o f t w a r e p r o v i d e d m a t e r i a l p r o p e r t y d a t a a n d c a l c u l a t e d m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e l a m i n a t e s . 1 . S e v e r a l o f t h e f o l l o w i n g s y s t e m s u t i l i z e a n a p p r o a c h t o d e s i g n w h i c h i s r e f e r r e d t o a s “ c o n c e p - t u a l . ” T h e r e i s n o c o n s i s t e n t u s e o f t h a t t e r m . E a c h s y s t e m ’ s p a r t i c u l a r d e fi n i t i o n o f c o n c e p t u a l d e s i g n w i l l b e d i s c u s s e d w i t h i n t h e c o n t e x t o f t h e s p e c i fi c d e s i g n p r o b l e m i t a d d r e s s e s . 9 4 B y l o o k i n g c l o s e l y a t t h e s t r u c t u r e a n d b e h a v i o r o f t h e C D A , i t c a n b e s e e n t h a t t h e i n s t a n c e s i n w h i c h t h e s y s t e m a c t u a l l y w a s u s e d f o r p o l y m e r c o m p o s i t e d e s i g n w e r e l i m - i t e d . R e c a l l , t h e s p e c i fi c a p p l i c a t i o n o f t h e C D A w a s f o r s a n d w i c h p a n e l s , t h e c o r e s o f w h i c h w e r e a s s u m e d t o b e m e t a l l i c . U p o n f u r t h e r i n s p e c t i o n , i t c a n b e s e e n t h a t t h e C D A d i d n o t p e r f o r m a n y m a t e r i a l d e s i g n p e r s e ; i n s t e a d , t h e f o c u s w a s o n t h e v a l i d a t i o n a n d a n a l y s i s o f t h e u s e r ’ s d e s c r i p t i o n s o f t h e s e p a n e l s , t h e g e n e r a t i o n o f w h i c h t h e C D A f a c i l i - t a t e d . T h e C D A w a s n e v e r i n t e n d e d t o p e r f o r m m a t e r i a l d e s i g n . T h e d e s i g n p r o c e s s f o r t h e s e p a n e l s w a s w e l l d e fi n e d , e n a b l i n g t h e u s e o f a b a c k - w a r d - c h a i n i n g r u l e - b a s e d e x p e r t s y s t e m . T h i s e x p e r t s y s t e m u s e d a P R O L O G - b a s e d e x p e r t s y s t e m s h e l l . A t t h e t i m e t h i s s y s t e m w a s d e v e l o p e d , s u c h e x p e r t s y s t e m s w e r e q u i t e p o p u l a r f o r e n g i n e e r i n g d e s i g n , h e n c e t h e e x i s t e n c e o f t h e p a r e n t p r o j e c t f o r t h i s w o r k . T h e r u l e - b a s e d p o r t i o n o f t h e C D A s e r v e d a s a n i n t e l l i g e n t f r o n t - e n d t o a c o m m e r - c i a l m a t e r i a l s d a t a b a s e a n d a l a m i n a t e a n a l y s i s p r o g r a m [ Z u m s t e g e t a l . , 1 9 8 5 ] . S e e F i g u r e 1 4 f o r a s c h e m a t i c o f t h e i n t e n d e d i n t e r a c t i o n s b e t w e e n t h e s e c o m p o n e n t s . A s t h e C D A w a s i n t e n d e d t o f a c i l i t a t e i n t e r a c t i o n w i t h e x t e r n a l s y s t e m s a n d n o t i n s t r u c t u s e r s h o w t o g e n e r a t e s a n d w i c h p a n e l s , i t s e x p l a n a t i o n c a p a b i l i t y w a s l i m i t e d . I n f a c t , t h e o n l y w a y t o e x p l a i n d e c i s i o n s w a s t o v i e w t h e r u l e s u t i l i z e d a s t h e y w e r e fi r e d . U s e r m o d i fi c a t i o n o f t h e d e s i g n e q u a t i o n s w i t h i n t h e C D A w a s n o t p o s s i b l e . A n e x a m p l e o f a r u l e f r o m t h e C D A s h o w n i n F i g u r e 1 5 r e a d s : “ i f t h e r e i s a c u r r e n t d e s i g n i n p r o g r e s s , a n d t h e f a c e s h e e t s p a c i n g ( h _ c a 1 c ) a n d t h e f a c i n g t h i c k n e s s ( £ a c i n g _ t h i c k n e s s ) a r e k n o w n , t h e n t h e t o t a l p a n e l t h i c k n e s s i s t h e s u m o f t h e f a c e s h e e t s p a c i n g a n d t h e f a c i n g t h i c k n e s s . ” [ Z u m s t e g e t a l . , 1 9 8 5 ] . C o m p a r i n g t h i s t r a n s l a t e d v e r s i o n o f t h e r u l e w i t h t h e e n c o d e d v e r s i o n s h o w s o n e t h e m o s t t y p i c a l d i f fi c u l t i e s w i t h r u l e - b a s e d e x p e r t s y s t e m s : n o n i n t u i t i v e v e r b o s i t y . T h i s 9 S M a t e r i a l s D a t a b a s e F i g u r e 1 4 . T h e a r c h i t e c t u r e o f t h e C o m p o s i t e s D e s i g n A s s i s t a n t . r u l e 8 : i f n a m e _ o f _ t h e c u r r e n t _ d e s i g n h a s _ v a 1 u e v ( c u r r e n t _ d e s i g n ) a n d h _ c a l c o f _ t h e v ( c u r r e n t _ d e s i g n ) h a s _ v a 1 h e v ( h ) a n d f a c i n g _ t h i c k n e s s o f _ t h e v ( c u r r e n t _ d e s i g n ) h a s _ v a 1 u e v ( t h i c k ) a n d v ( a n s ) i s v ( h ) + v ( t h i c k ) t h e n t o t a 1 _ p a n e 1 _ t h i c k n e s s o f _ t h e v ( c u r r e n t _ d e s i g n ) h a s _ v a l u e v ( a n s ) F i g u r e 1 5 . A n e x a m p l e r u l e f r o m t h e C o m p o s i t e s D e s i g n A s s i s t a n t . 9 6 s i m p l i s t i c r u l e c a n a l s o b e c o m p a r e t o r u l e s f r o m o t h e r r u l e - b a s e d s y s t e m s , a s m e n t i o n e d i n C h a p t e r T w o . T h e r u l e f r o m t h e C D A s h o w n h e r e i s e s s e n t i a l l y a n a r i t h m e t i c e q u a t i o n , w h e r e a s t h e r u l e s f o r M Y C I N , R I I X C O N , a n d P R O S P E C T O R g i v e n i n C h a p t e r T w o w e r e m o r e s o p h i s t i c a t e d r u l e s f o r d i a g n o s i s , c o n d i t i o n a l c o n n e c t i o n a s s i g n a t i o n , a n d p r o b a b i l i t y a s s e s s m e n t , r e s p e c t i v e l y . A t y p i c a l e x a m p l e o f t h e o p e r a t i o n o f t h i s s y s t e m w a s a s f o l l o w s . T h e s y s t e m p r e - s e n t e d t h e u s e r w i t h a s e q u e n c e o f m e n u s f r o m w h i c h t o s e l e c t a p p r o p r i a t e c h o i c e s ( e . g . e x t e r n a l l o a d s , s k i n m a t e r i a l , a n d s o o n ) a n d a l s o q u e r i e d t h e u s e r f o r a g u e s s a t t h e s k i n t h i c k n e s s o f t h e p a n e l . T h e r u l e - b a s e d p o r t i o n o f t h e s y s t e m t h e n c a l c u l a t e d t h e p a n e l t h i c k n e s s b y a c c e s s i n g a m a t e r i a l s d a t a b a s e t o o b t a i n t h e r e l e v a n t m a t e r i a l p r o p e r t i e s . T h e u s e r w a s t h e n p r o m p t e d f o r t h e c h o i c e o f c o r e m a t e r i a l , a f t e r w h i c h t h e s y s t e m c h e c k e d t h e d e s i g n f o r v a r i o u s s a f e t y a n d c o m p a t i b i l i t y i s s u e s t h r o u g h t h e u s e o f a d d i t i o n a l n r l e s a n d b y i n t e r f a c i n g w i t h a c o m m e r c i a l l a m i n a t e a n a l y s i s p r o g r a m ( A D V L A M ) . T h i s p r o g r a m e s t i m a t e d t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e p a n e l b a s e d o n t h e s p e c i fi e d l a m i n a t e p r o p e r - t i e s . I f t h e g e n e r a t e d s a n d w i c h p a n e l d i d n o t m e e t t h e d e s i g n r e q u i r e m e n t s , t h e u s e r c o u l d i t e r a t e t h e d e s i g n f o r t h e p a n e l u n t i l i t m e t t h e g i v e n s p e c i fi c a t i o n s . l F i g u r e 1 6 s h o w s t h e r e s u l t s f r o m a t y p i c a l r u n o f t h e C D A . I t c a n b e s e e n t h a t t h e f e a t u r e s o n e w o u l d t y p i c a l l y a s s o c i a t e w i t h a n y k i n d o f m a t e r i a l d e s i g n ( e . g . f a c i n g _ m a t e r i a 1 _ n a m e , c o r e _ _ m a t e r i a 1 _ n a m e ) w e r e s i m p l y a s s i g n e d b y t h e u s e r . T h e e x a c t m e a n i n g s o f t h e n u m b e r s g e n e r a t e d b y t h e v a r i o u s u t i l i z e d r u l e s a r e u n c l e a r . T h e o n e r e s u l t o f n o t e , h o w e v e r , i s t h a t f r o m r u l e l S : d e s i g n _ c h e c k = n o t _ a c c e p t a b 1 e . 1 . A n y i t e m i n d i c a t e d a s ‘ U s e r i n p u t ’ i n F i g u r e l o c o u l d b e m o d i fi e d b y t h e u s e r i n a n a t t e r n p t t o fi n d a p a n e l t h a t m e t t h e g i v e n s p e c i fi c a t i o n s . 9 7 s p a n _ l e n g t h 9 6 . 0 U s e r i n p u t b e a m _ _ l o a d O . 8 3 3 3 U s e r i n p u t b e a m _ t y p e s i m p 1 e _ s u p p o r t _ u n i f o r t n _ l o a d U s e r i n p u t d e f l e c t i o n _ 1 i m i t 0 . 3 5 5 5 6 U s e r i n p u t s a f e t y _ f a c t o r 2 . 0 U s e r i n p u t f a c i n g _ m a t e r i a 1 _ n a m e W o v e n _ r o v i n g _ P E U s e r i n p u t f a c i n g _ m a t e r i a 1 _ d e s c r * U s e r i n p u t c o r e _ r n a t e r i a 1 _ n a m e K r a £ t _ p a p e r U s e r i n p u t c o r e _ r n a t e r i a 1 _ d e s c r K P — 3 / 8 - 6 0 ( 2 5 ) U s e r i n p u t t o t a l _ p a n e 1 _ t h i c k n e s s S . 6 1 3 4 9 r u l e s f a c i n g _ t h i c k n e s s O . 0 9 U s e r i n p u t c o r e _ t h i c k n e s s S . 4 3 3 4 9 r u l e l l f a c i n g _ s a f e t y _ f a c t o r 1 9 . 6 7 8 2 r u 1 e 1 9 c o r e _ s a f e t y _ f a c t o r 3 . 4 7 9 9 3 r u 1 e 2 4 d e f l e c t i o n O . 3 8 5 5 2 5 r u 1 e 2 9 f a c e _ w r i n k 1 i n g _ s a f e t y _ f a c t o r 1 5 . 7 6 8 5 r u 1 e 3 2 d e s i g n _ c h e c k n o t _ a c c e p t a b 1 e r u l e l S F i g u r e 1 6 . S a m p l e o u t p u t f r o m t h e C o m p o s i t e s D e s i g n A m i s t a n t . T h e r e f o r e , t h e u s e r m u s t i t e r a t e t h i s d e s i g n t h r o u g h t h e C D A a g a i n , p e r h a p s c h o o s i n g a d i fl ' e r e n t c o r e m a t e r i a l f o r t h e n e x t r u n . T h e b e n e fi t o f t h e C D A w a s t h a t i t w a s a b l e t o g e n e r a t e a d e s i g n f o r a s a n d w i c h p a n e l w i t h o u t t h e u s e r e v e r n e e d i n g t o a c c e s s t h e m a t e r i a l s d a t a b a s e , r u n t h e l a m i n a t e a n a l y s i s p a c k a g e , k n o w t h e r e l e v a n t e q u a t i o n s , o r c h e c k f o r s e c o n d a r y e f f e c t s . T h i s w a s e x a c t l y w h a t t h e s y s t e m w a s i n t e n d e d t o d o . H o w e v e r , a s a l l u d e d t o a b o v e , t h e e x p l a n a - t i o n c a p a b i l i t y w a s l i m i t e d t o t h e i n d i c a t i o n o f w h i c h r u l e s w e r e fi r e d , a n d a s a n y f u r t h e r e x a m i n a t i o n o f t h e r u l e s t h e m s e l v e s ( a s i n F i g u r e 1 5 ) w a s n o t p a r t i c u l a r l y i l l u m i n a t i n g , i t e r a t i o n o f t h e f a i l e d d e s i g n s w a s m o r e h i t a n d m i s s t h a n t h o u g h t f u l a n d g u i d e d . T h e C D A w a s n e v e r v e r y s o p h i s t i c a t e d i n e i t h e r i t s a p p r o a c h t o t h e d e s i g n o f c o m - p o s i t e s o r i t s e n a b l i n g t e c h n o l o g y , b u t i t d i d w h a t i t w a s i n t e n d e d t o d o : a s s i s t t h e d e s i g n e r . I t a l s o d e m o n s t r a t e d a p r o o f - o f - c o n c e p t a n d s e r v e d a s a s p r i n g b o a r d f o r t h e d e v e l o p m e n t o f a d d i t i o n a l s y s t e m s . 9 8 4 . 2 C o m p o s i t e P a r t D e s i g n T h i s p r e l i m i n a r y p r o t o t y p e f o r d e s i g n i n g p o l y m e r c o m p o s i t e p a r t s w a s d e v e l o p e d i n 1 9 9 4 b y M i c h a e l i & B i s w a s a t t h e I n s t i t u t fl i r K u n s t s t o f f v e r a r b e i t u n g i n G e r m a n y [ M i c h a e l i & B i s w a s , 1 9 9 4 ] . A l t h o u g h t h e r e s e a r c h e r s n e v e r e x p l i c i t l y s t a t e d t h e s p e c i fi c d e s i g n p r o b l e m f o r w h i c h t h i s s y s t e m w a s i n t e n d e d , i t a p p e a r s t o b e t h e d e s i g n o f g e n e r i c ( o r p o s s i b l y a u t o m o t i v e ) p o l y m e r c o m p o s i t e p a r t s . T h e i n t e n t o f t h e C o m p o s i t e P a r t D e s i g n ( C P D ) w a s t o s u p p o r t a n e n g i n e e r i n t h e fi r s t s t e p s o f t h e d e s i g n o f c o m p o s i t e p a r t s . T h e C P D w a s t o d e s i g n t h e c o m p o s i t e p a r t a t a c o n c e p t u a l p h a s e o f t h e d e s i g n u s i n g a c o m b i n a t i o n o f r u l e s a n d p r e v i o u s e x p e r i e n c e . W i t h i n t h e C P D t h e c o n c e p t p h a s e w a s d e fi n e d a s t h a t p o r t i o n o f t h e d e s i g n p r o c e s s i n w h i c h “ [ t ] h e t a s k i s d e fi n e d a n d a l l f u n c t i o n s t r u c t u r e s a r e e s t a b l i s h e d . A l s o , t h e s o l u t i o n p r i n c i p l e s a r e fi x e d . L a s t , a t e c h n i - c a l a n d e c o n o m i c a l e v a l u a t i o n i s c a r r i e d o u t ” [ M i c h a e l i & B i s w a s , 1 9 9 4 ] . T h e k n o w l e d g e a v a i l a b l e a t t h i s c o n c e p t p h a s e i s v e r y c o a r s e i n n a t u r e , a s o p p o s e d t o t h e m o r e d e t a i l e d k n o w l e d g e w h i c h h a s b e e n s e t t h r o u g h p r e v i o u s e x p e r i e n c e ( i . e . f r o m a p r e v i o u s l y d e s i g n e d p a r t ) . A t r a d i t i o n a l l i n e a r d e s i g n p r o c e s s ( i . e . o n e u s e d f o r n e a t r e s i n s o r m e t a l s ) w a s n o t a t t e m p t e d w i t h i n t h i s s y s t e m . I n s t e a d , t h e r e s e a r c h e r s c o n c e d e d t h e i n h e r e n t c o m p l e x i t y o f c o m p o s i t e s d e s i g n a n d f o c u s e d t h e C P D w h e r e i t w a s m o s t u s e f u l . S e e F i g u r e 1 7 f o r t h e i n t e r a c t i o n o f c o m p o s i t e s ’ d e s i g n i s s u e s u n d e r l y i n g t h e C P D . T h e m a t e r i a l ( i . e . fi b e r a n d r e s i n ) w a s d e t e r m i n e d i n c o n j u n c t i o n w i t h a p r o d u c t i o n p r o c e s s , a f t e r w h i c h t h e l a m i - n a t e s t r u c t u r e w a s d e t e r m i n e d a n d t h e p a r t g e o m e t r y o p t i m i z e d . F i g u r e 1 7 . I n t e r a c t i o n o f d e s i g n i s s u e s f o r c o m p o s i t e s . T h e C P D w a s i m p l e m e n t e d b y c o m b i n i n g a c l a s s i c a l r u l e - b a s e d e x p e r t s y s t e m w i t h a c a s e - b a s e d r e a s o n i n g s y s t e m . T h e u s e r w a s t o i n p u t a l i s t o f g e n e r a l r e q u i r e m e n t s t o t h e r u l e - b a s e d p o r t i o n w h i c h w o u l d t h e n g e n e r a t e c o m b i n a t i o n s o f m a t r i c e s , fi b e r s a n d a c c o m p a n y i n g p r o c e s s i n g p r o c e d u r e s . O p t i o n a l l y , a n e x p e r i e n c e d u s e r c o u l d b y p a s s t h e r u l e - b a s e d p o r t i o n a n d p r o c e e d d i r e c t l y t o t h e d e s i g n r e t r i e v a l ( C B R ) p o r t i o n . T h e k n o w l e d g e w h i c h c o m p r i s e d t h e r u l e - b a s e d p o r t i o n o f t h e C P D w a s e m b e d d e d i n s i m p l e r u l e s a n d b a s e d u p o n g e n e r a l i z e d d a t a a b o u t m a t e r i a l s a n d p r o c e s s i n g m e t h o d s . M o d i fi c a t i o n o f t h i s r u l e b a s e w a s p o s s i b l e t h r o u g h a n i n t e r f a c e p r o v i d e d b y t h e c o m m e r - c i a l e x p e r t s y s t e m s h e l l w i t h i n w h i c h t h e C P D w a s g e n e r a t e d . T h e o u t p u t f r o m t h e r u l e - b a s e d p o r t i o n o f t h e C P D i n c l u d e d t h e m a t e r i a l & p r o - c e s s i n g c o m b i n a t i o n s t o g e t h e r w i t h t h e r u l e s a n d a s s o c i a t e d d a t a u t i l i z e d i n t h e i r g e n e r a - t i o n . I n t h i s w a y , t h e s y s t e m c o u l d t e a c h n o v i c e d e s i g n e r s t h e d e s i g n p r o c e s s . T h e s e r e s u l t s c o u l d t h e n u s e d a s a s e e d ( a l o n g w i t h t h e i n p u t g e n e r a l r e q u i r e m e n t s ) f o r t h e u p p i p O s M M g A j n n e i h a i n u a l t c t e s o o y r r r t m e r a o : e a e I c q i a i a a s r N l l o u o t s o o n i n P i s U d d t e a o u e T s s r r n m s C D o e m s A n t t s s i n a / / I 5 / / / / , 2 / / / / / ’ / / ; 2 , , / / / / { , : 7 ‘ / / M fl E ” ’ / / ' l u e ’ / t 7 r r # i p R . W a x / M / / y b S / - e t , 4 / m a / x a y , / e é / t / s s / r / t e / d e , / , / a l 1 / / i m , s / / % - / / / / / / ” / 9 / / j 7 / / / / / / ; , / , 5 7 / 2 é / / / r o o r e t r i e v a l o f m a t c h i n g c o m p o s i t e p a r t s f r o m t h e l i b r a r y o f s t o r e d d e s i g n s . S e e F i g u r e 1 8 f o r b o t h t h e a r c h i t e c t u r e o f t h e C P D a n d t h e k n o w l e d g e fl o w t h r o u g h t h e s y s t e m . T h e c a s e b a s e d p o r t i o n o f t h e C P D w a s i m p l e m e n t e d u s i n g a c u s t o m i z e d d a t a b a s e m a n a g e m e n t s y s t e m . T h e r e t r i e v a l o f m a t c h i n g c a s e s w a s b a s e d o n a s i m i l a r i t y a p p r o a c h . T h i s a p p r o a c h m a t c h e d fi r s t a g a i n s t t h e m a t e r i a l a n d p r o d u c t i o n p r o c e s s c o m b i n a t i o n s . I f d e s i g n c a s e s w h i c h m a t c h e d t h e s e e x a c t l y w e r e f o u n d , a d d i t i o n a l m a t c h i n g w a s p e r - f o r m e d . T h i s e n t a i l e d t h r e e l e v e l s o f i n c r e a s i n g s i m i l a r i t y . T h e l o w e s t l e v e l i n c l u d e d t h o s e d a t a w h i c h w e r e c o n s i d e r e d t o b e t h e m o s t i m p o r t a n t ( e . g . g e o m e t r y , l o a d s , d i m e n - s i o n , e t c . ) . T h e o t h e r t w o l e v e l s i n c l u d e d l e s s i m p o r t a n t r e q u i r e m e n t s . T h e r e f o r e , p a r t i a l m a t c h e s e m p h a s i z e d t h e m o r e i m p o r t a n t d e s i g n v a r i a b l e s fi r s t . ” / . M I } , . . , / / / / , ’ / . / , r , / 1 ; 4 P r o d u c t i o n p r o c e s s e s F i b e r m a t e r i a l s % C a s e - b a s e : / , O U T P U T : S i m i l a r p a r t s F i g u r e 1 8 . T h e a r c h i t e c t u r e & i n p u t / o u t p u t b e h a v i o r o f t h e C P D . ' I S s t e m g , / l / fl / / ' / / ; / / / / ' / ’ , / 1 0 1 F o r a n y v a r i a b l e t o b e c o n s i d e r e d m a t c h i n g , r e g a r d l e s s o f t h e s i m i l a r i t y l e v e l , t h e v a l u e h a d t o m a t c h e x a c t l y . E x p l a n a t i o n o f t h e r e t r i e v e d d e s i g n s ( o t h e r t h a n d o c u m e n t a - t i o n e m b e d d e d w i t h i n t h e d e s i g n s ) w a s l i m i t e d t o a l i s t i n g o f t h e v a r i a b l e s u s e d t o d e t e r - m i n e t h e m a t c h . M o d i fi c a t i o n o f t h e e x i s t i n g d e s i g n s a n d t h e a d d i t i o n o f n e w d e s i g n s w a s p o s s i b l e t h r o u g h a s t a n d a r d i n t e r f a c e . O n e o f t h e s h o r t c o m i n g s w i t h t h e C P D s y s t e m i s t h e l a c k o f a d e t a i l e d i m p l e m e n - t a t i o n . I t a p p e a r s t h a t t h i s a p p r o a c h i s r e l a t i v e l y m a t u r e i n t h e m i n d s o f t h e r e s e a r c h e r s , b u t t h e r e a r e v e r y f e w d e t a i l e d e x a m p l e s o f a n y t h i n g t o l e n d i t c r e d e n c e . T h i s l a c k o f d e t a i l c a n b e d i r e c t l y a t u i b u t e d t o t h e l i m i t e d d e v e l o p m e n t o f t h e C P D . O n a t h e o r e t i c a l l e v e l , t h e r e i s n o r e a s o n w h y t h i s a p p r o a c h s h o u l d n o t b e a b l e t o g e n e r a t e u s e f u l r e s u l t s ; h o w e v e r , t h e r e i s n o t h i n g t h a t l e a d s o n e t o b e l i e v e t h a t t h i s i m p l e - m e n t a t i o n i s a s y e t u s e f u l . T h e l a c k o f d e t a i l s a b o u t t h e s i z e o f t h e r u l e - b a s e d s y s t e m a n d t h e n u m b e r o f c a s e s i n t h e l i b r a r y p r e c l u d e s d r a w i n g a n y c o n c l u s i o n s a b o u t t h e e f f e c t i v e - n e s s o f t h i s a p p r o a c h . T h e p r o c e d u r e b y w h i c h t h e m a t c h i n g c a s e s w e r e t o b e r e t r i e v e d a p p e a r s t o b e i n d i c a t i v e o f a c a r e f u l l y g e n e r a t e d c a s e b a s e . S u c h c a s e b a s e s t e n d t o o v e r s i r n p l i f y t h e k n o w l e d g e r e p r e s e n t a t i o n o f t h e d e s i g n p r o b l e m , w h i c h c a n i n t u r n l e a d t o p r o b l e m s u p o n s c a l e u p t o a r o b u s t c a s e b a s e . I n p r a c t i c e , m u c h m o r e fl e x i b i l i t y t o d e a l w i t h c l o s e m a t c h e s s h o u l d b e i n c l u d e d . T h e r e s e a r c h e r s d o a d m i t , h o w e v e r , t h a t “ t h e c o m p e t e n c y o f t h i s s y s - t e m i s l i m i t e d a t t h e m o m e n t ” [ M i c h a e l i & B i s w a s , 1 9 9 4 ] . 1 0 2 4 . 3 D S S P r e f o r m T h e D S S P r e f o r m ( D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r P r e f o r r n i n g ) s y s t e m w a s d e v e l - o p e d b y P i t c h u m a n i a n d K a r b h a r i a t t h e U n i v e r s i t y o f D e l a w a r e i n c o n j u n c t i o n w i t h L a n x - i d e C o r p o r a t i o n r o u g h l y d u r i n g 1 9 9 3 t o 1 9 9 5 [ P i t c h u m a n i e t a l . , 1 9 9 3 ; P i t c h u m a n i & K a r b h a r i , 1 9 9 4 ; P i t c h u m a n i e r a l . , 1 9 9 4 ] . T h i s s y s t e m w a s d e v e l o p e d t o a i d i n t h e d e s i g n a n d m a n u f a c t u r e o f p o r o u s p r e f o r m s w h i c h a r e s u b s e q u e n t l y i n fi l t r a t e d w i t h a m a t r i x m a t e r i a l t o f o r m c e r a m i c - a n d m e t a l - m a t r i x c o m p o s i t e s . T h e g o a l w a s t o p r o v i d e a c o m - p r e h e n s i v e t o o l f o r r e a l i z i n g r a p i d , e f fi c i e n t m a n u f a c t u r i n g t h a t w o u l d b e a b l e t o s t a r t w i t h a m a t e r i a l s p e c i fi c a t i o n a n d fi n i s h w i t h c o n t r o l o f t h e m a n u f a c t u r i n g p r o c e s s , c o v e r i n g a l l p o i n t s i n b e t w e e n . T h e d e s i g n p h i l o s o p h y u p o n w h i c h D S S P r e f o r m w a s b a s e d d i s t i n g u i s h e d b e t w e e n m a t e r i a l s e l e c t i o n , p r o c e s s s e l e c t i o n , a n d t h e p a r a m e t e r i z a t i o n o f t h e m a n u f a c t u r i n g p r o - c e s s . A l i n e a r i z e d d e s i g n p r o c e s s b e g i n n i n g w i t h t h e d e t e r m i n a t i o n o f t h e m a t e r i a l s e l e c - t i o n , p r o c e e d i n g t o t h e p r o c e s s s e l e c t i o n a n d e n d i n g w i t h p r o c e s s p a r a m e t e r i z a t i o n w a s d e v e l o p e d a n d i m p l e m e n t e d u t i l i z i n g w h a t t h e r e s e a r c h e r s l a b e l l e d a “ K n o w l e d g e - b a s e d D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m ( K B D S S ) . ” T h i s K B D S S c a n b e c o n s i d e r e d t o b e a m i x t u r e o f a k n o w l e d g e - b a s e d s y s t e m a n d m o d e l - b a s e d r e a s o n i n g . S e e F i g u r e 1 9 f o r t h e e n t i r e d e s i g n p r o c e s s f r o m i n i t i a l p r o b l e m s p e c i fi c a t i o n t o t h e fi n a l fi n i s h e d p a r t , w i t h t h e K B D S S p r o - v i d i n g t h e b r i d g e i n b e t w e e n . D S S P r e f o r m w a s c o m p r i s e d o f t h r e e m a i n p o r t i o n s : a M a t e r i a l s E x p e r t , a P r o c e s s S e l e c t i o n E x p e r t , a n d a P r o c e s s D e s i g n E x p e r t . E a c h o f t h e s e e x p e r t s w a s t o d e t e r m i n e a p o r t i o n o f t h e d e s i g n a n d t h e n h a n d o f f t h e r e s u l t s t o t h e n e x t e x p e r t . S e e F i g u r e 2 0 f o r t h e , v , » V ] , , . / , / . - . . . . . . . . . . 1 0 3 P r o d u c t D e s i g n — t W W i o n / 7 / P r o c e s s S e l e c t % W % / F i g u r e 1 9 . C o m p r e h e n s i v e K B D S S d e s i g n v i s i o n f o r m a n u f a c t u r i n g a p p l i c a t i o n s . a r c h i t e c t u r e o f D S S P r e f o r m . T h e t h r e e e x p e r t s c o m p r i s i n g D S S P r e f o r m a d d r e s s e d o n l y 6 0 % o f t h e t o t a l c o m p r e h e n s i v e d e s i g n v i s i o n s h o w n i n F i g u r e 1 9 . T h e o v e r a l l p r o c e s s f o r g e n e r a t i n g t h e d e s i g n a n d m a n u f a c t u r i n g d e t a i l s i m p l e - m e n t e d w i t h i n D S S P r e f o r m c a n b e t h o u g h t o f a s l i n e a r . T h i s i s i n t e r e s t i n g , a s m o s t c o m - p o s i t e s d e s i g n e r s a d m i t t o t h e i n h e r e n t d i f fi c u l t y o f s t r i c t l i n e a r d e s i g n d u e t o t h e m a n y i n t e r a c t i o n s b e t w e e n v a r i o u s p o r t i o n s o f t h e d e s i g n . H o w e v e r , t h r o u g h a j u d i c i o u s s p e c i fi - c a t i o n o f d e s i g n v a r i a b l e s a n d s o m e l i m i t a t i o n s i m p o s e d b y t h e p r e f o r m m a n u f a c t u r e d o m a i n , D S S P r e f o r m a c c o u n t e d f o r t h e s e i n t e r a c t i o n s . A c a v e a t t o t h i s i s t h a t D S S P r e - f o r m w a s n e v e r f u l l y i n t e g r a t e d ; e a c h o f t h e t h r e e e x p e r t s c o u l d b e a c c e s s e d s e p a r a t e l y , w i t h t h e u s e r p r o v i d i n g t h e i n p u t s w h i c h m a y h a v e b e e n p r o v i d e d b y a n o t h e r e x p e r t a n d 1 0 4 p o t e n t i a l l y o v e r r i d i n g r e c o m m e n d a t i o n s f r o m o t h e r p o r t i o n s o f t h e s y s t e m i f s o d e s i r e d [ P i t c h u m a n i e t a l . , 1 9 9 4 ] . T h e M a t e r i a l s E x p e r t u t i l i z e d s i m p l e i f - t h e n - e l s e r u l e s b a s e d o n s t r u c t u r e - p r o p e r t y m o d e l s t o d e t e r m i n e t h e m a t e r i a l d e s i g n i n f o r m a t i o n . T h e P r o c e s s S e l e c t i o n E x p e r t u s e d “ [ s ] i m p l e r u l e - a n d p r o c e d u r e - b a s e d s e l e c t i o n s t r a t e g i e s . . . t o o b t a i n a l i s t o f r e c o m m e n d e d p r o c e s s e s f o r m a n u f a c t u r i n g t h e p r e f o r m ” [ P i t c h u m a n i e t a l . , 1 9 9 4 ] . T h i s l i s t i n c l u d e d n o t o n l y e x a c t m a t c h e s , b u t c l o s e m a t c h e s a s w e l l . T h e P r o c e s s D e s i g n E x p e r t u t i l i z e d a c o m b i n a t i o n o f h e u r i s t i c s a n d s i m p l e e m p i r i c a l m o d e l s t o p r o v i d e t h e k n o w l e d g e f o r i t s r u l e s . T h e m o d e l - b a s e d p o r t i o n s e r v e d t o v a l i d a t e t h e h e u r i s t i c r e c o m m e n d a t i o n s a n d t o h a n d l e s i t u a t i o n s n o t c o v e r e d b y t h e e s t a b l i s h e d h e u r i s t i c k n o w l e d g e . E a c h o f t h e e x p e r t s w a s c o m p r i s e d o f t e a m s o f h i e r a r c h i c a l l y o r g a n i z e d s p e c i a l i s t m o d u l e s . F i g u r e 2 0 s h o w s s o m e o f t h e d e t a i l s w i t h i n e a c h o f t h e e x p e r t s , w i t h t h e c a v e a t t h a t t h e g r a y e d - o u t p o r t i o n s w e r e n e v e r f u l l y i m p l e m e n t e d . O f p a r t i c u l a r i n t e r e s t i s t h e g r o u p o f s p e c i a l i s t m o d u l e s c o m p r i s i n g t h e M a t e r i a l S e l e c t i o n E x p e r t : R e i n f o r c e m e n t G e o m e - t r y , M a t r i x , R e i n f o r c e m e n t & R e i n f o r c e m e n t V o l u m e F r a c t i o n . T h i s e f f e c t i v e l y d e fi n e s t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l i n t e r m s o f t h e m a t r i x , t h e r e i n f o r c e m e n t , a n d t h e r e i n f o r c e m e n t ’ s g e o m e t r y a n d v o l u m e f r a c t i o n . G i v e n t h e o b j e c t - o r i e n t e d e n v i r o n m e n t ( G e n s y m ’ s G 2 ) i n w h i c h D S S P r e f o r m w a s i m p l e m e n t e d , t h e a d d i t i o n o f m o r e o p t i o n s ( e . g . a d d i t i o n a l p r o c e s s e s , m a t e r i a l s , e t c . ) f o r a n y o f t h e e x p e r t s w a s p o s s i b l e b y s i m p l y c r e a t i n g a n e w o b j e c t o f t h e p r o p e r c l a s s . S i m i - l a r l y , a d d i t i o n a l r u l e s c o u l d b e a d d e d t o t h e e x p e r t s . T h e r e w a s n o a p p a r e n t e x p l a n a t i o n c a p a b i l i t y w i t h i n D S S P r e f o r m . 1 w J J t n n e o i m t e c c a r r o F f n . l i o e V R s s e c n o r P ] s e n i l e d i u G J l n o i s r a g i m t s e e s a e t n r a e g t c l o I i M c g s o . i r f r n e n P i I t D P [ r a ' 5 n o i t [ a n o i t a n r t l i f n I g i s e r t l fi . m n r I ’ o f e r P S S D D c i m a y r g e r r C l a t e M e u d l w l o a t P e M g a l n i n r r o f e r P . t n e y m e c r g t n r e o m f o n e i G e R i s s e c o r P f o e r u t c e t i h c r a e h T . 0 2 e i r e t r a M g n u g i i F t r a t S n o i t l a i n S o S i n O g t t r i c r C c e l O e l p e e t ’ a I e e x M P S S E r r L s e D E x p e r t L r m a . . . l A l u m i n a 1 R e i n f o r c e m e n t S i l i c o n C a r b i d e J ( P r o c e s s E x r t L P B P r o c e s s Y 1 0 5 1 % D S S P r e f o r m w a s t o i n i t i a l l y d e t e r m i n e t h e r e i n f o r c e m e n t a n d m a t r i x m a t e r i a l s , r e i n f o r c e m e n t g e o m e t r y a n d r e i n f o r c e m e n t v o l u m e f a c t i o n i n t h e c o m p o s i t e t h r o u g h t h e u s e o f t h e M a t e r i a l E x p e r t . T h e fi r s t t h r e e o f t h e s e h a v e c h o i c e s l i s t e d i n F i g u r e 2 0 , w i t h t h e M a t e r i a l S e l e c t i o n E x p e r t s e l e c t i n g o n e c h o i c e f r o m e a c h b a s e d o n a c o m b i n a t i o n o f r e l e v a n t m a t e r i a l - s p e c i fi c v a r i a b l e s ( e . g . t h e r m a l c o n d u c t i v i t y , c o e f fi c i e n t o f t h e r m a l e x p a n s i o n , d u c t i l i t y , e t c . ) . T h e v o l u m e f r a c t i o n o f t h e r e i n f o r c e m e n t w a s d e t e r m i n e d b y c o m b i n i n g t h e o t h e r m a t e r i a l c h o i c e s a n d a n e m p i r i c a l m o d e l o f c o m p o s i t e p h y s i c a l p r o p - e r t i e s . T h e o u t p u t f r o m t h i s p o r t i o n w a s t o b e r o u t e d t o t h e P r o c e s s S e l e c t i o n E x p e r t , w h i c h w a s t o u s e t h i s i n f o r m a t i o n t o g e t h e r w i t h a d d i t i o n a l u s e r i n p u t s a n d s p e c i fi c p r o c e s s k n o w l e d g e t o s u g g e s t a n a p p r o p r i a t e p r o c e s s i n g m e t h o d . A f t e r t h i s , t h e P r o c e s s D e s i g n E x p e r t w a s t o t a k e t h e s u g g e s t e d p r o c e s s i n g m e t h o d a n d d e t e r m i n e d d e t a i l e d p a r a m e t e r s f o r t h e s t a r t i n g m a t e r i a l d e s i g n , t h e m o l d d e s i g n a n d t h e p r o c e s s i n g p l a n . T h e r e a r e s o m e i m p o r t a n t l e s s o n s t o l e a r n f r o m t h i s s y s t e m a n d i t s d e v e l o p m e n t , b o t h p o s i t i v e a n d n e g a t i v e . O n t h e p o s i t i v e s i d e , t h e a p p r o a c h t o t h e d e s i g n o f t h e e n t i r e p r o c e s s f r o m m a t e r i a l s e l e c t i o n t o p r o d u c t i o n w a s q u i t e d e t a i l e d a n d t h e i n t e r a c t i o n s b e t w e e n t h e v a r y i n g p o r t i o n s o f t h e d e s i g n w e r e e n u m e r a t e d e x p l i c i t l y , s o m e t h i n g t h a t h a s p r o v e n t o b e d i f fi c u l t f o r o t h e r r e s e a r c h e r s t o h a n d l e . W h i l e t h e f r a m e w o r k f o r D S S P r e - f o r m w a s q u i t e d e t a i l e d , t h e i m p l e m e n t a t i o n w a s n e v e r m u c h m o r e t h a n a p r o t o t y p e . D e s p i t e h a v i n g p r o m i s e d t h e d e t a i l e d c a p a b i l i t i e s o f t h e c o m p r e h e n s i v e K B D S S a p p r o a c h , D S S P r e f o r m n e v e r f u l l y a c h i e v e d m a t u r i t y . T h e M a t e r i a l s E x p e r t w a s n e v e r a b l e t o h a n d l e a n y t h i n g m o r e t h a n p a r t i c u l a t e r e i n f o r c e m e n t s , a n d w h i l e t h e P r o c e s s S e l e c t i o n E x p e r t c o u l d r e c o m m e n d 2 2 d i f f e r e n t 1 0 7 p r o c e s s i n g m e t h o d s , t h e P r o c e s s D e s i g n E x p e r t w a s n e v e r a b l e t o h a n d l e m o r e t h a n t w o o f t h e s e m e t h o d s ( t h e s e c o n d o f w h i c h w a s a d d e d j u s t p r i o r t o t h e t e r m i n a t i o n o f t h i s p r o j e c t ) . A d i r e c t c a u s e o f t h i s s p a r s e i m p l e m e n t a t i o n w a s t h e c o m b i n a t i o n o f a c o r p o r a t e s p o n s o r ( L a n x i d e ) w h o w a s p r o v i d i n g p r o p r i e t a r y i n f o r m a t i o n f o r i n c l u s i o n i n t o t h e s y s - t e m ‘ , a n d a n a t t e m p t t o m a k e t h e s y s t e m g e n e r a l e n o u g h t o d e a l w i t h p r o c e s s i n g t e c h - n i q u e s n o t u t i l i z e d b y L a n x i d e . T h i s c o n fl i c t o f i n t e r e s t s c o n t r i b u t e d s u b s t a n t i a l l y t o t h e d e m i s e o f D S S P r e f o r m . T h e s t a t e d g o a l o f p r o v i d i n g a c o m p r e h e n s i v e t o o l f o r r e a l i z i n g r a p i d a n d e f fi c i e n t m a n u f a c t u r i n g w a s n e v e r f u l l y m e t , a s t h e s y s t e m w a s n e v e r c o m p l e t e l y i m p l e m e n t e d . T h e p o r t i o n s o f D S S P r e f o r m w h i c h w e r e i m p l e m e n t e d , m o s t n o t a b l y t h e M a t e r i a l s E x p e r t , w e r e q u i t e d e t a i l e d a n d d i d i n d e e d p r o v i d e a p o r t i o n o f t h e i n t e n d e d c o m p r e h e n s i v e t o o l . 4 . 4 C O M D E S T h e C o m p o s i t e s D e s i g n e r ( C O M D E S ) s y s t e m w a s d e v e 1 0 p e d d u r i n g 1 9 9 1 - 1 9 9 4 b y E d w a r d s a n d I g e a t t h e C a m b r i d g e E n g i n e e r i n g D e s i g n C e n t r e w i t h s u p p o r t f r o m R o l l s - R o y c e [ E d w a r d s e t a l . , 1 9 9 4 ] . C O M D E S w a s i n t e n d e d t o a s s i s t i n d e s i g n i n g p o l y - m e r m a t r i x c o m p o s i t e m a t e r i a l s , s p e c i fi c a l l y a d d r e s s i n g t h e o p t i m i z a t i o n o f l a m i n a t e s t a c k i n g s e q u e n c e s . T h e p r i m a r y o b j e c t i v e s o f t h i s p l a n n e d a s s i s t a n c e w e r e t o i m p r o v e t h e q u a l i t y o f d e c i s i o n m a k i n g i n , a n d t o r e d u c e t h e t i m e r e q u i r e d f o r , t h e d e s i g n p r o c e s s . T h e v i s i o n o f e n g i n e e r i n g d e s i g n b e h i n d t h e d e v e 1 0 p m e n t o f C O M D E S c a n b e p r e - s e n t e d a s a n i d e a l i z e d d e s i g n p r o c e s s c o m p r i s e d o f t h r e e m a i n p o r t i o n s : c o n c e p t u a l , e m b o d i m e n t , a n d d e t a i l . S e e F i g u r e 2 1 f o r t h i s t h r e e - p h a s e d e s i g n p r o c e s s . A s d e fi n e d 1 . T h i s i n d u s t r i a l s p o n s o r s h i p w i t h I a n x i d e l e d t o t h e m o s t d e t a i l e d p o r t i o n o f t h e s y s t e m : p r o c e s s d e s i g n f o r l o w t e m p e r a t u r e m o l d i n g . s p a m ’ b m - — — - > [ C o n c e p t u a l D e s i g n ] 1 0 8 c o n c e p t d r a w i n g [ E m b o d i m e n t D e s i g n ] < I l a y o u t d r a w i n g I > [ o e t a n D e s i g n ] I m a n u f a c t u r i n g i n s m l c t i o n s F i g u r e 2 1 . T h e i d e a l i z e d t h r e e - p h a s e d e s i g n p r o c e s . w i t h i n C O M D E S , c o n c e p t u a l d e s i g n d e a l s w i t h t h e g e n e r a t i o n o f c o n c e p t s l i k e l y t o f u l fi l l t h e d e s i g n s p e c i fi c a t i o n s , r e s u l t i n g i n a c o n c e p t d r a w i n g . I n e m b o d i m e n t d e s i g n , f o u n d a - t i o n s a r e l a i d f o r a d e t a i l e d d e s i g n t h r o u g h a s t r u c t u r a l d e v e l o p m e n t o f t h e c o n c e p t . T h e o u t p u t f r o m t h i s p h a s e i s a l a y o u t d r a w i n g . F i n a l l y , d e t a i l d e s i g n d e fi n e s t h e p r e c i s e g e o m e t r y a n d m a t e r i a l s a n d g e n e r a t e s m a n u f a c t u r i n g i n s t r u c t i o n s . C O M D E S a d d r e s s e s d e s i g n a t b o t h t h e c o n c e p t u a l a n d e m b o d i m e n t l e v e l s . T h e a p p r o a c h t o t h e d e s i g n o f p o l y m e r c o m p o s i t e s t a k e n b y t h i s s y s t e m i s i n t r i g u - i n g , a s i t u s e s a t a s k - l e v e l m o d e l t o d e s c r i b e t h e p h i l o s o p h y b e h i n d t h e c o m p u t a t i o n a l i m p l e m e n t a t i o n . H e r e , t a s k s a r e u s e d a s a d e s c r i p t i o n o f a s o l u t i o n t o a t e c h n i c a l p r o b l e m ( e . g . g e n e r a t e c a n d i d a t e m a t e r i a l s , g e n e r a t e c a n d i d a t e g e o m e t r y , g e n e r a t e c a n d i d a t e p r o - c e s s i n g r o u t e ) . A s u s e d i n C O M D E S , t a s k s s h o u l d n o t b e e q u a t e d w i t h G e n e r i c T a s k s . 1 0 9 T h e a p p r o a c h o f b r e a k i n g t h e o v e r a l l d e s i g n p r o c e s s i n t o d i s c r e t e p o r t i o n s o r t a s k s p r o v i d e s g u i d a n c e o n h o w t o p r o c e e d w i t h a n i m p l e m e n t a t i o n o f t h e d e s i g n p r o c e s s . A s a r e s u l t o f t h i s t a s k a n a l y s i s , a t a s k - l e v e l m o d e l o f t h e e n g i n e e r i n g d e s i g n p r o c e s s h a s b e e n g e n e r a t e d . T h i s m o d e l c a n b e t h o u g h t o f a s a n o r d e r e d l i s t i n g o f t h e e n g i n e e r i n g p r o b l e m s w h i c h m u s t b e s o l v e d i n t h e d e s i g n p r o c e s s a n d t h e r e q u i s i t e i n t e r a c t i o n s b e t w e e n t h e m , t h e o r d e r i n g o f w h i c h h a s b e e n o p t i m i z e d t o m i n i m i z e f e e d b a c k b e t w e e n t h e i n d i v i d u a l p r o b l e m s . T h e t a s k - l e v e l m o d e l o f t h e d e s i g n p r o c e s s c a n b e s e e n i n F i g u r e 2 2 . S h a d e d n o d e s i n t h i s fi g u r e a r e d e p e n d e n t u p o n f e e d b a c k , n e c e s s i t a t i n g a n i t e r a t i v e a p p r o a c h f o r s o l u - t i o n . F o r e x a m p l e , t h e n o d e “ i d e n t i t y s u i t a b l e f i b e r o r i e n t a t i o n & p r o p o r t i o n ” h a s f e e d b a c k c o n - t r i b u t i o n s f r o m t h e n o d e s “ c o m p u t e e l a s t i c p r o p e r t i e s o f l a m i n a t e , ” “ e v a l u a t e l a m i n a t e v s . s t r u c t u r a l r e q s , ” a n d “ e v a l u a t e l a m i n a t e v s . s t r e n g t h c r i t e r i a . ” C O M D E S u s e d a p s e u d o - b l a c k b o a r d s y s t e m f o r a n o v e r a l l c o n t r o l m e c h a n i s m , w i t h i n w h i c h o p e r a t e d s y s t e m s f o r p e r f o r m i n g s p e c i fi c t a s k s f r o m t h e e n g i n e e r i n g d e s i g n p r o c e s s m o d e l m e n t i o n e d a b o v e . T h e s e s y s t e m s i n c l u d e d : M a t S e l , w h i c h s e l e c t e d t h e m o s t s u i t a b l e c o m p o s i t e m a t e r i a l s ; L a m C o n , w h i c h s e l e c t e d t h e l a m i n a t e l a y u p , o p t i m i z e d t h e s t a c k i n g s e q u e n c e o f t h e l a m i n a t e a n d e v a l u a t e d t h e e l a s t i c p r o p e r t i e s o f t h e l a m i n a t e ; S t r u c t A n , w h i c h a n a l y z e d t h e l a m i n a t e c o n fi g u r a t i o n s f o r s t r e s s a n d s t r a i n a s w e l l a s a p p r o p r i a t e f a i l u r e c r i t e r i a ; a n d C r i t i c , w h i c h s t r a t e g i c a l l y m a n a g e d t h e i t e r a t i o n s b e t w e e n t h e s e s y s t e m s . T h e u s e r i n t e r a c t e d d i r e c t l y w i t h C O M D E S a s i t r a n , c o n t r o l l e d t h e i n f o r m a t i o n fl o w b e t w e e n e a c h o f t h e s e s y s t e m s , a n d a c c e p t e d o r r e j e c t e d a d v i c e g i v e n b y e a c h s y s t e m . D u e t o t h i s u s e r i n t e r a c t i o n , C O M D E S c a n n o t b e c o n s i d e r e d t o b e a t r u e b l a c k b o a r d s y s t e m ( h e n c e , t h e p s e u d o - p r e fi x ) . A t r u e b l a c k b o a r d s y s t e m m u s t c o n t r o l ] s q e r l a r u t c f ‘ a \ 1 ] n o i t a t n e m u c u o r t s n o o t n i t c \ a r t x e [ \ \ y a l t u o t s o c d n g i s e d e d i v o S E r D p ' { : ” f ‘ ' , M O C n ’ ’ I s t p e s l a i r e " c n t " o a ’ c m n t I o t n i e j y f i t i s o n p e d m i o c g n i n g i s e d r o f s n o i t c a r e t n i & y s a l t k s u a o t t s n o g c e t a i s e u D l a v e . 2 2 e r u g i F o o f n i t c a — s n o i t a c i f i c e p s n g i s e d r t x e ] s e p y t d a o l d e t c e p x e n o o f n i t c a r t x e [ L e x t r a c t f u n c t i o n o f c o m p o n e n t ] \ l [ g e n e r a t e c a n d i d a t e g e o m e t r y l I \ I I \ I I d e n t i f y s u i t a b l e f i b e r o r i e n t a t i o n 8 . p r o p o r t i o n ] I l l I I \ I l I I I \ E \ ~ ‘ \ \ . _ _ _ _ _ _ _ ~ _ ‘ — \ - ~ _ _ _ — — ' — ' — ‘ - I 1 1 0 1 1 1 ' z . . “ I L a m C o n I l S t r u c t A n I F i g u r e 2 3 . B l a c k b o a r d s y s t e m a r c h i t e c t u r e f o r C O M D E S . i t s e l f , a n d C O M D E S w a s n o t a u t o n o m o u s . S e e F i g u r e 2 3 f o r a d i a g r a m o f t h e o v e r a l l s y s t e m . N o s p e c i fi c m e n t i o n o f t h e p r o b l e m s o l v i n g t e c h n i q u e s u t i l i z e d w i t h i n t h e s u b o r d i - n a t e s y s t e m s w a s m a d e , b u t b a s e d u p o n t h e d e s i g n t a s k s t h e y w e r e t o p e r f o r m o n e c a n d e d u c e t h a t M a t S e l & C r i t i c w e r e c l a s s i c a l r u l e - b a s e d e x p e r t s y s t e m . A s t h e s y s t e m g e n - e r a t e d n e w c o m p o s i t e d e s i g n s i n c o n s u l t a t i o n w i t h t h e u s e r , i t a u t o m a t i c a l l y m o d i fi e d a n d a d d e d t o i t s k n o w l e d g e b a s e . T h e r e w e r e n o a p p a r e n t e x p l a n a t i o n c a p a b i l i t i e s w i t h i n C O M D E S a s i d e f r o m f o l l o w i n g a t r a c e o f i t s e x e c u t i o n . B y s t e p p i n g t h r o u g h t h e t a s k - l e v e l m o d e l o f t h e d e s i g n p r o c e s s f o r c o m p o s i t e s a s s h o w n i n F i g u r e 2 2 , a f e e l f o r t h e o p e r a t i o n o f C O M D E S c a n b e g a i n e d . H o w e v e r , n o t a l l 1 1 2 o f t h e s e t a s k s w e r e i n c l u d e d w i t h i n t h e s y s t e m . A d e s i g n s p e c i fi c a t i o n w a s t h e s t a r t i n g p o i n t . F r o m t h i s , i n f o r m a t i o n w a s e x t r a c t e d a b o u t t h e f u n c t i o n o f t h e c o m p o n e n t , e x p e c t e d l o a d t y p e s , c o s t o u t l a y a n d s t r u c t u r a l r e q u i r e m e n t s . C a n d i d a t e g e o m e t r i e s f o r t h e c o m p o s i t e w e r e t h e n g e n e r a t e d f r o m t h e f u n c t i o n a n d l o a d t y p e s . M a t S e l t h e n d e t e r m i n e d t h e m o s t s u i t a b l e c o m p o s i t e m a t e r i a l s f r o m t h e c a n d i d a t e g e o m e t r i e s , s t r u c t u r a l r e q u i r e - m e n t s , c o s t o u t l a y a n d e x p e c t e d l o a d t y p e s . A f t e r w h i c h , t h e c a n d i d a t e p r o c e s s i n g p l a n w a s d e t e r m i n e d f r o m t h e c a n d i d a t e g e o m e t r i e s , s t r u c t u r a l r e q u i r e m e n t s a n d c o s t o u t l a y . T h e g e o m e t r y w a s t h e n s i m p l i fi e d i n t o g e n e r i c s h a p e s t h r o u g h t h e u s e o f t h e e x p e c t e d l o a d t y p e s . L a m C o n t h e n s e l e c t e d t h e fi b e r o r i e n t a t i o n , o p t i m i z e d t h e l a m i n a t e l a y u p a n d c o m - p u t e d t h e e l a s t i c p r o p e r t i e s o f t h e l a m i n a t e . S t r u c t A n e v a l u a t e d t h e l a m i n a t e l a y u p a g a i n s t t h e s t r u c t u r a l r e q u i r e m e n t s a n d s t r e n g t h c r i t e r i a . C O M D E S t h e n i t e r a t e d ( u n d e r t h e c o n - t r o l o f t h e u s e r ) b e t w e e n L a m C o n a n d S t r u c t A n u n t i l a n a p p r o p r i a t e l a m i n a t e l a y u p w a s d e t e r m i n e d . A d e t a i l e d F E A w a s p e r f o r m e d w i t h t h e g e n e r i c s h a p e s a n d l a m i n a t e e l a s t i c p r o p e r t i e s . J o i n i n g c o n c e p t s w e r e i d e n t i fi e d , t h e c o s t o u t l a y e v a l u a t e d a n d t h e fi n a l d e s i g n d o c u m e n t a t i o n w a s g e n e r a t e d . T h e u n d e r l y i n g p r e m i s e o f C O M D E S i s t h a t a r i g i d p h a s e l e v e l d e s i g n p r o c e s s f o r c o m p o s i t e s i s a r i d i c u l o u s e n d e a v o r . T h i s a s s e r t i o n a r i s e s f r o m r e c o g n i z i n g t h e i m p o s s i b i l i t y o f s o l v i n g t h e d e s i g n p r o b l e m a t t h e c o r r e c t l e v e l o f d e t a i l i n a n s t r i c t l y i m p o s e d l i n e a r d e s i g n p r o c e s s . R i g i d p h a s e - l e v e l d e s i g n , w h i c h i n c l u d e s d i s t i n c t c o n c e p t u a l , e m b o d i m e n t , a n d d e t a i l d e s i g n p h a s e s , d o e s n o t a l l o w f o r t h e c o m p l e x i n t e r a c t i o n o f d e s i g n i s s u e s s o p r e v e l a n t i n c o m p o s i t e s d e s i g n ( e . g . , m a t e r i a l c h o i c e i m p a c t s t h e p r o c e s s i n g m e t h o d , w h i c h i m p a c t s s t r u c t u r a l g e o m e t r y , w h i c h i n t u r n i m p a c t s t h e m a t e r i a l c h o i c e ) . 1 1 3 C O M D E S , w h i l e c a s t i n t h e fl a v o r o f t h e p h a s e l e v e l d e s i g n p r o c e s s , u t i l i z e s a t a s k l e v e l d e s i g n p r o c e s s . A s i m p l e m e n t e d i n C O M D E S , v a r i o u s d e s i g n t a s k s c r o s s t h e b o u n d - a r y b e t w e e n c o n c e p t u a l a n d e m b o d i m e n t d e s i g n . S o , w h i l e t h e p h a s e l e v e l d e s i g n p r o c e s s i s a c o n v e n i e n t w a y t o t h i n k a b o u t t h e d e s i g n p r o c e s s , C O M D E S s h o w s t h a t t h e d e t a i l s o f t h e d e s i g n c a n o c c u r a c r o s s t h e b o u n d a r i e s s e t b y p h a s e l e v e l d e s i g n . C O M D E S h a s b e e n s u c c e s s f u l l y t e s t e d o n s e v e r a l s i m p l e c a s e s t u d i e s , a n d t h e r e a r e p l a n s t o e x t e n d i t s c a p a b i l i t i e s [ E d w a r d s e t a l . , 1 9 9 4 ] . 4 . 5 E A D O C S T h i s s y s t e m i s s t i l l u n d e r d e v e l o p m e n t a n d i n i t s p r o t o t y p e p h a s e ; c o n s e q u e n t l y i t i s a s y e t i n c o m p l e t e . H o w e v e r , t h e r e a r e s o m e i n t e r e s t i n g f e a t u r e s w h i c h w a r r a n t c o n s i d e r a t i o n h e r e , e v e n t h o u g h n o t a l l o f t h e d e t a i l s a r e y e t d e t e r m i n e d . E A D O C S , w h i c h s t a n d s f o r E x p e r t A s s i s t e d D e s i g n O f C o m p o s i t e S t r u c t u r e s , i s a n e x p e r t s y s t e m f o r t h e c o n c e p t u a l d e s i g n o f t h i n l a m i n a t e d c o m p o s i t e p a n e l s i n a i r c r a f t s t r u c t u r e s . N e t t e n & V m g e r h o e d s a t t h e D e l f t U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y i n t h e N e t h e r - l a n d s h a v e b e e n d e v e l o p i n g E A D O C S s i n c e 1 9 9 3 [ N e t t e n e t a l . , 1 9 9 5 ; N e t t e n & V i n g e r - h o e d s , 1 9 9 6 a ; N e t t e n & V i n g e r h o e d s , 1 9 9 6 b ] . I t i s a n o f f s h o o t o f N e t t e n ’ s M . S . w o r k w h i c h d e a l t w i t h t h e d i s c r e t e n u m e r i c a l o p t i m i z a t i o n o f c o m p o s i t e a i r c r a f t s t r u c t u r e s [ N e t t e n , 1 9 9 6 ] . T h e m a i n t h r u s t o f E A D O C S i s t o g e n e r a t e s o l u t i o n s a t a c o n c e p t u a l l e v e l w h i c h a r e u s e f u l a s a s t a r t i n g p o i n t f o r m o r e d e t a i l e d n u m e r i c a l a n a l y s i s a n d o p t i m i z a t i o n . A s s t a t e d a b o v e , E A D O C S d e s i g n s c o m p o s i t e p a n e l s a t a c o n c e p t u a l l e v e l . A s d e fi n e d w i t h i n E A D O C S , t h i s c o n c e p t u a l l e v e l o f t h e d e s i g n p r o c e s s i n v o l v e s t h e fl u i d n a v i g a t i o n o f a d y n a m i c m i x o f p o t e n t i a l l y c o n t r i b u t i n g f a c t o r s , r a n g i n g f r o m q u a l i t a t i v e 1 1 4 o b j e c t i v e s t o e x p l i c i t q u a n t i t a t i v e l i m i t a t i o n s ( e . g . , m i n i m i z e w e i g h t , m i n i m i z e c o s t , p a n e l m u s t b e a t l e a s t o n e i n c h t h i c k , a n d s o o n ) . D e s i g n s p e c i fi c a t i o n s a n d o b j e c t i v e s a r e u s e d t o d e t e r m i n e a “ g o o d ” c o n c e p t f o r f u r t h e r p r e l i m i n a r y d e s i g n a n d o p t i m i z a t i o n . T h e s y s t e m h a n d l e s t h e d e s c r i p t i o n o f t h e c o m p o s i t e p a n e l s b y s p e c i f y i n g m a t e r i a l s , fi b e r o r i e n t a t i o n , n u m b e r s o f p l i e s , p a n e l t y p e a n d c o m p o n e n t s f o r s t i f f e n i n g f r o m a l i m i t e d c a t a l o g o f c h o i c e s . S e e F i g u r e 2 4 f o r s o m e p o s s i b l e d e s i g n e l e m e n t s f o r r e p r e s e n t i n g p a n e l c o n c e p t s [ N e t t e n e t a l . , 1 9 9 5 ] . T h e p a n e l d e s i g n s w i t h i n E A D O C S a r e d e c l a r e d a t t h r e e l e v e l s : p r o t o t y p e d e s i g n , i n i t i a l c o n c e p t u a l d e s i g n , a n d c o n c e p t u a l d e s i g n . P r o t o t y p e d e s i g n i n v o l v e s s i m p l y s p e c i - f y i n g w h a t t y p e s o f c o m p o n e n t s a n d d e s i g n e l e m e n t s a r e t o b e i n c o r p o r a t e d i n a fi n a l d e s i g n . I n i t i a l c o n c e p t u a l d e s i g n q u a n t i fi e s t h e p r o t o t y p e b y a s s i g n i n g i n i t i a l v a l u e s t o t h e a t t r i b u t e s . C o n c e p t u a l d e s i g n m o d i fi e s t h i s i n i t i a l c o n c e p t t o t h e p o i n t w h e r e i t i s a g o o d s t a r t i n g p o i n t f o r f u r t h e r d e s i g n O p t i m i z a t i o n . W i t h i n t h e c o n t e x t o f E A D O C S , t h e r e f o r e , c o n c e p t u a l d e s i g n i n v o l v e s t h r e e s t e p s : p r o t o t y p e s e l e c t i o n , c o n c e p t s e l e c t i o n , a n d c o n c e p t a d a p t a t i o n . F i g u r e 2 5 p r e s e n t s a l o g i - c a l p r o g r e s s i o n o f t h e c o n c e p t u a l d e s i g n p r o c e s s a s e m b o d i e d w i t h i n E A D O C S . c o m p o s i t e p a n e l c o m p o s i t e m a t e r i a l p a n e l s t r u c t u r e l a m i n a t e l a y - t p F i g u r e 2 4 . D e s i g n e l e m e n t s f o r c o m p o s i t e p a n e l p r o t o t y p e s i n E A D O C S . 1 1 5 T h e i n t e n t o f E A D O C S i s t o u t i l i z e t h e c o m p u t a t i o n a l t e c h n i q u e m o s t s u i t e d t o a p a r t i c u l a r p o r t i o n o f t h e c o n c e p t u a l d e s i g n p r o c e s s . H o w w e l l a p a r t i c u l a r t e c h n i q u e i s s u i t e d t o a d e s i g n t a s k i s d e t e r m i n e d e x p l i c i t l y b y t h e r e a s o n i n g p r o c e s s t h e d e s i g n t a s k i s t o p e r f o r m a n d t h e r e p r e s e n t a t i o n o f t h e a v a i l a b l e k n o w l e d g e . P r o t o t y p e s e l e c t i o n u t i l i z e s c o n s t r a i n t - b a s e d r e a s o n i n g t o l i m i t t h e d e s i g n s p a c e . C a s e - b a s e d r e a s o n i n g i s t h e n u s e d t o d e t e r m i n e i n i t i a l c o n c e p t s . T h e a d a p t a t i o n o f t h e r e s u l t i n g c o n c e p t s i s p e r f o r m e d t h r o u g h t h e u s e o f e x p e r t - g o v e m e d n u m e r i c a l o p t i m i z a t i o n ( E G N O P ) . T h e s e t h r e e c o m p u t a t i o n a l a p p r o a c h e s a r e e m b e d d e d w i t h i n a m e t a - l e v e l r u l e - b a s e d s y s t e m t h a t c o n t r o l s t h e o v e r a l l d e s i g n p r o c e s s , d a t a fl o w a n d u s e r i n t e r a c t i o n [ N e t t e n e t a l . , 1 9 9 5 ] . E A D O C S i s n o t a u t o n o m o u s , a n d r e q u i r e s s u b s t a n t i a l u s e r i n t e r a c t i o n . P r o t o t y p e s e l e c t i o n q u a l i t a t i v e l y e v a l u a t e s t h e d e s i g n s p e c i fi c a t i o n s a n d s u b s o l u - t i o n s a n d t h e n c o m b i n e s t h e s u b s o l u t i o n s t o g e n e r a t e a p r o t o t y p i c a l p a n e l d e s i g n . A s s e e n i n F i g u r e 2 5 , t h i s c a n b e i n t e r p r e t e d a s a p r o p a g a t i o n o f t h e d e s i g n s p e c i fi c a t i o n s t o l i m i t t h e a l l o w a b l e d e s i g n s p a c e t o a n a r e a w h e r e d e s i g n o p t i m a c a n b e e x p e c t e d . T h i s q u a l i t a - t i v e e v a l u a t i o n u t i l i z e s t h e a c h i e v e d f u n c t i o n a l i t i e s o f t h e s u b s o l u t i o n s a n d t h e i n t e r a c t i o n s b e t w e e n t h e s e s u b s o l u t i o n s . T h e s e l e c t i o n i s p e r f o r m e d b y m a p p i n g t h e a c h i e v a b l e b e h a v - i o r o f t h e s u b s o l u t i o n s o n t o t h e S p e c i fi e d f u n c t i o n a l i t y t h e p a n e l m u s t m e e t a n d i s d r i v e n b y a n o p t i m a l i t y c r i t e r i a ( i . e . g e t a s c l o s e t o t h e i n t e n d e d f u n c t i o n a l i t y a s p o s s i b l e ) . T h e p r o t o t y p e i s t h e n u s e d ( i n c o n j u n c t i o n w i t h t h e d e s i g n s p e c i fi c a t i o n s ) t o r e u i e v e m a t c h i n g c a s e s . T h e s e c a s e s a r e c o m p r i s e d o f t h e a t t r i b u t e s o f b o t h c o m p l e t e a n d i n c o m p l e t e d e s i g n s a n d t h e i r r e s p e c t i v e f u n c t i o n a l i t i e s . A g a i n , b y c o n s u l t i n g F i g u r e 2 5 , t h i s c a n b e l o g i c a l l y r e p r e s e n t e d a s t h e d e t e r m i n a t i o n o f t h e i n i t i a l c o n c e p t ( s ) b y fi n d i n g t h e r e g i o n o f o p t i m a l p r a c t i c a l d e s i g n s . T h o s e c a s e s w h i c h m a t c h t h e p r o t o t y p e m o s t 1 1 6 o f s p e c i f i c a t i o n s t o l i m i t d e s i g n F i g u r e 2 5 . L o g i c a l p r o g r e s s i o n o f t h e c o n c e p t u a l d e s i g n s t r a t e g y i n E A D O C S . l l 7 c l o s e l y , e v e n i f t h e c a s e s a r e i n c o m p l e t e , a r e t h e n a d a p t e d a n d c o m b i n e d t o f o r m t h e fi n a l c o n c e p t u a l p a n e l d e s i g n . T h e a d a p t a t i o n i n v o l v e s fi r s t r e p l a c i n g t h e s u b s o l u t i o n s i n t h e p r o t o t y p e w i t h t h e c o r r e s p o n d i n g d e s i g n o b j e c t s ( n o n - o p t i m a l p o r t i o n s o f t h e o v e r a l l p a n e l d e s i g n ) . T h e e v o l v i n g d e s i g n c o n c e p t i s f u r t h e r t r a n s f o r m e d t h r o u g h t h e u s e o f h e u r i s t i c d i s c r e t e o p t i m i z a t i o n a n d s t a n d a r d n u m e r i c a l o p t i m i z a t i o n t e c h n i q u e s . T h e t a r g e t f o r t h i s o p t i m i z a t i o n i s t h e s p e c i fi e d b e h a v i o r w h i c h t h e p a n e l m u s t m e e t . F i n a l l y , p r e l i m i n a r y d e s i g n s t a g e g e n e r a t e s a d e s i g n f r o m t h e o p t i m i z e d p a n e l c o n c e p t . A n u n a n s w e r e d q u e s t i o n a b o u t t h i s s y s t e m a n d t h e u t i l i z e d a p p r o a c h i n c l u d e i s w h e t h e r o r n o t i t w i l l a c t u a l l y w o r k . D u e t o i t s i m m a t u r i t y , t h i s s y s t e m h a s y e t t o b e t e s t e d f o r v a l i d i t y ( n o t t o m e n t i o n e f fi c i e n c y ) . A s o f t h i s w r i t i n g , t h e c a s e l i b r a r y h a s y e t t o b e c o m p l e t e l y fi l l e d [ N e t t e n , 1 9 9 6 ] . A n y e v a l u a t i o n o f t h e c a p a b i l i t i e s o f t h e s y s t e m m u s t w a i t u n t i l e n o u g h d e t a i l e x i s t s t o p e r m i t v a l i d a t i o n s t u d i e s . T h i s w o r k i s o n g o i n g , w i t h p l a n s t o s i g n i fi c a n t l y i n c r e a s e t h e o v e r a l l d e p t h a n d r i g o r o f t h e i m p l e m e n t a t i o n b y t h e e n d o f S u m m e r 1 9 9 7 [ N e t t e n , 1 9 9 6 ] . I t i s n o t c l e a r w h e t h e r o r n o t t h e A I t e c h n i q u e s u s e d i n t h i s a p p r o a c h a r e a p p r o p r i - a t e f o r t h e d e s i g n p r o b l e m s c o n s i d e r e d . T h i s u n c e r t a i n t y i s d u e i n p a r t t o t h e l a c k o f a n y e x p l i c i t s y s t e m k n o w l e d g e ( e . g s y s t e m r u n t r a c e s , u t i l i z e d c a s e s ) i n t h e l i t e r a t u r e , w h i c h i s i n t u r n d u e t o t h e i n c o m p l e t e n e s s o f t h e c u r r e n t d e v e l o p m e n t . E v e n i f t h i s s y s t e m n e v e r r e a c h e s m a t u r i t y , g e n e r a l l e s s o n s w i l l h a v e b e e n l e a r n e d b y t h e f a c t t h a t i t w a s a t t e m p t e d . T h e m a n n e r i n w h i c h t h e a d a p t a t i o n o f t h e c o n c e p t u a l d e s i g n s i s a p p r o a c h e d i s i n t r i g u i n g . T h e r e a r e t w o r e a s o n s f o r t h i s : t h e d e t a i l e d l i s t i n g o f d e s i g n p o s s i b i l i t i e s , a n d t h e m i x e d l e v e l s o f c o m p l e x i t y t h a t e x i s t a m o n g t h e s e p o s s i b i l i t i e s . I t d o e s a p p e a r , h o w e v e r , t h a t 1 1 8 w h a t i s a l r e a d y a d i f fi c u l t d e s i g n p r o b l e m h a s b e e n m a d e e v e n m o r e d i f fi c u l t b y t h i s d e s i g n m e t h o d o l o g y . 4 . 6 C a p a b i l i t i e s & I m p l i c a t i o n s o f T h e s e S y s t e m s T h r o u g h o u t t h e p r e c e d i n g d i s c u s s i o n , v a r i o u s c a p a b i l i t i e s o f t h e s y s t e m s c o n s i d e r e d h a v e b e c o m e a p p a r e n t . W h e n t a k e n w i t h t h e c o m p u t a t i o n a l t e c h n i q u e ( s ) u s e d , t h e p r e s e n c e ( o r l a c k ) o f t h e s e c a p a b i l i t i e s h a s s e r v e d a s a r o a d m a p f o r s u c c e s s f u l c o m p o s i t e s d e s i g n i m p l e m e n t a t i o n s . T o u n i f o r m l y a d d r e s s t h e s e c a p a b i l i t i e s a n d d e fi n e t h e r o a d m a p f o r s u c c e s s f u l a p p r o a c h e s t o c o m p o s i t e s d e s i g n , t h e d i s c u s s i o n t h a t f o l l o w s r e f e r s t o t h e c o m p a r i s o n f r a m e w o r k p r e s e n t e d a t t h e b e g i n n i n g o f t h i s c h a p t e r . T h e c a p a b i l i t i e s n e c e s s a r y f o r s u c - c e s s f u l a p p r o a c h e s t o d e s i g n i n g c o m p o s i t e s a r e i d e n t i fi e d b y c o m p a r i n g s p e c i fi c f e a t u r e s f r o m t h a t f r a m e w o r k . A d i s c u s s i o n o f t h e s e c a p a b i l i t i e s i n l i g h t o f o t h e r g e n e r a l c o m - m e n t s c o n c l u d e s t h i s c h a p t e r . 4 . 6 . 1 C o m p a r i s o n F r a m e w o r k A n a l y s i s R e v i s i t i n g t h e c o m p a r i s o n f r a m e w o r k p r e s e n t e d e a r l i e r h e l p s t o b r i n g t r e n d s a m o n g t h e c o n s i d e r e d s y s t e m s t o l i g h t . S e e T a b l e l f o r a s i d e - b y - s i d e c o m p a r i s o n o f a l l fi v e s y s t e m s w i t h i n t h i s f r a m e w o r k . T h e d i s c u s s i o n h e r e c o n s i d e r s t h r e e a s p e c t s s u m m a r i z e d i n T a b l e l : t h e s p e c i fi c d e s i g n p r o b l e m a d d r e s s e d ( t h e d o m a i n ) , t h e d e s i g n p h i l o s O p h y , a n d p r o b l e m s o l v i n g t e c h n i q u e s u s e d . O f t e n , a d i s t i n c t i o n b e t w e e n t h e d e s i g n d o m a i n a n d t h e d e s i g n p h i l o s o p h y c a n n o t n e c e s s a r i l y b e m a d e . n e r y o o n t s s s r S l i o i s s f e a S o e s c s b D i t e l a e s t i a B e l l a c c i f i d c a g n p m K w d d o a c x w y e e m e fi e w e e n n d i w d d o d a o t o o f l m i d r d e n d d a o o n d a M a m k n m t s . n g i s i e t d a s e n a l n t t t l e m - o n n n o t e e e f s r r r a a a y n p p p c s e a p p a p a h a a a t r e e e n g t r t e p x E i s o p m o n n i n h o o w o n n n o t o l c l n e d g & - t - - m , o i t n r n i a r t a s a c e d n e p o n h y o i n . m e i r i s c s r t E x o i o m b e i t e s u s ( n o e a y t m d n - t k a d m l r m s e c z e a i h t t c a o . p s r e o t o a m w x c r t o p R k e o e e e a i r ’ t p a t m l d s B e a i d z a c d e i y n t i a s m g p r a s e B x p s b y d e o o h e e b t a i d l t v d , - p c t t s r d d p a a d n s C r o s o t i o G e b e a r / w g a m n - s w o P l l L l b o O m e a h ) c t r a R e i t a b k g B l s e r y p t u - c r a l O r r f e a s e s C x n u l o R g s P n a i i u b o b ‘ S r c l n e h t a t - - u - d r & s s c t p e ' a s e s n e e u g m r i l n o f n m c e n g u o t s m s i e a s e o f s e b s s i s c n p i o a d e y c , e l n t s r m d c o g a s p g a s m o i p b i u n d s i r s s & s m r o i i s e l l p e i r y h a i d c e s l t e l t a i e i s e a i a h t e s t v h a n i r & m t e t y i e r t n i r a a e d l l r a r g g t e t o a n c a g f i n e n p a u n t n a i a f a i s m i t m m n a t p l o t n o n s e t i i m s t e g e l a c d i r e c n s u , n l n o s i r a p s e t t e a e o o & s a r l a d s i c p m t e e n h c r e a s s t f - - m c t o t i l s e a e r o a p r o i i l i ) u t m c c g i y p e a c s s w p s r t t m o r d i p p n s l o o r n e a s l u o o n d i m c a e p c i a d m c m c t d r l p l e a m o a s o fi n s o n e m c c a e c d c u a f i t f e e n o i a t e d o t p a e e p r r e c a s c e i i m m s a p n . m t t a i s D n y y i ( o n s a o i i o l l m r s t o o a e t r e m p a m A c o l p l p a a c : p l e l b a T t a m m P r S e E g f e n o t s t i s y o S p i e D s r e P M D O S S m C o D C s n l i e n n a a l p n e i t h i t D e s i g n P h i l o s o p h y P S T h c h n i q u e C u n p o s i t e s D e s i g n A s s i s t a n t e x a m i n a t i o n o f s p e c i fi c m i c s a s fi r e d d e s i g n e q u a - t i o n s c a n ’ t b e c h a n g e d a t a l l d e t e r m i n e l i s t o f p o s s i b l e m a t e r i a l s & p r o d u c t i o n p r o - c e s s e s a t a c o n c e p t p h a s e , t h e n u s e t o fi n d s i m i l a r p a r t s e x a m i n e p a t i a l a n s w e r s & r u l e s u s e d t o d e t e r - u r i n e t o l i b r a r y K n o w l e d g e B a s e d D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m ; h e u r i s t i c s & m o d e l - b a s e d r e a s o n i n g ; i m p l e m e n t e d u s i n g G Z c o n c e p t u a l d e s i g n ; h m i n a t e o p t i m i z a t i o n ; a m a l g a m - a t i o n o f d e s i g n p o r t i o n s ; a d a p t a t i o n t o l i b r a r y 1 1 9 1 2 0 D e s i g n D o m a i n . T h e s p e c i fi c d e s i g n p r o b l e m a d d r e s s e d i n f o u r o f t h e fi v e s y s t e m s w a s t h a t o f p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s . I n t h r e e o f t h e s y s t e m s ( C D A , C O M D E S , a n d E A D O C S ) t h e m a i n e m p h a s i s o f t h e e n t i r e d e s i g n p r o c e s s w a s o n g e n e r a t i n g a p p r o p r i a t e l a m i n a t e l a y u p s c h e m e s . T h i s e m p h a s i s i s d i s c o n c e r t i n g , e s p e c i a l l y c o n s i d e r i n g t h a t o n l y o n e o f t h e s e s y s t e m s d e a l t w i t h b o t h d e t a i l e d g e o m e u i c a l i n f o r m a t i o n a n d p r o c e s s i n g t e c h n o l o g y d e t e r m i n a t i o n ( C O M D E S ) . S p e c i f y i n g a l a m i n a t e l a y u p w i t h o u t t a k i n g i n t o a c c o u n t c h a n g e s i n t h e s t r u c t u r e c a u s e d b y p r o c e s s i n g h a s c a t a s t r o p h i c c o n s e q u e n c e s i f t h e l a y u p h a s b e e n o p t i m i z e d f o r p a r t i c u l a r l o a d s . D e s i g n P h i l o s o p h i e s . A t o t a l o f fi v e s e p a r a t e e m p h a s e s w i t h i n t h e d e s i g n p h i l o s o p h y c a n b e s e e n i n T a b l e 1 ; t h e s e h a v e b e e n e x t r a c t e d a n d a r e p r e s e n t e d i n a m o r e v i s i b l e f o r m a t i n T a b l e 2 . T h e c h e c k e d c e l l s i n d i c a t e s y s t e m s w h i c h a r e c a p a b l e o f d e t e r m i n i n g t h e c o r r e - s p o n d i n g f a c e t o f t h e d e s i g n . N o t e t h a t i n t h i s t a b l e a s y s t e m i s o n l y c r e d i t e d w i t h c o v e r - i n g a s p e c i fi c p o r t i o n i f i t i s d e t e r m i n e d w i t h o u t d i r e c t u s e r i n t e r v e n t i o n . T a b l e 2 : D e l i n e a t e d d e s i g n p h i l o s o p h i e s f o r t h e s y s t e m c o n s i d e r e d . C D A C P D D S S P r e f o r m C O M D E S E A D O C S a r c h i t e c t u r e d e t e r m i n a t i o n X X X X m a t e r i a l s e l e c t i o n X X g X X p r o c e s s s e l e c t i o n X X X X s i m i l a r p a r t c o m p a r i s o n x X a n a l y s i s I : X fi f e D e s i g n S c o p e 0 . 2 0 . 6 0 . 6 0 . 8 I f — 1 2 1 F o r e x a m p l e , t h e C D A o n l y e n t a i l s a r c h i t e c t u r e d e t e r m i n a t i o n w i t h i n i t s d e s i g n v i s i o n . T h i s i s b e c a u s e i n t h e C D A t h e m a t e r i a l i s c h o s e n b y t h e u s e r ; b y t h e g u i d e l i n e a b o v e m a t e r i a l s e l e c t i o n c a n n o t b e i n c l u d e d w i t h i n i t s d e s i g n s c o p e . N o t i c e t h a t t h e s y s t e m s o n t h e r i g h t s i d e o f t h e t a b l e h a v e m o r e e x p a n s i v e d e s i g n s c o p e s , i . e . , a g r e a t d e a l m o r e i s i n c l u d e d w i t h i n t h e o v e r a l l d e s i g n t a s k . E A D O C S a n d C O M D E S b o t h h a v e w i d e - r a n g i n g d e s i g n s c o p e s , a s t h e d e s i g n p h i l o s o p h i e s i n c l u d e d w i t h i n e a c h c o v e r n e a r l y t h e e n t i r e r e a l m o f p o s s i b i l i t i e s . T h e r e i s p o t e n t i a l f o r s o m e c o n f u s i o n h e r e , e s p e c i a l l y a m o n g d e s i g n t a s k s , s c o p e s , a n d p h i 1 0 5 0 p h i e s . A d m i t t e d l y , t h e d i s t i n c t i o n s b e t w e e n t h e s e t h r e e t e r m s a r e n o t c l e a r c u t . H o w e v e r , t h e r e i s u t i l i t y f o r t h e u s e o f e a c h . D e s i g n p h i l o s o p h i e s c a n b e t h o u g h t o f a s a b s t r a c t , l a r g e - g r a i n d e s i g n t a s k s . T h e d e s i g n s c 0 p e i s s i m p l y a r e f e r e n c e t o h o w m a n y d i fi ' e r e n t d e s i g n p h i l o s o p h i e s a r e i n c l u d e d i n t h e o v e r a l l a p p r o a c h t a k e n b y a s y s t e m : t h e C D A h a s a s m a l l d e s i g n s c o p e a s i t o n l y c o n s i d e r s a r c h i t e c t u r e d e t e r m i n a t i o n , w h e r e a s E A D O C S h a s a r e l a t i v e l y l a r g e d e s i g n s c 0 p e a s i t c o n s i d e r s a l l fi v e d e s i g n p h i l o s o p h i e s . A t r e n d p r e s e n t w i t h i n t h e d e s i g n p h i l o s o p h i e s o f t h r e e o f t h e s e s y s t e m s i s d e s i g n a t a c o n c e p t u a l l e v e l o f d e t a i l ( C P D , C O M D E S , a n d E A D O C S ) . T h e m a i n d r i v e r f o r p e r - f o r m i n g d e s i g n a t t h i s l e v e l i s t h a t t h i s i s t h e p o i n t w h e r e t h e m a x i m u m l e v e r a g e f o r t h e w o r k e x i s t s : i n v e s t i n g t h e e f f o r t p a y s o f f n ' e m e n d o u s l y . T h i s i s a v e r y l o g i c a l t r e n d , a n d o n e w h i c h s h o u l d c o n t i n u e i f t h e s e s y s t e m s a r e t o c o n t i n u e t o h a v e a n i m p a c t . A s t h e r e i s a d e a r t h o f g e n e r i c c o m p u t a t i o n a l t o o l s f o r d e s i g n i n g a t t h i s l e v e l , s y s t e m s l i k e t h e s e h e l p t o e x p a n d t h e d e s i g n c o m m u n i t y ’ s c a p a b i l i t i e s . T h e d i s c r e p a n c i e s w h i c h e x i s t b e t w e e n w h a t e a c h o f t h e s y s t e m s c o n s i d e r s t o b e c o n c e p t u a l d e s i g n c a n b e t r a c e d b a c k t o k n o w l e d g e r e p r e s e n t a t i o n a n d t h e s p e c i fi c d e s i g n 1 2 t a s k s a d d r e s s e d . W h a t a s y s t e m a t t e m p t e d t o d e s i g n “ c o n c e p t u a l l y , ” b e i t a l a m i n a t e l a y u p o r a m a t e r i a l s p e c i fi c a t i o n , d i c t a t e d t h e l e v e l o f a b s t r a c t i o n a t w h i c h i t c o u l d b e d e s i g n e d . T h e r e f o r e t h e d e fi n i t i o n o f c o n c e p t u a l d e s i g n m u s t b e c o n t e x t - d e p e n d e n t . I n d e e d , E A D O C S a d m i t s t o t h i s w h e n t h e r e s e a r c h e r s d i s c u s s h o w t h e c o n c e p t u a l d e s i g n p r o c e s s c h a n g e s d e p e n d i n g u p o n t h e t a r g e t d e s i g n s p e c i fi c a t i o n s [ N e t t e n , e r a l . , 1 9 9 5 ] : “ . . . i n d e s i g n i n g a p a n e l [ f o r ] h i g h s t r e n g t h a n d s t i fl ' n e s s [ a t ] a m i n i m u m w e i g h t , [ t h e ] f o c u s w i l l b e o n t h e p a n e l s t r u c t u r e . [ W h e n ] d e s i g n i n g a p a n e l [ f o r ] a e r o d y n a m i c s h a p e , s m o o t h s u r f a c e a n d l o w p r o d u c t i o n c o s t , [ t h e ] f o c u s w i l l b e o n t h e p r o d u c t i o n p r o c e s s , m a t e r i a l s a n d l a m i n a t e l a y - u p s , l e a d i n g t o a . . . d i fl ' e r e n t d e s i g n p r o c e d u r e . ” C o m p u t a t i o n a l T e c h n i q u e s . A n o t h e r p o r t i o n o f t h e c o m p a r i s o n f r a m e w o r k f o r c o n s i d e r - a t i o n i s t h e u t i l i z a t i o n o f c o m b i n e d p r o b l e m - s o l v i n g t e c h n i q u e s . A g a i n , t h e r e l e v a n t i n f o r - m a t i o n p r e s e n t e d i n T a b l e 1 h a s b e e n e x t r a c t e d a n d i s p r e s e n t e d i n T a b l e 3 . T h i s t a b l e s h o w s t h e d i f f e r e n t c o m p u t a t i o n a l t e c h n i q u e s a n d c o m b i n a t i o n s o f t h e s e t e c h n i q u e s u t i - l i z e d w i t h i n t h e s y s t e m s c o n s i d e r e d . T a b l e 3 : C o m p u t a t i o n a l t e c h n i q u e s f o r t h e s y s t e m s c o n s i d e r e d . C D A C P D D S S P r e f o r m C O M D E S E A D O C S n u m e r i c a l o p t i m i z a t i o n X X r u l e - b a s e d r e a s o n i n g X X X X m o d e l - b a s e d r e a s o n i n g X c o n s t r a i n t - b a s e d r e a s o n i n g X c a s e - b a s e d r e a s o n i n g X X k n o w l e d g e - b a s e d r e a s o n i n g X X R e l a t i v e c o m p u t a t i o n a l c o m p l e x i t y 0 . 1 7 0 . 3 3 0 . 3 3 0 . 5 0 0 . 6 7 1 2 3 T h e C D A u s e d a r u l e - b a s e d s y s t e m i n c o n j u n c t i o n w i t h a m a t e r i a l s d a t a b a s e a n d a l a m i n a t e a n a l y s i s s y s t e m . T h e C P D s y s t e m u s e d a r u l e - b a s e d s y s t e m t o g e t h e r w i t h a c a s e - b a s e d r e a s o n i n g s y s t e m . C O M D E S u s e d a p s e u d o - b l a c k b o a r d s y s t e m t o m o n i t o r v a r i o u s e x p e r t s y s t e m s . O n l y o n e s y s t e m ( t h e C D A ) u s e d a s i n g l e c o m p u t a t i o n a l t e c h n i q u e t o a c c o m p l i s h t h e c o m p o s i t e s d e s i g n . T h e o t h e r fi v e s y s t e m s u s e d c o m b i n a t i o n s o f v a r i o u s t e c h n i q u e s . T h e p o i n t b o r n o u t b y t h i s c o m m o n u s e o f m u l t i p l e c o m p u t a t i o n a l t e c h n i q u e s w a s d r i v e n h o m e i n t h e d i s c u s s i o n o f t h e C O M D E S s y s t e m : u s e t h e a p p r o p r i a t e t e c h n i q u e f o r t h e a p p r o p r i a t e p r o b l e m . T h e t a s k a n a l y s i s o f c o m p o s i t e s d e s i g n d o n e f o r C O M D E S d e l i n e a t e d e x p l i c i t l y h o w i t i s i n d e e d p o s s i b l e , a n d i n f a c t d e s i r e d , t o h a v e m u l t i p l e p r o b - l e m s o l v i n g t e c h n i q u e s i n t e r a c t i n g t o s o l v e t h e o v e r a l l d e s i g n p r o b l e m . T h i s i s a n i m p o r - t a n t t r e n d w h i c h s h o u l d b e c a r e f u l l y c o n s i d e r e d i n a n y f u r t h e r i m p l e m e n t a t i o n s f o r c o m p o s i t e s d e s i g n . 4 . 6 . 2 C o m m e n t a r y W h i l e a l l u d e d t o i n t h e p r e v i o u s c o m p a r i s o n f r a m e w o r k d i s c u s s i o n , t h e i s s u e s o f s c o p e , f o c u s a n d d e g r e e s o f a b s t r a c t i o n b e a r f u r t h e r c o n s i d e r a t i o n . A l t h o u g h t h e s e i s s u e s w e r e n o t p r e s e n t w i t h i n t h e c o m p a r i s o n f r a m e w o r k , t h e y h a v e a d e fi n i t e i m p a c t o n a n y c o m p o s i t e s d e s i g n i m p l e m e n t a t i o n . F i n d i n g a b a l a n c e b e t w e e n s p a n n i n g a s u f fi c i e n t d e s i g n s c o p e a n d f o c u s s i n g i n o n p a r t i c u l a r d e s i g n a s p e c t s i s n o t s i m p l e . S o m e i t e m s t o k e e p i n m i n d f o r a c h i e v i n g t h i s b a l - a n c e a r e p r e s e n t e d i n t h e f o l l o w i n g d i s c u s s i o n . R e l a t e d t o t h e i s s u e s o f s c o p e & f o c u s i s t h e l e v e l o f a b s t r a c t i o n a t w h i c h t h e d e s i g n i s p e r f o r m e d . H o w d e s i g n i n g a b s t r a c t l y i n fl u - e n c e s t h e r e s u l t i n g c a p a b i l i t i e s o f a n a s s o c i a t e d a p p r o a c h i s a l s o d i s c u s s e d . 1 2 4 D e s i g n S c o p e v s . F o c u s . T h e i s s u e o f s c o p e i s p e r h a p s t h e m o s t i m p o r t a n t t o h i g h l i g h t . O n l y b y f o c u s s i n g o n a s p e c i fi c p o r t i o n o f t h e c o m p l e t e c o m p o s i t e s d e s i g n p r o c e s s c a n c o m p l e x c o m p u t a t i o n a l t e c h n i q u e s b e u s e d e f f e c t i v e l y . S c o p e c r e e p c o n t r i b u t e s a l l t o o r e a d i l y t o a n i n c r e a s i n g s I O p p i n e s s i n t h e i n t e r a c t i o n o f c o m p u t a t i o n a l t e c h n i q u e s . T h i s m u s t b e a v o i d e d . G r a p h i n g t h e r e l a t i v e d e s i g n s c o p e s a n d t h e r e l a t i v e c o m p u t a t i o n a l c o m p l e x i t i e s f o r a l l o f t h e s y s t e m s c o n s i d e r e d ( F i g u r e 2 6 ) , s h o w s t h a t a c o r r e s p o n d i n g i n c r e a s e i n c o m - p u t a t i o n a l c o m p l e x i t y a c c o m p a n i e s a n i n c r e a s e d d e s i g n s c o p e . E A D O C S a t t e m p t e d t o d e s i g n e v e r y p o r t i o n o f t h e c o m p o s i t e , a l b e i t a t a c o n c e p t u a l l e v e l , a n d a s a r e s u l t n e e d e d t o u s e t h e l a r g e s t n u m b e r o f c o m p u t a t i o n a l t e c h n i q u e s . T h i s i s n o t e n t i r e l y u n e x p e c t e d , a s m o r e d i f fi c u l t p r o b l e m s i n t u i t i v e l y s h o u l d r e q u i r e m o r e c o m p l i c a t e d s o l u t i o n a p p r o a c h e s . A w a r n i n g a g a i n s t s c o p e c r e e p a r i s e s f r o m t h e t r e n d t o w a r d i n c r e a s e d c o m p u t a - t i o n a l c o m p l e x i t y w i t h a n i n c r e a s e d d e s i g n s c o p e . A n i n c r e a s e i n t h e s c o p e o f t h e d e s i g n p r o b l e m w i t h o u t a c o r r e s p o n d i n g i n c r e a s e i n t h e c o m p u t a t i o n a l c o m p l e x i t y w i l l m o s t l i k e l y r e s u l t i n a s y s t e m w h i c h f u n c t i o n s p o o r l y , i f a t a l l . D e fi n i t e l i m i t s o n t h e d e s i g n p r o b l e m ( s ) t o b e s o l v e d m u s t b e s e t b e f o r e a n y i m p l e m e n t a t i o n . T h i s w i l l h e l p t o l i m i t t h e r e s u l t i n g c o m p u t a t i o n a l c o m p l e x i t y o f t h e r e s u l t i n g a p p r o a c h . T h i s , i n t u r n , w i l l r e d u c e t h e n u m b e r o f p o t e n t i a l i n t e r a c t i n g p r o b l e m s o l v i n g a p p r o a c h e s i n c l u d e d w i t h i n t h e s y s - t e m . D e g r e e s o f A b s t r a c t i o n a n d C a p a b i l i t i e s f o r D e s i g n . T h e a p p r o a c h t a k e n b y t h e t h r e e s y s t e m s ( C P D , C O M D E S , a n d E A D O C S ) o f d e s i g n i n g a t a c o n c e p t u a l l e v e l o f d e t a i l i s a n e v o c a t i v e t w i s t o n h a n d l i n g t h e d e s i g n p r o c e s s . H o w e v e r , b y e m p l o y i n g s u c h a n a b s t r a c - t i o n i n t h e d e s i g n p r o c e s s , t h e p o s s i b l e a v e n u e s f o r d e s i g n a r e r e s t r i c t e d . A t w h a t e v e r l e v e l % / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / : 2 ; 3 : 2 . . / / . / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / , / . / m / 1 2 5 B C o m p u t a t i o n a l C o m p l e x i t y I D e e l m S c o p e % / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / W O . H . ” . " . n . u . ” . n . " . ” . ” . u . ” . n . u . ” . u . u . “ . u . ” . " . . . . . O o o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a . o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - m e m e s F i g u r e 2 6 . A c o m p a r i s o n o f r e l a t i v e c o m p u t a t i o n a l c o m p l e x i t i e s & d e s i g n s c o p e s . 1 2 6 o f d e t a i l t h e d e s i g n p r o c e s s i s t o b e p e r f o r m e d , t h e d r i v i n g f o r c e m u s t b e t h e d e s i g n t a s k a t h a n d . I t m a y v e r y w e l l b e t h a t c e r t a i n d e s i g n t a s k s ( e . g . o r d e r i n g l a m i n a t e l a y o u t s ) c a n n o t p o s s i b l y b e r e p r e s e n t e d i n a c o n c e p t u a l m a n n e r . I n s u c h i n s t a n c e s , t h o s e d e s i g n t a s k s s h o u l d b e p e r f o r m e d a t a m o r e d e t a i l e d l e v e l . T h e d e g r e e o f a b s t r a c t i o n m u s t b e d r i v e n b y t h e d e s i g n t a s k . F i n a l T h o u g h t s . T h e o b s e r v a t i o n s m a d e a b o v e s h o w t h a t t h e r e i s s t i l l w o r k l e f t t o b e d o n e i n t h i s fi e l d . W h i l e t h e s e o b s e r v a t i o n s a r e d r a w n f r o m t h e e x a m i n a t i o n o f j u d i c i o u s l y s e l e c t e d s y s t e m s , t h e s y s t e m s a r e c h a r a c t e r i s t i c o f t h e v a r i o u s f a c e t s o f t h e c o m p o s i t e s d e s i g n r e s e a r c h c o m m u n i t y . W h i l e t h e c o n s i d e r a t i o n o f t h e s y s t e m s h e r e h a s u n c o v e r e d s e v e r a l i s s u e s t o k e e p i n m i n d , t h e s e i s s u e s a r e h a r d l y a c o m p l e t e p r e s c r i p t i o n f o r d e s i g n i n g c o m p o s i t e s . O t h e r i s s u e s a r e i m p o r t a n t a s w e l l . A n i m p o r t a n t a d d i t i o n a l i t e m i s k n o w l e d g e r e p r e s e n t a t i o n . O n l y w h e n a n a p p r o a c h t o d e s i g n i n g c o m p o s i t e s h a s a p p r o p r i a t e r e p r e s e n t a t i o n a n d u s e o f d e s i g n k n o w l e d g e ( b e y o n d t h e i s s u e s m e n t i o n e d p r e v i o u s l y ) w i l l i t b e s u c c e s s f u l . T h e f o l - l o w i n g c h a p t e r a d d r e s s e s u n i f o r m m e a n s o f k n o w l e d g e a c q u i s i t i o n , r e p r e s e n t a t i o n a n d U 8 6 . C H A P T E R 5 T h e E v o l v i n g G e n e r i c T a s k A p p r o a c h t o C o m p o s i t e s D e s i g n O v e r t h e l a s t s e v e r a l y e a r s , r e s e a r c h i n t h e I S L h a s f o c u s e d o n t h e a p p l i c a t i o n o f k n o w - l e d g e - b a s e d s y s t e m s a n d o t h e r a r t i fi c i a l i n t e l l i g e n c e t e c h n i q u e s t o d e s i g n i n g , p r o c e s s i n g , a n d c o n t r o l l i n g t h e m a n u f a c t u r i n g o f p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s . O f s p e c i fi c i n t e r e s t i s t h e r e s e a r c h i n d e s i g n i n g p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s . T h r e e m a t e r i a l d e s i g n p r o b l e m s o l v e r s h a v e b e e n i m p l e m e n t e d d u r i n g t h i s t i m e : E p o x - I , T h e r m o s - I & C M a t D e s i g n . T h e p r o b l e m s o l v i n g t h e o r i e s o f t a s k s p e c i fi c a r c h i t e c t u r e s a n d g e n e r i c t a s k s h a v e g u i d e d t h i s e fi ' o r t i n i n t e l l i g e n t d e c i s i o n s u p p o r t . T h i s c h a p t e r p r e s e n t s t h e d e v e l o p m e n t a n d e v o l u t i o n o f b o t h t h e i d e o l o g y a n d m e t h o d o l o g y b e h i n d t h e w o r k o n t h i s p r o j e c t , a n d d i s c u s s e s h o w t h e u s e o f t h e s e p r o b l e m s o l v i n g t h e o r i e s h a s f a c i l i t a t e d t h i s r e s e a r c h . T h e t h r e e m a t e r i a l d e s i g n e r s a r e c o m p a r e d b y e x a m i n i n g b o t h t h e d y n a m i c g l o b a l v i s i o n o f p o l y m e r c o m p o s i t e s d e s i g n a n d t h e f o c u s e d a p p r o a c h f o r m a t e r i a l d e s i g n . N o t a b l e f e a t u r e s o f e a c h s y s t e m a r e e l u c i d a t e d t h r o u g h t h e u s e o f a b e n c h m a r k d e s i g n e x a m p l e . F i n a l l y , t h e s a l i e n t l e s s o n s w h i c h w e r e l e a r n e d d u r i n g t h e d e v e l o p m e n t p r o c e s s 1 2 7 1 2 8 a r e d i s c u s s e d . P o r t i o n s o f t h e d i s c u s s i o n w h i c h f o l l o w s h a v e a p p e a r e d i n [ L e n z e t a l . , 1 9 9 5 a ] a n d [ L e n z e t a l . , 1 9 9 6 b ] . 5 . 1 E p o x - I T h e i n i t i a l g o a l o f t h e p o l y m e r c o m p o s i t e d e s i g n r e s e a r c h w a s t o p r o d u c e c o m p o s - i t e m a t e r i a l f a b r i c a t i o n p l a n s o n t h e b a s i s o f p r i o r e x p e r i e n c e . E p o x - I w a s d e v e l o p e d w i t h t h i s g o a l i n m i n d . T h i s s y s t e m f o c u s e d o n o n l y a p o r t i o n o f t h e p o s s i b l e c o m p o s i t e m a t e - r i a l s d o m a i n , s p e c i fi c a l l y o n m a t e r i a l s w i t h a t h i n - fi l m e p o x y r e s i n m a t r i x a n d c o n t i n u o u s , u n i - a x i a l fi b e r r e i n f o r c e m e n t . I t w a s a s s u m e d t h a t t h e f a b r i c a t i o n p r o c e s s f o r t h e c o m p o s - i t e u s e d h a n d - l a y u p a n d a u t o c l a v e c u r i n g [ K a m e l & S t i c k l e n , 1 9 9 0 ; S t i c k l e n e t a l . , 1 9 9 2 b ] . 5 . 1 . 1 G l o b a l V i e w o f C o m p o s i t e s D e s i g n F a b r i c a t i n g a n e w c o m p o s i t e m a t e r i a l f o l l o w s a c e r t a i n c h r o n o l o g y [ S t i c k l e n e t a l . , 1 9 9 2 a ] . F i r s t , t h e d e s i g n e r c h o o s e s t h e d e s i r e d m a c r o s c o p i c p r o p e r t i e s o f t h e c o m p l e t e d c o m p o s i t e b y c o n s i d e r i n g t h e fi n i s h e d p a r t ' s g e o m e t r i c a l p r o p e r t i e s ( s u c h a s t h i c k n e s s ) , i t s i n t e n d e d u s e , c o s t c o n s t r a i n t s , a n d s o o n . T h i s i n i t i a l s t e p s e t s t h e d e s i r e d p r o p e r t i e s o f t h e fi n a l c o m p o s i t e , s u c h a s t e n s i l e m o d u l u s a n d c o r r o s i o n r e s i s t a n c e . U s i n g t h e s e d e s i r e d p r o p e r t i e s a s a b e n c h m a r k , t h e d e s i g n e r p r o p o s e s a n i n i t i a l p r o d u c t i o n p l a n , i n c l u d i n g a l i s t o f i n i t i a l i n g r e d i e n t s a n d a p r e l i m i n a r y p l a n s t a t i n g h o w t o p r o c e s s t h e s e m a t e r i a l s . S a m p l e s o f t h e m a t e r i a l a r e p r o d u c e d a n d t e s t e d , a n d t h e p r o c e d u r e i t e r a t e s u n t i l t h e d e s i g n m e e t s t h e d e s i r e d p r o p e r t i e s . T h i s a r c h i t e c t u r e i s s h o w n i n F i g u r e 2 7 . P r o t o t y p e s y s t e m s w e r e t o c a p t u r e t h e e x p e r i e n c e - b a s e d s t a t i c d e s i g n o f f a b r i c a t i o n p l a n s ( i m p l e m e n t e d i n E p o x - I ) a n d p r o c e s s - c o n t r o l k n o w l e d g e f o r t h e m a n u f a c t u r e o f c o m p o s i t e s [ S t i c k l e n e r a l . , 1 9 9 2 b ] . 1 2 9 c h a r a c t e r i s t i c s - c o m p o s i t e p r o p e r t i e s s p e c i f i c a t i o n o f m e r o s c o p i c p r o p e r t i e s f o r t h e c o m p o s i t e D e s i g n t h e f a b r i c a t i o n p l a n ‘ / s t a t i c f a b r i c a t i o n p l a n A p p l y t h e f a b r i c a t i o n p l a n F i g u r e 2 7 . O v e r a l l d e s i g n v i s i o n g u i d i n g t h e d e v e l o p m e n t o f E p o x - I . A R o u t i n e D e s i g n a p p r o a c h w a s u s e d f o r t h e c o m p i l e d - l e v e l p a r t o f t h e p r o b l e m - s o l v i n g a r c h i t e c t u r e t o p r o d u c e a s t a t i c d e s i g n , w h i c h i n t u r n w a s a p a r t o f t h e c o m p l e t e a r c h i t e c t u r e m e n t i o n e d a b o v e . R o u t i n e D e s i g n , a g e n e r i c t a s k , i s a t y p i c a l e x p e r i e n c e - b a s e d , c o m p i l e d - l e v e l k n o w l e d g e - b a s e d p r o b l e m - s o l v i n g t e c h n i q u e . L i k e o t h e r c o m p i l e d p r o b l e m - s o l v i n g t e c h n i q u e s , R o u t i n e D e s i g n b y i t s e l f w i l l f a i l i n t h e f a c e o f a n o v e l s i t u a - t i o n . I n o r d e r t o h a n d l e t h i s p o t e n t i a l f a i l u r e , t h e c o m p l e t e a r c h i t e c t u r e f o r s t a t i c f a b r i c a - t i o n p l a n d e s i g n ( s e e F i g u r e 2 8 ) i n c l u d e d a m o d e l - b a s e d r e a s o n i n g c o m p o n e n t c a l l e d t h e f u n c t i o n a l r e a s o n e r , w h i c h w a s t o h a v e a s i n g l e t a s k : c h e c k i n g t h e a p p l i c a b i l i t y o f c o m - p i l e d - l e v e l d e c i s i o n s [ S t i c k l e n e t a l . , 1 9 9 2 a ] . A s t h e r o u t i n e d e s i g n e r s y s t e m a t i c a l l y m a d e d e s i g n d e c i s i o n s , t h e f u n c t i o n a l r e a s o n e r w a s t o u s e m o d e l - l e v e l u n d e r s t a n d i n g a b o u t t h e 1 3 0 s p e c i fi c a t i o n o f m a c r o s c o p i c p r o p e r t i e s f o r t h e c o n p o s i t e E p o x - l c o n s e q u e n c e s o f d e s i g n d e c i s i o n s d e s i g n p a r a m e t e r s F u n c t i o n a l \ [ R e a s o n e r ] s t a t i c f a b r i c a t i o n p l a n F i g u r e 2 8 . A r c h i t e c t u r e f o r d e t e r m i n i n g s t a t i c f a b r i c a t i o n p l a n s u s i n g E p o x - I . c o m p o s i t e m a t e r i a l d o m a i n t o c h e c k t h e i m p a c t o f e a c h d e c i s i o n f o r t h e p a r t i c u l a r d e s i g n p r o b l e m . T h e p r o p o s e d i n t e r a c t i o n b e t w e e n t h e s e t w o m o d u l e s i n c l u d e d a n i n f o r m a t i o n e x c h a n g e . T h e r o u t i n e d e s i g n e r w o u l d s e t d e s i g n p a r a m e t e r s a n d p a s s t h e m t o t h e f u n c - t i o n a l r e a s o n e r , w h i c h w o u l d t h e n d e t e r m i n e t h e c o n s e q u e n c e s o f t h a t d e s i g n d e c i s i o n . T h e s y s t e m c o u l d u s e t h e s e c o n s e q u e n c e s t o c h e c k t h e e v o l v i n g d e s i g n o r t o h e l p t h e r o u - t i n e d e s i g n e r m a k e t h e n e x t p a r a m e t e r - d e t e r m i n i n g d e c i s i o n [ S t i c k l e n e r a l . , 1 9 9 2 b ] . 5 . 1 . 2 M a t e r i a l D e s i g n T h e i n i t i a l p l a n f o r t h e p r o d u c t i o n o f t h e c o m p o s i t e i n c l u d e d b o t h a n i n g r e d i e n t l i s t f o r a l l i n i t i a l l y p r e s e n t m a t e r i a l s a n d a p r e l i m i n a r y p r o t o c o l s t i p u l a t i n g h o w t o p r o c e s s t h e i n i t i a l m i x t u r e . T h e D S P L p r o b l e m s o l v e r d e v e l o p e d f o r t h i s s m a l l t e s t b e d p r o b l e m d e p e n d e d o n c o m p i l e d k n o w l e d g e [ K a m e l & S t i c k l e n , 1 9 9 0 ; S t i c k l e n e t a l . , 1 9 9 2 b ] . 1 3 1 L C o n p o s i t e M a t e r i a l I i l ' 1 m F i b e r I C u r e C o n d i t i o n s ] l I , I I , l C u r i n g A g e n t J I C a r b o n F r b e r I I G i a s s F r b e r ] F 7 J l i I A n h y d n d e fl I D i c y a n d i a m i d e I F , l I A l i p h a t i c A m i n e I I A r o m a t i c A m i n e I F i g u r e 2 9 . S p e c i a l i s t h i e r a r c h y f o r E p o x - I . F i g u r e 2 9 s h o w s t h e r o u t i n e d e s i g n d e c o m p o s i t i o n f o r d e s i g n i n g a t h i n - fi l m , e p o x y - r e s i n c o m p o s i t e w i t h fi b e r r e i n f o r c e m e n t . T h i s d e c o m p o s i t i o n o f t h e f a b r i c a t i o n p l a n i n c l u d e s t h e d e t e r m i n a t i o n o f b o t h m a t e r i a l s a n d c u r e c o n d i t i o n s [ S t i c k l e n e r a l . , 1 9 9 2 a ] . T h e r e p r e s e n t a t i o n o f t h e g e n e r a t e d f a b r i c a t i o n p l a n s c a n b e s e e n i n F i g u r e 3 0 , t o g e t h e r w i t h t h e v a r i a b l e s u t i l i z e d i n t h e d e c i s i o n p r o c e s s . O n l y t h r e e i n p u t v a r i a b l e s w e r e r e q u i r e d f o r E p o x - I t o m a k e i t s d e c i s i o n s : A p p l i c a t i o n T y p e , G l a s s T r a n s i t i o n T e m p , a n d T e n s i l e M o d u l u s . T h e o u t p u t f r o m E p o x - I g a v e t h e b e s t p o s s i b l e f a b r i c a t i o n p l a n i n t e r m s o f s e v e n m a t e r i a l & p r o c e s s i n g s p e c i fi c a t i o n s . A s a m p l e p r o b l e m w a s s o l v e d u s i n g E p o x - I [ K a m e l & S t i c k l e n , 1 9 9 0 ] . T h e p r o b - l e m w a s t o d e s i g n a c o m p o s i t e m a t e r i a l f o r a n o u t d o o r s t r u c t u r e . T h e s p e c i fi e d i n p u t s t o t h e p r o b l e m s o l v e r r e q u i r e d t h a t t h e m a t e r i a l w a s t o h a v e a g l a s s t r a n s i t i o n t e m p e r a t u r e o f 1 3 2 F i b e r A p p l i c a t i o n T y p e G l a s s T r a n s i t i o n T e m p E p o x y C u r i n g A g e n t T e n s i l e M o d u l u s C u r e 1 ' n g C u r e T i m e P o s t C u r e T e m p w P o s t C u r e T i m e ( 3 9 8 ’ 4 9 8 1 9 " ) F i g u r e 3 0 . I n p u t - o u t p u t b e h a v i o r o f E p o x - I . a t l e a s t 2 0 0 ° C a n d a t e n s i l e m o d u l u s o f a t l e a s t 5 0 G P a . E p o x - I s e l e c t e d t h e d e f a u l t e p o x y , d i g l y c i d y l e t h e r o f b i s p h e n o l - A ( D G E B A ) , a s t h e E p o x y , d i a m i n o d i p h e n y l s u l f o n e ( D D S ) a s t h e C u r i n g A g e n t , E - g l a s s fi b e r , a n d a c u r e c y c l e o f o n e h o u r a t 1 5 0 ° C f o l l o w e d b y t h r e e h o u r s a t 2 2 0 ° C a t a t m o s p h e r i c p r e s s u r e . S e e F i g u r e 3 1 f o r t h i s e x a m p l e . T h i s e x a m p l e i s s t r a i g h t f o r w a r d f r o m a c o m p o s i t e m a t e r i a l s p e r s p e c t i v e . T h e R o u - t i n e D e s i g n f r a m e w o r k , w h i c h h a d n o t b e e n u s e d p r e v i o u s l y f o r s e l e c t i n g r a w m a t e r i a l s o r p l a n n i n g a f a b r i c a t i o n p r o c e s s , f a c i l i t a t e d t h e g e n e r a t i o n o f t h i s s o l u t i o n [ K a m e l & S t i c k l e n , 1 9 9 0 ] . 5 . 1 . 3 P l a n n e d C o n t i n u a t i o n s T h e s t a t e d c o n t i n u i n g g o a l o f t h e p r o j e c t w a s t o a p p l y t h e b r o a d f r a m e w o r k o f t h e g e n e r i c t a s k a p p r o a c h t o r e a l i s t i c c o m p o s i t e m a t e r i a l d e s i g n p r o b l e m s a n d t o t h e r e b y u n c o v e r a n y w e a k n e s s e s i n t h e a p p r o a c h . I n a d d r e s s i n g t h e s e w e a k n e s s e s , p r i n c i p l e d 1 3 3 A p p l i c a t i o n T y p e : c i v i l e n g i n e e r i n g G l a s s T r a n s i t i o n T e m p : 5 . 1 5 . " E l a s s 2 2 0 0 ° C E p o x y : D g G E B A C u r i n g A g e n t : D D S T e n s i l e M o d u l u s : - ° 2 5 0 G P a C u r e T e m p . 1 5 0 C C u r e T i m e : 1 h o u r P o s t C u r e T e m p : 2 2 0 ° C P o s t C u r e T i m e : 3 h o u r s F i g u r e 3 1 . E x a m p l e p r o b l e m f r o m E p o x - I . e x t e n s i o n s c o u l d b e m a d e t o t h e g e n e r i c t a s k t o o l s a n d a p p r o a c h e s , w i t h t h e a i m o f e n h a n c i n g o v e r a l l p r o b l e m s o l v i n g c a p a b i l i t i e s [ S t i c k l e n e t a l . , 1 9 9 2 a ] . B e i n g p r e l i m i n a r y , t h e i n i t i a l s t r u c t u r e o f t h e a r c h i t e c t u r e i n E p o x - I w a s c o n fi n e d i n i t s c o v e r a g e o f t h e d o m a i n . A n e x p a n d e d c o v e r a g e o f t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l s d o m a i n w a s t o b e t h e fi r s t e x t e n s i o n t o E p o x - I . A d d i t i o n a l d o m a i n k n o w l e d g e w o u l d i n c l u d e a g r e a t e r r a n g e o f e p o x i e s a n d fi b e r t y p e s a n d w o u l d e v e n t u a l l y b r a n c h o u t t o i n c l u d e i n t e r - p h a s e r e l a t i o n s ( p a r t i c u l a r l y fi b e r - t r e a t m e n t c o n d i t i o n s ) a n d d i f f e r e n t m a t r i x m a t e r i a l s ( e s p e c i a l l y c e r a m i c a n d m e t a l m a t r i x c o m p o s i t e s ) [ K a m e l & S t i c k l e n , 1 9 9 0 ; S t i c k l e n e t a l . , 1 9 9 2 a ] . A l o n g e r t e r m e x t e n s i o n w o u l d i n c o r p o r a t e t h e f u n c t i o n a l r e a s o n i n g c o m p o - n e n t i n t o t h e d e s i g n s u b s y s t e m o f t h e o v e r a l l a r c h i t e c t u r e a s a q u a l i t a t i v e d e v i c e m o d e l f o r t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l [ S t i c k l e n e r a l . , 1 9 9 2 a ; S t i c k l e n e t a l . , 1 9 9 2 b ] . 1 3 4 5 . 2 T h e r m o s - I T h e n e x t s y s t e m , T h e r m o s - I , w a s e s s e n t i a l l y a n e x t e n s i o n o f t h e p r e v i o u s s y s t e m , E p o x - I , i n t h a t i t h a d a s l i g h t l y e x p a n d e d d o m a i n c o v e r a g e . H o w e v e r , t h e s u r r o u n d i n g a r c h i t e c t u r e h a d e v o l v e d t o p r e s e n t a b r o a d e r p i c t u r e o f t h e d e s i g n o f p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s . T h e o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e o f R o u t i n e D e s i g n s i g n i fi c a n t l y f a c i l i t a t e d t h i s e x p a n s i o n . 5 . 2 . 1 G l o b a l V i e w o f C o m p o s i t e s D e s i g n T h e r m o s - I p r o p o s e d a m o r e c o m p r e h e n s i v e a r c h i t e c t u r e i n w h i c h s e p a r a t e m o d - u l e s e x i s t e d f o r m a t e r i a l d e s i g n a n d f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g y s e l e c t i o n . T h i s m a r k e d a n e w d i r e c t i o n f o r t h e o v e r a l l a p p r o a c h t o c o m p o s i t e s d e s i g n . P r e v i o u s l y , t h e f a b r i c a t i o n t e c h - n o l o g y h a d b e e n d e f a u l t e d t o o n l y o n e c h o i c e : h a n d l a y u p w i t h a u t o c l a v e c u r e . I t w a s r e c o g n i z e d t h a t t h e d e f a u l t w a s n o t n e c e s s a r i l y t h e b e s t a p p r o a c h i n e v e r y s i t u a t i o n , s o t h e o v e r a l l d e s i g n p i c t u r e w a s m a d e m o r e fl e x i b l e . A m o d u l e t o s e l e c t i v e l y d e t e r m i n e m a t e r i a l / p r o c e s s c o m p a t i b i l i t y a n d g e n e r a t e a c o m b i n a t i o n o f t h e r e s u l t s f r o m t h e m a t e r i a l d e s i g n a n d f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g y s e l e c t i o n m o d u l e s w a s p l a n n e d , b u t w a s n o t i m p l e m e n t e d [ M c D o w e l l e t a l . , 1 9 9 3 ] . S e e F i g u r e 3 2 f o r a d i a g r a m o f t h i s c o m p r e h e n s i v e a r c h i t e c t u r e . 5 . 2 . 2 M a t e r i a l D e s i g n T h e r m o s - I e s s e n t i a l l y m a i n t a i n e d t h e s p e c i a l i s t h i e r a r c h y e s t a b l i s h e d i n E p o x - I . I n s t e a d o f t h e E p o x y s p e c i a l i s t , T h e r m o s - I h a d a m o r e g e n e r a l P o l y m e r s p e c i a l i s t - a n i n d i c a - t i o n o f i t s e x p a n d e d d o m a i n c o v e r a g e . A n a d d i t i o n a l s u b - s p e c i a l i s t t o t h e C u r i n g A g e n t s p e c i a l i s t w a s a l s o a d d e d t o d e a l w i t h C u r e A g e n t s f o r N o n - E p o x i e s . T h e s e p i e c e s w e r e 1 3 5 o r m a n c e p a r t . p r o c e s s i n g & & e n v i r o n m e n t a l e c o n o m i c i s s u e s f a c t o r s T h e r m o s - I F a b r i c a t i o n S e l e c t o r s u i t a b l e f a b r i c a t i o n m a t e r i a l s y s t e m t e c h n o l o g i e s K n o w l e d g e - b a s e d c o m b i n a t i o n o f m a t e r i a l s & f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g i e s 1 Y p a i r i n g s o f m a t e r i a l s 8 . f a b r i c a t i o n t e c h n o i o g i e s F i g u r e 3 2 . P l a n n e d i n t e g r a t i o n o f T h e r m o s - I a n d a f a b r i c a t i o n m e t h o d s e l e c t o r : i n c o r p o r a t e d i n t o t h e e x i s t i n g E p o x - I s t r u c t u r e . T h i s a d d i t i o n w a s f a c i l i t a t e d i n p a r t t h r o u g h t h e R o u t i n e D e s i g n f o u n d a t i o n u p o n w h i c h t h i s p r o b l e m s o l v e r w a s b u i l t . T h e s e a d d i t i o n a l s p e c i a l i s t s a r e i n d i c a t e d i n F i g u r e 3 3 . O t h e r i m p r o v e m e n t s i n c l u d e d t h e c a p a b i l i t y o f s e l e c t i n g f r o m n i n e d i f f e r e n t r e s i n s , a s o p p o s e d t o o n l y o n e i n t h e p r e v i o u s s y s t e m ( E p o x - I ) , a n d g r a p h i c a l i n t e r f a c e s f o r b o t h t h e i n p u t a n d o u t p u t . T h e d e s i g n e r c o u l d n o w c h a n g e i n p u t v a l u e s d i r e c t l y u s i n g a n i n p u t i n t e r f a c e w i t h a d i s p l a y f o r f e a t u r e s a n d t h e i r v a l u e s . T h e o u t p u t b r o w s e r a l s o p r o v i d e d t h e d e s i g n e r w i t h a n e x p l a n a t i o n i n t h e f o r m o f t h e s p e c i fi c m a t c h t a b l e u s e d t o d e t e r m i n e a p a r t i c u l a r v a l u e . F o r e x a m p l e , i f t h e u s e r c h o s e P o l y m e r M a t e r i a l a n d r e q u e s t e d a n 1 3 6 [ C o u p o s i t e M a t e r i a i I - l m F i b e r I C u r e C o n d i i i o n s I J l I , , J , I C u r i n g A g e n t I I C a r b o n F i b e r J I G I a s s F i b e r I v I A n h y d n d e s I m L D I c y a n d r a m r d e I [ C a t fi s g x g a i o r v I A I i p h a t i c A m i n e I I A r o m a t i c A m i n e J F i g u r e 3 3 . S p e c i a l i s t h i e r a r c h y f o r T h e r m o s - I . e x p l a n a t i o n , t h e b r o w s e r w o u l d a u t o m a t i c a l l y d i s p l a y t h e c o r r e s p o n d i n g m a t c h i n g t a b l e a s a fi r s t l e v e l e x p l a n a t i o n f o r t h i s d e s i g n d e c i s i o n . T h e l i s t o f v a r i a b l e s u s e d t o m a k e d e c i s i o n s w a s e x p a n d e d t o i n c l u d e fi v e a d d i - t i o n a l i n p u t s . T h e t h r e e i n p u t s u s e d p r e v i o u s l y i n E p o x - I r e m a i n e d , a n d a r e s h o w n i n g r a y t y p e i n F i g u r e 3 4 . N o t e t h a t t h e v a r i a b l e s i n t h e g e n e r a t e d f a b r i c a t i o n p l a n a r e i d e n t i c a l t o t h o s e i n E p o x - I . B y w a y o f c o m p a r i s o n , t h e s a m p l e p r o b l e m p r e s e n t e d f o r E p o x - I w a s s o l v e d u s i n g T h e r m o s - I [ M c D o w e l l e r a l . , 1 9 9 3 ] . T h e i n p u t s t o t h e p r o b l e m s o l v e r w e r e a s b e f o r e ; a d d i t i o n a l i n p u t s s e t t h e u p p e r u s e t e m p e r a t u r e a t 1 0 0 ° C , d i d n o t r e q u i r e r e s i s t a n c e t o e i t h e r c o r r o s i o n o r h u m i d i t y , a n d d i d n o t s p e c i f y t h e m a t e r i a l ’ s r i g i d i t y o r fi a r n e r e t a r - d a n c e . T h e o u t p u t w a s i d e n t i c a l t o t h a t p r o v i d e d b y t h e p r e v i o u s s y s t e m , a s w a s e x p e c t e d 1 3 7 A i i c a t i o n T p r é o m e l o r i ’ p e F l a m e R e t a r d a n c e G l a s s T r a n s i t i o n T e m p H u m i d i t y R i g i d i t y F i b e r T e n s i l e M o d u l u s M a t r i x U s e T e m p C u r i n g A g e n t C u r e T e m p [ l p ‘ i " ? " i “ a s u r e e m p T h e r m O S " p 0 “ c u m " I “ . ( B e s t d e s i g n ) F i g u r e 3 4 . I n p u t / o u t p u t b e h a v i o r f o r T h e r m o s - I . g i v e n t h e s i m i l a r i t y o f k n o w l e d g e i n t h e t w o p r o b l e m s o l v e r s . S e e F i g u r e 3 5 f o r t h i s e x a m p l e . 5 . 2 . 3 P l a n n e d C o n t i n u a t i o n s T h e e x p a n s i o n o f t h e p o l y m e r c o m p o s i t e s d o m a i n c o v e r a g e s e e n i n T h e r m o s - I w a s a p l a n n e d e x t e n s i o n o f E p o x - I . A k e y p o i n t i n t h i s t r a n s i t i o n w a s t h e f a c t t h a t t h e k n o w - l e d g e i n E p o x - I w a s t o t a l l y r e u s e d w i t h o u t s t a r t i n g o v e r . H o w e v e r , i t w a s r e a l i z e d t h a t t h e f u l l c o m p l e x i t y o f t h e m a t e r i a l d e s i g n c o u l d n o t b e c o m p l e t e l y d e p i c t e d u s i n g t h e p r e v i o u s a p p r o a c h . E n g i n e e r i n g p r o b l e m s r a r e l y h a v e a s i n g l e s o l u t i o n , a n d i n m o s t c a s e s , s e v e r a l c o m p o s i t e s y s t e m s m i g h t s a t i s f y t h e p e r f o r m a n c e r e q u i r e m e n t s . O n t h e b a s i s o f d i s c u s - s i o n s w i t h i n d u s t r y r e p r e s e n t a t i v e s , i t w a s d e t e r m i n e d t h a t t h e o u t p u t o f a f a m i l y o f d e s i g n s w o u l d p r e s e n t a m o r e e f f e c t i v e a i d e t o c o m p o s i t e d e s i g n e r s t h a n w o u l d t h e o u t p u t o f a s i n g l e d e s i g n . 1 3 8 A p p l i c a t i o n T y p e : c i v i l e n g i n e e r i n g C o r r o s i o n : n o n e F l a m e R e t a r d a n c e : n o i u i G l a s s ' T p r a n s i t i o n T e m p : F i b e r : E o g l a s s 2 2 0 0 ’ 0 M a t r i x : D G E B A H u m i d i t y : C u r i n g A g e n t : D D S n o n e C u r e T e m p : 1 5 0 ° C R i g i d i t y : T h e r m 0 3 ' l C u r . 1 1 m g ; 1 h o u r " 0 i n p u t P o s t C u r e T e m p : 2 2 0 ° C T e n s i l e M o d u l u s : P o s t C u r e T i m e : 3 h o u r s 2 5 0 G P a U s e T e m p : 1 0 0 ° C F i g u r e 3 5 . C o m p a r i s o n p r o b l e m i n p u t a n d r e s u l t s f o r T h e r m o s - I . A m o d i fi c a t i o n o f t h e R o u t i n e D e s i g n p a r a d i g m w o u l d b e r e q u i r e d t o p r o d u c e s u c h a f a m i l y o f d e s i g n s . M o d i fi c a t i o n s t o t h e i n f e r e n c e s t r a t e g i e s a n d k n o w l e d g e r e p r e s e n t a - t i o n s w e r e p l a n n e d t o e n a b l e t h i s e x t e n s i o n . T h e m o d u l e f o r h a n d l i n g t h e s e l e c t i o n o f m a n u f a c t u r i n g m e t h o d s w a s a l s o t o b e c o m p l e t e d , b u t t h e m e t h o d f o r d o i n g t h i s s e l e c t i o n h a d n o t y e t b e e n d e t e r m i n e d . 5 . 3 C M a t D e s i g n T h i s s y s t e m r e p r e s e n t e d a m a r k e d d e p a r t u r e f r o m t h e p r e v i o u s m e t h o d o l o g y f o r t h e d e s i g n o f p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s . N o t o n l y w e r e m u l t i p l e o u t p u t s t o t h e s a m e p r o b l e m g i v e n , b u t t h e o v e r a l l a p p r o a c h t o c o m p o s i t e m a t e r i a l d e s i g n h a d s i g n i fi c a n t l y b r o a d e n e d i n s c o p e . T w o n e w p r o t o t y p e s t o a i d i n c o m p o s i t e s d e s i g n h a d b e e n i m p l e m e n t e d : C M a t D e s i g n f o r m a t e r i a l d e s i g n [ M c D o w e l l e t a l . , 1 9 9 6 ] , a n d C T e c h S e l 1 3 9 f o r f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g y s e l e c t i o n [ M c D o w e l l e r a l . , 1 9 9 3 ] . T h e s e r e s u l t e d d i r e c t l y f r o m t h e p l a n n e d e x p a n s i o n o f t h e p r e v i o u s s y s t e m , T h e r m o s - I . 5 . 3 . 1 G l o b a l V i e w o f C o m p o s i t e s D e s i g n C o m p o s i t e s d e s i g n w a s n o w e n v i s i o n e d a l o n g t h r e e d i m e n s i o n s : m a t e r i a l d e s i g n , a s s e m b l y d e s i g n , a n d p r o c e s s d e s i g n . M a t e r i a l d e s i g n i n v o l v e s m a p p i n g p e r f o r m a n c e r e q u i r e m e n t s t o c h o i c e s f o r t h e fi b e r , t h e m a t r i x , t h e n e c e s s a r y c u r i n g a g e n t s , a n d t h e a p p r o p r i a t e p r o c e s s i n g c o n d i t i o n s . A s s e m b l y d e s i g n d e t e r m i n e s t h e o v e r a l l a r t i f a c t g e o m - e t r y a s w e l l a s t h e fi b e r a r c h i t e c t u r e , fi b e r f r a c t i o n , o r i e n t a t i o n , s t a c k i n g , i n t e g r a t i o n o f o t h e r m a t e r i a l s ( h o n e y c o m b o r f o a m ) , a n d i s s u e s o f b o n d i n g a n d f a s t e n i n g . P r o c e s s d e s i g n i n v o l v e s a n a r r a y o f c o m p l e x p r o b l e m - s o l v i n g a c t i v i t i e s , f r o m s e l e c t i n g t h e p r o - c e s s i n g t e c h n o l o g y t o d e t e r m i n i n g t h e p a r a m e t e r s a t w h i c h t h e c h o s e n t e c h n o l o g y w i l l o p e r a t e [ M c D o w e l l e t a l . , 1 9 9 6 ] . C T e c h S e l , t h e c u r r e n t i m p l e m e n t a t i o n f o r p r o c e s s d e s i g n , u s e s h i e r a r c h i c a l c l a s s i - fi c a t i o n t o p e r f o r m p r o c e s s t e c h n o l o g y s e l e c t i o n . T h e c o m b i n a t i o n o f t h e m a t e r i a l d e s i g n a n d p r o c e s s i n g t e c h n o l o g y s e l e c t i o n e n v i s i o n e d f o r C M a t D e s i g n a n d C T e c h S e l c a n b e s e e n i n F i g u r e 3 6 . 5 . 3 . 2 M a t e r i a l D e s i g n T h e d o m a i n c o v e r a g e a n d s p e c i a l i s t h i e r a r c h y i n C M a t D e s i g n w e r e t h e s a m e a s i n T h e r m o s - I ( F i g u r e 3 3 ) , a s w a s t h e i n p u t / o u t p u t b e h a v i o r ( F i g u r e 3 4 ) . H o w e v e r , C M a t D e - s i g n c o u l d h a n d l e f a m i l i e s o f d e s i g n s i n s t e a d o f t h e b e s t s i n g l e d e s i g n . T o a c c o m p l i s h t h i s , m o d i fi c a t i o n s w e r e m a d e t o t h e R o u t i n e D e s i g n p a r a d i g m . F o r a d e t a i l e d d e s c r i p t i o n o f t h e s e c h a n g e s t o R o u t i n e D e s i g n , s e e [ K a m e l e t a l . , 1 9 9 4 ] . 1 4 0 p e r f o r m a n c e p a r t , p r o c e s s i n g & & e n v r r o n m e n m l e c o n o m r c i s s u e s f a c t o r s I C M a t D e s i g n C T e c h S e l f a m i l y o f s u i t a b l e f a b r i c a t i o n m a t e r i a l s y s t e m s t e c h n o l o g i e s m a t e r i a l s & f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g i e s i p a i r i n g s o f m a t e r i a l s 8 . f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g i e s I K n o w l e d g e - b a s e d c o m b i n a t i o n o f I F i g u r e 3 6 . P l a n n e d c o m b i n a t i o n o f C M a t D e s i g n a n d C T e c h S e l . T h e c o m p a r i s o n s a m p l e p r o b l e m w a s s o l v e d u s i n g C M a t D e s i g n . T h e s p e c i fi e d i n p u t s t o t h e p r o b l e m s o l v e r w e r e t h e s a m e a s t h o s e f o r T h e r m o s - I . C M a t D e s i g n s e l e c t e d t h r e e e p o x i e s : h y d r o x y p h e n y l , D G E B A ( t h e p r e v i o u s d e f a u l t c h o i c e f r o m E p o x - I ) , a n d e p o x i d i z e d p h e n o l i c n o v o l a c , a s t h e M a t r i x , d i a m i n o d i p h e n y l s u l f o n e ( D D S ) a s t h e C u r i n g - A g e n t f o r a l l t h r e e M a t r i c e s , f o u r t y p e s o f fi b e r : E - g l a s s , S - g l a s s , A S 4 - c a r b o n , a n d g r a p h - i t e , a n d a c u r e c y c l e o f o n e h o u r a t 1 5 0 ° C f o l l o w e d b y t h r e e h o u r s a t 2 2 0 ° C a n d a t m o s p h e r i c p r e s s u r e [ K a m e l e t a l . , 1 9 9 4 ] . I n F i g u r e 3 7 , a s i n g l e t r a c e t h r o u g h t h e d i s - p l a y e d o u t p u t n o d e s f r o m M a t r i x t o fi b e r r e p r e s e n t s a d e s i g n . T h i s o u t p u t i n c l u d e d t h e o u t p u t p r o v i d e d b y t h e p r e v i o u s s y s t e m , b u t f o u n d 1 1 a d d i t i o n a l d e s i g n s t h a t m e t t h e s p e c i fi e d c o n d i t i o n s . R e c a l l t h a t t h i s w a s w i t h o u t a n y I e t i h p a r g : r I e b i I i y n e h p y x o r d n o b r a c F y I I h : . ) i S r x ( 4 . D I I D ( t a M 8 A . . “ ° n I s C e I / . r c r u o n e t ° 0 f b i F a h 0 2 u 2 l h i o g 5 s 3 s i I : y t 1 l e I I p n I 9 : : : e e m A e p m h D t a m m i T e e T T e r i p M B T i d E C e G o r e r n o D r u r e u i f 9 m C I u C u a x : s C t C i t i t s s s s d r a o I I I o t l u s l : P e P a g - S : r e b i F I I s s a l g _ E . . r I I n I e d t r M g A g n n a t u l I p r n u i N C L P m E : x e l b i o r e t b i U a M I n g i s e D t a M C : p m e : T : 9 e " c n ' r p n o s i r a p m o C . 7 3 e r u g i F y s T e n n a d r t i o i r 8 “ d o . n s i : o n C a : g n i a t ° : i p p n i t r : o e e p ‘ Y m C a T i 0 y ' c 0 s e a e ° R t ' e . o n g 0 s i n i T i o 2 G M d é o n 0 s o r l r 0 n m n m S e 1 p r a 2 N i p o l l ‘ s i U g A C F G U H R r | I I L t l 1 4 1 1 4 2 m o d i fi c a t i o n o f t h e d o m a i n c o n t e n t . O n c e a g a i n , t h e u s e o f R o u t i n e D e s i g n a l l o w e d m o d i fi c a t i o n t o o n l y t h e e v a l u a t i o n p o r t i o n o f t h e p r o g r a m a n d n o t t h e k n o w l e d g e - b a s e , w h i c h w a s l e f t i n t a c t f r o m t h e p r e v i o u s s y s t e m . 5 . 3 . 3 P l a n n e d C o n t i n u a t i o n s W i t h t h e i m p e t u s o f p r e s e n t i n g f a m i l i e s o f d e s i g n s , C M a t D e s i g n w a s i m p l e m e n t e d u s i n g a n e w a p p r o a c h c a l l e d m u l t i p l e d e s i g n . W i t h e s s e n t i a l l y t h e s a m e d e p t h a s t h e T h e r - m o s - I s y s t e m , C M a t D e s i g n g e n e r a t e d a f a m i l y o f d e s i g n s , i n s t e a d o f t h e fi r s t b e s t d e s i g n a s t h e p r e v i o u s t w o s y s t e m s h a d d o n e . A g a i n , a n i m p o r t a n t n o t e t o m e n t i o n i s t h a t t h e k n o w l e d g e b a s e w a s e s s e n t i a l l y u n c h a n g e d f r o m T h e r m o s - I t o C M a t D e s i g n . F o r t h e m a t e r i a l d e s i g n p o r t i o n o f t h e a r c h i t e c t u r e t h e r e w e r e i m m e d i a t e p l a n s t o i m p l e m e n t a d d i t i o n a l p o r t i o n s , i n c l u d i n g a c a s e - b a s e d r e a s o n e r t o a r c h i v e s u c c e s s f u l d e s i g n s a n d a m o d e l - b a s e d r e a s o n e r t o e v a l u a t e p r o p o s e d d e s i g n s [ M c D o w e l l e r a l . , 1 9 9 6 ] . T h i s m o d e l - b a s e d r e a s o n e r w a s fi r s t p r o p o s e d a s a n e x t e n s i o n t o E p o x - I . A d d i t i o n a l l y , C M a t D e s i g n ’ s o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e w a s t o b e s c r u t i n i z e d a n d m o d i fi e d a s n e c e s s a r y . T h i s w a s t o b e c a r r i e d o u t i n c o n j u n c t i o n w i t h a n e x p a n s i o n o f t h e d o m a i n c o v e r a g e t o i n c l u d e n o t o n l y t h e n n o s e t s b u t a l s o t h e r m o p l a s t i c s . 5 . 4 L e s s o n s f r o m t h e E v o l u t i o n o f t h e s e S y s t e m s A s t h e d e v e 1 0 p m e n t o f t h e s e s y s t e m s e v o l v e d , s e v e r a l i s s u e s b e c a m e a p p a r e n t . T h e s i m p l e f o r m u l a t i o n o f t h e d e s i g n p r o b l e m u t i l i z e d f o r t h e i n i t i a l s y s t e m w a s n o t c o m - p r e h e n s i v e e n o u g h f o r u s e i n t h e l a t e r s y s t e m s . T h i s w a s i n p a r t a t t r i b u t a b l e t o t h e i n t e n - t i o n a l l y r e s t r i c t e d d o m a i n s p a c e f o r w h i c h E p o x - I w a s i n t e n d e d . O t h e r l e s s o n s l e a r n e d i n 1 4 3 t h i s e v o l u t i o n c a n b e s e e n b y c o n s i d e r i n g t h e c h a n g i n g g l o b a l v i s i o n o f p o l y m e r c o m p o s - i t e s d e s i g n a n d t h e f o c u s e d a p p r o a c h f o r m a t e r i a l d e s i g n . T h i s t o u r t h r o u g h t h e d e v e l o p m e n t o f a n a r c h i t e c t u r e f o r p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e - r i a l d e s i g n h a s s h o w n t h e v a l u e i n l e a m i n g f r o m i n t e n t i o n a l l y r e s t r i c t e d d o m a i n s . T h e s o l u t i o n t o t h e r e s t r i c t e d d o m a i n p r o b l e m c a n b e r e e v a l u a t e d a s t h e d o m a i n s i z e a n d c o m - p l e x i t y i s e x p a n d e d , a n d m o d i fi e d a s n e c e s s a r y . T h e r e l a t i v e l y s i m p l i s t i c a p p r o a c h t o c o m - p o s i t e m a t e r i a l s d e s i g n i n E p o x - I w a s i n c a p a b l e o f f u l l y e n c o m p a s s i n g t h e c o m p l e x i t i e s o f a n e x p a n d e d m a t e r i a l d o m a i n . A m o r e d e t a i l e d a p p r o a c h u t i l i z i n g a d d i t i o n a l i n p u t s a n d a n e x p a n d e d o u t p u t s e t w a s n e c e s s i t a t e d i n T h e r m o s - I a n d C M a t D e s i g n . T h e v i e w s o f g l o b a l c o m p o s i t e s d e s i g n a n d t h e f o c u s e d c o m p o s i t e m a t e r i a l d e s i g n e n v i s i o n e d f o r E p o x - l w e r e s t r e a m l i n e d a s w e l l . I n i t i a l a s s u m p t i o n s w h i c h e n a b l e d t h i s s t r e a m l i n i n g i n c l u d e d a d e f a u l t f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g y . O n c e t h e o v e r a l l d e s i g n v i s i o n w a s e x p a n d e d t o i n c l u d e t h e s e l e c t i o n o f a p p r o p r i a t e f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g i e s , a n a d d i t i o n a l p r o b l e m s o l v e r w a s r e q u i r e d . T h i s i s n o t u n e x p e c t e d , a s a n i n c r e a s e i n t h e c o m p l e x i t y o f t h e d e s i g n p r o b l e m n e a r l y a l w a y s l e a d s t o a m o r e c o m p l e x i m p l e m e n t a t i o n s c e n a r i o . T h i s i d e a w a s b o u m o u t i n t h e p r e v i o u s c h a p t e r . W h i l e p l a n n e d a n d d i s c u s s e d a t a h i g h l e v e l f r o m t h e v e r y b e g i n n i n g , o t h e r c o m p u - t a t i o n a l a s p e c t s o f t h e c o m p o s i t e s d e s i g n p r o c e s s w e r e n o t i m p l e m e n t e d . T h e s e i n c l u d e d t h e f u n c t i o n a l r e a s o n e r f o r d e s i g n c o n s e q u e n c e c h e c k i n g a n d t h e c a s e - b a s e d r e a s o n e r f o r d e s i g n i n g f r o m p r e v i o u s d e s i g n s o l u t i o n s . T h e r e a s o n s f o r t h i s p o s t p o n e d i m p l e m e n t a t i o n w e r e a l a c k o f f u n d a m e n t a l c o m p o s i t e m a t e r i a l f u n c t i o n a l k n o w l e d g e a n d a l a c k o f d e s i g n s p a c e c o m p l e x i t y ( f o r t h e f u n c t i o n a l r e a s o n e r a n d t h e c a s e - b a s e d r e a s o n e r , r e s p e c t i v e l y ) . 1 4 4 I n t h e c o u r s e o f t h e d e v e l o p m e n t o f t h e s e t h r e e s y s t e m s , i t w a s r e a l i z e d t h a t t h e f u l l c o m p l e x i t y o f t h e p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l d e s i g n c o u l d n o t b e c o m p l e t e l y d e p i c t e d u s i n g t h e fi r s t , b e s t d e s i g n . E n g i n e e r i n g p r o b l e m s r a r e l y h a v e a s i n g l e s o l u t i o n , a n d i n m a n y c a s e s , t h e p e r f o r m a n c e r e q u i r e m e n t s m a y b e m e t b y s e v e r a l c o m p o s i t e s y s t e m s . R e p r e s e n t a t i v e s f r o m t h e c o m p o s i t e s i n d u s t r y i n d i c a t e d t h a t a f a m i l y o f d e s i g n s w o u l d p r e s e n t a m o r e e f f e c t i v e a i d e t o c o m p o s i t e d e s i g n e r s t h a n w o u l d t h e o u t p u t o f a s i n g l e d e s i g n . T h i s c a p a b i l i t y w a s a d d e d t o t h e d e s i g n a p p r o a c h , w i t h C M a t D e s i g n p r e s e n t i n g f a m i l i e s o f d e s i g n s a s o u t p u t . J u s t a s t h e e x p a n d i n g d o m a i n c o v e r a g e f o r c e d m o d i fi c a t i o n s t o t h e a c c e p t e d d e s i g n a p p r o a c h e s f o r t h e p r e v i o u s d e v e l o p m e n t , s o t o o s h o u l d c h a n g e s b e e x p e c t e d f o r a n y a d d i - t i o n a l d o m a i n e x p a n s i o n . T h e p l a n n e d e x t e n s i o n s t o C M a t D e s i g n s t a t e d t h a t t h e r m o p l a s - t i c s w e r e t o b e a d d e d i n t o t h e m a t e r i a l s d o m a i n c o v e r a g e . A s d e s i g n i s s u e s f o r t h e r m o p l a s t i c s a r e q u i t e d i f f e r e n t f r o m t h o s e o f t h e n n o s e t s , a n a d d i t i o n a l e v o l u t i o n o f t h e m a t e r i a l d e s i g n a p p r o a c h s h o u l d b e a n t i c i p a t e d f o r a s y s t e m i n c o r p o r a t i n g t h e r m o p l a s t i c s . P a r t I V A u g m e n t i n g t h e L e g a c y C H A P T E R 6 R e f o c u s i n g C o m p o s i t e s D e s i g n A n o b s e r v a t i o n o f t h e d e v e 1 0 p m e n t s d e t a i l e d i n t h e p r e v i o u s c h a p t e r s h o w s s e v e r a l c o m p o - n e n t s o f t h e d e s i g n a p p r o a c h i n t i m a t e d b u t n e v e r r e a l i z e d . A l a c k o f c o h e s i v e n e s s i n p o r - t i o n s o f t h e d e s i g n v i s i o n i s a l s o a p p a r e n t . W i t h t h e I S L ’ s c o m p o s i t e s d e s i g n h i s t o r y fi r m l y i n m i n d , t h e r e m a i n d e r o f t h i s d i s s e r t a t i o n e x t e n d s a n d e x p a n d s t h e c a p a b i l i t i e s f o r a n d t h e u n d e r s t a n d i n g o f t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l d e s i g n p r o c e s s . O f p a r t i c u l a r i n t e r e s t i s t h e i m p l e m e n t a t i o n o f a n e x t e n d e d c o m p o s i t e m a t e r i a l d e s i g n e r t h a t i n c l u d e s t h e r m o p l a s t i c s , a n d t h e e s t a b l i s h m e n t o f p r o t o c o l s f o r a n d t h e d e v e l o p m e n t o f a c a s e - b a s e d r e a s o n i n g a p p r o a c h t o c o m p o s i t e m a t e r i a l d e s i g n . T h e s e n e w s y s t e m s a n d a p p r o a c h e s w i l l f a c i l i t a t e t h e u s e a n d r e u s e o f e n g i n e e r i n g d e s i g n k n o w - l e d g e , t h u s e n a b l i n g t h e t r a n s f e r o f e x p e r t i s e . B y s t r e a m l i n i n g t h e m u n d a n e d e s i g n p r o - c e s s e s , t h e s e s y s t e m s w i l l a l s o f r e e d e s i g n e n g i n e e r s f o r m o r e c r e a t i v e d e s i g n a c t i v i t i e s . T h e r e m a i n d e r o f t h i s c h a p t e r e x a m i n e s t h e p r e v i o u s l y u s e d c o m p o s i t e s d e s i g n v i s i o n s ( g l o b a l a n d m a t e r i a l - s p e c i fi c ) a n d r e e v a l u a t e s t h e c o n t e n t o f t h e s e v i s i o n s . M o d i fi - c a t i o n s t o t h e s e v i s i o n s t h a t s e r v e a s t h e g u i d e l i n e s f o r t h e r e s e a r c h i n t h i s d i s s e r t a t i o n a r e 1 4 6 1 4 7 p r e s e n t e d a s w e l l . T h i s c h a p t e r c o n c l u d e s w i t h a p r e s e n t a t i o n o f s e v e r a l e x p l i c i t l y s t a t e d r e s e a r c h g o a l s . 6 . 1 R e t h i n k i n g t h e G l o b a l C o m p o s i t e s D e s i g n V i s i o n T h r o u g h o u t t h e p r e v i o u s c h a p t e r , t h e o v e r a l l a p p r o a c h t o d e s i g n i n g c o m p o s i t e s e v o l v e d w i t h t h e i m p l e m e n t a t i o n o f e a c h n e w s y s t e m . T h e d r i v i n g f o r c e s b e h i n d t h i s e v o l u t i o n o f t h e d e s i g n v i s i o n a l t e r n a t e d b e t w e e n d o m a i n - s p e c i fi c i s s u e s a n d t h e m e t h o d s b y w h i c h t h e s y s t e m s w e r e i m p l e m e n t e d . W h i l e c o m p u t a t i o n a l d e v e l o p m e n t s h a v e p u s h e d t h e u n d e r s t a n d i n g o f t h e d e s i g n p r o c e s s , r e p r e s e n t a t i o n o f t h e p o l y m e r c o m p o s i t e s d o m a i n h a s n o t a d v a n c e d a s r i g o r o u s l y . A r e c o m m i t r n e n t t o t h e p o l y m e r c o m p o s i t e s d o m a i n , d r i v e n b y a c h e m i c a l e n g i n e e r i n g p e r s p e c t i v e , h a s r e s u l t e d i n a r e f o c u s e d o v e r a l l v i s i o n f o r c o m p o s i t e s d e s i g n . T h i s d i s c u s s i o n p r e s e n t s t h e i n i t i a l v i e w o f t h e d e s i g n t o m a n u f a c t u r i n g c y c l e f o r c o m p o s i t e s a n d c o m p a r e s i t w i t h t h e n e w v i s i o n t h a t n o w g u i d e s t h e c o m p o s i t e s d e s i g n r e s e a r c h . 6 . 1 . 1 T h e P r e v i o m G l o b a l D e s i g n V i s i o n T h e o v e r a l l d e s i g n v i s i o n w i t h i n w h i c h a l l o f t h e p r e v i o u s c o m p o s i t e s d e s i g n d e v e l o p m e n t i n t h e I S L o c c u r r e d w a s e s s e n t i a l l y l i n e a r , p r o c e e d i n g f r o m i n i t i a l d e s i g n s p e c i fi c a t i o n s t h r o u g h t o t h e fi n i s h e d c o m p o s i t e p a r t . F i g u r e 3 8 s h o w s t h i s d e s i g n v i s i o n . T h e fi r s t s t e p i n t h e d e s i g n v i s i o n d e s i g n e d o f t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l b y c o n s i d e r - i n g f a c t o r s r e l a t e d t o c o m p a n y i n t e r e s t s , e c o n o m i c c o n s i d e r a t i o n s , a n d t o t h e s p e c i fi c a p p l i c a t i o n . T h e d e t a i l s o f t h i s d e s i g n w e r e d e p e n d e n t u p o n t h e s p e c i fi c c o m p u t a t i o n a l t e c h n i q u e u s e d . O n c e t h e b e s t c o m p o s i t e m a t e r i a l d e s i g n w a s d e t e r m i n e d , t h e a p p r o p r i a t e 1 4 8 e c o n o m i c , a p p l i c a t i o n , a n d c o m p a n y f a c t o r s d e s i g n c o m p o s i t e m a t e r i a l s e x e c u t e f a b r i c a t i o n p l a n s e l e c t a p p r o p r i a t e f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g y d e v e l o p f a b r i c a t i o n p l a n 3 0 p a r t / a s s e m b l y d e s i g n F i g u r e 3 8 . O r i g i n a l l y e n v i s i o n e d d e s i g n - t o - m a n u f a c t u r e c y c l e f o r c o m p o s i t e s . f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g y f o r p r o d u c i n g t h a t m a t e r i a l w a s s e l e c t e d . A f t e r t h i s p r o c e s s s e l e c - t i o n , t h e d e t a i l e d g e o m e t r y o f t h e p a r t w a s d e s i g n e d . C o m b i n i n g i n f o r m a t i o n f r o m t h e m a t e r i a l d e s i g n , t h e f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g y , a n d d e t a i l e d p a r t g e o m e t r y , a d e t a i l e d f a b r i c a - t i o n p l a n w a s e s t a b l i s h e d . T h i s p l a n l i s t e d a s p e c i fi c r e c i p e f o r p r o d u c i n g t h e c o m p o s i t e p a r t . F i n a l l y , t h e f a b r i c a t i o n p l a n w a s c a n i e d o u t a n d c o n t r o l l e d , r e s u l t i n g i n t h e fi n i s h e d c o m p o s i t e p a r t . F o r a n i n i t i a l g u i d i n g v i s i o n , t h i s d e s i g n - t o - m a n u f a c t u r e c y c l e s e r v e d i t s p u r p o s e w e l l : i t s e r v e d a s a f o u n d a t i o n u p o n w h i c h p r e l i m i n a r y c o m p o s i t e s d e s i g n e f f o r t s w e r e b a s e d . I t w a s a t t h e t i m e a s e e m i n g l y l o g i c a l p r o g r e s s i o n o f d e s i g n t a s k s t o a c c o m p l i s h i n t h e d e s i g n a n d p r o d u c t i o n o f a c o m p o s i t e m a t e r i a l . O n l y b y r e v i s i t i n g t h e d e s i g n v i s i o n 1 4 9 o v e r t h e c o u r s e o f t h e p r e v i o u s d e v e l o p m e n t s w e r e i n c o n s i s t e n c i e s w i t h e x i s t i n g d e s i g n p r a c t i c e s i d e n t i fi e d . U n f o r t u n a t e l y , t h i s d e s i g n v i s i o n w a s e n t i r e l y t o o d e p e n d e n t u p o n t y p i c a l d e s i g n p r o c e s s e s i n o t h e r , m o r e t r a d i t i o n a l . a p p l i c a t i o n d o m a i n s ( e . g . , m e t a l s , c h e m i c a l p r o - c e s s e s ) . I n s u c h d o m a i n s , a l i n e a r d e s i g n p r o c e s s i s p o s s i b l e d u e t o t h e d e t a i l e d u n d e r - s t a n d i n g o f t h e i n t e r a c t i o n s b e t w e e n v a r i o u s p o r t i o n s o f t h e d e s i g n . F o r c o m p o s i t e s , t h a t l e v e l o f u n d e r s t a n d i n g f o r t h e i n t e r a c t i o n s f o r m a t e r i a l s , p r o c e s s e s , a n d g e o m e t r y s i m p l y d o e s n o t e x i s t . I f t h i s d e s i g n v i s i o n w e r e t o b e u s e d f o r a d d i t i o n a l d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m s , i t w o u l d h a v e t o b e m o d i fi e d , w i t h s e v e r a l i t e r a t i v e l o o p s i n s e r t e d b e t w e e n m a t e r i a l d e s i g n , f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g y s e l e c t i o n , a n d g e o m e t r y d e s i g n . P e r h a p s t h e r e i s a n o t h e r w a y t o e n v i s i o n t h e c o m p o s i t e s d e s i g n t o m a n u f a c t u r i n g p r o c e s s o t h e r t h a n l i n e a r l y . 6 . 1 . 2 T h e N e w O v e r a l l D e s i g n V i s i o n O v e r t h e c o u r s e o f t h e p r e v i o u s c o m p o s i t e s d e s i g n d e v e l o p m e n t , i t b e c a m e c l e a r t h a t t h e b e s t v i s i o n o f t h e c o m p o s i t e s d e s i g n p r o c e s s s h o u l d n o t b e r i g i d l y s p e c i fi e d . I n f a c t , t h e d e s i g n p r o c e s s i s l i k e l y c o n n e c t e d o n m a n y l e v e l s . T h e d e t a i l s o f h o w t h e s e l e v e l s i n t e r a c t a r e u n c l e a r . I t d o e s s e e m c l e a r , h o w e v e r , t h a t s e p a r a t i n g o u t t h e i n d i v i d u a l d e s i g n d o m a i n s w i l l f a c i l i t a t e t h e d e s i g n p r o c e s s b y s i m p l i f y i n g t h e d o m a i n c o v e r a g e f o r e a c h s y s t e m d e v e l o p e d t o s o l v e t h e m . T h i s , i n t u r n ( a s w e h a v e s e e n b e f o r e ) , s h o u l d r e d u c e t h e r e q u i r e d c o m p u t a t i o n a l c o m p l e x i t y . T h e n e w m u l t i p l y - i n t e r a c t i n g d e s i g n v i s i o n o f i n t e l l i g e n t d e c i s i o n s u p p o r t f o r p o l y m e r c o m p o s i t e s i s c o m p o s e d o f s e v e r a l m o d u l e s b a s e d o n v a r i o u s i n t e l l i g e n t t e c h n o l o g i e s c o n t r i b u t i n g d e s i g n a d v i c e , d e s i g n c r i t i c i s m a n d d e s i g n g e n e r a t i o n f o r 1 5 0 c o m p o s i t e m a t e r i a l s , c o m p o s i t e p a r t s a n d c o m p o s i t e f a b r i c a t i o n p r o c e s s e s . S e e F i g u r e 3 9 f o r t h i s d e s i g n v i s i o n . A l t h o u g h n o t e x p l i c i t l y d e p i c t e d i n F i g u r e 3 9 , t h e u n d e r s t a n d i n g o f t h e c o m p o s i t e s d e s i g n p r o c e s s h a s b e e n a d v a n c e d a s w e l l . T h e d e s i g n o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s i n v o l v e s t h e m a p p i n g f r o m p e r f o r m a n c e r e q u i r e m e n t s t o c h o i c e s f o r t h e fi b e r , fi b e r l e n g t h , m a t r i x , a n d a n y n e c e s s a r y c h e m i c a l a g e n t s . I n t h e d e s i g n o f c o m p o s i t e p a r t s a n d a s s e m b l i e s , r e q u i r e m e n t s i n c l u d e p a r t i a l g e o m e t r i c i n f o r m a t i o n a n d t o l e r a n c e s a n d a l s o v a r i o u s e n v i r o n m e n t a l l o a d i n g s . P a r t d e s i g n d e t e r m i n e s t h e o v e r a l l p a r t g e o m e t r y a n d fi b e r a r c h i t e c t u r e , fi b e r f r a c t i o n , o r i e n t a t i o n , s t a c k i n g , i n t e g r a t i o n o f o t h e r m a t e r i a l s ( h o n e y c o m b a n d / o r f o a m ) a n d i s s u e s o f b o n d i n g a n d f a s t e n i n g . F a b r i c a t i o n p r o c e s s M a t e r i a l K n o w l e d g e - b a s e d c o m b i n a t i o n o f m a t e r i a l s 8 : f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g i e s ~ , : F a b r i c a t i o n ‘ T e c h n o l o g y ' S e l e c t o r F i g u r e 3 9 . R e v i s e d g l o b a l d e s i g n / m a n u f a c t u r i n g v i s i o n f o r c o m p o s i t e s . 1 5 1 d e s i g n i n v o l v e s a n a r r a y o f c o m p l e x p r o b l e m s o l v i n g a c t i v i t i e s , r a n g i n g f r o m s e l e c t i n g t h e f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g y t o d e c i d i n g t h e p a r a m e t e r s a t w h i c h t h e c h o s e n t e c h n o l o g y w i l l o p e r a t e . T h r e e o f t h e f o u r s t a r b u r s t s i n F i g u r e 3 9 o v e r l a p w i t h e a c h o t h e r , b u t n o t i n a n y “ e a s y ” g e a r - l i k e fi t . T h i s d e p i c t s t h e e x p e c t e d m u l t i p l e i n t e r a c t i o n s b e t w e e n t h e d e s i g n a r e a s , b u t n e i t h e r t h e m e t h o d o f i m p l e m e n t a t i o n n o r t h e o r d e r o f e x e c u t i o n i s n e c e s s a r i l y m a n d a t e d . T h e b e s t w a y t o fi n d t h e d e t a i l e d i n t e r a c t i o n s b e t w e e n t h e s e d e s i g n a r e a s t o c o n t i n u e t h e r e s e a r c h i n t o a n d d e v e 1 0 p m e n t o f d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m s f o r c o m p o s i t e s d e s i g n . P a r t o f t h e d e s i g n v i s i o n t h a t h a s b e e n d e fi n e d i s s h o w n o n t h e r i g h t o f F i g u r e 3 9 , w h e r e m a t e r i a l d e s i g n a n d p r o c e s s d e s i g n a r e p a r t i a l l y a c c o m p l i s h e d b y a m a t e r i a l d e s i g n e r a n d a f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g y s e l e c t o r , r e s p e c t i v e l y . T h e r e s u l t s f r o m b o t h s y s - t e m s a r e t h e n c o m b i n e d t o d e c i d e a p p r o p r i a t e c o m b i n a t i o n s o f f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g i e s a n d m a t e r i a l s . T h e f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g y s e l e c t o r fi n d s a p p r o p r i a t e t e c h n o l o g i e s u s i n g h i e r a r c h i c a l c l a s s i fi c a t i o n . D e t a i l s o f h o w t h e m a t e r i a l d e s i g n e r fi g u r e s o u t c o m p o s i t e m a t e r i a l d e s i g n s a r e i n a s t a t e o f fl u x . 6 . 2 R e t h i n k i n g t h e C o m p o s i t e M a t e r i a l D e s i g n V i s i o n A s t h e o v e r a l l v i s i o n f o r t h e c o m p o s i t e s d e s i g n p r o c e s s h a s e v o l v e d , t h e m o r e d e t a i l e d a s p e c t s o f t h i s v i s i o n h a v e a l s o c h a n g e d . P a r t o f t h i s c h a n g e c a n b e a t t r i b u t e d t o fi t t i n g t h e d e t a i l e d p o r t i o n s i n t o t h e c o n t e x t o f t h e n e w d e s i g n v i s i o n . H o w e v e r , s i n c e t h e o v e r a l l d e s i g n v i s i o n ’ s e v o l u t i o n w a s g u i d e d i n p a r t b y d e v e l o p m e n t s a t t h e m a t e r i a l d e s i g n l e v e l , a d d i t i o n a l c o n s i d e r a t i o n o f t h e d e t a i l s o f t h e d e s i g n p r o c e s s i s w a r r a n t e d . 1 5 2 T h i s d i s c u s s i o n c o m p a r e s t h e n e w v i s i o n f o r t h e d e s i g n o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s - t e m s w i t h t h e p r e v i o u s l y u s e d v i s i o n . A k e y d i fi ' e r e n c e b e t w e e n t h e n e w v i s i o n a n d t h e p r e v i o u s o n e i s t h e r e p r e s e n t a t i o n o f t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l d e s i g n p r o b l e m i t s e l f . 6 . 2 . 1 T h e P r e v i o u s M a t e r i a l D e s i g n V i s i o n M a t e r i a l d e s i g n a s c o n c e i v e d p r e v i o u s l y i n v o l v e d m a p p i n g p e r f o r m a n c e r e q u i r e - m e n t s t o c h o i c e s f o r t h e fi b e r , t h e m a t r i x , t h e n e c e s s a r y c u r i n g a g e n t s , a n d t h e a p p r o p r i a t e p r o c e s s i n g c o n d i t i o n s . T h i s p r o b l e m f o r m u l a t i o n w a s u s e d m o s t r e c e n t l y i n C M a t D e s i g n . S e e t h e v i s i o n f o r m a t e r i a l d e s i g n w i t h i n w h i c h C M a t D e s i g n w a s d e v e l O p e d i n F i g u r e 4 0 . ( d e s i g n f r o m s c r a t c h ) f a m i l y o f s e t i s f y c i n g d e s i g n s l b e s t d e s i g n m e t e r i d d e s i g n r e q u i r e m e n t s * C a s e L i b r a r y d e s i g n ( o r e v r o u s d e s i g n s } s p e c i fi c a t i o n . n o c a s e s \ c l o s e s t e x i s t i n g m a t c h e s R o u t i n e D e s i g n e r I ( m o d i f y e x r s t r n g d e s r g n l l — i ‘ ' O K - o r h o w t h e p a r a m e t e r s d e s i g n f a i l s I i I R o u t i n e D e s i g n e r l l p a r a m e t e r s o n I D e s i g n S e l e c t o r | p r a c t i c a l F u n c t i o n a l M o d e l e r ( 9 0 0 0 3 9 o n e d 9 3 5 9 " ) g r o u n d s . I ( t e s t p r o p o s e d d e s i g n ) I ( e c o n o m i c s , a v a i l a b i l i t y , . . . ) F i g u r e 4 0 . C M a t D e s i g n - e r a v i s i o n f o r c o m p o s i t e m a t e r i a l d e s i g n . 1 5 3 W h i l e n o t i m p l e m e n t e d a t t h e t i m e o f C M a t D e s i g n , t h e p l a n w a s t o u s e a c a s e - b a s e d r e a s o n i n g a p p r o a c h t o r e t r i e v e p r e v i o u s d e s i g n s o l u t i o n s . I f a d e s i g n s o l u t i o n w a s f o u n d , i t w o u l d b e m o d i fi e d b y a n o t h e r ( a g a i n , u n i m p l e m e n t e d ) r o u t i n e d e s i g n s y s t e m . T h e d e s i g n - f r o m - s c r a t c h r o u t i n e d e s i g n e r w a s t o b e u s e d o n l y w h e n n o p r e v i o u s d e s i g n s o l u t i o n s w e r e f o u n d b y t h e C B R s y s t e m . C M a t D e s i g n e m b o d i e d t h e d e s i g n - f r o m - s c r a t c h p o r t i o n o f t h e m a t e r i a l d e s i g n v i s i o n . W h i l e a n i n t e r m e d i a t e r e s u l t o f C M a t D e s i g n w a s a f a m i l y o f d e s i g n s , t h e s e d e s i g n s w e r e p a r e d a n d o n l y t h e “ b e s t ” d e s i g n w a s p r e s e n t e d a s t h e fi n a l a n s w e r . 6 . 2 . 2 T h e N e w M a t e r i a l S y s t e m D e s i g n V i s i o n T h e m a t e r i a l d e s i g n v i s i o n w h i c h g u i d e s t h e d e v e l o p m e n t s i n t h i s d i s s e r t a t i o n i s a s l i g h t v a r i a n t o f t h e p r e v i o u s v i s i o n . F i g u r e 4 1 s h o w s t h i s n e w v i s i o n . T h e m a i n d i s t i n c - t i o n b e t w e e n t h i s a n d t h e p r e v i o u s d e s i g n v i s i o n i s t h e l a c k o f a D e s i g n S e l e c t o r . T h e o u t - p u t f r o m t h e m a t e r i a l d e s i g n e r i s t o b e a f a m i l y o f d e s i g n s o l u t i o n s a n d t h e r e i s n o n e e d t o e x p l i c i t l y s e l e c t o n l y o n e s o l u t i o n . T h i s f a m i l y o f m a t e r i a l d e s i g n s w i l l t h e n b e m a t c h e d t o t h e o u t p u t f r o m t h e f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g y s e l e c t o r t o g e n e r a t e a m a t c h e d l i s t o f a c c e p t - a b l e c o m b i n a t i o n s o f m a t e r i a l s a n d f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g i e s ( s e e F i g u r e 3 9 ) . A t t h a t p o i n t , t h e r e m a y b e a n e e d f o r a d e s i g n s e l e c t o r . M a t e r i a l d e s i g n f o r p o l y m e r c o m p o s i t e s i n v o l v e s t h e m a p p i n g f r o m e n v i r o n m e n t a l a n d p e r f o r m a n c e r e q u i r e m e n t s ( m e c h a n i c a l , t h e r m a l a n d c h e m i c a l ) t o c h o i c e s f o r fi b e r s a n d m a t r i c e s . D e p e n d i n g o n t h e t y p e o f m a t r i x , a d e t a i l e d r e c i p e o f r e a c t i v e d i l u e n t s , i n h i b i t o r s , fi l l e r s , i n i t i a t o r s , a n d o t h e r a d d i t i v e s m a y b e s p e c i fi e d a s w e l l . N o t i c e t h e l a c k o f a n y p r o c e s s i n g i n f o r m a t i o n i n t h i s d e s i g n s o l u t i o n , a s h a d p r e v i o u s l y b e e n i n c l u d e d . 1 5 4 m a t e r i a l d e s i g n r e q u i r e m e n t s * C a s e L i b r a r y d a l e " ( p r e v i o u s d e s i g n s ) s p e c i fi c a t i o n s n o c a s e s c l o s e s t w a s t i n g m a t c h e s R o u t i n e D e s i g n e r I R o u t i n e D e s i g n e r 1 1 ( d e s i g n f r o m s c r a t c h ) ( m o d i f y e x i s t i n g d e s i g n ) / d e s i g n f a m i l y o f . s a t i s l y c i n g d e s i g n s 0 " £ 2 2 1 3 " p a r a m e t e r s 1 1 0 / ( F u n c t i o n a l M o d e l e r ] ' L ( t e s t p r o p o s e d d e s i g n } F i g u r e 4 1 . P o s t - C M a t D e s i g n e n v i s i o n e d m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n a p p r o a c h . A d i s t i n c t i o n m u s t b e m a d e b e t w e e n p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s a n d p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s . T h i s d i s t i n c t i o n i s e s p e c i a l l y i m p o r t a n t w h e n c o n s i d e r i n g t h e i m p l i c a t i o n s o f t h e d e s i g n o f e i t h e r . D e s i g n o f p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s i m p l i e s a c r e - a t i v e a s p e c t t o t h e d e s i g n , w i t h n e w c l a s s e s o f m a t e r i a l s p o t e n t i a l l y b e i n g i n v e n t e d . A s t h a t i s n o t t h e i n t e n t i n t h i s d i s s e r t a t i o n , a n o t h e r t e r m m u s t b e u s e d t o e x p l i c i t l y a v o i d t h i s m i s i n t e r p r e t a t i o n . C o n s e q u e n t l y , t h e t e r m “ p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s ” i s u s e d . A s u s e d w i t h i n t h i s d i s s e r t a t i o n , p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s s p e c i f y c o m - b i n a t i o n s o f p o l y m e r m a t r i x m a t e r i a l s , c h e m i c a l a g e n t s ( c u r i n g , c o - c u r i n g , r e a c t i v e d i l u - e n t s ) , fi b e r m a t e r i a l s a n d fi b e r l e n g t h s . T h e d e s i g n o f p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s s p e c i fi e s n o t h i n g o t h e r t h a n fi n d i n g v a l i d c o m b i n a t i o n s o f m a t e r i a l s y s t e m c o n s t i t u e n t s . 1 5 5 6 . 3 R e s e a r c h P l a n T h e r e s e a r c h p r e s e n t e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n f o c u s e s o n t h e a p p l i c a t i o n a n d d e v e l o p m e n t o f e n g i n e e r i n g d e s i g n t e c h n i q u e s f o r d e s i g n i n g p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s . P r i n c i p l e s o f e n g i n e e r i n g d e s i g n i n g e n e r a l , a n d c h e m i c a l e n g i n e e r i n g d e s i g n i n p a r t i c u l a r , a r e p r e v a l e n t t h r o u g h o u t t h i s d o m a i n a n d w i l l g u i d e t h i s d e v e l o p m e n t . O f s p e c i fi c i n t e r e s t i s t h e d e s i g n o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s . T h e p l a n n e d w o r k f o r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n f o c u s e s o n t w o m a i n i s s u e s : t h e a c c u m u l a t i o n a n d o r g a n i z a t i o n o f d e s i g n k n o w l e d g e , a n d a n e x a m i n a t i o n o f t h e p h i l o s o p h i c a l n a t u r e o f t h e d e s i g n p r o c e s s . T h i s a c c u m u l a t i o n a n d o r g a n i z a t i o n w i l l r e s u l t i n a n e w p a r a d i g m f o r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n . N o t o n l y w i l l t h i s p a r a d i g m s e r v e t o f o r m u l a t e t h e d e s i g n p r o c e s s , b u t i t w i l l a l s o s e r v e a s t h e b a s i s f o r t h e c o n s t r u c t i o n o f t o o l s t h a t e n a b l e i t s u s e . T h e t o o l o f i n t e r e s t f o r e m b o d y i n g t h e p a r a d i g m i s a k n o w l e d g e - b a s e d a p p r o a c h t o c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n . I n s t r u c t i v e c a s e h i s t o r i e s o f t h e d e s i g n p r o c e s s a n d a w a y t o r e a s o n w i t h t h e m f o r m s t h e o t h e r c o n t r i b u t i o n . T h i s i n v o l v e s t h e d e v e l o p m e n t o f a c a s e - b a s e d r e a s o n i n g a p p r o a c h t o c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n . T h e f o l l o w i n g d i s c u s s i o n b r i e fl y e x a m i n e s e a c h o f t h e s e i s s u e s . 6 . 3 . ] I m p l e m e n t a n E x p a n d e d M a t e r i a l D e s i g n S y s t e m F o l l o w i n g t h e d e v e l o p m e n t o f C M a t D e s i g n , t h e r e w e r e i m m e d i a t e p l a n s t o i n c o r - p o r a t e a d d i t i o n a l c a p a b i l i t i e s i n t h e m a t e r i a l d e s i g n p o r t i o n o f t h e c o m p o s i t e s d e s i g n v i s i o n . C M a t D e s i g n ’ s o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e w a s t o b e s c r u t i n i z e d a n d m o d i fi e d a s n e c - e s s a r y . T h i s w a s t o b e c a n i e d o u t t o g e t h e r w i t h a n e x p a n s i o n o f t h e d o m a i n c o v e r a g e t o i n c l u d e n o t o n l y t h e n n o s e t s b u t a l s o t h e r m o p l a s t i c s . 1 5 6 T h e s p e c i fi c c h a r g e a t t h e i n c e p t i o n o f t h e r e s e a r c h f o r t h i s d i s s e r t a t i o n w a s t o e x p a n d t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d o m a i n c o v e r a g e t o i n c l u d e : a t o t a l o f t e n fi b e r s , t w o t o fi v e m o r e t h e r m o s e t s , fi v e t o t e n t h e r m o p l a s t i c s ( t h i s i s t o b e a t o t a l l y n e w a d d i t i o n ) , a n d t o r e e v a l u a t e t h e e x i s t i n g k n o w l e d g e s t r u c t u r i n g a n d i n f e r e n c e p a t t e r n s , a n d m o d i f y t h e m a s n e e d e d . N o t o n l y i s d e s i g n k n o w l e d g e a b o u t c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s t o b e a c c u m u - l a t e d , b u t i t i s t o b e o r g a n i z e d i n a w a y t h a t i s u s e f u l f o r d e s i g n . T h e o p e n - e n d e d n a t u r e o f t h e d e s i g n p r o c e s s m a n d a t e s t h e d e t e r m i n a t i o n o f a b s t r a c t e d h e u r i s t i c k n o w l e d g e . S u c h k n o w l e d g e i s u s e f u l f o r l i m i t i n g t h e s c o p e o f t h e d e s i g n s p a c e . A n y p r o b l e m s d u e t o i l l - s t r u c t u r e a r e s i g n i fi c a n t l y l i m i t e d b y t h e e s t a b l i s h m e n t o f a d e t a i l e d s t r u c t u r e o f t h e p o l y - m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n p r o b l e m ( s e e n i n t h e p r e v i o u s s e c t i o n ) . I d e a l l y , t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n e r w i l l b e u s e d w i t h o t h e r c o m p u t a - t i o n a l t o o l s t h a t a d d r e s s t h e d e s i g n o f t h e p r o c e s s i n g a n d s t r u c t u r a l a s p e c t s o f t h e c o m p o s - i t e m a t e r i a l . A n a d d i t i o n a l c o m p u t a t i o n a l t o o l s w i t h w h i c h t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n e r w i l l b e u s e d d e s i g n s b y r e u s i n g p a s t d e s i g n s o l u t i o n s . 6 . 3 . 2 D e v e l o p a C B R C a p a b i l i t y f o r M a t e r i a l D e s i g n T h e o t h e r c o m p u t a t i o n a l c a p a b i l i t y t o b e d e v e l o p e d f o r t h i s d i s s e r t a t i o n i s d e s i g n - i n g n e w c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s u s i n g p r e v i o u s d e s i g n s o l u t i o n s . A c a s e - b a s e d r e a - s o n i n g a p p r o a c h c a n a c c o m p l i s h j u s t t h a t . A C B R a p p r o a c h c a n u s e t h e s p e c i fi c k n o w l e d g e o f p r e v i o u s c o n c r e t e d e s i g n p r o b - l e m s . T h i s i s a n e x p e r i e n c e - b a s e d m e t h o d t h a t a t t e m p t s t o d e a l w i t h c u r r e n t p r o b l e m s t h r o u g h a c o m p a r i s o n t o p a s t s o l u t i o n s . - A n e w p r o b l e m i s s o l v e d b y fi n d i n g a s i m i l a r p a s t c a s e a n d r e u s i n g i t a s i n d i c a t e d b y t h e n e w s i t u a t i o n . A s n e w p r o b l e m s a r e s o l v e d , t h e 1 5 7 s o l u t i o n s a r e s t o r e d a s c a s e s . T h i s a l l o w s i n c r e m e n t a l l e a m i n g , w h i c h i n t u r n a l l o w s t h e r e a s o n e r t o b e c o m e m o r e e f fi c i e n t . T h e i n c r e m e n t a l l e a r n i n g o c c u r s a s a C B R s y s t e m a c c u m u l a t e s b o t h s p e c i fi c a n d g e n e r a l k n o w l e d g e . T h e m i x t u r e o f k n o w l e d g e l e v e l a b s t r a c t i o n s f a c i l i t a t e s t h e s o l u t i o n o f p r o b l e m s r e q u i r i n g t h e s i m u l t a n e o u s h a n d l i n g o f m u l t i p l e i n t e r a c t i n g c o n s i d e r a t i o n s . U s e o f a C B R s y s t e m t o g e t h e r w i t h t h e p r e v i o u s l y m e n t i o n e d m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n e r w i l l h e l p t o s h e d l i g h t o n t h e d e s i g n p r o c e s s . T h e e l u c i d a t i o n o f t h a t d e s i g n p r o - c e s s i s t h e fi n a l g o a l o f t h i s d i s s e r t a t i o n . 6 . 3 . 3 S c r u t i n i z e & I l l u m i n a t e t h e D e s i g n P r o c e s s T h e f o c u s o f t h i s d i s s e r t a t i o n i s t o e x a m i n e t h e i d e a s b e h i n d t h e d e s i g n o f p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s a t v a r y i n g l e v e l s o f c o m p l e x i t y a n d t o d e v e l o p a c o h e s i v e a p p r o a c h f o r e f fi c a c i o u s l y p e r f o r m i n g d e s i g n . W h i l e a d e s i g n v i s i o n c u r r e n t l y e x i s t s a s a g u i d e t o d e v e l o p m e n t , t h e d e t a i l s o f t h i s v i s i o n a r e u n c l e a r . T h e s e d e t a i l s w i l l b e m a d e m o r e c l e a r t h r o u g h o u t t h i s d i s s e r t a t i o n . T h i s i s t o b e d o n e w i t h a n e m p h a s i s o n k n o w l e d g e - b a s e d s y s t e m s , c a r e f u l l y e n g i n e e r i n g t h e p o s s i b l e i n t e r a c t i o n s o f i n f o r m a t i o n a n d s t r u c t u r i n g t h e p r o b l e m o f m a t e r i a l d e s i g n i n a w a y t h a t p r o v i d e s n o t o n l y s u b s t a n t i v e r e s e a r c h r e s u l t s , b u t a l s o g e n u i n e l y u s a b l e a n s w e r s . T h e a p p l i c a b i l i t y o f t h e r i g i d p h a s e l e v e l d e s i g n p r o c e s s f o r c o m p o s i t e s a s a w a y o f t h i n k i n g a b o u t t h e d e s i g n a n d a s a g u i d e l i n e t o i m p l e m e n t a t i o n o f t h e d e s i g n p r o c e s s a r e a l s o t o b e c o n s i d e r e d . A n e x a m i n a t i o n o f t h e d e s i g n t a s k s c o m p r i s i n g t h e p r o b l e m t o b e s o l v e d m u s t g u i d e t h i s d e l i b e r a t i o n . I t w i l l a l s o b e d e c i d e d i f t h e c o n c e p t u a l p h a s e o f t h e d e s i g n s h o u l d b e e x c l u s i v e l y c o m p a r t m e n t a l i z e d w h e n i m p l e m e n t e d . 1 5 8 T h e fi r s t s t e p t o w a r d a c h i e v i n g a n u n d e r s t a n d i n g o f t h e m a t e r i a l d e s i g n p r o c e s s i s t o e x a m i n e i n d e t a i l t h e f o u n d a t i o n s u p o n w h i c h d e v e 1 0 p m e n t s a r e t o b e b u i l t . A s C M a t - D e s i g n w a s t h e i m m e d i a t e p r e c u r s o r t o t h e r e s e a r c h i n t h i s d i s s e r t a t i o n , t h e d e t a i l s o f i t s a p p r o a c h t o m a t e r i a l d e s i g n , i n c l u d i n g d e s i g n p r o b l e m f o r m u l a t i o n a n d k n o w l e d g e r e p r e - s e n t a t i o n , m u s t b e e x a m i n e d c l o s e l y . C H A P T E R 7 D i s s e c t i n g C M a t D e s i g n A d e t a i l e d e x a m i n a t i o n o f t h e f o u n d a t i o n s f o r t h e n e w c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n d e v e l o p m e n t s w i l l g i v e a f u l l e r u n d e r s t a n d i n g o f t h e m a t e r i a l d e s i g n p r o c e s s . A s C M a t - D e s i g n w a s t h e i m m e d i a t e p r e c u r s o r t o t h e r e s e a r c h i n t h i s d i s s e r t a t i o n , i t i s t h e s y s t e m t o e x a m i n e i n d e t a i l . C M a t D e s i g n ’ s a p p r o a c h t o m a t e r i a l d e s i g n , i n c l u d i n g d e s i g n p r o b l e m f o r m u l a t i o n a n d k n o w l e d g e r e p r e s e n t a t i o n , m u s t b e e x a m i n e d c l o s e l y . A l t h o u g h C M a t D e s i g n w a s d i s c u s s e d i n C h a p t e r F i v e , t h e r e a r e s t i l l u n t a p p e d d e t a i l s w i t h i n i t t h a t m e r i t f u r t h e r c o n s i d e r a t i o n . T h e p r e v i o u s d i s c u s s i o n w a s a t a h i g h l e v e l , l o o k i n g a t t h e g l o b a l d e s i g n e n v i r o n m e n t i n t o w h i c h C M a t D e s i g n fi t a n d i t s b e h a v - i o r w i t h i n t h a t e n v i r o n m e n t . A n i n o d e p t h a n a l y s i s o f C M a t D e s i g n w a s c o m p l e t e d t o m o r e f u l l y u n d e r s t a n d t h e k n o w l e d g e s t r u c t u r i n g a n d d e c i s i o n p r o c e s s e s i t u s e d . T h e r e s u l t s o f t h i s a n a l y s i s w i l l s e r v e t o g u i d e t h e r e e n g i n e e r i n g a n d e x p a n s i o n t o t h e n e x t g e n e r a t i o n o f t h e m a t e r i a l d e s i g n e r . 1 5 9 1 6 0 T h e a n a l y s i s h e r e e x a m i n e s t h r e e a s p e c t s o f C M a t D e s i g n : d o m a i n c o v e r a g e , k n o w l e d g e s t r u c t u r i n g , a n d i n f e r e n c i n g p r o c e d u r e s . W i t h e a c h o f t h e s e t h r e e a r e a s , a b a s e l i n e f o r t h e c o n t i n u e d d e v e 1 0 p m e n t o f t h e c o m p o s i t e s d e s i g n a p p r o a c h i s e s t a b l i s h e d . A n e n u m e r a t i o n a n d c r i t i c a l e v a l u a t i o n o f C M a t D e s i g n ’ s d o m a i n c o v e r a g e s e t s t h e s t a g e f o r t h e p l a n n e d e x p a n s i o n o f t h e m a t e r i a l s c o v e r a g e . B o t h t h e k n o w l e d g e s t r u c t u r e s a n d t h e s p e c i fi c i n f e r e n c i n g p r o c e d u r e s u s e d w i t h i n C M a t D e s i g n a r e d e p e n d e n t u p o n t h i s d o m a i n c o v e r a g e . B y e x a m i n i n g t h e k n o w l e d g e s t r u c t u r e s i n l i g h t o f C M a t D e s i g n ’ s d o m a i n , p o t e n t i a l a v e n u e s f o r i m p r o v e m e n t c a n b e i d e n t i fi e d . S i m i l a r l y , a n e x a m i n a t i o n o f t h e i n f e r e n c i n g p r o c e d u r e s i n C M a t D e s i g n h e l p s t o p o i n t t h e w a y f o r t h e n e x t d e v e l o p - m e n t . 7 . 1 D o m a i n C o v e r a g e C M a t D e s i g n w a s i n t e n d e d f o r t h e d e s i g n o f t h e r r n o s e t p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s [ K a m e l , 1 9 9 4 ] . T h e t h e n n o s e t s c o n s i d e r e d w i t h i n C M a t D e s i g n f o r d e fi n i n g c o m p o s i t e m a t e r i a l s w e r e p o l y e s t e r s , p o l y i m i d e s , a n d e p o x i e s . T h e d o m a i n c o v e r a g e w i t h i n C M a t - D e s i g n w a s i n fl u e n c e d b y t h e r e p r e s e n t a t i o n o f t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l d e s i g n p r o b l e m , a n d t h e r e f o r e o n l y c o n s t i t u e n t s o f t h e g e n e r a t e d d e s i g n n e e d e d t o b e i n c l u d e d . A s d e fi n e d w i t h i n C M a t D e s i g n ( a n d i t s p r e d e c e s s o r s , T h e r m o s — I a n d E p o x - I ) , a p o l y m e r m a t e r i a l s y s - t e m i n c l u d e d a p o l y m e r m a t e r i a l a n d a c u r i n g / c o - c u r i n g a g e n t . T h e e n t i r e l i s t o f m a t e r i a l s i n c l u d e d w i t h i n C M a t D e s i g n w a s c o p i e d d i r e c t l y f r o m T h e r m o s - I , w h i c h i n t u r n c 0 p i e d a l l o f t h e e p o x i e s i n i t s d a t a b a s e f r o m E p o x - I [ K a m e l & S t i c k l e n , 1 9 9 0 ] . W h e n T h e r m o s - I w a s c r e a t e d , s e v e r a l p o l y e s t e r s a n d p o l y i m i d e s w e r e a d d e d t o i t s d a t a b a s e [ M c D o w e l l e r a l . , 1 9 9 3 ] . T h e r e f o r e , t h e p o l y m e r m a t e r i a l s i n 1 6 1 T a b l e 4 : T h e 1 0 5 ( 1 3 0 ) m a t e r i a l s y s t e m s i n c l u d e d w i t h i n C M a t D e s i g n . P o l y m e r T y p e P o l y m e r M a t e r i a l C u r i n g / C o - c u r e A g e n t F i b e r T y p e O r t h o p h t h a l i c a c i d C h l o r o s t y r e n e P o l y e s t e r ( 4 ) M a l e i c a c i d S t y r e n e H y d r o x y p h e n y i M P D A N o n e E p o x i d i z e d P h e n o l i c N o v o l a c D D S A 8 4 E p o x y ( 1 5 1 2 0 ) D G E B A D E A P A W e A n h y d r i d e S - G l m s T G M D A D i c y a n d i a m i d e m m B M I O l e fi n W W W : ( 2 ) P M R - I S A l c o h o l s o l v e n t C M a t D e s i g n ’ s d a t a b a s e w e r e i n h e r i t e d f r o m E p o x - I ( e p o x i e s ) a n d T h e r m o s - I ( p o l y e s t e r s & p o l y i m i d e s ) . T a b l e 4 s h o w s a l l o f t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s i n C M a t D e s i g n . B y c o m b i n i n g t h e 2 1 p o s s i b l e p o l y m e r m a t e r i a l s ( f o u r p o l y e s t e r s , 1 5 e p o x i e s , a n d t w o p o l y i m i d e s - s e e T a b l e 4 ) w i t h t h e fi v e fi b e r t y p e s ( i n c l u d i n g ‘ N o n e ’ ) , C M a t D e s i g n c o v e r e d a d e s i g n s p a c e o f 1 0 5 p o s s i b l e c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s . I f t h e fi n a l e p o x y i n t h e d a t a b a s e ( T G M D A ) h a d b e e n a d d e d i n t o t h e k n o w l e d g e s t r u c t u r e , C M a t D e s i g n w o u l d h a v e c o n t a i n e d a t o t a l o f 1 3 0 c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s . C M a t D e s i g n ’ s r e p r e s e n t a t i o n o f i t s k n o w l e d g e a n d t h e o r g a n i z a t i o n o f i t s a p p r o a c h t o d e t e r m i n i n g c o m p o s i t e m a t e r i a l d e s i g n s w e r e l a r g e l y p r e d i c a t e d o n t h e m a t e r i a l d o m a i n c o v e r a g e s h o w n i n T a b l e 4 . H o w e v e r , C M a t D e s i g n d i d n o t a d d r e s s t h e r e p r e s e n t a t i o n a n d s t r u c t u r i n g o f k n o w l e d g e a n e w w i t h i t s d o m a i n c o v e r a g e ; i n s t e a d , i t u s e d t h e r e p r e s e n t a - t i o n s a n d s t r u c t u r e s o f T h e r m o s - I a n d E p o x - I . T h i s l e d t o i n c o n s i s t e n c i e s i n C M a t D e - s i g n ’ s k n o w l e d g e s t r u c t u r e s . A n y a d d i t i o n a l e x p a n s i o n o f t h e m a t e r i a l d o m a i n c o v e r a g e s h o u l d b e a c c o m p a n i e d b y a f r e s h e x a m i n a t i o n o f t h e r e q u i r e d k n o w l e d g e r e p r e s e n t a t i o n a n d s t r u c t u r i n g . T h i s 1 6 2 e x a m i n a t i o n m u s t b e d o n e w i t h t h e g o a l o f c a p t u r i n g t h e m a t e r i a l d o m a i n a s a p t l y a s p o s - s i b l e . 7 . 2 K n o w l e d g e R e p r e s e n t a t i o n & O r g a n i z a t i o n A s C M a t D e s i g n w a s a r o u t i n e d e s i g n p r o b l e m s o l v e r , c e r t a i n w a y s o f r e p r e s e n t i n g a n d r e a s o n i n g a b o u t d o m a i n k n o w l e d g e w e r e fi x e d ( s e e r e l a t e d d i s c u s s i o n i n C h a p t e r T w o ) : 0 t h e d e s i g n p r o b l e m m u s t b e r e p r e s e n t e d i n t e r m s o f s p e c i fi c t y p e s o f v a r i a b l e s ( e . g . , Y e s / N o , O n e O f , a n d s o o n ) ; 0 t h e d e s i g n p r o b l e m m u s t b e d e c o m p o s a b l e i n t o s m a l l e r s u b p r o b l e m s ; a n d 0 t h e d o m a i n k n o w l e d g e m u s t b e r e p r e s e n t e d i n t e r m s o f s t r u c t u r e d p a t t e r n m a t c h i n g t a b l e s . T h e d i s c u s s i o n i n t h i s s e c t i o n l o o k s a t h o w C M a t D e s i g n r e p r e s e n t e d e a c h o f t h e s e t h r e e a s p e c t s . A n e x a m i n a t i o n o f h o w t h e d e s i g n p r o b l e m w a s r e p r e s e n t e d w i t h i n C M a t - D e s i g n i m m e d i a t e l y f o l l o w s . V a r i a b l e s u s e d t o m a k e d e c i s i o n s a b o u t t h e c o n s t i t u e n t s o f t h e d e s i g n p r o b l e m a r e a l s o p r e s e n t e d . F i n a l l y , t h e d e c o m p o s i t i o n o f t h e d e s i g n p r o b l e m a n d t h e r e s u l t i n g k n o w l e d g e o r g a n i z a t i o n i s d i s c u s s e d . 7 . 2 . 1 D e s i g n P r o b l e m R e p r e s e n t a t i o n C M a t D e s i g n ’ s d e s i g n p r o b l e m r e p r e s e n t a t i o n i n c l u d e d a t o t a l o f n i n e c o n s t i t u e n t s . T a b l e 5 s h o w s t h e c o m p l e t e d e s i g n p r o b l e m r e p r e s e n t a t i o n u s e d i n C M a t D e s i g n . N o t o n l y d i d C M a t D e s i g n i n c l u d e m a t e r i a l s y s t e m s ( P o l y m e r M a t e r i a l , C u r i n g / C o - C u r e A g e n t a n d F i n e r T y p e ) i n i t s o u t p u t . b u t a l s o m a t e r i a l s p e c i fi c p r o c e s s i n g i n f o r m a t i o n ( C u r e T e m p e r a t u r e , C u r e T i m e , P o s t - C u r e T e m p e r a t u r e , a n d P o s t - C u r e T i m e ) , c o n d i t i o n a l t h e r m a l ( G l a s s T r a n s i t i o n T e m p e r a t u r e ) , a n d m e c h a n i c a l ( T e n s i l e M o d u l u s ) p r o p e r t i e s . 1 6 3 D e s p i t e t h e e x i s t e n c e o f a s y s t e m f o r t h e s e l e c t i o n o f f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g y ( C l ‘ e c h S e l ) a n d a n o v e r a l l v i s i o n f o r c o m b i n i n g t h e r e s u l t s o f C M a t D e s i g n a n d C I ‘ e c h S e l ( F i g u r e 3 9 o n p a g e 1 5 0 ) , C M a t D e s i g n s t i l l i n c l u d e d f a b r i c a t i o n k n o w l e d g e i n i t s d e s i g n o u t p u t . T h i s p r o c e s s i n g i n f o r m a t i o n ( a s l i s t e d a b o v e ) w a s s p e c i fi c t o t h e a u t o c l a v e p r o - c e s s i n g o f t h i n fi l m l a m i n a t e c o m p o s i t e s . T h i s p r o c e s s i n g i n f o r m a t i o n w a s a l s o i n c o m - p l e t e , a s a n a u t o c l a v e c u r i n g c y c l e m u s t i n c l u d e a d d i t i o n a l s p e c i fi c a t i o n s . F o r t h e p r o c e s s i n g i n f o r m a t i o n t o b e c o m p l e t e , i t s h o u l d h a v e a l s o s p e c i fi e d i n f o r m a t i o n a b o u t r a m p i n g c y c l e s f o r b o t h p r e s s u r e a n d t e m p e r a t u r e a s w e l l a s i n i t i a l a n d fi n a l t e m p e r a t u r e s a n d p r e s s u r e s . T a b l e 5 : O u t p u t v a r i a b l e s u s e d i n C M a t D e s i g n . V a r i a b l e N a m e V a r i a b l e T y p e V a l i d V a l u e s P o l y m e r M a t e r i a l O n e O f ( s e e T a b l e 4 , c o l u m n t w o ) C u r i n g / C o - c u r e A g e n t O n e O f ( s e e T a b l e 4 , c o l u m n t h r e e ) G l a s s T r a n s i t i o n T e m p e r a t t n e N u m e r i c a l 1 6 0 t r 2 2 0 ° C ‘ F i b e r T y p e O n e O f ( s e e T a b l e 4 , c o l u m n f o u r ) T e n s i l e M o d u l u s N u m e r i c a l 8 0 0 G P a m a x C u r e T e m p e r a t u r e N u m e r i c a l 8 0 - 2 0 0 ° C C u r e ' I ' r m e N u m e r i c a l 3 - 2 4 0 m o - 3 " P o s t C u r e T e m p e r a t u r e N u m e r i c a l O - 2 5 0 ° C P o s t C u r e T r m e N u m e r i c a l 0 . 2 . 4 0 m — o . 3 b a . V a l u e s w e r e a s s i g n e d o n l y f o r e p o x i e s a n d w h e n t h e C u r i n g / C o - c u r e A g e n t w a s a n a r o m a t i c a m i n e : M P D A ( 1 6 0 ° C ) o r D D S ( 2 2 0 ° C ) . b . N o u n i t s w e r e s p e c i fi e d w i t h i n C M a t D e s i g n f o r t h i s v a r i a b l e . A n e x a m - i n a t i o n o f t h e s p e c i fi c v a r i a b l e v a l u e a s s i g n a t i o n s w i t h i n t h e s y s t e m i n d i c a t e s s e v e r a l i n c o n s i s t e n c i e s . M o s t l i k e l y , c e r t a i n v a l u e s a s s i g n e d s h o u l d h a v e u n i t s o f m i n u t e s , w h i l e o t h e r s s h o u l d h a v e u n i t s o f h o u r s . 1 6 4 B y r e u s i n g t h e e x i s t i n g k n o w l e d g e i n t h e d a t a b a s e s a n d k n o w l e d g e s t r u c t u r e s o f E p o x - I a n d T h e r m o s - I w i t h o u t c a r e f u l l y c o n s i d e r i n g t h e u n d e r l y i n g a s s u m p t i o n s f o r t h a t k n o w l e d g e , C M a t D e s i g n a c q u i r e d u n i n t e n d e d b a g g a g e a n d w a s n o t a s f o c u s s e d i n i t s d e s i g n t a s k a s i t s h o u l d h a v e b e e n . A r e s u l t o f t h i s i s t h a t C M a t D e s i g n ’ s o u t p u t c a n n o t b e c o n s i d e r e d a c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n , b u t s h o u l d i n s t e a d b e c a l l e d a c o m p o s i t e m a t e r i a l f a b r i c a t i o n p l a n . 1 A n e x a m i n a t i o n o f t h e i n i t i a l p r o b l e m d e s c r i p t i o n f o r E p o x - I [ K a m e l & S t i c k l e n , 1 9 9 0 ] s h o w s t h e s a m e d e s i g n p r o b l e m a s u s e d i n C M a t D e s i g n . H o w e v e r , a s m a t e r i a l s i n c l u d e d w i t h i n E p o x - I w e r e o n l y a s u b s e t o f t h o s e i n C M a t D e s i g n , t h e d e s i g n p r o b l e m s h o u l d h a v e b e e n m o r e s i m p l e . I n s t e a d , t h e r e w a s n o d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e d e s i g n p r o b - l e m s . T h a t i s i n c o n g r u o u s , e s p e c i a l l y w h e n t h e s i g n i fi c a n t l y l a r g e r i n p u t s e t f o r C M a t D e - s i g n i s c o n s i d e r e d ( s e e n e x t s e c t i o n ) . E v e r y i n d i c a t i o n p o i n t s t o a m o r e c o m p l e x d e s i g n p r o b l e m r e p r e s e n t a t i o n f o r C M a t D e s i g n . 7 . 2 . 2 I n p u t V a r i a b l e s C M a t D e s i g n u s e d n i n e i n p u t v a r i a b l e s t o g e n e r a t e c o m p o s i t e m a t e r i a l f a b r i c a t i o n p l a n s . T y p e s o f v a r i a b l e s i n t h e i n p u t s e t i n c l u d e d t h e r m a l p r o p e r t i e s ( U s e T e m p e r a t u r e a n d R e q u i r e d G l a s s T r a n s i t i o n T e m p e r a t u r e ) , m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s ( R e g u i r e d T e n s i l e M o d u l u s , R i g i d i t y , a n d M a x i m u m T e n s i l e M o d u l u s ) , c h e m i c a l & e n v i r o n m e n t a l p r o p e r t i e s ( C o r r o s i o n , H u m i d i t y , a n d F l a m e R e t a r d a n c e ) , a n d t h e t y p e o f a p p l i c a t i o n f o r w h i c h t h e c o m p o s i t e w a s t o b e u s e d . T a b l e 6 s h o w s t h e s e v a r i a b l e s . l . T h e o u t p u t f r o m E p o x - I w a s c a l l e d a ‘ c o m p o s i t e m a t e r i a l f a b r i c a t i o n p l a n . ’ R e c a l l , h o w e v e r , t h a t a t t h e t i m e o p r o x - I t h e e w a s n o v i s i o n f o r c o m b i n i n g t h e r e s u l t s o f t h e m a t e r i a l d e s i g n e r a n d f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g y s e l e c t o r . A s s u c h a v i s i o n e x i s t e d a t t h e t i m e i t w a s b u i l t , C M a t D e - s i g n s h o u l d h a v e fi t i n t o t h e s c o p e o f t h a t v i s i o n . 1 6 5 T a b l e 6 : I n p u t v a r i a b l e s u s e d i n C M a t D e s i g n . V a r i a b l e N a m e V a r i a b l e T y p e V a l i d V a l u e s i = = = P — _ J = = = m — T = = T C a s t i n g A p p l i c a t i o n T y p e O n e O f m m é n m E l e c t r i c a l E n c a p s u l a t i o n l . . C o r r o s i o n Y e s / N o Y e s o r N o F l a m e R e t a r d a n c e Y e s / N o Y e s o r N o H u m i d i t y Y e s / N o Y e s o r N o M a x i m u m T e n s i l e M o d u l u s N u m e r i c a l 8 0 0 G P a m a x R e q u i r e d G l a s s T r a n s i t i o n T e m p e r a t u r e N u m e r i c a l 2 2 0 ° C m a x R e q u i r e d T e n s i l e M o d u l u s N u m e r i c a l 8 0 0 G P a m a x R i g i d i t y Y e s / N o Y e s o r N o U s e T e m p e r a t u r e N u m e r i c a l - 2 7 0 t o 3 5 0 ° C N e a r l y a l l o f t h e i n p u t v a r i a b l e s u s e d b y C M a t D e s i g n w e r e s h r o u d e d i n o n e s o r t o f m y s t e r y o r a n o t h e r . T h i s e n i g m a t i c n a t u r e w a s p a r t l y d u e t o t h e l a c k o f a n y d o c u m e n t a - t i o n w i t h i n C M a t D e s i g n . A s a r e s u l t , a n y a s s u m p t i o n s u n d e r l y i n g t h e i n p u t v a r i a b l e s w e r e c o m p l e t e l y h i d d e n . B e c a u s e o f t h i s , q u e s t i o n s a r i s e f o r n e a r l y e v e r y i n p u t v a r i a b l e . E a c h o f C M a t D e s i g n ’ s i n p u t v a r i a b l e s t h e r e f o r e r e q u i r e s f u r t h e r c o n s i d e r a t i o n o f t h e q u e s t i o n s , a p p a r e n t i n c o n s i s t e n c i e s , a n d t h e p o t e n t i a l n e g a t i v e i n t e r a c t i o n s w i t h o t h e r v a r i a b l e s . A p p l i c a t i o n T y p e . T h i s w a s t h e m o s t w i d e l y u s e d o f t h e v a r i a b l e s i n C M a t D e s i g n a n d , u n f o r t u n a t e l y , a l s o t h e m o s t e n i g m a t i c . A l t h o u g h i t h a d s i x d i f f e r e n t v a l u e s f r o m w h i c h t o c h o o s e ( s e e fi r s t r o w , t h i r d c o l u m n i n T a b l e 6 ) , e x a c t l y w h a t e a c h v a l u e m e a n t w a s n e v e r m a d e c l e a r . N o d o c u m e n t a t i o n t o d i s t i n g u i s h t h e d i f f e r e n t a p p l i c a t i o n t y p e s o r t o d e t a i l t h e u n d e r l y i n g a s s u m p t i o n s f o r e a c h a p p l i c a t i o n w a s i n c l u d e d w i t h i n C M a t D e s i g n . T h e 1 6 6 o n l y a s s i s t a n c e C M a t D e s i g n g a v e t o t h e u s e r f o r u n d e r s t a n d i n g t h i s v a r i a b l e ( b e s i d e s t h e v a l i d v a l u e n a m e s t h e m s e l v e s ) w a s t h e q u e r y p r o m p t : W h a t t y p e o f a p p l i c a t i o n i s t h i s c o m p o s i t e g o i n g t o b e u s e d f o r ? T h e i d e a o f s p e c i f y i n g a p a r t i c u l a r e n d - u s e a p p l i c a t i o n h a s m u c h p o t e n t i a l u t i l i t y . H o w e v e r , t h e e x t r e m e d e a r t h o f d o c u m e n t a t i o n f o r t h i s v a r i a b l e n e g a t e d m u c h o f t h a t p o t e n t i a l . F i g u r i n g o u t h o w a n d w h y d e c i s i o n s i n C M a t D e s i g n w e r e m a d e w i t h t h i s v a r i - a b l e i s a t e d i o u s p r o c e s s . O f t e n , t h e d e c i s i o n s t h a t w e r e m a d e s e e m n o n i n t u i t i v e . T h e r e m a y v e r y w e l l h a v e b e e n r e a s o n s f o r t h e c h o i c e s m a d e , b u t w i t h o u t d o c u m e n t a t i o n o f t h e r a t i o n a l e t h e k n o w l e d g e i s s u s p e c t . E x a m p l e s o f t h e u n c l e a r u s e o f A p p l i c a t i o n T y p e c a n b e f o u n d f o r e p o x i e s ( = A d h e - s i v e s , « D o m e s t i c A p p l i c a t i o n s ) , p o l y e s t e r s ( = D o m e s t i c A p p l i c a t i o n s ) , a n d p o l y i m i d e s ( « D o m e s t i c A p p l i c a t i o n s , « C i v i l E n g i n e e r i n g ) . O t h e r e x a m p l e s c a n a l s o b e f o u n d i n t h e O u r - i n g A g e n t a n d F i b e r s p e c i a l i s t s . T h e r e w e r e i m p l i c i t c o n c e r n s b e h i n d e a c h o f t h e s e r e s t r i c - t i o n s ( e . g . , s t r u c t u r a l i n t e g r i t y , s a f e t y a n d h e a l t h f a c t o r s , f a i l u r e m o d e s , a n d s o o n ) , b u t t h o s e c o n c e r n s r e m a i n u n c l e a r . T h e i n c l u s i o n o f E l e c t r i c a l E n c a p s u l a t i o n a n d A d h e s i v e s a s v a l i d v a l u e s f o r A p p l i c a t i o n T y p e i s d i s c o n c e r t i n g , e s p e c i a l l y c o n s i d e r i n g t h a t d e s i g n s g e n e r a t e d u s i n g t h e s e a p p l i c a - t i o n t y p e s d o n o t c o n t a i n a n y fi b e r s . T h a t w o u l d b e a n o n - c o m p o s i t e m a t e r i a l . T h e s e a p p l i c a t i o n t y p e s a r e h o l d o v e r s f r o m t h e E p o x - I s y s t e m , a s b o t h a p p l i c a t i o n s a r e p o s s i b l e u s e s o f e p o x i e s . H o w e v e r , i n s u c h i n s t a n c e s , t h e m a t e r i a l i s n o t a c o m p o s i t e . F u r t h e r - m o r e , u n d e r n o c i r c u m s t a n c e s c a n s u c h m a t e r i a l s b e p r o d u c e d u s i n g h a n d l a y u p a n d a n a u t o c l a v e c u r e . I n c o n s i s t e n c i e s i n d e s i g n s c o p e a n d i n t e n t d e fi n i t e l y e x i s t f o r t h i s v a r i a b l e . 1 6 7 C o r r o s i o n . B e c a u s e t h i s v a r i a b l e w a s a Y e s / N o v a r i a b l e , i t s d e s c r i p t i v e p o w e r w a s o b v i - o u s l y l i m i t e d . T h e d o c u m e n t a t i o n f o r t h i s v a r i a b l e w i t h i n C M a t D e s i g n w a s a l s o l i m i t e d . T h e e x t e n t o f t h e d o c u m e n t a t i o n w a s t h e u s e r p r o m p t q u e s t i o n : I s t h i s m a t e r i a l g o i n g t o b e u s e d i n a c o r r o s i v e e n v i r o n m e n t ? A t y p i c a l r e s p o n s e t o t h i s q u e s t i o n c o u l d b e : “ Y e s , b u t . . . w h a t a b o u t x ? ” S i m p l y s t a t i n g w h e t h e r t h e e n v i r o n m e n t w a s c o r r o s i v e w a s n o t a s u f fi c i e n t l y d e t a i l e d d i s t i n c t i o n . N o t h i n g w a s s a i d a b o u t t h e n a t u r e o f t h e c o r r o s i v e e n v i r o m n e n t . A n e n v i r o n m e n t t h a t m a y b e v e r y c o r r o s i v e f o r a p a r t i c u l a r p o l y m e r c a n b e t o t a l l y h a r m l e s s f o r a n o t h e r . T h e l e s s o n t o b e l e a r n e d f r o m C M a t D e s i g n ’ s u s e o f t h i s v a r i a b l e i s t h a t i f t h i s q u e s t i o n i s t o b e a s k e d i n a n e w s y s t e m , t h e n a t u r e o f t h e c h e m i c a l e n v i r o n m e n t m u s t b e m o r e d e t a i l e d . A d d e d d e t a i l s , s u c h a s a d i s t i n c t i o n b e t w e e n a n a c i d a n d a n o r g a n i c s o l - v e n t , w i l l g r e a t l y i n c r e a s e t h e u t i l i t y o f t h e r o u t i n e d e s i g n a p p r o a c h f o r d e s i g n i n g c o m p o s - i t e m a t e r i a l s y s t e m s . F l a m e R e t a r d a n c e . A g a i n , b e c a u s e t h i s v a r i a b l e w a s a Y e s / N o v a r i a b l e , i t s d e s c r i p t i v e p o w e r w a s l i m i t e d . D o c u m e n t a t i o n o f t h i s v a r i a b l e w i t h i n C M a t D e s i g n w a s a l s o l i m i t e d . A s f o r C o r r o s i o n , t h e e x t e n t o f t h e d o c u m e n t a t i o n w a s t h e u s e r p r o m p t q u e s t i o n : D o e s t h e r e s u l t i n g m a t e r i a l n e e d t o b e fl a m e r e t a r d a n t ? O n t h e s u r f a c e , t h i s v a r i a b l e s e e m s s t r a i g h t f o r w a r d a n d s u f fi c i e n t . H o w e v e r , t h e r e i s a l o t m o r e t o t h e fl a m m a b i l i t y o f p o l y m e r s t h a n w h e t h e r t h e y a r e fl a m e r e t a r d a n t . T h e m o s t i m p o r t a n t d i s t i n c t i o n t o b e m a d e i s t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n fl a m e - r e t a r d a n c e a n d fl a m e - r e s i s t a n c e . A fl a m e r e t a r d a n t m a t e r i a l g e n e r a l l y d o e s n o t b u r n i n t h e p r e s e n c e o f a fl a m e . A fl a m e r e s i s t a n t m a t e r i a l w i l l b u r n , b u t i t w i l l e x t i n g u i s h i t s e l f w h e n t h e s o u r c e o f h e a t i s r e m o v e d . T h e r e i s a s i g n i fi c a n t d i f f e r e n c e b e t w e e n t h o s e t w o e x t r e m e s . 1 6 8 P e r h a p s t h e b e s t w a y t o d e l i n e a t e a m a t e r i a l ’ s d e s i r e d fl a m m a b i l i t y c h a r a c t e r i s t i c s i s t o u s e t h e U n d e r w r i t e r s ’ L a b o r a t o r y ( U L 9 4 ) r a t i n g t e s t s f o r t h e fl a m m a b i l i t y o f p l a s t i c m a t e r i a l s . l T h e U L 9 4 r a t i n g s a r e q u a n t i fi a b l e a n d t h e r e f o r e h a v e m o r e u t i l i t y i n d e c i s i o n - m a k i n g t h a n d o e s t h e s p e c i fi c a t i o n o f w h e t h e r a m a t e r i a l i s t o b e fl a m e r e t a r d a n t . H u m i d i t y . T h i s w a s a n o t h e r Y e s / N o v a r i a b l e w i t h n o n e x i s t e n t d o c u m e n t a t i o n . A s f o r t h e o t h e r Y e s / N o v a r i a b l e s , t h e e x t e n t o f t h e d o c u m e n t a t i o n w a s t h e u s e r p r o m p t q u e s t i o n : I s t h e r e s u l t i n g m a t e r i a l g o i n g t o b e u s e d i n a h u m i d e n v i r o n m e n t ? T h e r e i s n o t m u c h t o b e d o n e w i t h H u m i d i t y o t h e r t h a n a s i m p l e y e s / n o d i s t i n c t i o n . T h e u t i l i t y o f t h i s v a r i a b l e d e p e n d s u p o n h o w i t i s u s e d . T h a t i s d e t a i l e d i n a l a t e r s e c t i o n . M a x i m u m T e n s i l e M o d u l u s . T h i s v a r i a b l e s e e m s s u p e r fl u o u s w i t h i n C M a t D e s i g n g i v e n t h e e x i s t e n c e o f t h e v a r i a b l e R e q u i r e d T e n s i l e M o d u l u s . I t s u t i l i t y w a s l i m i t e d , a t b e s t . A g a i n , w i t h o u t a n y d o c u m e n t a t i o n t h e r e i s n o w a y t o d i s c o v e r w h a t r o l e i t w a s i n t e n d e d t o f u l fi l l . T h e u s e r q u e r y i s t h e o n l y c l u e : W h a t i s t h e m a x i m u m a c c e p t a b l e t e n s i l e m o d u l u s ( i n G P a ) ? T h e b e s t e x p l a n a t i o n f o r t h i s v a r i a b l e i s t h a t i t w a s a l e f t o v e r f r o m a n a t t e m p t a t e l i m i n a t i n g o v e r - d e s i g n . A n e x a m i n a t i o n o f t h e u s e o f t h i s v a r i a b l e w i t h i n C M a t D e s i g n ( s e e n e x t s e c t i o n ) s h o w s o n l y o n e o c c u r r e n c e ; t h a t u s e o f M a x i m u m T e n s i l e M o d u l u s w a s n o t p a r t i c u l a r l y s i g n i fi c a n t . T h i s v a r i a b l e c a n b e e l i m i n a t e d f r o m C M a t D e s i g n w i t h n o d i s - c e m i b l e c o n s e q u e n c e . 2 1 . T h e r e a r e fi v e c r i t e r i a c h a r a c t e r i s t i c s f o r t h e U L 9 4 fl a m m a b i l i t y r a t i n g s . G e n e r a l l y , a 9 4 V - 0 r a t - i n g i s s a t i s f a c t o r y , w h i l e 9 4 H B , 9 4 V - 1 , a n d 9 4 V - 2 a r e l e s s s a t i s f a c t o r y . A 9 4 V - 5 i s t h e h i g h e s t r a t i n g . S e e p . 3 5 8 o f [ A S M I n t e r n a t i o n a l , 1 9 8 7 ] f o r m o r e d e t a i l . 2 . U p o n f u r t h e r e x a m i n a t i o n a n d a f t e r c l o s e l y r e a d i n g [ K a m e l , 1 9 9 4 ] , i t a p p e a r s t h a t t h i s v a r i a b l e w a s o n l y i n c l u d e d i n C M a t D e s i g n a s p a r t o f a n a c a d e m i c e x e r c i s e t o e x p l i c i t l y s h o w t h e u t i l i t y o f t h e ( t h e n n e w l y i m p l e m e n t e d ) d e s i g n l i m i t e r s i n M D S P L . 1 6 9 R e q u i r e d G l a s s T Y a n s i t i o n T e m p e r a t u r e . A p r o b l e m w i t h t h i s v a r i a b l e w a s t h e l a c k o f u n i t s . T h a t d e fi c i e n c y w a s d u e t o a n i n c a p a b i l i t y w i t h i n t h e I S L ’ s i m p l e m e n t a t i o n o f r o u - t i n e d e s i g n . 1 T h e o n l y w a y C M a t D e s i g n c o u l d c o n v e y t h a t t h e r e q u i r e d T 8 w a s i n C e l s i u s w a s w i t h t h e u s e r q u e r y : W h a t i s t h e m i n i m u m r e q u i r e d g l a s s t r a n s i t i o n t e m p e r a t u r e ( i n c e l s i u s ) ? T h e s p e c i fi c r e q u e s t f o r a r e q u i r e d T 8 , e s p e c i a l l y c o n s i d e r i n g t h a t U s e T e m p e r a t u r e w a s a l s o r e q u e s t e d , s e e m s r e d u n d a n t . T h e r e d o e s n o t a p p e a r t o h a v e b e e n a n y g r e a t u t i l i t y g a i n e d b y t h e d i s t i n c t i o n o f t h e T 8 f r o m t h e U s e T e m p e r a t u r e . G i v e n t h a t t h e T 8 m a r k s t h e t e m p e r a t u r e a t w h i c h a p o l y m e r ’ s p r o p e r t i e s ( e . g . , r e f r a c t i v e i n d e x , s p e c i fi c h e a t , s h e a r m o d u l u s , a n d t h e r m a l c o n d u c t i v i t y ) b e g i n t o d e g r a d e , t h e r e d o e s a p p e a r t o b e s o m e u t i l i t y f o r i t s i n c l u s i o n i n t h e l i s t o f v a r i a b l e s w i t h w h i c h C M a t D e s i g n r e a s o n e d . H o w e v e r , t h i s v a r i a b l e c o u l d v e r y e a s i l y b e e l i m i n a t e d f r o m C M a t D e s i g n b y j u d i c i o u s l y e m p l o y i n g t h e U s e T e m p e r a t u r e . R e q u i r e d T e n s i l e M o d u l u s . T h e r e w a s a n i n c o n s i s t e n c y b e t w e e n t h e n a m e ( a n d u s e ) o f t h i s v a r i a b l e a n d t h e u s e r q u e r y : W h a t i s t h e m i n i m u m r e q u i r e d t e n s i l e m o d u l u s ( i n G P a ) ? T h i s w a s m o s t l i k e l y d u e t o t h e c o n f u s i o n w i t h t h e M a x i m u m T e n s i l e M o d u l u s v a r i a b l e m e n - t i o n e d a b o v e . I t a p p e a r s t h a t t h i s w a s a r e s u l t o f a c h a n g i n g p i c t u r e o f h o w t o s p e c i f y a n d l i m i t t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l . A n i n c o n s i s t e n c y i n t h e u s e o f t h i s v a r i a b l e a r i s e s w h e n e x a m i n i n g t h e d e t a i l s o f C M a t D e s i g n . T h e r e w a s n e v e r a n y m e n t i o n o f a n a s s u m e d fi b e r v o l u m e f r a c t i o n o r o r i e n - t a t i o n . 2 T h e s e f a c t o r s b o t h s i g n i fi c a n t l y a f f e c t t h e r e s u l t i n g m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s ( e . g . , 1 . T h a t d e fi c i e n c y h a s s i n c e b e e n r e c t i fi e d . N u m e r i c a l v a r i a b l e s w i t h i n t h e l S L ’ s G T t o o l s e t n o w p o s s e s s d e f a u l t u n i t s a n d c a n c o n v e r t b e t w e e n d i f f e r e n t ( e . g . , S I a n d A E ) u n i t s f o r a v a r i a b l e . 1 7 0 t e n s i l e m o d u l u s ) o f t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l . U n l e s s t h e s e c o n s i d e r a t i o n s w e r e h i d d e n i n t h e n u m b e r s u s e d f o r t h e s p e c i fi c fi b e r t e n s i l e m o d u l i , i t a p p e a r s t h a t C M a t D e s i g n n e g l e c t e d t o c o n s i d e r t h e m . R i g i d i t y . T h i s w a s y e t a n o t h e r Y e s / N o v a r i a b l e w i t h n o n e x i s t e n t d o c u m e n t a t i o n . A s f o r t h e o t h e r Y e s / N o v a r i a b l e s , t h e e x t e n t o f t h e d o c u m e n t a t i o n w a s t h e u s e r p r o m p t q u e s t i o n : D o e s t h e r e s u l t i n g m a t e r i a l n e e d t o b e r i g i d ? A g a i n , a s f o r F l a m e R e t a r d a n c e , m o r e n e e d s t o b e s p e c i fi e d t h a n j u s t o n e o f t w o p o s s i b l e e x t r e m e s . H o w d o e s R i g i d i t y = Y e s t r a n s l a t e i n t o a v a l u e f o r t h e m o d u l u s o f r i g i d - i t y ? 1 H o w a r e m a t e r i a l s t h a t a r e n e i t h e r r i g i d n o r n o n - r i g i d a s s e s s e d ? A n o t h e r w a y o f r e q u e s t i n g ( a n d u s i n g ) i n f o r m a t i o n a b o u t t h e r e q u i r e d r i g i d i t y o f t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l m u s t b e f o u n d t o e f f e c t i v e l y u s e t h i s v a r i a b l e . U s e T e m p e r a t u r e . A s f o r R e q u i r e d G l a s s T r a n s i t i o n T e m p e r a t u r e , t h e l a c k o f u n i t s w a s a p r o b l e m f o r t h i s v a r i a b l e . A g a i n , t h e w a y t h a t C M a t D e s i g n c o n v e y e d t h a t t h i s t e m p e r a t u r e w a s i n d e g r e e s C e l s i u s w a s w i t h t h e u s e r q u e r y : W h a t i s t h e m a x i m u m t e m p e r a t u r e t h e r e s u l t i n g m a t e r i a l w i l l b e u s e d i n ( i n c e l s i u s ) ? T h e l i m i t s s e t f o r U s e T e m p e r a t u r e ( s e e i n T a b l e 5 o n p a g e 1 6 3 ) o f - 2 7 0 ° C a n d 3 5 0 ° C f o r t h e l o w e r a n d u p p e r b o u n d s w e r e t o o e x t r e m e . T h e o n l y w a y t h a t t h e l o w e r b o u n d c o u l d e v e r b e a p p r o a c h e d w o u l d b e i f t h e c o m p o s i t e w e r e t o b e u s e d i n s p a c e . A s t h e r e w a s n o t a c o r r e s p o n d i n g A p p l i c a t i o n T y p e v a l u e f o r s u c h a s i t u a t i o n , t h i s l i m i t w a s 2 . A l t h o u g h , i f t h e a s s u m p t i o n m a d e i n E p o x - l o f r m i d i r e c t i o n a l t h i n o fi l m l a m i n a t e s h o l d s h e r e . t h e n t h e s e c o n s i d e r a t i o n s a r e m u c h l e s s i m p o r t a n t . I n s u c h c o m p o s i t e m a t e r i a l s , p r o p e r t i e s s u c h a s t h e t e n s i l e m o d u l u s a r e s t r o n g l y d r i v e n b y t h e fi b e r p r o p e r t i e s . H o w e v e r , a s h a s b e e n s e e n e l s e w h e r e , t h i s a s s u m p t i o n w a s i n c o n s i s t e n t l y a p p l i e d w i t h i n C M a t D e s i g n . 1 . T h e m o d u l u s o f r i g i d i t y i s t h e r a t i o o f s t r e s s t o s t r a i n w i t h i n t h e e l a s t i c r e g i o n f o r s h e a r o r t t r - s i o n a l s t r e s s . I t i s a l s o k n o w n a s s h e a r m o d u l u s o r t o r s i o n a l m o d u l u s [ A S M I n t e r n a t i o n a l , 1 9 8 7 ] . 1 7 1 o u t s i d e t h e b o u n d s o f p o s s i b i l i t y . A n y t e r r e s t r i a l a p p l i c a t i o n w i l l h a v e a l o w t e m p e r a t u r e b o u n d o f - 6 5 ° F ( - 5 4 ° C ) , a n d s u c h a b o u n d s h o u l d m o r e t h a n a d e q u a t e f o r C M a t D e s i g n . l C o n v e r s e l y , g i v e n t h e m a t e r i a l s i n c l u d e d i n C M a t D e s i g n ’ s d a t a b a s e , 3 5 0 ° C a s a n u p p e r b o u n d i s t o o h i g h . N o n e o f t h e m a t e r i a l s c o n s i d e r e d c a n p e r f o r m a t t h a t t e m p e r a t u r e f o r a n y e x t e n d e d p e r i o d . P o l y i r n i d e s c a n b e u s e d a t t e m p e r a t u r e s u p t o 2 9 0 ° C f o r s h o r t p e r i o d s w i t h o u t s i g n i fi c a n t c o n s e q u e n c e s ( i . e . , p r o p e r t y d e g r a d a t i o n ) . T h e r e f o r e , a m o r e r e a l i s t i c u p p e r t e m p e r a t u r e b o u n d w o u l d b e 2 9 0 ° C . A s a l l u d e d t o i n t h e d i s c u s s i o n o f R e q u i r e d G l a s s T r a n s i t i o n T e m p e r a t u r e , a c e r t a i n d e g r e e o f o v e r l a p e x i s t e d b e t w e e n t h e t w o v a r i a b l e s . U s e T e m p e r a t u r e c o u l d h a v e e a s i l y e n c o m p a s s e d a l l o f t h e k n o w l e d g e e x p r e s s e d i n t e r m s o f t h e r e q u i r e d T y a n d d o n e s o w i t h o u t c o m p r o m i s i n g t h e n a t u r e o f i t s o w n k n o w l e d g e . 7 . 2 . 3 K n o w l e d g e S t r u c t u r e s T h e d e s i g n p r o b l e m r e p r e s e n t a t i o n a n d t h e s e t o f i n p u t v a r i a b l e s p r e s e n t e d a b o v e s e r v e d a s t h e b u i l d i n g b l o c k s f o r C M a t D e s i g n . T h e o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e w i t h i n w h i c h t h e s e b l o c k s w e r e u s e d c a n b e c o n s i d e r e d o n t w o l e v e l s : l a r g e - g r a i n , a n d fi n e l y d e t a i l e d . A s C M a t D e s i g n w a s a r o u t i n e d e s i g n p r o b l e m s o l v e r , t h e s e t w o l e v e l s o f d e t a i l w e r e e x p r e s s e d b y t h e s p e c i a l i s t a n d a g e n t h i e r a r c h i e s , r e s p e c t i v e l y . S p e c i a l i s t H i e r a r c h y . D e s i g n p r o b l e m s o l v i n g i n r o u t i n e d e s i g n i s b a s e d o n t h e h i e r a r c h i - c a l s t r u c t u r e o f d e s i g n s p e c i a l i s t s , e a c h o f w h i c h o f f e r s a c o l l e c t i o n o f e x p e r t i s e o r k n o w - l e d g e o n h o w t o c o m p l e t e p a r t o f t h e d e s i g n p r o b l e m . T h i s h i e r a r c h i c a l o r g a n i z a t i o n i m p l i e s t h a t t h e d e s i g n p r o b l e m i s d e c o m p o s a b l e o r n e a r l y d e c o m p o s a b l e i n t o a p p r o p r i a t e 1 . T h i s i s t h e s p e c i fi c a t i o n a s s e t b y t h e U S . G o v e r n m e n t f o r l o w t e m p e r a t u r e p e r f o r m a n c e o f t e r - r e s u i a l a e r o s p a c e a p p l i c a t i o n s . 1 7 2 s u b p r o b l e m s . T h e s p e c i fi c a r r a n g e m e n t o f t h e s p e c i a l i s t s d e p e n d s o n t h e r e g u l a r i t i e s t h a t e x i s t i n a p a r t i c u l a r d o m a i n . F o r C M a t D e s i g n , a s f o r i t s p r e d e c e s s o r s , t h e d e c o m p o s i t i o n o f t h e c o m p o s i t e s d e s i g n p r o b l e m w a s r e l a t i v e l y s i m p l e . F i g u r e 4 2 s h o w s t h e s p e c i a l i s t d e c o m p o s i t i o n u s e d i n C M a t D e s i g n . fl C u r e A g e n t s j o r N o n - E p o x i e e ] A r o m a t i C A m i n e f ] C u n n g A g e n L I — A l i p h a t i c A m i n e j [ C o u p o s i t e M a t e r i a l ) — G I a s s F u b e r ] - | A n h y d r i d ° s J - i ' - ' I b e r C a r b o n F i b e r I — ( D i c y a n d i a m i d e ] C u r e C o n d i t i o n s | F i g u r e 4 2 . S p e c i a l i s t h i e r a r c h y f o r C M a t D e s i g n . T h e s p e c i a l i s t h i e r a r c h y s h o w n i n F i g u r e 4 2 w a s i d e n t i c a l t o T h e n n o s - I ’ s , w h i c h w a s s h o w n i n F i g u r e 3 3 o n p a g e 1 3 6 . T h e r m o s - 1 ’ s h i e r a r c h y e s s e n t i a l l y m a i n t a i n e d t h e s p e c i a l i s t h i e r a r c h y e s t a b l i s h e d i n E p o x - I . I n s t e a d o f t h e E p o x y s p e c i a l i s t , T h e r m o s - I a n d C M a t D e s i g n h a d a m o r e g e n e r a l P o l y m e r s p e c i a l i s t . A n a d d i t i o n a l s u b - s p e c i a l i s t t o t h e C u r i n g A g e n t s p e c i a l i s t w a s a l s o a d d e d t o d e a l w i t h C u r e A g e n t s f o r N o n - E p o x i e s . T h e s e p i e c e s w e r e i n c o r p o r a t e d i n t o t h e e x i s t i n g E p o x - I s t r u c t u r e . T h i s a d d i t i o n w a s f a c i l i t a t e d b y t h e r o u t i n e d e s i g n f r a m e w o r k w i t h i n w h i c h t h e s e p r o b l e m s o l v e r s w e r e b u i l t . 1 7 3 A g e n t H i e r a r c h y . B e s i d e s s p e c i a l i s t s , r o u t i n e d e s i g n i n c l u d e s s e v e r a l o t h e r k n o w l e d g e c o n s t r u c t s ( s e l e c t o r s , s p o n s o r s , p l a n s , c o n s t r a i n t s , t a s k s a n d s t e p s ) . T o g e t h e r w i t h s p e c i a l - i s t s , t h e s e k n o w l e d g e c o n s t r u c t s c a n b e c o l l e c t i v e l y c a l l e d a g e n t s . T h e r e f o r e , a n a g e n t h i e r a r c h y s h o w s e v e r y k n o w l e d g e c o n s t r u c t i n a s y s t e m . A s t h e c o m p l e t e a g e n t h i e r a r c h y f o r C M a t D e s i g n i s q u i t e c o m p l e x a n d u n w i e l d y t o p r e s e n t , F i g u r e 4 3 s h o w s o n l y t h e C u t - i n g A g e n t p o r t i o n o f t h e c o m p l e t e h i e r a r c h y . T h e s h a d e d n o d e s i n F i g u r e 4 3 c o r r e s p o n d t o t h o s e i n F i g u r e 4 2 . A g r e a t b e n e fi t o f u s i n g a r o u t i n e d e s i g n a p p r o a c h i s t h a t i t a l l o w s m o d i fi c a t i o n a n d a d a p t a t i o n o f p r e v i o u s s y s t e m s ; t h a t c a p a b i l i t y i s a l s o a p o t e n t i a l p i t f a l l , a n d o n e i n t o w h i c h C M a t D e s i g n f e l l . T h e p r o b l e m w i t h r e u s i n g a p r e v i o u s s y s t e m ’ s k n o w l e d g e s t r u c - t u r e i s t h a t i f t h e d e s i g n p r o b l e m i n t h e n e w s y s t e m i s s i g n i fi c a n t l y d i fl e r e n t t h e p r e v i o u s s t r u c t u r e w i l l n o t b e a p p r o p r i a t e . T h i s i s e x a c t l y w h a t h a p p e n e d w i t h t h e t r a n s i t i o n f r o m E p o x - I t o T h e r m o s - I t o C M a t D e s i g n . T h e e p o x y c u r i n g a g e n t s e c t i o n o f t h e a g e n t h i e r a r - c h y w a s e x p l i c i t l y d e fi n e d f r o m i t s c r e a t i o n i n E p o x - I . C u r i n g a g e n t s f o r t h e n o n - e p o x y p o l y m e r s w e r e h a n d l e d i n v e r y s i m p l e k n o w l e d g e s t r u c t u r e s . T h e d e t a i l t h a t e x i s t e d f o r t h e e p o x y c u r i n g a g e n t s i s c l e a r l y s u p e r fl u o u s , e s p e c i a l l y g i v e n t h e l i m i t e d c h o i c e s o f c u r - i n g a g e n t f o r e p o x i e s . M a n y n o d e s s h o w n i n F i g u r e 4 3 c a n b e e l i m i n a t e d b y s t r a t e g i c a l l y i n c o r p o r a t i n g t h e k n o w l e d g e i n t h e m i n t o m o r e c o m p l i c a t e d n o d e s . I n f a c t , t h e e n t i r e d e c o m p o s i t i o n o f t h e c u r i n g / c o - c u r e a g e n t d e t e r m i n a t i o n u s e d i n C M a t D e s i g n m a y n o t h a v e b e e n t h e b e s t w a y t o a d d r e s s t h e d e s i g n p r o b l e m . A s w i l l b e s e e n i n t h e f o l l o w i n g s e c t i o n , r e d u n d a n t k n o w l e d g e e x i s t s i n t h e n o d e s f o r t h e c u r i n g / c o - c u r e a g e n t a n d t h e p o l y m e r . I t w o u l d t s n A l P s i e h i n l a a ] j n n t a o s l i i P t n c a g fi i i c e p s c S e e D p n s S i e s m n e e l A i n c i t a m o r A t s i m i A m c A A i c c t i a t m a n i m i t a m o l o m a r o ] n t a s l i P l a i c e n g i p s S e s D e s d e i d m i a m i a d i n d a n y a c y i c D i D I t s i l a i c e p S I s e d i r d y l a i c e p S t n e g A g n i r u C l i r A r c e p S s e n i I m p A s e e t d S i m e i r y u A A [ [ I ] n n l c t o a I o - l s i p i o t P t s l i l r o i C s e l a i c n c a g fi a i i e i e r d p s c S e e s S D p e s n e i n m i A m e n i m c A A c i e u m p s c i - y l o P [ s o e C i x o p e L - I c i c t i i a t n t n o o h a a p h h n r o t s ' p i r e t c e l i i p A l l A t A [ [ s e e r y l e s u o r l e c o p l r u c E i o o — e r u c — o C c r e t s e y l o P [ l I C o - c u r e A g e n t s i o r n o n - e p o x i e s I [ A m i n e s a s c u r i n g a g e n t s I I A n h y d r i d e s a s c u r i n g a g e n t s I I D i c i a n d i a m i d e s a s c u r i n g a g e n t s I I A n h y d r i d e s D e s i g n P l a n k a o l y e s t e r c o - c u r e t a s k ] I P o l y i m i d e C o - c u r e t a s k I A n h y d r i d e s S p e c i f i c a t i o n A l i p h a t i c A m i n e s P l a n [ A l i p h a t i c A m i n e T y p e ] [ A r o m a t i c A m i n e T y p e I [ G l a s s T r a n s i t i o n T e r r p V a l u e I I D i c y a n d i a m i d e s S p e c i f i c a t i o n I F i g u r e 4 3 . C M a t D e s i g n ’ s c u r i n g / c o - c u r e a g e n t h i e r a r c h y . 1 7 4 1 7 5 s i g n i fi c a n t l y s i m p l i f y t h e o v e r a l l a g e n t s t r u c t u r e i f t h i s k n o w l e d g e c o u l d b e u s e d j u s t o n c e , i n s t e a d o f t h e m u l t i p l e t i m e s i t w a s u s e d i n C M a t D e s i g n . 7 . 3 I n f e r e n c i n g P r o c e d u r e s T h e fi n a l p o r t i o n o f t h e a n a l y s i s i n t h i s c h a p t e r l o o k s a t t h e i n f e r e n c i n g p r o c e d u r e s i n C M a t D e s i g n . T h e s e i n f e r e n c i n g p r o c e d u r e s w e r e d e p e n d e n t u p o n t h e k n o w l e d g e s t r u c - t u r e s a n d t h e d e s i g n r e p r e s e n t a t i o n , b o t h o f w h i c h h a v e a l r e a d y b e e n e x a m i n e d . A n e x a m - i n a t i o n o f t h e d e t a i l s b e h i n d C M a t D e s i g n ’ s i n f e r e n c e s c o m p l e t e s t h e e v a l u a t i o n r e q u i r e d t o l e a r n t h e g u i d e l i n e s f o r a n e x p a n s i o n t o t h e n e x t g e n e r a t i o n m a t e r i a l d e s i g n e r . T h e a n a l y s i s o f t h e i n f e r e n c e s i n C M a t D e s i g n i n c l u d e s t w o m a i n a s p e c t s : fi r s t . a d e p e n d e n c y a n a l y s i s t h a t l o o k s a t t h e i m p a c t o f i n p u t v a r i a b l e s o n t h e g e n e r a t e d o u t p u t ; s e c o n d , a m a p p i n g o f s p e c i fi c d e c i s i o n p r o c e d u r e s t h r o u g h t h e a g e n t h i e r a r c h y . T h e f o r m e r o f t h e s e t w o a n a l y s e s i s o n a g e n e r a l l e v e l , w h i l e t h e l a t t e r i s a t a m o r e d e t a i l e d l e v e l . V a r i a b l e s a r e o n l y c o n s i d e r e d b y n a m e , w i t h n o r e g a r d f o r t h e i r v a l u e s , i n t h e d e p e n - d e n c y a n a l y s i s . T h e m a p p i n g & c h a i n i n g a n a l y s i s d e a l s w i t h b o t h t h e v a r i a b l e s a n d t h e i r v a l u e s . 7 . 3 . 1 O v e r a l l V a r i a b l e D e p e n d e n c i e s T h e r e s u l t s o f t h e d e p e n d e n c y a n a l y s i s f o r C M a t D e s i g n c a n b e s e e n i n T a b l e 7 . T h e d e p e n d e n c i e s o f t h e t h r e e d i f f e r e n t t y p e s o f v a r i a b l e s u s e d w i t h i n C M a t D e s i g n ( o u t - p u t , i n t e r n a l , a n d i n p u t ) a r e p r e s e n t e d , w i t h t h e d e p e n d e n t v a r i a b l e s i n t h e c o l u m n s . \ V r t h i n e a c h o f t h e s e v a r i a b l e t y p e s , t h o s e v a r i a b l e s w i t h t h e g r e a t e s t i n fl u e n c e a r e l i s t e d fi r s t . e r u t a r e p m e T e r u t a r e p m e T s e e l r u e c n b - t u s T o P a i r a V . s e i c n e t d n e d n e p e D n e p e d e l b a i r a v n g i r e s e D t u t a r e p a m e T M C l l a r e v O : 7 e l b h ) n e y ) s y e D s e T M u t r m c T o r t P l W u i P i i u t d l m ( u i a d e W ( s d t l n r p r d r r a y i T m o o r a e d m i i t o M l H r p t p u R e e r T C o i g G a a i u e m e e r l t i r c u R h e a e e i T T s q e M b m e n m l n r fi y p p e b s I e A U l ' R o a i t l F m y l o P o P l a n r e t n I d i e r i u q e R s n a r T t u p n I O u t p u t C u r i n g / C o m e A g e n t ( C C C A ) 1 ‘ M a x i m u m T e m i l e M o d u l u s 1 7 6 1 7 7 D e p e n d e n c i e s a r e i n h e r i t e d , i . e . , a v a r i a b l e d e p e n d e n t u p o n a n o t h e r v a r i a b l e i n c l u d e s t h a t v a r i a b l e ’ s d e p e n d e n c i e s . F o r e x a m p l e , G l a s s T r a n s i t i o n T e m p e r a t u r e i s s h o w n t o b e d e p e n d e n t u p o n b o t h P o l y m e r T y p e a n d C u r i n g / C o - c u r e A g e n t . T h e T 8 w a s d i r e c t l y d e p e n d e n t o n l y u p o n t h e C u r i n g I C o - c u r e A g e n t , b u t s i n c e C u r i n g / C o - c u r e A g e n t w a s d e p e n - d e n t u p o n t h e P o l y m e r T y p e , G l a s s T r a n s i t i o n T e n p e r a t u r e i n h e r i t e d t h a t d e p e n d e n c y . S e v e r a l o b s e r v a t i o n s c a n b e m a d e f r o m t h e i n f o r m a t i o n c o l l e c t e d i n T a b l e 7 . T w o o f t h e m o s t s i g n i fi c a n t o f t h e s e o b s e r v a t i o n s c o n c e r n t h e d e p e n d e n t s o f C u r i n g / C o - c u r e A g e n t a n d A p p l i c a t i o n T y p e . A n o t h e r m i n o r o b s e r v a t i o n c o n c e r n s t h e l i m i t e d u s e o f t h e v a r i - a b l e M a x i m u m T e n s i l e M o d u l u s . A s p r e v i o u s l y m e n t i o n e d ( s e e f o o t n o t e o n p a g e 1 6 8 ) t h i s v a r i a b l e e x i s t e d i n o n l y o n e l i m i t i n g t a b l e . A l t h o u g h T a b l e 7 s h o w s t h a t F i b e r T y p e w a s d e p e n d e n t u p o n i t , M a x i m u m T e n s i l e M o d u l u s l i m i t e d t h e c h o i c e o f o n l y c a r b o n fi b e r s . M u c h w a s m a d e e a r l i e r a b o u t t h e d i s j o i n t e d n e s s o f t h e d e s i g n p r o b l e m a s r e p r e - s e n t e d i n C M a t D e s i g n , a n d e s p e c i a l l y t h e i n c l u s i o n o f p r o c e s s i n g i n f o r m a t i o n . T h e f o u r p r o c e s s i n g e l e m e n t s o f t h e o u t p u t d e s i g n ( P o s t - c u r e T i m e , C u r e T e r r p e r a t u r e , P o s t - c u r e T e m - p e r a t u r e , a n d C u r e T i m e ) w e r e d e p e n d e n t o n l y u p o n t h e C u r i n g / C o - c u r e A g e n t v a r i a b l e . A n e x a m i n a t i o n o f t h e m a t c h i n g t a b l e s u s e d t o d e t e r m i n e t h e s e v a r i a b l e s s h o w s s i m p l e l o o k - u p t a b l e s . F o r e v e r y C u r i n g / C o - c u r e A g e n t , t h e r e w a s a c o r r e s p o n d i n g t i m e o r t e m p e r a t u r e . T h e r e w a s n o d e p e n d e n c e o n a n y o t h e r p o r t i o n o f t h e d e s i g n , o r a n y o t h e r i n p u t v a r i a b l e . T h i s i m p l i e s t h a t t h e p r o c e s s i n g i n f o r m a t i o n a s d e t e r m i n e d w i t h i n C M a t D e s i g n w a s d i s - c o n n e c t e d f r o m t h e d e s i g n p r o b l e m . M o s t l i k e l y , i n f o r m a t i o n s h o u l d n o t h a v e b e e n i n c l u d e d w i t h i n t h e c o n fi n e s o f a m a t e r i a l d e s i g n s y s t e m . T h i s i l l u s t r a t e s t h e n e g a t i v e p o s - s i b i l i t i e s m e n t i o n e d i n C h a p t e r S i x a b o u t t h e n e e d t o s e p a r a t e d e s i g n t a s k s . 1 7 8 T h e v a r i a b l e A p p l i c a t i o n T y p e w a s v e r y i n fl u e n t i a l i n C M a t D e s i g n , a s e v e r y m a t e r i a l r e l a t e d a s p e c t o f t h e g e n e r a t e d d e s i g n s ( P o l y m e r M a t e r i a l , C u r i n g / C o m e A g e n t , F i b e r T y p e ) w a s d e p e n d e n t u p o n i t . H o w e v e r , t h e a m b i g u i t y p r e s e n t i n t h i s v a r i a b l e m a d e t h e s p e c i fi c i m p a c t o n e a c h v a r i a b l e n e b u l o u s . I t i s d i s c o n c e r t i n g t h a t s u c h a l a r g e p o r t i o n o f t h e g e n - e r a t e d d e s i g n w a s c o n t i n g e n t u p o n s u c h a n e n i g m a t i c v a r i a b l e . S p e c i fi c d e t a i l s t h i s v a r i - a b l e ’ s u s e a r e s h o w n i n t h e f o l l o w i n g s e c t i o n . 7 . 3 . 2 V a r i a b l e C h a i n i n g & V a l u e A s s i g n a t i o n A g a i n , a s f o r t h e d i s c u s s i o n o f t h e a g e n t h i e r a r c h y , t h e e x t e n s i v e n a t u r e o f t h e k n o w l e d g e i n C M a t D e s i g n p r e c l u d e s a c o m p r e h e n s i v e p r e s e n t a t i o n o f t h i s a n a l y s i s . T h e r e f o r e , o n l y a r e p r e s e n t a t i v e p o r t i o n o f t h e c h a i n i n g a n a l y s i s i s p r e s e n t e d h e r e . T a b l e 8 s h o w s t h e s p e c i fi c v a r i a b l e fl o w a n d s t e p l e v e l r e a s o n i n g f o r t h e d e t e r m i n a - t i o n o f t h e p o l y m e r m a t e r i a l i n C M a t D e s i g n . A s p r e s e n t e d i n t h i s t a b l e , t h e i n f e r e n c e c h a i n i n g i s d e l i n e a t e d b y t h e t y p e o f p o l y m e r ; p o l y e s t e r s , e p o x i e s , a n d p o l y i m i d e s e a c h h a v e c h a r a c t e r i s t i c i n f e r e n c e c h a i n s . T h e s e c o n d a n d t h i r d c o l u m n s i n T a b l e 8 s h o w s p e - c i fi c v a l u e s f o r a n d c o m b i n a t i o n s o f v a r i a b l e s a t t h e p l a n a n d s t e p l e v e l , r e s p e c t i v e l y . l C o m b i n a t i o n s o f v a r i a b l e v a l u e s a t t h e s t e p l e v e l ( c o l u m n t h r e e ) i n d i c a t e a p a r t i c u l a r p o l y - m e r m a t e r i a l i n c o l u m n f o u r . P o l y e s t e r s , f o r e x a m p l e , m u s t h a v e A p p l i c a t i o n T y p e 2 D o m e s t i c A p p l i c a t i o n a t t h e p l a n l e v e l f o r t h a t t y p e o f p o l y m e r t o b e e v a l u a t e d f u r t h e r . A t t h e s t e p l e v e l , t h e d i s t i n c t i o n b e t w e e n t h e t w o p o s s i b l e p o l y e s t e r s i s m a d e b a s e d o n R i g i d i t y a n d A p p l i c a t i o n T y p e . N o t i c e h e r e , t h e r e d u n d a n c y t h a t e x i s t s b e t w e e n t h e p l a n a n d s t e p l e v e l k n o w l e d g e . T h e s a m e 1 . T o i n c r e a s e t h e v i s i b i l i t y o f t h e i n f o r m a t i o n i n t h e t a b l e , t h e v a r i a b l e n a m e s a r e n o t c o m p l e t e l y s p e c i fi e d . T h e y e a r n , h o w e v e r , b e e a s i l y i n f e r r e d f r o m t h e v a l i d v a l u e s l i s t e d . 1 7 9 T a b l e 8 : S p e c i fi c p o l y m e r m a t e r i a l i n p u t v a r i a b l e i n f e r e n c i n g . P o l y m e r T y p e P l a n L e v e l S t e p L e v e l P o l y m e r M a t e r i a l P o l y e s t e r 3 D o m e s t i c A p p l i c a t i o n ? R i g i d i t y - D o m e s t i c A p p l i c a t i o n O r t h o p h t h a l i c A c i d . N o R i g i d i t y . D o m e s t i c A p p l i c a t r o n ’ M a l e i c A c i d E p o x y ~ = D o m e s t i c A p p l i c a t i o n < = 1 7 5 U s e T e m p e r a t u r e < - 1 0 0 U s e T e m p e r a t u r e : - A d h e s i v e A p p l i c a t i o n 2 N o H u m i d i t y s N o C o r r o s i o n < - 1 0 0 U s e T e m p e r a n n ' e « D o m e s t i c A p p l i c a t i o n ? H u m i d i t y 2 N o C o r r o s i o n H y d r o x y p h e n y l ? C o r r o s i o n = N o H u m i d i t y ~ = D o m e s t i c A p p l i c a t i o n < = 1 0 0 U s e T e m p e r a n r r e E p o x i d i z e d P h e n o l i c N o v o l a c a N o C o r r o s i o n a N o H u m i d i t y « D o m e s t i c A p p l i c a t i o n < = 1 7 5 U s e T e m p e r a t u r e P o l y i m i d e < = 3 5 0 U s e T e m p e r a t u r e ~ = D o m e s t i c A p p l i c a t i o n ~ = C i v i l A p p l i c a t i o n ~ = D o m e s t i c A p p l i c a t i o n < = 2 4 5 U s e T e m p e r a m r e B M I P M R - I S o — N 0 # 1 8 0 W - W . . . “ 4 . . . . . . - _ - . _ . . ~ . _ * _ _ . _ _ . . _ _ . _ ‘ . . . - - - . m m v m - _ - « - . . . v . . - . . ~ . . . . . - . . . _ » . . — . . . . . . M m . - - » W W . . _ _ _ _ . _ . . . - - _ ‘ . . . . w w - M w - a e a c e r n e a c o . . . - . . . ” . . _ _ . . _ . . . . . - h _ _ . , . _ . . . . . . . . . . . . . . . . w . _ _ c _ . c . w W , - . _ _ . _ _ . _ _ _ H H W _ _ . _ _ . . . _ - m m ‘ . . - . M - _ ~ . _ _ ‘ . _ - . . . . - . . . . . . 4 . . . _ . _ r o w s c o l u m n s E p o x y S e l e c t i o n . M T R C o r r o s i o n H u r l i d y A p p l c d i o n T y p o U s e T e m p o r d t r o r o a d ( I ( I 0 2 ( I ( I E M B E D F i g u r e 4 4 . E p o x y s t r u c t u r e d p a t t e r n m a t c h i n g t a b l e i n C M a t D e s i g n . v a l u e s o f A p p l i c a t i o n T y p e w e r e u s e d t w i c e . N o t h i n g w a s g a i n e d ( o t h e r t h a n a n i n c r e a s e i n c o m p u t a t i o n a l e f f o r t ) b y m a t c h i n g a g a i n s t t h e A p p l i c a t i o n T y p e a t t h e s t e p l e v e l . T h i s v a r i a b l e s h o u l d b e e l i m i n a t e d f r o m t h e s t e p l e v e l m a t c h e r s f o r p o l y e s t e r s . T h e s t e p l e v e l i n f e r e n c i n g s h o w n i n T a b l e 8 f o r e p o x i e s c a n b e s e e n a s e n c o d e d w i t h i n C M a t D e s i g n i n F i g u r e 4 4 . T h i s s h o w s t h e s t r u c t u r e d p a t t e r n m a t c h e r f o r c h o o s i n g a p a r t i c u l a r e p o x y . N o t i c e t h a t H y d r o x y p h e n y l a p p e a r e d t w i c e w i t h i n t h i s m a t c h e r . M o s t l i k e l y , t h i s w a s a n e r r o r ; t h e s e c o n d i n s t a n c e ( r o w t h r e e ) s h o u l d p r o b a b l y h a v e b e e n T G M D A . ‘ T h e s e e x a m p l e s o f r e d u n d a n c y a n d i n c o r r e c t k n o w l e d g e w i t h i n C M a t D e s i g n a r e i n d i c a t i v e o f a p e r v a s i v e i n c h o a t e n e s s t h a t h a s c r e p t i n t o t h e r o u t i n e d e s i g n a p p r o a c h t o c o m p o s i t e m a t e r i a l d e s i g n . T h i s h a s b e e n f o s t e r e d b y t h e i n g e n u o u s r e u s e o f e x i s t i n g k n o w l e d g e r e p r e s e n t a t i o n s a n d s t r u c t u r e s . T o p r o p e r l y a d d r e s s t h e d e s i g n o f c o m p o s i t e 1 . R e c a l l t h e d i s c u s s i o n i n “ D o m a i n C o v e r a g e " o n p a g e 1 6 0 , a n d s p e c i fi c a l l y T a b l e 4 o n p a g e 1 6 1 , w h e r e T G M D A w a s s h o w n t o b e i n c l u d e d i n t h e d a t a b a s e b u t n o t u s e d e l s e w h e r e . 1 8 1 m a t e r i a l s , a n y r e u s e d k n o w l e d g e m u s t b e c a r e f u l l y e x a m i n e d t o d e c i d e i t s a p p l i c a b i l i t y w i t h i n a n y n e w d e s i g n s y s t e m . G i v e n t h e a b u n d a n c e o f m i n u t e i n c o n s i s t e n c i e s f o u n d i n C M a t D e s i g n , t h e b e s t a p p r o a c h f o r a n e w d e s i g n s y s t e m w o u l d b e t o s t a r t f r o m s c r a t c h . T h i s d o e s n o t m e a n , h o w e v e r , t h a t t h e l e s s o n s l e a r n e d f r o m t h e a n a l y s i s o f C M a t D e s i g n a n d i t s p r e d e c e s s o r s s h o u l d b e i g n o r e d . n r c m c a u s t a r e U N I V . L I B R A R I E S l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l 3 1 2 9 3 0 1 5 6 5 9 2 6 5 m s l l l l l l l l i l l l i } i l l l l l l i l i W I l l l l l l l l I l l l l l l I I H I U I I I I I I I N H I I M I C H I G A N I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 3 1 2 9 3 0 1 5 6 5 9 2 7 3 L I B R A R Y M i c h i g a n S t a t e U n l ‘ v e r s l t y P L A C E I N R E T U R N B O X t o r o m a n t h b c h e c k o u t f r o m y o u r r o a d . T O A V O I D F I N E S r o t u m o n o r b a t o n d a t e d u o . _ 1 D A T E D U E D A T E D U E D A T E D U E * : : - _ _ _ — _ l M S U I a A n A f fl r m u t I v o W M O p p o r t u n l t y I n s t i t u b n W t D E S I G N I N G C O M P O S I T E M A T E R I A L S Y S T E M S U S I N G G E N E R I C T A S K S A N D C A S E - B A S E D R E A S O N I N G V O L U M E T W O B y T i m o t h y J o e l L e n z A D I S S E R T A T I O N S u b m i t t e d t o M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y . i n p a r t i a l f u l fi l l m e n t o f t h e r e q u i r e m e n t s f o r t h e d e g r e e o f D O C T O R O F P H I L O S O P H Y D e p a r t m e n t o f C h e m i c a l E n g i n e e r i n g 1 9 9 7 C H A P T E R 8 C O M A D E : A C o m p o s i t e M a t e r i a l S y s t e m D e s i g n e r O n e o f t h e s t a t e d g o a l s o f t h i s d i s s e r t a t i o n i s t o d e v e l o p ‘ p e r s u a s i v e p a r a d i g m s ’ f o r t h e d e s i g n o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s . T h e s e p a r a d i g m s a r e i n t e n d e d t o a u g m e n t t h e c a p a - b i l i t i e s o f c o m p o s i t e d e s i g n e r s b y p r o v i d i n g a b s t r a c t d e s i g n g u i d e l i n e s a n d i m p l e m e n t a - t i o n s o f t h e s e g u i d e l i n e s w i t h w h i c h t o d e s i g n c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s . C O M A D E f u l fi l l s b o t h i n t e n t s . N o t o n l y d o e s C O M A D E c o n t a i n d e s i g n k n o w l e d g e a b o u t c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s , b u t i t o r g a n i z e s t h a t k n o w l e d g e t o b e u s e f u l f o r d e s i g n . T h i s a c c u m u l a - t i o n a n d o r g a n i z a t i o n o f k n o w l e d g e a d d r e s s e s b o t h t h e i l l - s t r u c t u r e d a n d o p e n - e n d e d n a t u r e o f t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n p r o c e s s . I t h a s b e e n w e l l d o c u m e n t e d t h a t t h e e a r l y c o n c e p t u a l d e s i g n p h a s e f o r p o l y m e r c o m p o s i t e s fi x e s m a n y c r i t i c a l c o s t d r i v e r s f o r t h e d e t a i l e d d e s i g n o f t h e fi n a l c o m p o s i t e . P r o v i d i n g s u p p o r t f o r t h e c o n c e p t u a l d e s i g n o f p o l y m e r c o m p o s i t e s t h e r e f o r e h a s g r e a t p o t e n t i a l f o r p r o v i d i n g s u b s t a n t i a l d o w n s t r e a m c o s t c o n t r o l . H o w e v e r , t h e e f fi c a c y o f r i g i d p h a s e l e v e l d e s i g n p r o c e s s a s a w a y o f t h i n k i n g a b o u t c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n i s 1 8 2 1 8 3 n o t c e r t a i n . W i t h i n C O M A D E , t h e e m p h a s i s i s o n h a n d l i n g m a t e r i a l d e s i g n a t t h e a p p r o - p r i a t e l e v e l o f d e t a i l , r e g a r d l e s s o f p h a s e l e v e l d e s i g n . A l t h o u g h t h e c o m p o s i t e s d e s i g n e r h a s a n o v e r w h e l m i n g a m o u n t o f i n f o r m a t i o n a v a i l a b l e , t h i s i n f o r m a t i o n i s t y p i c a l l y n o t e a s i l y u s e d . A d d i t i o n a l l y , g i v e n t h e v a s t d a t a - b a s e o f p o t e n t i a l p o l y m e r s a n d r e i n f o r c i n g fi b e r s f r o m w h i c h a c o m p o s i t e m a t e r i a l m a y b e f a b r i c a t e d , t h e p r o b a b i l i t y o f a n y o n e p e r s o n h a v i n g c o m p l e t e o r e v e n r e p r e s e n t a t i v e k n o w l e d g e o f t h e e n t i r e d o m a i n i s q u i t e l o w . I t i s m o r e l i k e l y t h a t t h e k n o w l e d g e o f t h e e n g i n e e r i s r e s t r i c t e d t o s e l e c t e d p o r t i o n s o f t h e d o m a i n . S o m e m a y b e a w a r e o f a s u b s t a n - t i a l a m o u n t o f t h e r m o s e t s , w h i l e o t h e r s m a y b e p r i m a r i l y i n f o r m e d a b o u t t h e r r n o p l a s t i c s . W h e n g i v e n a s e t o f m a t e r i a l r e q u i r e m e n t s , t h e e n g i n e e r w i l l c o n c e n t r a t e o n t h o s e m a t e r i a l s t h a t a r e m o s t f a m i l i a r , a n d i n t h e p r o c e s s m a y n o t e v e n c o n s i d e r m a t e r i a l s t h a t m a y b e s u p e r i o r t o t h o s e o r i g i n a l l y c o n s i d e r e d . C O M A D E p r o v i d e s a f o c u s f o r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n , w h i l e a l s o p r e s e n t i n g p o s s i b i l i t i e s f o r f a m i l i e s o f c o m p o s i t e m a t e - r i a l s y s t e m s t h a t m a y n o t b e i m m e d i a t e l y o b v i o u s . A n e n u m e r a t i o n o f C O M A D E ’ s d o m a i n c o v e r a g e s e t s t h e s t a g e f o r t h e r e c o n s i d - e r e d p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n p r o b l e m . B o t h t h e k n o w l e d g e s t r u c t u r e s a n d t h e s p e c i fi c i n f e r e n c i n g p r o c e d u r e s u s e d w i t h i n C O M A D E a r e b a s e d u p o n t h i s d o m a i n c o v e r a g e . T h e d e t a i l s o f h o w C O M A D E s o l v e s t h e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n p r o b - l e m a r e p r e s e n t e d b y a t h o r o u g h e x a m i n a t i o n o f t h e k n o w l e d g e r e p r e s e n t a t i o n a n d o r g a n i - z a t i o n . H o w t h e h e u r i s t i c s c o m p r i s i n g t h e k n o w l e d g e u s e d t o m a k e t h e d e c i s i o n s w i t h i n C O M A D E a r e g e n e r a t e d i s a l s o d i s c u s s e d . T h e c h a p t e r c o n t i n u e s w i t h a c o m p a r i s o n o f t h e d e s i g n s g e n e r a t e d b y C O M A D E w i t h t h o s e o f t h e p r e v i o u s s y s t e m s , a n d c o n c l u d e s w i t h a n e y e t o w a r d e x t e n d i n g t h e c a p a b i l i t i e s o f C O M A D E . 1 8 4 8 . 1 D o m a i n C o v e r a g e T h e i n i t i a l m a n d a t e f o r t h e d e v e l o p m e n t o f C O M A D E w a s t o c o v e r a m a t e r i a l s d o m a i n o f 1 0 fi b e r s , t w o t o fi v e m o r e t h e r r n o s e t s t h a n C M a t D e s i g n , a n d a t o t a l o f fi v e t o t e n t h e r m o - p l a s t i c s . T h e d o m a i n c o v e r a g e i n C O M A D E g r e a t l y e x c e e d s t h e s e e x p e c t a t i o n s . T h e f o l - l o w i n g d i s c u s s i o n d e t a i l s t h e p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d o m a i n c o v e r a g e w i t h i n C O M A D E . T a b l e 9 s h o w s a l l o f t h e m a t e r i a l s y s t e m s i n c l u d e d w i t h i n C O M A D E . C M a t D e s i g n w a s s t r u c t u r e d s o t h a t d i s t i n c t i o n s w e r e m a d e b e t w e e n p o l y e s t e r s , e p o x i e s a n d p o l y i r n i d e s . T h e s e t h r e e c a t e g o r i e s o f t h e r m o s e t s r e m a i n w i t h i n C O M A D E . T h e p o l y m e r m a t e r i a l o p t i o n s w i t h i n e a c h o f t h e s e h a v e b e e n m o d i fi e d t o g i v e a m o r e c o m p r e h e n s i v e r e p r e s e n t a t i o n o f t h e r r n o s e t s c u r r e n t l y u s e d i n i n d u s t r y . T w o a d d i t i o n a l m a t e r i a l d i s t i n c t i o n s a r e a l s o i n c l u d e d ( p h e n o l i c s a n d b i s m a l e i m i d e s ) , f o r a t o t a l o f fi v e t h e r m o s e t m a t e r i a l c l a s s e s . T h e t h e r m o s e t c o v e r a g e i n C O M A D E r e p r e s e n t s a n a p p r o x i - m a t e t w o - f o l d i n c r e a s e i n t h e r m o s e t r e s i n c h o i c e s o v e r C M a t D e s i g n . T h e a d d i t i o n o f t h e r m o p l a s t i c s t o t h e m a t e r i a l d e s i g n e r p r e s e n t s t h e o p p o r t u n i t y t o e x p l o r e a m u c h l a r g e r d o m a i n o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s . T h e d i s t i n c t i o n i s m a d e i n C O M A D E b e t w e e n a m o r p h o u s a n d s e m i c r y s t a l l i n e t h e r r n O p l a s t i c s . a n d a l s o b l e n d s o f t h e t w o . M a t e r i a l s i n c l u d e d w i t h i n t h e s e c a t e g o r i e s i n c l u d e b o t h c o m m o n e n g i n e e r i n g a n d s p e c i a l t y t h e r r n o p l a s t i c s . C O M A D E i n c l u d e s a t o t a l o f 1 5 t h e n n o p l a s t i c s . D e p e n d i n g o n t h e s p e c i fi c p o l y m e r , a d d i t i o n a l c h e m i c a l a g e n t s ( r e a c t i v e d i l u e n t s , m o d i fi e r s , h a r d e n e r s , e t c . ) m a y a l s o b e r e q u i r e d . T h e r r n o p l a s t i c s a r e a s s u m e d t o h a v e n o a d d i t i o n a l c h e m i c a l a g e n t s , w h i l e t h e r r n o s e t s m a y o r m a y n o t h a v e a s s o c i a t e d c h e m i c a l a g e n t s . W h e t h e r a t h e r m o s e t m a t r i x m a t e r i a l h a s a c h e m i c a l a g e n t a s s o c i a t e d w i t h i t d e p e n d s u p o n b o t h t h e u s e s p e c i fi c a t i o n s a n d t h e m a t r i x m a t e r i a l i t s e l f . A l l t o l d , 1 8 5 T a b l e 9 : T h e 1 1 8 8 m a t e r i a l s y s t e m s i n c l u d e d w i t h i n C O M A D E . M a t r i x M a t e r i a l C h e m i c a l A g e n t F i b e r ’ l y p e F i b e r L e n g t h S e m l c r y s t a l l i n e P B T . P A 6 6 , P E P , T h e r m o p l a s t i c P P O , P P S . P E E K N ° m m ” M A m o r p h o u s A B S , P C , P S U , T h e r m o p l a s t i c P A S , P E I , P A I N o n e ( T P m a t r i x ) B l e n d fl ? E - g l a s s T h e r m o p l a s t i c S - g l a s s E r P Q u a r t z D G E B A D i M d e A S - 4 c a r b o n C h o p p e d E p o x P h e n o l i c N o v o l a c P - S S g r a p h i t e E p o x i e s M P D A . T G M D A . . P - l O O g r a p h i t e T G E T P E C l o r e n d r c a n h y d r r d e B D D S / B F 3 - M E A g 8 “ P h e n o l i c n o v o l a c H M T A P h e n o l i c s P h e n o l i c r e s o l e N o n e ( h e a t c u r e ) O r t h o p h t h a l i c r e s i n 3 8 1 3 5 8 l s o p h t h a l i c r e s i n V i n y l t o l u e n e S - g l a s s ” U m “ B P A f u m a r a t e r e s r n S t y r e n e C - g l a s s C h l o r e n d r c r e s r n Q u a r t z V i n y l e s t e r r e s i n D A P A 3 4 c a r b o n P - S S g r a p h i t e D i c y a n a t e B P A P - l O O g r a p h i t e C o n t i n u o u s , 0 , 0 ' - D i a l l y l B P A K e v l a r - 2 9 B i s m a l e i m i d e s 4 , 4 - M D A - B M I M A B A K e v l a r 4 9 1 , 4 - T o l y l B M I K e v l a r - 1 4 9 , B o r o n P M R l S o h g o m e r s M e t h a n o l S i C P o l y i m l d e s ' I ‘ h e r m i d 6 0 0 o l i g o m e r s E t h a n o l 1 8 6 C O M A D E ’ s d a t a b a s e o f 1 5 t h e r m O p l a s t i c s a n d 3 9 t h e r m o s e t s g i v e s a t o t a l o f 5 4 p o s s i b l e m a t r i x m a t e r i a l / c h e m i c a l a g e n t c o m b i n a t i o n s . T h e o t h e r c o m p o n e n t o f t h e p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m i s t h e fi b e r r e i n - f o r c e m e n t . D i s t i n c t i o n s f o r t h e t y p e o f fi b e r m a t e r i a l a r e m a d e b e t w e e n g l a s s e s , c a r b o n s ! g r a p h i t e s , a r a m i d s a n d s p e c i a l t y fi b e r s . T h e l e n g t h o f t h e fi b e r i s a l s o s p e c i fi e d , w i t h c o n - t i n u o u s a n d c h o p p e d a s t h e t w o o p t i o n s . H o w e v e r , n o t e v e r y fi b e r m a t e r i a l i s a v a i l a b l e i n b o t h f o r m s . A r a m i d fi b e r s a r e n e v e r u s e d i n c h o p p e d f o r m , m a i n l y b e c a u s e t h e fi b e r s a r e m u c h t o o d i f fi c u l t t o c h o p . W i t h a c h o i c e o f t w e l v e fi b e r m a t e r i a l s a n d a n e a t r e s i n ( n o fi b e r ) o p t i o n , a n d t h e p o s s i b i l i t y o f c h o p p e d fi b e r s , t h i s g i v e s 2 2 p o s s i b l e fi b e r m a t e r i a l ! l e n g t h c o m b i n a t i o n s f o r C O M A D E t o u s e . T h i s r e p r e s e n t s a 1 4 0 % i n c r e a s e i n fi b e r m a t e - r i a l s e l e c t i o n f r o m C M a t D e s i g n , w i t h a c h o i c e o f e l e v e n fi b e r m a t e r i a l s a n d a n e a t r e s i n ( n o fi b e r ) O p t i o n . T h e e x p a n d e d p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d o m a i n c o v e r a g e a l l o w s f o r C O M A D E t o c h o o s e f r o m u p t o 1 1 8 8 p o s s i b l e m a t e r i a l d e s i g n s . T a k e n c o m p l e t e l y , t h e e x p a n d e d d o m a i n c o v e r a g e w i t h i n C O M A D E r e p r e s e n t s a n o r d e r o f m a g n i t u d e i n c r e a s e i n t h e d o m a i n c o v e r a g e o v e r C M a t D e s i g n . T h e d a t a u s e d w i t h i n C O M A D E f o r t h e d e t e r m i n a t i o n o f a p p l i c a b l e m a t e r i a l d e s i g n s h a s b e e n d r a w n f r o m v a r i o u s p u b l i c d o m a i n s o u r c e s [ C a r l s s o n , 1 9 9 1 ; P h i l l i p s , 1 9 8 9 ; A S M I n t e r n a t i o n a l , 1 9 8 7 ; S t r o n g , 1 9 8 9 ] , a n d w h e r e p o s s i b l e a v o i d s i n c l u d i n g s p e - c i fi c b r a n d n a m e s o r p r o d u c t f o r m u l a t i o n s . I n s t e a d , g e n e r i c t y p e s o f m a t e r i a l s h a v e b e e n u s e d t o e n a b l e C O M A D E t o g e n e r a t e m a t e r i a l s y s t e m s t h a t g i v e v i a b l e s o l u t i o n s t o t h e u s e r e q u i r e m e n t s . T h e p r i m e m o t i v a t i o n f o r m a n y s e l e c t e d m a t e r i a l s w a s t o o b t a i n a s w i d e a r a n g e o f p o t e n t i a l p e r f o r m a n c e p r o p e r t i e s a s p o s s i b l e w i t h i n C O M A D E . 1 8 7 T h i s e x p a n s i o n o f t h e m a t e r i a l d o m a i n c o v e r a g e i s a c c o m p a n i e d b y a f r e s h e x a m i - n a t i o n o f t h e r e q u i r e d k n o w l e d g e r e p r e s e n t a t i o n a n d s t r u c t u r i n g . T h i s e x a m i n a t i o n i s d o n e w i t h t h e g o a l o f c a p t u r i n g t h e d e s i g n o f p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s a s a p t l y a s p o s s i b l e . 8 . 2 K n o w l e d g e R e p r e s e n t a t i o n & O r g a n i z a t i o n T h e u s e o f d o m a i n k n o w l e d g e w i t h i n a r o u t i n e d e s i g n s y s t e m i s m u l t i - f a c e t e d . K n o w - l e d g e a b o u t t h e d o m a i n c o v e r a g e i s u s e d t o d e c i d e w h a t v a r i a b l e s a r e t o b e u s e d t o fi g u r e o u t t h e d e s i g n s o l u t i o n . K n o w l e d g e i s u s e d t o d e c o m p o s e t h e d e s i g n p r o b l e m i n t o a p p r o - p r i a t e l y s o l v a b l e s u b p r o b l e m s . A b s t r a c t a n d g e n e r a l k n o w l e d g e i s u s e d t o p o p u l a t e t h e h i g h l e v e l n o d e s w i t h i n t h e d e s i g n d e c o m p o s i t i o n h i e r a r c h y a n d p r o v i d e n a v i g a t i o n a l g u i d a n c e . S p e c i fi c k n o w l e d g e i s u s e d a t t h e s t e p l e v e l t o a s s i g n v a l u e s t o v a r i a b l e s . H o w t h e s e v a r y i n g t y p e s o f k n o w l e d g e a r e d e t e r m i n e d a n d d e fi n e d d i r e c t l y a f f e c t s t h e c a p a b i l i - t i e s o f a r o u t i n e d e s i g n p r o b l e m s o l v e r s u c h a s C O M A D E . O n l y i f t h e d e s i g n p r o b l e m i s a c c u r a t e l y r e p r e s e n t e d a n d t h e h e u r i s t i c s a r e m e t i c u l o u s l y g e n e r a t e d f r o m e x p e r i e n c e s a n d e x p e r i m e n t s w i l l t h e k n o w l e d g e i n c l u d e d w i t h i n t h e s y s t e m b e s o u n d . T h i s i s t h e g u i d i n g v i s i o n b e h i n d t h e c o n s t r u c t i o n o f C O M A D E . T h e d i s c u s s i o n i n t h i s s e c t i o n l o o k s a t h o w C O M A D E r e p r e s e n t e d e a c h o f t h e s e t h r e e a s p e c t s . A n e x a m i n a t i o n o f h o w t h e d e s i g n p r o b l e m i s r e p r e s e n t e d w i t h i n C O M A D E i m m e d i a t e l y f o l l o w s . V a r i a b l e s u s e d t o m a k e d e c i s i o n s a b o u t t h e c o n s t i t u e n t s o f t h e d e s i g n p r o b l e m a r e a l s o p r e s e n t e d . F i n a l l y , t h e d e c o m p o s i t i o n o f t h e d e s i g n p r o b - l e m a n d t h e r e s u l t i n g k n o w l e d g e o r g a n i z a t i o n i s d i s c u s s e d . 1 8 8 8 . 2 . 1 D e s i g n P r o b l e m R e p r e s e n t a t i o n T h e a n a l y s i s o f C M a t D e s i g n i n t h e p r e v i o u s c h a p t e r p o i n t e d o u t t h e i m p o r t a n c e o f c a r e f u l l y c o n s i d e r i n g t h e d e s i g n p r o b l e m t o b e s o l v e d . B y n o t r e c o n s i d e r i n g t h e d e s i g n p r o b l e m a n d i n s t e a d s i m p l y c o p y i n g t h e d e s i g n p r o b l e m f r o m i t s p r e d e c e s s o r , C M a t D e - s i g n l o s t i t s f o c u s . T h a t o v e r s i g h t h a s b e e n e l i m i n a t e d f o r C O M A D E . T h e d e s i g n p r o b l e m h a s b e e n c a r e f u l l y c o n s t r u c t e d t o a c c u r a t e l y d e s c r i b e a p o l y - m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m . T h e r e i s n o p r o c e s s i n g i n f o r m a t i o n i n c l u d e d i n t h i s d e s c r i p t i o n , a s t h a t i n f o r m a t i o n h a s b e e n r e l e g a t e d t o t h e p r o c e s s d e s i g n p o r t i o n o f t h e o v e r a l l c o m p o s i t e s d e s i g n v i s i o n . F i g u r e 4 5 s h o w s t h e d e s i g n p r o b l e m a s r e p r e s e n t e d w i t h i n C O M A D E . T h e d e t a i l s o f t h e o u t p u t v a r i a b l e s M a t r i x M a t e r i a l , C h e m i c a l A g e n t , F i b e r - T y p e , a n d F r b e r L e n g t h a r e s h o w n i n T a b l e 9 . H u m I d E n v l r o n m e n t F l a m e R e t a r d a n c e S t r a s s E n v I r o n m e n t C h e m i c a l E n v l r o n m e n t R e q T e n s i l e S t r e n g t h R e q F I e x u r a l M o d u l u s U s e ‘ l ’ e m p e r a t u r e I C O M A D E E M a t r i x M a t e r i a l C h e m i c a l A g e n t F l b e r T y p e F i b e r L e n g t h ( F a m i l y o f d e s i g n s ) F i g u r e 4 5 . I n p u t - o u t p u t b e h a v i o r o f C O M A D E . 1 8 9 8 . 2 . 2 I n p u t V a r i a b l e s W i t h t h e n e w d e s i g n p r o b l e m r e p r e s e n t a t i o n a n d e x p a n d e d d o m a i n c o v e r a g e i n C O M A D E , t h e v a r i a b l e s u s e d t o g u i d e t h e d e s i g n o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s h a d t o b e c o n s i d e r e d c a r e f u l l y . M a n y p r o p e r t i e s c a n b e c o n s i d e r e d i n t h e d e s i g n o f c o m p o s i t e s , i n c l u d i n g m e c h a n i c a l , t h e r m a l , e l e c t r i c a l , O p t i c a l , a n d c h e m i c a l p r o p e r t i e s . T h e v a r i a b l e s u s e d t o d e s i g n t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s i n C O M A D E w e r e s p e c i fi e d i n p a r t b y t h e a v a i l a b i l i t y o f s u f fi c i e n t d a t a i n t h e l i t e r a t u r e f o r t h e m a t e r i a l s i n c l u d e d i n t h e d o m a i n c o v - e r a g e m e n t i o n e d p r e v i o u s l y . V a r i a b l e s i n c l u d e d i n t h e i n p u t s e t f o r C O M A D E a d d r e s s e d t h e r m a l p r o p e r t i e s ( U s e T e m p e r a t u r e a n d F l a m e R e t a r d a n e e ) , m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s ( S t r e s s E n v i r o n m e n t , R e q u i r e d F l e x u r a l M o d u l u s , a n d R e q u i r e d T e n s i l e S t r e n g t h ) , a n d e n v i r o n m e n t a l p r e p e r t i e s ( C h e m i c a l E n v i r o n m e n t a n d H u m i d E n v i r o n m e n t ) . T a b l e 1 0 s h o w s t h e s e v a r i a b l e s . S e v e r a l o f t h e v a r i a b l e s s h o w n i n T a b l e 1 0 , w h i l e s i m i l a r i n n a m e t o v a r i a b l e s u s e d i n C M a t D e s i g n , a r e d i f f e r e n t e n o u g h t o m e r i t f u r t h e r d i s c u s s i o n . T h e s e v a r i a b l e s i n c l u d e C h e m i c a l E n v i r o n m e n t , U s e T e m p e r a t u r e , a n d S t r e s s E n v i r o n m e n t . C h e m i c a l E n v i r o n m e n t . A l e s s o n l e a r n e d f r o m C M a t D e s i g n ’ s u s e o f t h e v a r i a b l e C o r r o s i o n w a s t h a t t h e n a t u r e o f t h e c h e m i c a l e n v i r o n m e n t m u s t b e m o r e d e t a i l e d . A d d i t i o n a l l y , t h e r r n o p l a s t i c s a r e n o w p o s s i b l e m a t r i x m a t e r i a l c h o i c e s i n C O M A D E . M o r e i n f o r m a t i o n i s r e q u i r e d w h e n c h o o s i n g t h e r r n o p l a s t i c s t h a n i s n e e d e d f o r c h o o s i n g t h e r m o s e t s . S p e c i f i c a l l y , a n e x p l i c i t l y d e fi n e d c h e m i c a l e n v i r o n m e n t b e c o m e s i m p o r t a n t i n m a k i n g d i s t i n c t i o n s b e t w e e n a m o r p h o u s t h e r m o p l a s t i c s , w h i c h b y t h e i r v e r y n a t u r e a r e m o r e s u s c e p t i b l e t o c h e m i c a l a t t a c k t h a n o t h e r m a t e r i a l s . D e t a i l s r e g a r d i n g t h e r e s i s t a n c e o f a p o l y m e r t o a p a r t i c u l a r t y p e o f c h e m i c a l i s t h e n a n e c e s s i t y . T h e r e f o r e , u s e m u s t b e 1 9 0 T a b l e 1 0 : I n p u t v a r i a b l e s u s e d i n C O M A D E . V a r i a b l e N a m e V a r i a b l e T y p e P o s s i b l e V a l u e s n o n e h y d r o c a r b o n w e a k a c i d C h e m i c a l E n v i r o n m e n t O n e O f s t r o n g a c i d w e a k b a s e s t r o n g b a s e o r g a n i c s o l v e n t F l a m e R e t a r d a n c e Y e s / N o y : H u m i d E n v i r o n m e n t Y e s / N o { : 3 U s e T e m p e r a t u r e N u m e r i c a l - 4 0 ° C t o 3 0 0 ° C n o n e S t r e s s E n v i r o n m e n t O n e O f c o n s t a n t c y c l i c i n c r e a s i n g R e q u i r e d F l e x u r a l M o d u l u s N u m e r i c a l 0 G P a t o 4 2 0 G P a R e q u i r e d T e n s i l e S t r e n g t h N u m e r i c a l 0 M P a t o 2 8 0 0 M P a m a d e o f a c o m p r e h e n s i v e v a r i a b l e t h a t c a n g i v e a c h o i c e o f p o t e n t i a l c h e m i c a l e n v i r o n m e n t s . C h e m i c a l E n v i r o n m e n t , a s u s e d i n C O M A D E , i s s u c h a v a r i a b l e . U s e T e m p e r a t u r e . R e c a l l t h e d i s c u s s i o n i n t h e p r e v i o u s c h a p t e r a b o u t t h e o v e r l a p t h a t e x i s t e d i n C M a t D e s i g n b e t w e e n t h e U s e T e m p e r a t u r e a n d R e q u i r e d G l a s s T r a n s i t i o n T e n ' p e r a - t u r e . A l l o f t h e k n o w l e d g e e x p r e s s e d i n t e r m s o f o n e o f t h e s e c o u l d h a v e b e e n e x p r e s s e d i n t e r m s o f t h e o t h e r . I n C O M A D E , t h e d e fi n i t i o n o f U s e T e r r p e r a t u r e h a s b e e n e x p a n d e d t o i n c l u d e b o t h s u c h c o n s i d e r a t i o n s , a n d a l s o o t h e r t h e r m a l p r o p e r t i e s . S e e t h e f o l l o w i n g s e c t i o n ( “ U s e T e m p e r a t u r e : A C o n c i s e l y C o m p r e h e n s i v e T h e r m a l P r o p e r t y ” o n p a g e 1 9 7 ) f o r a d e t a i l e d d i s c u s s i o n o f h o w t h i s w a s d o n e . 1 9 1 S t r e s s E n v i r o n m e n t . T h e m e c h a n i c a l l o a d s t o w h i c h t h e p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l i s e x p o s e d a r e a l s o i n fl u e n t i a l i n t h e d e t e r m i n a t i o n o f m a t e r i a l c h o i c e . T a k e a b r i t t l e p h e n o l i c m a t e r i a l , f o r e x a m p l e . I t w o u l d b e i n a p p r o p r i a t e t o u s e a c o m p o s i t e m a t e r i a l f a b r i c a t e d f r o m s u c h a b r i t t l e m a t e r i a l i n a d y n a m i c l o a d i n g e n v i r o n m e n t , a s u n w a n t e d p a r t f a t i g u e a n d / o r f a i l u r e o f t h e c o m p o s i t e c o u l d o c c u r . T h e r e f o r e , a n a d d i t i o n a l i n p u t t o s p e c i f y t h e m e c h a n i c a l l o a d i n g o n t h e p o l y m e r c o m p o s i t e i s r e q u i r e d . I n C O M A D E , t h i s i s a d d r e s s e d w i t h t h e v a r i a b l e S t r e s s E n v i r o n m e n t . T h i s v a r i a b l e a l l o w s f o r a d i s t i n c t i o n b e t w e e n c o n - s t a n t , c y c l i c , r a m p e d a n d n o m e c h a n i c a l l o a d i n g . O n a r e l a t e d n o t e , a n u m e r i c a l fi e x u r a l m o d u l u s ( R e q F I e x u r a I M o d u l u s ) a n d a n u m e r - i c a l t e n s i l e s t r e n g t h ( R e q T e n s i l e S t r e n g t h ) a r e a l s o e m p l o y e d w i t h i n C O M A D E . T h e s e p r e s e n t t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m i n m o r e q u a n t i fi a b l e f o r m a t t h a n d i d C M a t D e s i g n . A n u m e r i c a l v a r i a b l e s u c h a s R e q F I e x u r a l M o d u l u s p r e s e n t s a r i c h e r e x p r e s s i o n o f t h e f l e x i b i l i t y o f t h e c o m p o s i t e t h a n t h e Y e s / N o v a r i a b l e ( R i g i d i t y ) e m p l o y e d w i t h i n C M a t D e s i g n . ‘ 8 . 2 . 3 K n o w l e d g e S t r u c t u r e s T h e d e s i g n p r o b l e m r e p r e s e n t a t i o n a n d t h e s e t o f i n p u t v a r i a b l e s p r e s e n t e d a b o v e p r o v i d e d t h e f o u n d a t i o n f o r C O M A D E . U n l i k e t h e d e v e l o p m e n t f o r t h e p r e v i o u s s y s t e m s , t h e i m p l e m e n t a t i o n o f C O M A D E w a s s p e c i fi c a l l y d r i v e n b y t h e n e w d e s i g n p r o b l e m r e p - r e s e n t a t i o n . T h e k n o w l e d g e s t r u c t u r e s c o m p r i s i n g C O M A D E w e r e d e v e l o p e d t o a c c u - r a t e l y c a p t u r e t h e d e c o m p o s i t i o n o f t h e d e s i g n p r o b l e m . 1 . A l o n g w i t h t h e s e n u m e r i c a l v a r i a b l e s c o m e c e r t a i n d i f fi c u l t i e s . T h e m o s t n o t a b l e i s t h a t w h e n C O M A D E w a s i m p l e m e n t e d , t h e I S L t o o l s e t v e r s i o n o f r o u t i n e d e s i g n c o u l d n o t p e r f o r m n u m e r i c a l c a l c u l a t i o n s . I t w o u l d t h e n s e e m f o o l i s h t o i n c l u d e n u m e r i c a l v a r i a b l e s w i t h i n t h e i n p u t s e t . H o w e v e r , t h e h e u r i s t i c s u s e d w i t h i n C O M A D B h a v e c i r c u m v e n t e d t h i s p r o b l e m . S e e “ A p p r o x i m a t e M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f C o m p o s i t e s " o n p a g e 2 0 1 . [ a d d n o o t j [ U p d a t e J . fl l n 1 9 2 A s w a s d o n e f o r t h e d i s c u s s i o n o f C M a t D e s i g n ’ s k n o w l e d g e s t r u c t u r e s , C O M A D E ’ s s t r u c t u r e s c a n b e c o n s i d e r e d a t t w o l e v e l s o f d e t a i l . A g a i n , a s C O M A D E : w a s a r o u t i n e d e s i g n p r o b l e m s o l v e r , t h e s e t w o l e v e l s o f d e t a i l c a n b e e x p r e s s e d b y t h e s p e c i a l - i s t a n d a g e n t h i e r a r c h i e s , r e s p e c t i v e l y . S p e c i a l i s t H i e r a r c h y . D e s i g n p r o b l e m s o l v i n g i n r o u t i n e d e s i g n i s b a s e d o n t h e h i e r a r c h i - c a l s t r u c t u r e o f d e s i g n s p e c i a l i s t s , e a c h o f w h i c h o fl ‘ e r s a c o l l e c t i o n o f e x p e r t i s e o r k n o w - l e d g e o n h o w t o c o m p l e t e p a r t o f t h e d e s i g n p r o b l e m . T h i s h i e r a r c h i c a l o r g a n i z a t i o n i m p l i e s t h a t t h e d e s i g n p r o b l e m i s d e c o m p o s a b l e o r n e a r l y d e c o m p o s a b l e i n t o a p p r o p r i a t e s u b p r o b l e m s . T h e s p e c i fi c a r r a n g e m e n t o f t h e s p e c i a l i s t s d e p e n d s o n t h e r e g u l a r i t i e s t h a t e x i s t i n a p a r t i c u l a r d o m a i n . T h e d e c o m p o s i t i o n o f t h e d e s i g n p r o b l e m f o r C O M A D E i s s i g n i fi c a n t l y m o r e s t r e a m l i n e d t h a n i t s p r e d e c e s s o r s ’ . F i g u r e 4 6 s h o w s t h e s p e c i a l i s t h i e r - a r c h y u s e d i n C O M A D E . “ I W S U D ' S D B C I D I I S I B B I D I I D I ‘ I c o m a d e . R D . s s F i g u r e 4 6 . S p e c i a l i s t h i e r a r c h y f o r C O M A D E . 1 9 3 A l e s s o n l e a r n e d f r o m t h e c r i t i q u e o f C M a t D e s i g n w a s t h e i m p o r t a n c e o f m a t c h i n g t h e d e s i g n d e c o m p o s i t i o n t o t h e d e s i g n p r o b l e m . T h i s m u s t b e d o n e t o p r o p e r l y a d d r e s s t h e d e s i g n o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s . G i v e n t h e a b u n d a n c e o f m i n u t e i n c o n s i s t e n c i e s f o u n d i n C M a t D e s i g n , t h e s p e c i a l i s t h i e r a r c h y i n C O M A D E w a s g e n e r a t e d f r o m s c r a t c h . T h e r e a r e , h o w e v e r , s i m i l a r i t i e s b e t w e e n t h e h i e r a r c h y s h o w n i n F i g u r e 4 6 a n d t h a t u s e d i n C M a t D e s i g n ( F i g u r e 4 2 o n p a g e 1 7 2 ) . T h e s e a r e t o b e e x p e c t e d , a s t h e d e s i g n p r o b l e m s t i l l a d d r e s s e s c o m p o s i t e m a t e r i a l s . T h e s p e c i a l i s t h i e r a r c h y i n C O M A D E i s m u c h s i m p l e r t h a n t h e h i e r a r c h y i n C M a t - D e s i g n . T h i s i s d i r e c t r e s u l t o f u s i n g C O M A D E ’ s d e s i g n p r o b l e m a s t h e f o u n d a t i o n f o r t h e h i e r a r c h y c o n s t r u c t i o n . C O M A D E u s e d o n l y s e v e n s p e c i a l i s t s t o c a p t u r e t h e d e c o m - p o s i t i o n o f t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n p r o b l e m , w h i l e C M a t D e s i g n u s e d f o u r - t e e n . W i t h t h i s d e c r e a s e i n t h e n u m b e r o f s p e c i a l i s t s c o m e s a d e c r e a s e i n c o m p u t a t i o n a l c o m p l e x i t y . N o t i c e t h a t t h e h i e r a r c h y f o r C O M A D E d o e s n o t i n c l u d e a n y m e n t i o n o f c u r i n g a g e n t s o r c u r e c o n d i t i o n s . T h e c u r e c o n d i t i o n s h a v e b e e n t o t a l l y e l i m i n a t e d f r o m C O M A D E ’ s d e s i g n p r o b l e m , a n d t h e r e f o r e n e e d n o t b e c o n s i d e r e d w i t h i n t h e s p e c i a l i s t h i e r a r c h y . T h e c u r i n g a g e n t s h a v e n o t b e e n e l i m i n a t e d f r o m t h e d e s i g n p r o b l e m , b u t h a v e i n s t e a d b e e n i n c o r p o r a t e d i n t o t h e a g e n t s h i e r a r c h y , a m o r e a p p r o p r i a t e u s e o f t h e r o u t i n e d e s i g n m e t h o d o l o g y . T h i s w a s d o n e t o e l i m i n a t e r e d u n d a n t d e s i g n k n o w l e d g e w i t h i n t h e a g e n t h i e r a r c h y . A g e n t H i e r a r c h y . B e s i d e s s p e c i a l i s t s , r o u t i n e d e s i g n i n c l u d e s s e v e r a l o t h e r k n o w l e d g e c o n s t r u c t s . T h e s e k n o w l e d g e c o n s t r u c t s ( s e l e c t o r s , s p o n s o r s , p l a n s , c o n s t r a i n t s , t a s k s a n d s t e p s ) , w i t h s p e c i a l i s t s , c a n b e c o l l e c t i v e l y c a l l e d a g e n t s . T h e r e f o r e , a n a g e n t h i e r a r c h y 1 9 4 s h o w s e v e r y k n o w l e d g e c o n s t r u c t i n a s y s t e m . F i g u r e 4 7 s h o w s t h e e n t i r e d e c o m p o s i t i o n o f t h e d e s i g n p r o b l e m i n C O M A D E a t t h e a g e n t l e v e l . T h e s h a d e d n o d e s i n F i g u r e 4 7 i n d i c a t e t h e s p e c i a l i s t s s h o w n i n F i g u r e 4 6 . W i t h i n t h e a g e n t h i e r a r c h y i n F i g u r e 4 7 , t h e o v e r a l l p r o b l e m o f d e s i g n i n g t h e c o m - p o s i t e m a t e r i a l i s d e c o m p o s e d i n t o s u c c e s s i v e l y s m a l l e r p o r t i o n s , fi n a l l y r e a c h i n g a l e v e l o f d e t a i l t h a t c a n e a s i l y b e d e c i d e d . V a r i a b l e v a l u e s a r e s p e c i fi e d i n r o u t i n e d e s i g n a t t h e s t e p l e v e l . T h e a g e n t s h i e r a r c h y w i t h i n C O M A D E : i s s i g n i fi c a n t l y d i f f e r e n t f r o m t h a t i n C M a t D e s i g n . T h i s d i fl ‘ e r e n c e c a n b e a t t r i b u t e d t o t h r e e t h i n g s : a r e f o c u s i n g o n t h e c o m - p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n p r o b l e m , a n e l i m i n a t i o n o f r e d u n d a n t a n d i n a p p r o p r i a t e a g e n t s , a n d t h e e x p a n s i o n o f t h e m a t e r i a l s d o m a i n c o v e r a g e . T h i s h i e r a r c h y d e s c r i b e s a l l o f t h e p o s s i b l e p a t h s t h a t C O M A D E u s e d t o fi g u r e o u t c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s . T h e m a t r i x i s h a n d l e d s e p a r a t e l y f r o m t h e r e i n f o r c e m e n t . \ V r t h i n t h e m a t r i x p o r t i o n o f t h e h i e r a r c h y , t h e r r n o p l a s t i c s a n d t h e r r n o s e t s a r e c o n s i d e r e d s e p a r a t e l y . T h i s d e c o m p o s i t i o n c o n t i n u e s d o w n t o t h e l e v e l o f d i f f e r e n t t h e r r n o s e t s ( e . g . , e p o x i e s ) a n d a l l t h e w a y d o w n t o t h e d i s t i n c t i o n b e t w e e n t h e s p e c i fi c e p o x y a n d c o m p l e - m e n t a r y c h e m i c a l a g e n t s . R e c a l l , C O M A D E h a s m o r e d o m a i n c o v e r a g e t h a n d i d C M a t - D e s i g n . A r e s u l t o f t h i s i n c r e a s e d d o m a i n c o v e r a g e i s t h e i n c r e a s e d d e c o m p o s i t i o n o f t h e m a t r i x m a t e r i a l d e s i g n p r o b l e m t o d i s t i n g u i s h b e t w e e n t h e r r n o p l a s t i c s a n d t h e r m o s e t s . T h i s a d d r e s s e s t h e s p e c i fi c a t i o n o f t h e m a t r i x m a t e r i a l i n m u c h g r e a t e r d e t a i l t h a n d i d C M a t D e s i g n . N o t e t h a t e a c h s t e p f o r d e c i d i n g t h e v a l u e o f p a r t i c u l a r t y p e o f m a t r i x m a t e r i a l i s a c c o m p a n i e d b y a s t e p f o r d e c i d i n g t h e c h e m i c a l a g e n t . A s t h e c h e m i c a l a g e n t i s d e p e n - d e n t o n t h e m a t r i x m a t e r i a l , i t m a k e s s e n s e t o s p e c i f y i t i m m e d i a t e l y a f t e r s p e c i f y i n g t h e l S p e t S m g n o l L | p e t r n fl H k s a T h t g n o r e b F H n a l P h t g n e L r o b F g f f . E ‘ D t fi A { M 1 3 . 2 O 4 C . 3 3 r 2 o . 3 5 f y h c r a r e i h s t n e g A . 7 4 e r u g i F s L T e h l a d y m - l m b P H n a l P c p e t S d e g A m e p o t S p e t S d A e g A m r o g X h - m C p m d e n X e - S S k e h C m A t S 0 s c l l o o W n n e e h h a T X S n a l P w P n P P I — I I I k s a T c l o n e u h m u l e S m o n e h P $ 1 1 W W W W l a i r e t a M . ] s e p u o C Q Z L I _ : ? 1 3 Q “ g P l a n 1 9 5 1 9 6 m a t r i x m a t e r i a l . T h i s i s a m a r k e d c h a n g e f r o m h o w C M a t D e s i g n d e c i d e d t h e c h e m i c a l a g e n t . R e c a l l , C M a t D e s i g n h a d a c o m p l e x s p e c i a l i s t h i e r a r c h y f o r d e c i d i n g t h e c h e m i c a l a g e n t . C O M A D E ’ s a p p r o a c h t o d e t e r m i n i n g t h e c h e m i c a l a g e n t i s m o r e e f fi c i e n t f o r t w o r e a s o n s : i t e l i m i n a t e s a s i g n i fi c a n t a m o u n t o f r e d u n d a n t k n o w l e d g e w i t h i n t h e m a t c h i n g t a b l e s f o r t h e a g e n t s , a n d i t e l i m i n a t e s s e v e n s p e c i a l i s t s ( a n d a l l o f t h e i r a s s o c i a t e d a g e n t s - s e e F i g u r e 4 3 o n p a g e 1 7 4 ) f r o m t h e o v e r a l l a g e n t s h i e r a r c h y . T h e r e i n f o r c e m e n t p o r t i o n o f t h e h i e r a r c h y b r e a k s t h e d e s i g n o f t h e fi b e r i n t o t w o p o r t i o n s : t h e s p e c i fi c a t i o n o f a fi b e r m a t e r i a l , a n d t h e s p e c i fi c a t i o n o f t h e fi b e r l e n g t h . \ V r t h i n t h e F i b e r M a t e r i a l S p e c i a l i s t , d i s t i n c t i o n s a r e m a d e b e t w e e n t h e v a r i o u s c l a s s e s o f fi b e r m a t e r i a l s i n c l u d e d w i t h i n C O M A D E ’ s d a t a b a s e . T h i s a l s o i n c l u d e s t h e p o s s i b i l i t y t h a t t h e fi n a l c o m p o s i t e w i l l n o t c o n t a i n a n y r e i n f o r c e m e n t . N o t i c e t h a t t h e r e i s o n l y o n e s p e c i a l i s t f o r t h e fi b e r m a t e r i a l ( F r b e r M a t e r i a l S p e c i a l - i s t ) i n C O M A D E , u n l i k e C M a t D e s i g n w h i c h h a d a s p e c i a l i s t f o r e v e r y c l a s s o f fi b e r m a t e - r i a l ( G l a s s F i b e r S p e c i a l i s t , a n d C a r b o n F b e r S p e c i a l i s t ) . I n C O M A D E , t h e a p p l i c a b i l i t y o f e a c h o f t h e d i f f e r e n t c l a s s e s o f fi b e r m a t e r i a l s i s a d d r e s s e d a t t h e p l a n l e v e l . T h i s i s a m o r e a p p r o p r i a t e u s e o f r o u t i n e d e s i g n a g e n t s f o r e x p r e s s i n g t h e d e c o m p o s i t i o n o f a d e s i g n p r o b l e m . T h i s h a s r e s u l t e d i n a m o r e s t r e a m l i n e d a g e n t h i e r a r c h y w i t h i n C O M A D E t h a n i n C M a t D e s i g n . 1 9 7 8 . 3 G e n e r a t i n g H e u r i s t i c s f r o m R a w D a t a N e a r l y e v e r y n o d e w i t h i n t h e a g e n t h i e r a r c h y s h o w n i n F i g u r e 4 7 c o n t a i n s k n o w l e d g e f o r e i t h e r n a v i g a t i n g t h e h i e r a r c h y o r d e c i d i n g t h e v a l u e o f a v a r i a b l e . T h i s k n o w l e d g e i s a l m o s t e n t i r e l y h e u r i s t i c i n n a t u r e . G u i d e l i n e s f o r d e c i d i n g , s a y , w h e n s e m i c r y s t a l l i n e t h e r m o p l a s t i c s a r e a p p r o p r i a t e f o r u s e , h a v e b e e n a b s t r a c t e d f r o m d a t a a v a i l a b l e i n t h e l i t - e r a t u r e . S u c h h e u r i s t i c s h a v e b e e n g e n e r a t e d f o r e v e r y i n p u t v a r i a b l e u s e d i n C O M A D E . T h i s s e c t i o n d i s c u s s e s t w o e x a m p l e s o f h o w h e u r i s t i c s w e r e g e n e r a t e d f r o m r a w d a t a . T h e fi r s t e x a m p l e l o o k s a t t h e v a r i a b l e U s e T e r r p e r a t u r e a n d h o w t h e v a l u e s u s e d f o r i t h a v e b e e n a b s t r a c t e d f r o m t h e m a s s o f a v a i l a b l e t h e r m a l p r e p e r t i e s . T h e s e c o n d e x a m p l e p r e s e n t s a s s u m p t i o n s f o r t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e fi n a l c o m p o s i t e , d i s c u s s e s h o w t h e y w e r e g e n e r a t e d , a n d w h y t h e y w e r e u s e d . 8 . 3 . 1 U s e T e m p e r a t u r e : A C o n c i s e l y C o m p r e h e n s i v e T h e r m a l P r o p e r t y F i g u r e 4 8 s h o w s e v e r y v a l u e o f t h e v a r i a b l e U s e T e m p e r a t u r e u s e d w i t h i n C O M A D E . T h i s c o m b i n e s a l l o f t h e h e u r i s t i c s ( a t l e a s t t h e p o r t i o n s r e l e v a n t t o U s e T e m - p e r a t u r e ) u s e d t o d e c i d e t h e M a t r i x M a t e r i a I a n d C h e m i c a I A g e n t t h r o u g h o u t C O M A D E . T h e h e u r i s t i c s e x i s t a t t h e p l a n s p o n s o r l e v e l a l l t h e w a y d o w n t o t h e s t e p l e v e l . T h e v a r i o u s s h a d e d l o b e s i n F i g u r e 4 8 r e p r e s e n t t h e v a l u e s o f U s e T e m r a t u r e e m b e d d e d w i t h i n C O M A D E f o r t h e d i f f e r e n t m a t e r i a l t y p e s . V V r t h i n e a c h l o b e , t h e i n fl e c - t i o n p o i n t s i n d i c a t e t h e v a l u e u s e d f o r a s p e c i fi c i n s t a n c e o f t h a t m a t e r i a l t y p e . F o r i n s t a n c e , t h e l o b e a t b e t w e e n s i x a n d s e v e n o ’ c l o c k c o r r e s p o n d s t o t h e s e m i c r y s t a l l i n e t h e r r n o p l a s t i c s i n c l u d e d w i t h i n C O M A D E . T h e u p p e r l i m i t o f t h e u s e t e m p e r a t u r e i n c r e a s e s i n a c l o c k w i s e p r o g r e s s i o n . P o l y - e s t e r s h a v e t h e l o w e s t t e m p e r a t u r e s , a n d p o l y i r n i d e s h a v e t h e h i g h e s t . T h e m a t e r i a l t y p e s 1 9 8 F i g u r e 4 8 . U s e t e m p e r a t u r e s f o r e v e r y m a t r i x m a t e r i a l i n C O M A D E . a s l i s t e d i n t h e l e g e n d f o l l o w a c l o c k w i s e p r o g r e s s i o n : p o l y e s t e r s a r e b e t w e e n t w e l v e a n d o n e o ’ c l o c k , f o l l o w e d b y p h e n o l i c s a t t w o o ’ c l o c k , a n d c o n t i n u i n g u n t i l t h e p o l y i m i d e s a t e l e v e n o ’ c l o c k . W h e n p i c k i n g a p o l y m e r , t h e t e m p e r a t u r e a t w h i c h t h e m a t e r i a l w i l l b e u s e d m u s t b e c o n s i d e r e d . I f t h e c o n t i n u o u s u s e t e m p e r a t u r e i s a b o v e t h e g l a s s t r a n s i t i o n t e m p e r a t u r e ( T s ) o f t h e m a t e r i a l , p r o b l e m s s u c h a s c r e e p a r e e x a c e r b a t e d a n d t h e p a r t m a y f a i l c o m - p l e t e l y . T h e T g r e q u i r e m e n t i s i m p l i c i t l y i n c o r p o r a t e d i n t o t h e v a r i a b l e U s e T e m p e r a t u r e b y s p e c i f y i n g u p p e r u s e t e m p e r a t u r e l i m i t s f o r m a t e r i a l s a t o r n e a r t h e T 8 f o r a m o r p h o u s g u w s r o m C — W W T a b l e M a t c h e r I n t e r f a c e _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ W _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ : _ _ _ ‘ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ~ , : . - . “ . U § D I U I ' D D S 1 9 9 ' s e m i c r y s t a l l i n e T P S t e p M T R _ , g , s . D B r o w s e C o m m e n t A U s e T e m p e r a t r n C h e n i c a l E m i r o r m o n l S t r e a e E m i r o n m e n t r e a d ( I ( I E X E C ] F i g u r e 4 9 . U s e T e m p e r a t u r e a s u s e d i n C O M A D E f o r s e m i c r y s t a l l i n e t h e r m o p l a s t i e s . m a t e r i a l s ( t h e r r n o s e t s a n d a m o r p h o u s t h e r r n o p l a s t i c s ) a n d a b o v e t h e T g ( b u t b e l o w t h e T m ) f o r s e m i c r y s t a l l i n e t h e r r n o p l a s t i c s . T h e u p p e r l i m i t s a r e e x p l i c i t l y e n c o d e d w i t h i n t h e m a t c h i n g t a b l e s f o r e a c h m a t e - r i a l . F i g u r e 4 9 s h o w s t h e m a t c h e r u s e d t o c h o o s e s e m i c r y s t a l l i n e t h e r r n o p l a s t i c s . T h e fi r s t c o l u m n s h o w s t h e v a l u e s o f U s e T e m p e r a t u r e t h a t d e c i d e a s e m i c r y s t a l l i n e t h e r m o p l a s t i c . T h e v a l u e s u s e d i n c o l u m n o n e o f F i g u r e 4 9 , a s m e n t i o n e d a b o v e , r e p r e s e n t a c o m - b i n a t i o n o f t h e r m a l p r o p e r t y d a t a . I n c l u d e d w i t h i n t h e s e v a l u e s a r e d a t a f o r t h e m e l t i n g t e m p e r a t u r e , t h e g l a s s t r a n s i t i o n t e m p e r a t u r e , t h e h e a t d e fl e c t i o n t e m p e r a t u r e , a n d w h e r e a v a i l a b l e , U n d e r w r i t e r s L a b ' s r e c o m m e n d e d u s e t e m p e r a t u r e . T a b l e 1 1 s h o w s t h e r a w d a t a f o r t h e t h e r m a l p r o p e r t i e s o f t h e s i x s e m i c r y s t a l l i n e t h e n n o p l a s t i c s i n C O M A D E u s e d t o d e t e r m i n e t h e v a l u e s o f U s e T e m p e r a t u r e i n F i g u r e 4 9 . 1 1 . T h e r a w d a t a i n T a b l e 1 1 w a s g a t h e r e d f r o m v a r i o u s s o u r c e s i n t h e l i t e r a t u r e , i n c l u d i n g : [ A S M l n t e m a t i o n a l , 1 9 8 7 ] , [ C a r l s s o n , 1 9 9 1 ] , [ P h i l l i p s , 1 9 8 9 ] , a n d [ S t r o n g 1 9 8 9 ] . M o r e d e t a i l e d r e f e r - e n c e s o f t h e d a t a a r e g i v e n i n A p p e n d i x D . 2 0 0 T a b l e 1 1 : T h e r m a l p r o p e r t i e s o f s e m i c r y s t a l l i n e t h e r m o p l a s t i e s . H D T ( ° C ) N y l o n 6 , 6 2 6 6 4 8 8 3 1 3 0 1 4 0 2 6 7 4 5 7 5 2 6 5 5 0 9 o P E T 2 6 8 7 3 4 1 1 4 0 1 6 2 2 7 0 6 9 4 1 2 6 5 7 0 . - . . 8 0 . . P P O 2 8 6 8 5 1 0 0 N I A 1 8 0 2 8 6 8 5 1 0 0 P P S 2 8 2 8 9 1 3 s N I A 1 8 1 2 8 8 8 5 1 3 5 2 7 3 8 8 . - 2 8 5 9 3 . - . . m . . P E E K 3 3 9 1 4 4 1 6 5 2 5 0 2 5 0 3 4 0 1 4 4 1 6 5 3 3 5 1 4 3 - 3 4 3 2 0 1 F o r e a c h s e m i c r y s t a l l i n e t h e r m o p l a s t i c l i s t e d i n T a b l e 1 1 , t h e r e a r e s e v e r a l n u m - b e r s g i v e n f o r e a c h t h e r m a l p r o p e r t y . T h e n u m b e r s i n b o l d i m m e d i a t e l y a c r o s s f r o m t h e a b b r e v i a t i o n f o r t h e m a t e r i a l a r e t h e a v e r a g e s o f t h e r a w d a t a f r o m t h e l i t e r a t u r e d i r e c t l y b e l o w . B y u s i n g t h e a v e r a g e v a l u e s o f m u l t i p l e m a t e r i a l f o r m u l a t i o n s , C O M A D E a v o i d s u s i n g a n y p a r t i c u l a r b r a n d o f m a t e r i a l . T h i s g i v e s a b e t t e r f e e l f o r t h e g e n e r a l c a p a b i l i t i e s o f t h e m a t e r i a l s i n s t e a d o f c o n c e n t r a t i n g o n t h e e x o t i c f o r m u l a t i o n s c o m m o n l y u s e d i n i n d u s t r y . F i g u r e 5 0 g r a p h i c a l l y s h o w s t h e a v e r a g e d t h e r m a l p r o p e r t i e s f r o m T a b l e 1 1 . T h i s g i v e s a v i s u a l c o m p a r i s o n o f t h e t h e r m a l p r o p e r t i e s f o r s e m i c r y s t a l l i n e t h e r r n o p l a s t i c s , a n d i l l u s t r a t e s h o w t h e U s e T e m p e r a t u r e v a l u e s f a l l b e t w e e n t h e T m a n d T 8 & H D T o f t h e m a t e - r i a l s . N o t i c e t h a t t h e v a l u e s f o r U s e T e m p e r a t u r e a r e s i m i l a r t o o r s l i g h t l y h i g h e r t h a n t h e U n d e r w r i t e r s ’ L a b r e c o m m e n d e d u s e t e m p e r a t u r e s . T h e c o m b i n a t i o n o f f o u r t h e r m a l p r o p e r t i e s i n t o j u s t o n e v a r i a b l e i s a n e x a m p l e o f h o w h e u r i s t i c s c a n b e u s e d t o e f f e c t i v e l y c o n s i d e r m a n y d i f f e r e n t c o n c e r n s . T h e v a r i a b l e U s e T e n p e r a t u r e a s u s e d i n C O M A D E e n c o m p a s s e s m a n y s u c h c o n c e r n s . N o t o n l y d o e s i t i n c l u d e a b s t r a c t i o n s o f t h e r m a l p r o p e r t i e s , b u t i t a l s o i n c l u d e s i n t e r p o l a t i o n s f r o m t h o s e a b s t r a c t i o n s . U s e T e m p e r a t u r e e x e m p l i fi e s t h e r i c h n e s s o f t h e d e s i g n h e u r i s t i c s i n c o r p o - r a t e d w i t h i n C O M A D E . I t a l s o s h o w s t h e p o w e r o f u s i n g h e u r i s t i c s t o g u i d e d e c i s i o n m a k i n g . 8 . 3 . 2 A p p r o x i m a t e M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f C o m p o s i t e s T h e u s e o f t h e v a r i a b l e s R e q F l e x u r a I M o d u l u s a n d R e q T e n s i I e S t r e n g t h w i t h i n C O M A D E w a s s t r o n g l y d r i v e n b y h e u r i s t i c s , t h e d e t a i l s o f w h i c h a r e n o t i m m e d i a t e l y a p p a r e n t i n t h e m a t c h i n g t a b l e s o f C O M A D E . T h e m a i n r e a s o n f o r u s i n g h e u r i s t i c s w i t h — e — T m e I t r e ) 3 5 0 3 0 0 a 2 5 0 ‘ I T y n a n ( ' 0 ) A H O T ( ' 0 ) I U L ( ' 0 ) F 0 — U s . T o m e ( “ G i l T y p e M s e m i c r y s t a l l i n e 2 0 0 ' - h — — I ' c ’ I 1 5 0 a a ’ I I ’ ( : 0 - - - » “ - . m ‘ f X , , — ‘ ~ ‘ , / 1 0 0 ~ / A “ _ , _ _ u ‘ I . . . . . z . . ~ - - I “ “ “ “ “ i 5 0 - - 3 " ‘ . \ ‘ , - o . . c . P B T P A B G P E I P K ) P P S t h e r m o p l a s t i c F i g u r e 5 0 . T h e r m a l p r o p e r t i e s o f t h e s e m i c r y s t a l l i n e t h e r m o p l a s t i c s i n C O M A D E . t h e s e v a r i a b l e s w a s t h e i n c a p a b i l i t y o f t h e I S L g e n e r i c t a s k t o o l s e t t o d o a n y n u m e r i c a l c a l - c u l a t i o n s . T h a t c a p a b i l i t y h a s s i n c e b e e n a d d e d t o t h e t o o l s e t . H o w e v e r , a t t h e t i m e C O M A D E w a s b u i l t , a n o t h e r w a y t o e f f e c t i v e l y c o n s i d e r t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s w a s n e e d e d . T h e f o l l o w i n g d i s c u s s i o n d e t a i l s h o w C O M A D E d e c i d e s t h e m e c h a n i c a l p r o p e r - t i e s o f t h e fi n a l c o m p o s i t e w i t h o u t n u m e r i c a l c a l c u l a t i o n s . A A s e n c o d e d w i t h i n C O M A D E , t h e M a t r i x M a t e r i a l d o e s n o t a f f e c t t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e fi n a l c o m p o s i t e . S i n c e C O M A D E c o u l d n o t d o n u m e r i c a l c a l c u l a t i o n s , s u c h a v a r y i n g c o n t r i b u t i o n w a s n o t p e r m i s s i b l e . 1 A n o t h e r w a y t o a c c o u n t f o r t h e 1 . A d e t a i l e d a n a l y s i s o f h o w w e l l t h i s d a t a a b s t r a c t i o n m k s i s g i v e n i n C h a p t e r 1 2 . 2 0 3 c o n t r i b u t i o n o f t h e M a t r i x M a t e r i a I t o t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e fi n a l c o m p o s i t e h a d t o f o u n d . A n u p p e r b o u n d i n g c o n t r i b u t i o n f r o m t h e M a t r t h a t e r i a l t o t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s w a s u s e d . T h e e s t i m a t e d u p p e r l i m i t s f o r n e a t r e s i n p r o p e r t i e s f o r b o t h t h e t e n s i l e s t r e n g t h a n d t h e fl e x u r a l m o d u l u s a r e s h o w n i n T a b l e 1 2 . T a b l e 1 2 : E s t i m a t e d fi n a l c o m p o s i t e m a t e r i a l p r o p e r t i e s v e r s u s fi b e r t y p e . T e n s i l e S t r e n g t h m m ] F l e x u r a l M o d u l u s ( G P a ) F i b e r T y p e I C h o p p e d I C o n t i n u o u s I C h o p p e d I C o n t i n u o u s N o F i b e r 5 0 . 5 ' E - g l a s s 1 6 9 2 1 1 0 5 4 6 S - g l a s s 2 2 4 2 8 0 0 5 5 0 C - g l a s s 1 6 3 2 0 4 0 4 4 2 Q u a r t z 1 7 0 2 1 2 0 4 3 9 A 8 4 c a r b o n 1 9 6 2 4 5 0 1 4 1 3 5 P - 5 5 g r a p h i t e 8 7 “ D O 2 2 2 2 0 P - 1 0 0 g r a p h i t e 1 1 1 I 1 3 9 0 4 2 4 2 0 K e v l a r - 2 9 - 2 2 1 0 - 5 2 K e v l a r - 4 9 - - 2 2 1 0 - - 7 7 K e v l a r - 1 4 9 - - 2 0 9 0 - 1 1 3 B o r o n 1 7 7 2 2 1 0 2 3 2 3 0 S I C 1 9 1 2 3 9 0 2 4 2 4 0 a . T h e s e a r e t h e e s t i m a t e d u p p e r l i m i t s f o r n e a t r e s i n p r o p e r t i e s i n C O M A D E . T h e v a l u e s f o r t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l p r e p e r t i e s s h o w n i n T a b l e 1 2 h a v e s e v e r a l a s s u m p t i o n s b u r i e d w i t h i n t h e m . B e s i d e s t h e e s t i m a t e d c o n t r i b u t i o n f r o m t h e m a t r i x , a s s u m p t i o n s w e r e m a d e a b o u t t h e a r c h i t e c t u r e o f t h e fi b e r s i n t h e c o m p o s i t e . T h e a s s u m p — t i o n o f c o n t i n u o u s a n d u n i d i r e c t i o n a l fi b e r r e i n f o r c e m e n t f o r m s t h e b a s i s o f t h e a d d i t i o n a l 2 0 4 a s s u m p t i o n s . A v o l u m e f r a c t i o n o f 6 0 % w a s a s s u m e d f o r t h e c o n t i n u o u s fi b e r s . T h i s i s a t y p i c a l p r o p o r t i o n f o r fi b e r r e i n f o r c e d p o l y m e r c o m p o s i t e s . F u r t h e r m o r e , a r u l e - o f - m i x - t u r e s a s s u m p t i o n w a s u s e d t o p r e d i c t t h e p r o p e r t i e s o f t h e c o m p o s i t e . T h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s f o r t h e c o m p o s i t e w e r e c a l c u l a t e d u s i n g t h e r u l e - o f - m i x t u r e s w i t h t h e e s t i m a t e d m a t r i x c o n t r i b u t i o n a n d a 6 0 % u n i d i r e c t i o n a l c o n t i n u o u s fi b e r r e i n f o r c e m e n t . T h e s i m p l e r u l e - o f - m i x t u r e s f o r m u l a u s e d w a s [ P h i l l i p s , 1 9 8 9 ] : C o m p o s i t e P r o p e r r y : - ( P r o p e r t y m m X O A ) + ( P r o p e r t y fi b " ) ( 0 . 6 ) B w h e r e : B = 1 f o r u n i d i r e c t i o n a l c o n t i n u o u s r e i n f o r c e m e n t s . ‘ T h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s f o r t h e c o m p o s i t e w i t h c h o p p e d r e i n f o r c e m e n t s w e r e n o t d e t e r m i n e d u s i n g t h i s f o r m u l a . I n s t e a d , a c o r r e l a t i o n b e t w e e n t h e r e l a t i v e v a l u e s o f m o d u l i a n d s t r e n g t h s f o r d i f f e r e n t l e n g t h s o f r e i n f o r c e m e n t s w a s u s e d t o p r e d i c t a t t h e v a l - u e s f o r t h e c h o p p e d fi b e r s . 2 T a b l e 1 3 s h o w s t h e c o r r e l a t i o n b e t w e e n t h e m e c h a n i c a l p r o p - e r t i e s a n d r e i n f o r c e m e n t l e n g t h s . T a b l e 1 3 : R e l a t i v e p r o p e r t y v a l u e s v e r s u s r e i n f o r c e m e n t l e n g t h . T e n s i l e F l e x u r a l S t r e n g t h S t r e n g t h = = i = M o d u l i N e a t 1 1 1 S h o r t 3 2 2 C o n t i n u o u s 3 0 2 5 1 0 l . A l t h o u g h n o t u s e d f o r t h c c a l c u l a fi o n o f m e c h a n i c a l p r o p a fi e s i n C O M A D E B = 1 l 2 f o r b i d i - r e c t i o n a l c o n t i n u o u s fi b e r s a n d a 3 / 8 f o r r a n d o m i n - p l a n e c h o p p e d fi b e r s . 2 . T h i s i s t a k e n f r o m [ C a r l s s o n , 1 9 9 1 ] . E v e n t h o u g h t h i s c o r r e l a t i o n w a s f o r t h e r m o p l a s t i c s , i t w a s a l s o u s e d f o r d e t e r m i n i n g t h e r m o s e t v a l u e s . 2 0 5 T h i s c o r r e l a t i o n w a s u s e d i n s t e a d o f t h e n r l e - o f - m i x t u r e s d u e t o a l a c k o f r e l i a b l e d a t a i n t h e l i t e r a t u r e f o r t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f s h o r t fi b e r s . D e s p i t e t h i s , C O M A D E c o u l d p r e d i c t t h e p r o p e r t i e s o f c o m p o s i t e s w i t h c h o p p e d fi b e r s b y u s i n g t h e r e l a t i v e p r o p - e r t y c o r r e l a t i o n s i n T a b l e 1 3 . T h e r e f o r e , t h e t e n s i l e s t r e n g t h v a l u e s f o u n d f o r c o n t i n u o u s fi b e r s w e r e d i v i d e d b y 1 2 . 5 t o fi n d t h e t e n s i l e s t r e n g t h s f o r c o m p o s i t e s w i t h c h o p p e d fi b e r s . S i m i l a r l y , t h e v a l u e s c a l c u l a t e d f o r t h e fl e x u r a l m o d u l u s w i t h c o n t i n u o u s r e i n f o r c e m e n t s w e r e d i v i d e d b y 1 0 t o a r r i v e a t t h e v a l u e s f o r t h e c h o p p e d . T h i s c o r r e l a t i o n a l s o h e l p e d t o d e t e r m i n e t h e e s t i - m a t e d c o n t r i b u t i o n o f t h e m a t r i x m e n t i o n e d e a r l i e r . F l e x u r a l s t r e n g t h v a l u e s w e r e n o t c a l - c u l a t e d , a s t h a t v a r i a b l e w a s n o t c o n s i d e r e d w i t h i n C O M A D E . T a b l e 1 4 s h o w s a c o m p a r i s o n b e t w e e n t h e t e n s i l e s t r e n g t h s o f t h e fi b e r s a n d t h e fi n a l c o m p o s i t e a s c a l c u l a t e d w i t h t h e h e u r i s t i c s i n C O M A D E } T h i s t a b l e s h o w s t h e p r o - g r e s s i o n f r o m r a w d a t a z , t o t h e v a l u e s d e t e r m i n e d f r o m t h e r u l e - o f - m i x t u r e s c a l c u l a t i o n f o r t h e c o n t i n u o u s f i b e r c o m p o s i t e s , t 0 t h e r e l a t i v e p r o p e r t i e s o f t h e c h o p p e d f i b e r c o m - p o s i t e s . T h e h e u r i s t i c s u s e d t o d e t e r m i n e t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e fi n a l c o m p o s i t e g i v e a b o u n d i n g u p p e r l i m i t u p o n w h i c h t o b a s e t h e c h o i c e o f fi b e r l e n g t h . I f t h e r e q u i r e d t e n s i l e s t r e n g t h a n d fl e x u r a l m o d u l u s a r e b o t h l e s s t h a n t h e d e t e r m i n e d c o m p o s i t e m a t e r i a l v a l u e e s t i m a t i o n , t h e n t h e fi b e r m a t e r i a l a n d fi b e r l e n g t h c o m b i n a t i o n s m e e t i n g t h o s e r e q u i r e m e n t s a r e g i v e n a s p o s s i b l e d e s i g n c o n s t i t u e n t s . T h e a s s u m p t i o n s & h e u r i s t i c s u s e d 1 . T a b l e 1 4 s h o w s a p o r t i o n o f t h e d a t a u s e d t o d e t e r m i n e t h e m e c h a n i c a l p r o p e n i e s i n C O M A D E . T h i s d a t a w a s c u l l e d f r o m s e v e r a l s o u r c e s , i n c l u d i n g : [ A S M I n t e r n a t i o n a l , 1 9 8 7 ] , [ C a r l s s o n , 1 9 9 1 ] , [ P h i l l i p s , 1 9 8 9 ] , a n d [ S t r o n g 1 9 8 9 ] . S e e A p p e n d i x D f o r m o r e d e t a i l e d r e f e r e n c e s . 2 . A c t u a l l y , t h e t e n s i l e s t r e n g t h s g i v e n h e r e a r e a v e r a g e s o f s e v e r a l v a l u e s f o u n d i n t h e l i t e r a t u r e . 2 0 6 T a b l e 1 4 : T e n s i l e s t r e n g t h s o f fi b e r s a n d fi b e r - r e i n f o r c e d c o m p o s i t e s . T e n s i l e S t r e n g t h ( M P a ) F i b e r I C o m p o s i t e I C o n t i n u o u s I C h o p p e d N o F i b e r - 5 0 E - g l a s s 3 4 4 0 2 1 1 0 1 6 9 S - g l a s s 4 5 8 0 2 8 0 0 2 2 4 C - g l a s s 3 3 1 0 2 0 4 0 1 6 3 Q u a r t z 3 4 5 0 2 1 2 0 1 7 0 8 . A 8 4 w h e n 4 0 0 0 2 4 5 0 1 9 6 ‘ 5 9 - 5 5 g r a p h i t e 1 7 3 0 1 0 9 0 8 7 g P - 1 0 0 g r a p h i t e 2 2 4 0 1 3 9 0 1 1 1 K e v l a r - 2 9 3 6 0 0 2 2 1 0 - K e v l a r - 4 9 3 6 0 0 2 2 1 0 - - K e v l a r - 1 4 9 3 4 0 0 2 0 9 0 - B o r o n 3 1 8 0 2 2 1 0 1 7 7 S i C 3 9 0 0 2 3 9 0 1 9 1 h e r e g i v e a n e s t i m a t e o f t h e c o m p o s i t e p r o p e r t i e s a c c u r a t e w i t h i n a b o u t 2 0 % . T h i s e r r o r i s a b o u t a s c l o s e a s i s p o s s i b l e f o r a p r e l i m i n a r y d e s i g n . 8 . 4 A n E x a m p l e f r o m C O M A D E T h e c o m p a r i s o n s a m p l e p r o b l e m u s e d i n C h a p t e r F i v e t o c o m p a r e t h e r e s u l t s o f E p o x - I , T h e r m o s - I , a n d C M a t D e s i g n w a s s o l v e d w i t h C O M A D E . A s m e n t i o n e d a b o v e , t h e i n p u t s t o C O M A D E a r e s i g n i fi c a n t l y d i f f e r e n t f r o m t h o s e u s e d p r e v i o u s l y . T h e r e f o r e , c o m p a r i - s o n o f C O M A D E r e s u l t s w i t h t h o s e f r o m t h e p r e v i o u s s y s t e m s m u s t b e d o n e c a r e f u l l y . 2 0 7 T h e c a v e a t m u s t b e t h a t a l t h o u g h a c o m m o n c o m p a r i s o n b a s e l i n e w a s a t t e m p t e d , t h e c o m - p a r i s o n i s s t i l l n o t e x a c t l y c o n g r u o u s . R e a l i s t i c a l l y , i t i s s t i l l a n a p p l e s t o o r a n g e s c o m p a r - i s o n . I n E p o x - I , t h e o r i g i n a l p r o b l e m s p e c i fi c a t i o n w a s t o d e s i g n a c o m p o s i t e m a t e r i a l f o r a n o u t d o o r s t r u c t u r e . T h e i n p u t s r e q u i r e d t h a t t h e m a t e r i a l w a s t o h a v e a g l a s s t r a n s i - t i o n t e m p e r a t u r e o f a t l e a s t 2 0 0 ° C a n d a t e n s i l e m o d u l u s o f a t l e a s t 5 0 G P a . T h e r m o s - I , w h i l e i t u s e d t h e i n p u t s f r o m E p o x - I , s p e c i fi e d a d d i t i o n a l i n p u t s t h a t s e t t h e u p p e r u s e t e m - p e r a t u r e a t 1 0 0 ° C , d i d n o t r e q u i r e r e s i s t a n c e t o e i t h e r c o r r o s i o n o r h u m i d i t y , a n d d i d n o t s p e c i f y t h e m a t e r i a l ’ s r i g i d i t y o r fl a m e r e t a r d a n c e . C M a t D e s i g n ’ s i n p u t s w e r e i d e n t i c a l t o t h o s e o f T h e r m o s - I . C O M A D E ’ s i n p u t s , w h i l e s i m i l a r t o t h e s e i n s o m e r e s p e c t s , w e r e m a r k e d l y d i f f e r e n t i n o t h e r s . F i g u r e 5 1 s h o w s t h e c o m p a r i s o n p r o b l e m i n p u t s u s e d w i t h C O M A D E . T h e v a l u e s f o r C O M A D E ’ s i n p u t s w e r e a s r e p r e s e n t a t i v e o f t h e o t h e r s y s t e m s ’ i n p u t s a s p o s s i b l e . T h e v a l u e s f o r C h e m i c a l E n v i r o n m e n t , F l a m e R e t a r d a n c e , H u m i d E n v i r o n m e n t , R e q F I e x u r a l M o d u - I n s , a n d U s e T e m p e r a t u r e w e r e a l l s u g g e s t e d b y t h e a n a l o g o u s p r e v i o u s v a r i a b l e v a l u e s . T h e v a r i a b l e s R e q T e n s i l e S t r e n g t h a n d S t r e s s E n v i r o n r n e n t h a d n o a n a l o g o u s v a r i a b l e s i n t h e p r e - v i o u s s y s t e m s . T h e r e f o r e , t h e i n p u t v a l u e s f o r t h e s e v a r i a b l e s w e r e c h o s e n i n a n a t t e m p t t o c a p t u r e t h e s p i r i t o f t h e o r i g i n a l d e s i g n p r o b l e m . C O M A D E g e n e r a t e d 5 9 2 m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n s , n e a r l y 5 0 t i m e s m o r e t h a n f o u n d b y C M a t D e s i g n ( F i g u r e 3 7 o n p a g e 1 4 1 ) , a n d 5 9 1 m o r e d e s i g n s t h a n e i t h e r T h e r - m o s - I ( F i g u r e 3 5 o n p a g e 1 3 8 ) o r E p o x - I ( F i g u r e 3 1 o n p a g e 1 3 3 ) h a d f o u n d . F i g u r e 5 2 s h o w s a s a m p l i n g o f t h e g e n e r a t e d c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s . N o t i c e t h a t t h e s a m p l i n g Z B [ H T I n p u t B r o w s e r I n p u t f o r : c o m o d e C h e n i c a l E n v i r o r m e n t ' n o n e ' 2 F l a m e R e t a r d a n c e ' N o ' H u m i d E n v i r o n m e n t ' N o ‘ R e q u e x u r a m o d u l u s 0 G P a R e q ’ l ‘ e n a i l e S t r e n q t h 1 0 0 M P a S t r e s s E n v i r o n n e n t ' c o n s t a n t ' U s e T e m p e r a t u r e 1 0 0 C p . . . 0 P r o c e e d C a n c e l F i g u r e 5 1 . C o m p a r i s o n p r o b l e m i n p u t f o r C O M A D E . o f r e s u l t s c o v e r s o n l y a s m a l l p o r t i o n o f t h e o u t p u t . T h i s i s d e p i c t e d b y t h e s m a l l b o x a r o u n d o n l y t h e c e n t e r o f t h e e n t i r e r e s u l t s t r e e o n t h e r i g h t . T h e m a t e r i a l s f o u n d s u i t a b l e f o r t h e c o m p a r i s o n p r o b l e m i n c l u d e d n o t o n l y e p o x i e s ( a s f o u n d b y a l l o f t h e p r e v i o u s s y s t e m s ) , b u t a l s o p o l y e s t e r s , p o l y i m i d e s , a n d v a r - i o u s t h e r r n o p l a s t i c s . N o t i c e t h e h i g h l i g h t e d d e s i g n i n F i g u r e 5 2 . T h i s w a s a d e s i g n f o u n d b y t h e p r e v i o u s s y s t e m s , m o d i fi e d w i t h i n C O M A D E ’ s d e s i g n r e p r e s e n t a t i o n . T h i s i n c r e a s e i n t h e n u m b e r o f g e n e r a t e d d e s i g n , w h i l e i m p r e s s i v e a t fi r s t g l a n c e , i s a h i n d r a n c e . S u c h a l a r g e s e t o f d e s i g n s i s a n o v e r l o a d f o r a u s e r o f C O M A D E . G e n e r a t - i n g l a r g e f a m i l i e s o f m a t e r i a l s y s t e m s i s n o t t h e i n t e n t o f C O M A D E . R e a l i s t i c a l l y , t h i s o u t p u t f a m i l y m u s t b e s i g n i fi c a n t l y c o n d e n s e d b e f o r e i t c a n b e u s e f u l . T h e d r a m a t i c i n c r e a s e i n t h e n u m b e r o f m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n s f o u n d f o r t h i s e x a m p l e w a s p a r t i a l l y d u e t o t h e d e s i g n p r o b l e m r e o r g a n i z a t i o n a n d t h e k n o w l e d g e b a s e e x p a n s i o n i n C O M A D E . A n o t h e r f a c t o r b e h i n d t h i s l a r g e o u t p u t f a m i l y l i e s i n t h e i n p u t I ] D I [ l ‘ ' ‘ ’ ' ’ ' ' ' ' ' I l s e a ] s o ] s l l e a e o u ' ' ’ u a r r u u u u u r u u d u o o d t t o o o t o u d o o o m u p p u h e h u h h p w u u p t p l h t u h p h p t t p h a p n n p o t m t o n n p t n e e o e o u t o e u u u o o o o n h o t o o n n t n o h n h h C h n C o o h n n o n C ‘ C C C ‘ o o C ‘ ‘ C o ‘ C o C t C o c - C - ‘ ‘ - ‘ ‘ C - t ‘ C - - - ‘ l - - - l ‘ - ‘ n c h h h - n - t - I h h r ‘ I - - h a t ‘ l h a t t M I - t h o h h d h o - g g q t i o i r t h n r n t r t n m n n o r n n e a e . m g e e c r fl e g g e t r m a L t r o L L m L n t L r o t m r r t r t d e r e m r r e t e o e r r E m e e s e L s e e e e e e t e e h b b b b b b h a D b b i r r o i b h b i i i l l i i H n F F fi H F F F F F H H i i i F F F e e I h b g n / é \ m i / I ; ' ' o e n I \ F \ r A M / I ' ] — O l l g i I / a ' h h I ’ ' y m m p p I ‘ \ ‘ p ‘ 9 S l n I , T a n ‘ S ' k C m H ' ' r r S H ' ’ S s [ 9 r Z 2 4 G c - G c ' a u m - - 4 z - a s A z - } s o m s 5 o s s t M m f h K e a 5 o s a t r K t C s m a a K l ‘ l ‘ ~ A d r K K ‘ a a t M a ‘ G ‘ - - - u ' C - P P fi ‘ m u - - e e e - O ‘ ‘ E ‘ Q K S - - - s t ‘ r ‘ m o e e l p - ‘ ‘ ‘ - - y - - e e p p p p - o p - - u o y y p r e o y e e y p p e y y e r l p p p T T y y y p ’ p o r y l r r T T l ‘ a y y T l y w y p y T r l r r l T e e e r r r r r r e e r t T s e r m e r e e e e o e e b r b b b b b b b e b b c r r e e b a m b l l i h l l i i b l l i b i m fi F F fi F F F F F n F F F F fl fi fi e l b o r p n o . s ; 3 - n k ' A c O r P M o H C ‘ ' - - l m t n i r a p m o C g e . h g c A l l a 2 5 r c e r i e n r e u h h C C i / i y m g i F m L u m a ‘ E r K P m E T E E G T e W - - ‘ w - w d l a k w r t ‘ - d i m e m W w W W ] 1 < 2 0 9 2 1 0 s e t u s e d f o r C O M A D E . B y s e t t i n g v a r i a b l e s t o v a l u e s u s e d b y p r e v i o u s s y s t e m s , a n y a d v a n t a g e g a i n e d b y t h e r e o r g a n i z a t i o n i n C O M A D E w a s l o s t . B e c a u s e o f t h i s a t t e m p t t o f o r c e a c o m p a r a b l e d e s i g n p r o b l e m s p e c i fi c a t i o n u p o n C O M A D E , a n u n r e a l i s t i c i n p u t s e t w a s s p e c i fi e d . I n t h i s f o r c e d i n p u t s e t l i e s t h e r o o t o f t h e a p p l e s t o o r a n g e s c a v e a t m e n - t i o n e d e a r l i e r . 8 . 5 E x t e n s i o n s T h e c a p a b i l i t i e s o f C O M A D E ’ s o r i g i n a l v e r s i o n h a v e b e e n e x p a n d e d b y s e v e r a l r e l a t e d e f f o r t s . A n e x t e n s i v e a p p r o a c h t h a t i n c l u d e s t h e d e s i g n o f t h e p o l y m e r m a t r i x a n d fi b e r i n t e r p h a s e w i t h i n C O M A D E h a s b e e n e x p l o r e d [ W i l e n s k i e t a L , 1 9 9 5 ] . C O M A D E h a s b e e n m a d e a v a i l a b l e o v e r t h e w e b f o r l a r g e s c a l e d i s t r i b u t i o n . A l s o , a c a s e - b a s e d r e a s o n - i n g a p p r o a c h h a s b e e n u s e d t o e x t e n d t h e c a p a b i l i t i e s o f C O M A D E . T h e e m e r g e n c e o f t h e w e b w a s u n d e r w a y a t t h e t i m e C O M A D E w a s o r i g i n a l l y c o m p l e t e d . A t t h e u r g i n g o f t h e m a i n f u n d i n g a g e n c y b e h i n d C O M A D E ( D A R P A ) , C O M A D E a n d C T e c h S e l w e r e m a d e a v a i l a b l e o n t h e w e b i n J u n e o f 1 9 9 4 . 1 M o r e r e c e n t l y , a c a s e - b a s e d r e a s o n i n g a p p r o a c h t o d e s i g n i n g c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s h a s b e e n d e v e l o p e d . I n s t e a d o f u s i n g a c o m m e r c i a l C B R t o o l , a C B R t o o l w a s g e n e r a t e d w i t h i n t h e c o n t e x t o f t h e c u r r e n t I S L p r o g r a m m i n g t o o l s . A m a i n r e a s o n f o r d o i n g s o w a s t o p r e s e r v e c o m p a t i b i l i t y b e t w e e n t h e C B R a n d s t a n d - a l o n e v e r s i o n s o f C O M A D E . T h i s s y s t e m u s e d t h e k n o w l e d g e w i t h i n C O M A D E a s a s o u r c e o f d e s i g n 1 . T h i s v e r s i o n o f C O M A D E c a n b e r e a c h e d v i a t h e I S L h o m e p a g e a t h t t p : / l i s l e p s a n s u e d u b y f o l l o w i n g t h e l i n k s f o r c o m p o s i t e s r e s e t l r c h . A l s o a v a i l a b l c i s t h e m o s t r e c e n t v e r s i o n o f t h e l S L ’ s f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g y s e l e c t o r , C O F A T E . 2 1 1 c a s e s , f o r t h e o r g a n i z a t i o n & n a v i g a t i o n o f i t s c a s e m e m o r y , a n d f o r t h e a d a p t a t i o n o f r e t r i e v e d c a s e s . T h e d e t a i l s o f t h i s n e w a p p r o a c h t o C B R a r e d e t a i l e d i n t h e f o l l o w i n g c h a p t e r s . C h a p t e r N i n e o u t l i n e s t h e c r e a t i o n o f t h e p r o g r a m m i n g t o o l , a n d C h a p t e r T e n d e s c r i b e s h o w t h a t t o o l w a s u s e d w i t h C O M A D E t o i m p l e m e n t a C B R s y s t e m f o r t h e d e s i g n o f p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s . C H A P T E R 9 C B R W i t h i n a G e n e r i c T a s k E n v i r o n m e n t “ N o w o n e o f t h e [ b e s t ] w a y s o f d e s i g n i n g s o m e t h i n g i s n o t t o d e s i g n i t a t a l l . U s e [ a p a r t ] t h a t i s d e s i g n e d a l r e a d y b y s o m e o n e e l s e . ” [ G l e g g , 1 9 6 9 ] T h e i m m e d i a t e l y p r e c e d i n g c h a p t e r s h a v e s h o w n t h e d e v e 1 0 p m e n t o f a k n o w l e d g e - b a s e d a p p r o a c h t o t h e d e s i g n o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s . T h i s a p p r o a c h h a s r e u s e d d e s i g n k n o w l e d g e a s h e u r i s t i c s a n d o t h e r a b s t r a c t e d i n f o r m a t i o n . A p r i n c i p l e o f e n g i n e e r i n g d e s i g n , t h a t o f u s i n g a s s u m p t i o n s o r b a c k - o f - t h e - e n v e l o p e c a l c u l a t i o n s , h a s b e e n e m b o d - i e d i n t h e g e n e r a t e d a p p r o a c h . N o t h i n g h a s b e e n s a i d y e t , h o w e v e r , a b o u t t h e o t h e r g u i d - i n g p r i n c i p l e : u s e o f p r e v i o u s d e s i g n s . T h e r e i t e r a t i o n o f G o r d o n G l e g g ’ s q u o t e s e r v e s t o p l a c e t h e f o c u s o n t h e d i r e c t r e u s e o f p r e v i o u s c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n s . F i n d i n g a n e w s o l u t i o n b y m o d i f y - i n g a p r e v i o u s d e s i g n c a n b e a c c o m p l i s h e d u s i n g c a s e - b a s e d r e a s o n i n g . T h e e n t i r e p r e m i s e o f c a s e - b a s e d r e a s o n i n g i s t h e r e u s e o f p r e v i o u s d e s i g n s o l u t i o n s . R e p r e s e n t a t i o n a n d r e u s e o f k n o w l e d g e s e r v e a s t h e f o u n d a t i o n f o r c a s e - b a s e d r e a s o n i n g . T h e p r e v i o u s l y d e t a i l e d d e v e l o p m e n t o f t h e k n o w l e d g e - b a s e d a p p r o a c h f o r c o m - p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n a n d t h e s u b s e q u e n t i m p l e m e n t a t i o n o f C O M A D E w e r e 2 1 2 2 1 3 f a c i l i t a t e d b y u s i n g t h e I S L ’ s g e n e r i c t a s k t o o l s e t . T h e s p e c i fi c t o o l m o s t u t i l i z e d w a s t h a t f o r r o u t i n e d e s i g n . U n f o r t u n a t e l y , t h e I S L t o o l s e t d o e s n o t c o n t a i n a t o o l f o r c a s e - b a s e d r e a s o n i n g . l T h e r e a r e m a n y c o m m e r c i a l l y a v a i l a b l e t o o l s f o r c a s e - b a s e d r e a s o n i n g ( e . g . , R e m i n d , C B R E x p r e s s , K a t e - C B R , T h e E a s y R e a s o n e r ) . H o w e v e r , n o n e o f t h e a v a i l a b l e t o o l s a r e d i r e c t l y c o m p a t i b l e w i t h t h e t o o l s i n t h e I S L g e n e r i c t a s k t o o l s e t . G i v e n t h e d e s i g n k n o w l e d g e t h a t e x i s t s i n C O M A D E } , a n d a m a n d a t e t o p r o v e t h e 3 , a c a s e - b a s e d r e a s o n - u s e o f g e n e r i c t a s k s a s a f r a m e w o r k f o r s t r u c t u r e d k n o w l e d g e r e u s e i n g m e t h o d o l o g y c o m p a t i b l e w i t h g e n e r i c t a s k s w a s d e v e l o p e d . T h i s i m p l e m e n t a t i o n o f a G T - i n fl u e n c e d C B R a p p r o a c h u s e d m a n y e x i s t i n g g e n e r i c t a s k t h e m e s , e x t e n d i n g t h e c a p a b i l i t i e s a n d d e fi n i t i o n s o f t h e s e t h e m e s a s n e e d e d . T h i s c h a p t e r p r e s e n t s t h e m e t h o d o l o g i e s a n d c o m p u t a t i o n a l t o o l s d e v e l o p e d f o r i m p l e m e n t i n g a C B R s y s t e m w i t h i n t h e I S L ’ s g e n e r i c t a s k t o o l s e t . T h e s e C B R d e v e l o p - m e n t t o o l s a r e i n t e n d e d f o r u s e i n a s p e c i fi c t a s k , n a m e l y , r o u t i n e d e s i g n p r o b l e m s o l v i n g . B e c a u s e o f t h i s f o c u s , t h e t o o l s h a v e b e e n i m p l e m e n t e d s p e c i fi c a l l y t o b e u s e d i n a r i g i d l y s t r u c t u r e d p r o b l e m s o l v i n g e n v i r o n m e n t . T h e C B R t a s k s i n c l u d e d w i t h i n t h e m e t h o d o l o g - i c a l a p p r o a c h d e v e l o p e d a r e t h e r e t r i e v a l a n d s u b s e q u e n t m o d i fi c a t i o n o f d e s i g n c a s e s . F o r 1 . P r e v i o u s w o r k i n t h e I S L [ W a l l i n g f o r d , 1 9 9 2 ] a d d r e s s e d t h e d e v e l o p m e n t o f a C B R s y s t e m ( C R I S T A ) . H o w e v e r , t h e r e s u l t s o f t h a t w o r k w e r e n e v e r i n c o r p o r a t e d i n t o t h e I S L t o o l s e t . T h i s w a s d u e i n p a r t t o t h e h i g h l y s p e c i a l i z e d n a t u r e o f C R I S T A ’ s i m p l e m e n t a t i o n . 2 . S i n c e t h e p r o c e s s o f d e s i g n a l t e r a t i o n r e q u i r e s e x p l i c i t k n o w l e d g e a b o u t t h e e f f e c t s o f c h a n g e s i n t h e d e s i g n s p e c i fi c a t i o n , t h e e x i s t e n c e o f t h e d e s i g n k n o w l e d g e i n C O M A D E c a n s e r v e a s a r e s o u r c e f o r t h e a d a p t a t i o n p o r t i o n o f t h e C B R p r o c e s s . 3 . A n i n i t i a l l y p r o p o s e d c o m p o n e n t o f t h e o v e r a l l c o m p o s i t e s d e s i g n v i s i o n w a s a c a s e - b a s e d r e a - s o n e r . T h e i n c l u s i o n o f t h i s C B R c o m p o n e n t w a s i n t e n d e d t o s h o w t h a t g e n e r i c t a s k k n o w l e d g e s t r u c t u r e s c a n b e u s e d f o r m u l t i p l e p u r p o s e s - t h a t s t r u c t u r e d k n o w l e d g e r e u s e i s p o s s i b l e p r o - v i d e d a n a p p r o a c h w i t h s t r o n g o r g a n i z a t i o n a l p r i n c i p l e s i s u s e d . 2 1 4 a n a p p l i c a t i o n o f t h e s e m e t h o d s t o r e u s i n g c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n s , s e e t h e f o l - l o w i n g c h a p t e r . T h i s c h a p t e r i s d i v i d e d i n t o t h r e e s e c t i o n s , t h e fi r s t o f w h i c h l o o k s a t s o m e g e n e r a l i s s u e s i n v o l v e d i n c o m b i n i n g C B R w i t h g e n e r i c t a s k s . I t a l s o p r e s e n t s t h e C B R t a s k s i m p l e m e n t e d i n t h e n e w t o o l s . A f t e r t h a t , a n e w t o o l f o r r e t r i e v i n g c a s e s f r o m a c a s e l i b r a r y , C a s e F i n d e r , i s p r e s e n t e d . F i n a l l y , t h i s c h a p t e r c o n c l u d e s w i t h a d i s c u s s i o n o f t h e n e w d e s i g n m o d i fi c a t i o n t o o l , D e s i g n M o d . 9 . 1 C o m b i n i n g C B R a n d G e n e r i c T a s k s T h e i d e a o f c o m b i n i n g c a s e - b a s e d r e a s o n i n g w i t h a g e n e r i c t a s k a p p r o a c h i s n o t n e w . A g e n e r i c t a s k d e s c r i p t i o n o f c a s e - b a s e d r e a s o n i n g ( i n c l u d i n g t h e s u b t a s k s r e t r i e v e , r e u s e , a n d s t o r e ) h a s p r e v i o u s l y b e e n c o n s t r u c t e d [ C h a n d r a s e k a r a n , 1 9 9 0 ] . T h i s d e s c r i p t i o n f o c u s e d o n u s i n g C B R f o r t h e p r o p o s a l o f d e s i g n s o l u t i o n s o n l y ; n o e x p l i c i t t a s k d e s c r i p - t i o n o f c a s e m o d i fi c a t i o n w a s i n c l u d e d . 1 I n a c t u a l i t y , t h i s t a s k d e s c r i p t i o n h a s p r o v e d m o r e b e n e fi c i a l f o r u n d e r s t a n d i n g t h e m e c h a n i s m s o f C B R i t s e l f t h a n i n s p i r i n g c o m b i n a - t i o n s o f C B R a n d g e n e r i c t a s k s . T h r e e i s s u e s c a n b e c o n s i d e r e d f o r t h e c o m b i n a t i o n o f C B R a n d g e n e r i c t a s k s . T h e fi r s t i s t h e c o m m o n e m p h a s i s e a c h a p p r o a c h p l a c e s o n k n o w l e d g e r e p r e s e n t a t i o n . T y p i c a l m o d i fi c a t i o n s t o a g e n e r i c t a s k , s a y , h i e r a r c h i c a l c l a s s i fi c a t i o n , t o f a c i l i t a t e i t s u s e i n C B R 1 . T h i s l a c k o f d e t a i l a b o u t a g e n e r i c t a s k d e s c r i p t i o n f o r d e s i g n m o d i fi c a t i o n i s n o t a t a l l s u r p r i s - i n g . S u c h a d e s c r i p t i o n m a y v e r y w e l l b e a n i m p o s s i b i l i t y . D e s i g n m o d i fi c a t i o n i s n o t w e l l u n d e r s t o o d , a n d a s a r e s u l t t h e r e a r e m a n y d i f f e r e n t a p p r o a c h e s t o p e r f o r m i n g i t . I n s p i t e o f t h e c o n f u s i o n , h o w e v e r , a c o m m o n t h e m e a m o n g a l l t h e d i f f e r e n t a p p r o a c h e s d o e s e x i s t : t h e m e t h o d u s e d f o r d e s i g n m o d i fi c a t i o n i s d i c t a t e d b y t h e d o m a i n t o w h i c h C B R i s a p p l i e d . 2 1 5 a r e a l s o c o n s i d e r e d . F i n a l l y , t h e t a s k d e c o m p o s i t i o n o f C B R i s r e v i s i t e d a n d e x a m i n e d c o n s i d e r i n g t h e C B R / G T a p p r o a c h d e v e l o p e d f o r t h i s d i s s e r t a t i o n . 9 . 1 . 1 K n o w l e d g e R e p r e s e n t a t i o n i n C B R a n d G e n e r i c T a s k s A m a i n f a c e t o f a g e n e r i c t a s k a p p r o a c h t o p r o b l e m s o l v i n g i s t h e e x i s t e n c e o f a s t r u c t u r e d k n o w l e d g e r e p r e s e n t a t i o n . T h i s r e p r e s e n t a t i o n f o r m s t h e b a s i s f o r t h e o r g a n i z a - t i o n a n d e x e c u t i o n o f e v e r y t y p e o f g e n e r i c t a s k . C B R a l s o r e q u i r e s a s t r u c t u r e d r e p r e s e n - t a t i o n o f k n o w l e d g e . A s m e n t i o n e d p r e v i o u s l y , t h e r e p r e s e n t a t i o n a n d r e u s e o f k n o w l e d g e s e r v e a s t h e f o u n d a t i o n s f o r C B R . T h e k n o w l e d g e i n C B R i s r e p r e s e n t e d a s c a s e s . T h e s e c a s e s a r e g e n e r a l i z e d a c c o r d i n g t o d e s i g n s o l u t i o n s t a t e s a n d r e t r i e v e d o n c e t h e s p e c i fi c r e q u i r e m e n t s o f a n e w c a s e a r e k n o w n . G e n e r i c t a s k s , o n t h e o t h e r h a n d , l e v e r a g e c o m m o n a l i t i e s b e t w e e n s e v - e r a l a p p l i c a t i o n s a n d e m b o d y t h e m t o e n a b l e t h e e n g i n e e r i n g o f f u t u r e s y s t e m s . I n d i v i d u a l s o l u t i o n s a r e t h e s t r e n g t h o f C B R , w h i l e g e n e r i c t a s k s e m p h a s i z e t h e p r o b l e m s o l v i n g t e c h n i q u e s c o m m o n t o g r o u p s o f s o l u t i o n s . A l t h o u g h t h e s e t w o a p p r o a c h e s e x p l o i t d i f f e r e n t a s p e c t s o f k n o w l e d g e - b a s e d s y s - t e m s , t h e r e i s n o i m m e d i a t e l y a p p a r e n t w a y t o i n t e g r a t e t h e i r a d v a n t a g e s i n t o a s i n g l e s y s - t e m [ A l l e m a n g , 1 9 9 4 ] . C B R r e q u i r e s t h a t k n o w l e d g e b e r e p r e s e n t e d i n u n i n t e r p r e t e d c a s e s , w h i l e g e n e r i c t a s k s r e p r e s e n t k n o w l e d g e i n t a s k s t r u c t u r e s . P e r h a p s t h e b e s t w a y t o e x p l a i n t h e i n t e g r a t i o n o f t h e t w o a p p r o a c h e s i s t o e x a m i n e t h e a p p l i c a t i o n o f a s p e c i fi c g e n e r i c t a s k t o C B R . 2 1 6 9 . 1 . 2 A u g m e n t i n g H i e r a r c h i c a l C l a s s i fi c a t i o n f o r U s e i n C B R T h e u s e o f h i e r a r c h i c a l c l a s s i fi c a t i o n i n C B R i s t h e m o s t n a t u r a l o f a n y g e n e r i c t a s k , e s p e c i a l l y c o n s i d e r i n g t h e h i e r a r c h i c a l c a s e m e m o r y o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e s i n t r o - d u c e d i n C h a p t e r T h r e e ( s h a r e d f e a t u r e n e t w o r k s , c a t e g o r y - e x e m p l a r n e t w o r k s , a n d r e d u n - d a n t d i s c r i m i n a t i o n n e t w o r k s ) . A s p e c i fi c i m p l e m e n t a t i o n o f C B R u s i n g h i e r a r c h i c a l c l a s s i fi c a t i o n t o d i a g n o s e f a u l t s i n m a n u f a c t u r e d t e x t i l e s i s c o n s i d e r e d h e r e . T h i s c o n s i d - e r a t i o n i n c l u d e s a n e x a m i n a t i o n o f t h e e x t e n s i o n s m a d e t o h i e r a r c h i c a l c l a s s i fi c a t i o n a n d t h e d e t a i l s o f t h e i m p l e m e n t a t i o n i t s e l f [ A l l e m a n g , 1 9 9 4 ; A l l e m a n g , 1 9 9 5 ] . H i e r a r c h i c a l c l a s s i fi c a t i o n u s e s a n e s t a b l i s h - r e fi n e i n f e r e n c e p r o c e d u r e t o n a v i g a t e t h r o u g h a h i e r a r c h y . K n o w l e d g e i n a h i g h - l e v e l n o d e i s u s e d t o e s t a b l i s h i t s a p p l i c a b i l i t y ; i f i t i s e s t a b l i s h e d , t h e c l a s s i fi c a t i o n i s r e fi n e d b y r e p e a t i n g t h e a l g o r i t h m o n t h e s u b n o d e s . T h e c o n t r o l o f t h i s a l g o r i t h m ( d e p t h - , b r e a d t h - , o r b e s t - fi r s t ) d o e s n o t a fl ‘ e c t t h e k n o w l e d g e s t r u c t u r e . T h i s l a c k o f i m p a c t h a s s o m e s i g n i fi c a n c e w h e n c o m b i n i n g h i e r a r c h i c a l c l a s s i fi - c a t i o n w i t h C B R . T h e c a s e m e m o r y n a v i g a t i o n f o r a n e w c a s e w i l l m o s t l i k e l y b e d i f f e r e n t f r o m t h a t f o r p r e v i o u s c a s e s ; t h e o n l y s i m i l a r i t y i s t h e k n o w l e d g e r e q u i r e m e n t f o r a s o l u - t i o n . T h e u s e o f a h i e r a r c h i c a l c a s e m e m o r y s t r u c t u r e r e l i e s o n s p e c i fi c o b s e r v a t i o n s a b o u t h i e r a r c h i c a l c l a s s i fi c a t i o n [ A l l e m a n g , 1 9 9 4 ] : 0 H i e r a r c h i c a l c l a s s i fi c a t i o n m o d e l s t h e a p p l i c a t i o n d o m a i n a s a t r e e ; t h e s t r u c t u r e o f t h e c a s e m e m o r y f o l l o w s t h i s t r e e . 0 K n o w l e d g e e x i s t s i n t h e t r e e t o e x p l i c i t l y d i s c r i m i n a t e b e t w e e n s i b l i n g n o d e s , b u t n o t b e t w e e n n o d e s f a r t h e r a p a r t i n t h e h i e r a r c h y . 0 L e s s p r e c i s e m a t c h i n g k n o w l e d g e o c c u r s h i g h i n t h e t r e e , a n d m o r e p r e c i s e k n o w - l e d g e , l o w e r i n t h e t r e e . 2 1 7 T h e s e f e a t u r e s o f h i e r a r c h i c a l c l a s s i fi c a t i o n d o n o t i n fl u e n c e t h e a l g o r i t h m u s e d t o n a v i g a t e t h e t r e e , b u t r e l y i n s t e a d o n t h e k n o w l e d g e - l e v e l d e s c r i p t i o n o f w h a t t h e n o d e s i n t h e t r e e m e a n . F o r t h e s p e c i fi c i m p l e m e n t a t i o n u n d e r c o n s i d e r a t i o n h e r e , t h e t h r e e - s t e p p r o c e s s - i n g c y c l e o f C B R i s p e r f o r m e d a t e a c h n o d e i n t h e h i e r a r c h i c a l c l a s s i fi c a t i o n t r e e [ A l l e - m a n g , 1 9 9 4 ] . T h e p o s s i b l e t e x t i l e f a i l u r e s a r e c l a s s i fi e d , a n d c a s e s a r e r e t r i e v e d b a s e d o n s p e c i fi c f a i l u r e s . A n a l g o r i t h m c o m b i n i n g c a s e - b a s e d a n d r u l e - b a s e d r e a s o n i n g r e u s e s t h e r e t r i e v e d c a s e . I f t h e r e u s e f a i l s ( i . e . , a n i m p r o p e r c a s e i s r e t r i e v e d ) , a b l a m e a s s i g n m e n t a l g o r i t h m r e e v a l u a t e s t h e c o r r e c t l o c a t i o n o f t h e c a s e i n t h e h i e r a r c h y . T h e m a i n e m p h a s i s o f t h i s s y s t e m i s t h a t o f b l a m e a s s i g n m e n t , a n d m a k i n g s u r e t h a t c a s e s a r e l o c a t e d p r o p e r l y w i t h i n t h e c a s e m e m o r y . A l l e m a n g h a s d e v e l o p e d a m e t h o d f o r c h e c k i n g k n o w l e d g e e r r o r s i n t h e c a s e h i e r a r c h y ( t h e b l a m e a s s i g n m e n t a b o v e ) . I n t h i s m e t h o d , a c a s e i s c h e c k e d a g a i n s t e a c h p a r t i a l l y r e l e v a n t n o d e i n t h e h i e r a r - c h y . A p a r a b l e h a s b e e n d e v e l o p e d t o d e s c r i b e t h i s m e t h o d [ A l l e m a n g , 1 9 9 5 ] : A n e w c a s e . . . a s k e d i f h e c o u l d p a s s t h e d o o r t o a p a r t w h e r e h e t h o u g h t h e m i g h t b e i n t e r e s t e d . T h e g u a r d a t t h e d o o r s a i d ‘ T h e r e i s n o t h i n g r e l e v a n t f o r y o u h e r e - y o u m a y n o t p a s s ' ( i f y o u h a v e r e a d K a f k a [ T h e C a s t l e ] , t h e n y o u m i g h t w a n t t o t h i n k a b o u t t h e p h a l a n x o f g u a r d s w h o s t a n d b e h i n d t h i s g u a r d ) . T h e p a r a b l e g o e s o n t o d i s c u s s h o w t h e n e w c a s e c a l l s o u t t o a l l o f t h e o t h e r c a s e s a n d a s k s i f a n y o f t h e m h a s a g o o d r e a s o n f o r i t t o p a s s t h e d o o r . A s e r i e s o f c r i t e r i a f o r t h o s e c a s e s t h a t r e s p o n d m u s t b e m e t i n o r d e r f o r t h e c a s e t o p a s s t h e d o o r : s i m i l a r i t y ( h o w s i m i l a r a r e t h e c a s e s ? ) , a c c u r a c y ( w h a t p e r c e n t a g e o f t h e o l d c a s e s r e s p o n d e d ? ) , a n d s i g n i fi c a n c e ( w h a t i s t h e c h a n c e t h a t t h i s p e r c e n t a g e w o u l d h a v e r e s p o n d e d r a n d o m l y ? ) T h e p a r a b l e t h e n c o n t i n u e s : 2 1 8 F r o m t h e s e t h r e e m e a s u r e m e n t s , w e d e c i d e w h e t h e r o r n o t w e w a l k p a s t t h e g u a r d [ t h e c a s e h a s b e e n a n t h r o p o m o r p h i z e d n o w ] ( y o u w i l l r e m e m b e r t h a t t h e g u a r d i n t h e K a f k a s t o r y s a i d t h a t y o u c o u l d p a s s i f y o u w i s h , b u t y o u s h o u l d w a t c h o u t f o r t h e o t h e r g u a r d s , w h o a r e b e h i n d h i m - t h i s i s s o r e l e v a n t , t h a t I s o m e t i m e s w o n d e r i f m a y b e K a f k a d e v e l o p e d t h i s m e t h o d l o n g b e f o r e m e ) , a n d c o n t i n u e w i t h t h e e s t a b l i s h / r e fi n e m e t h o d [ u n t i l t h e c a s e i s s t o r e d i n t h e ‘ c o r r e c t ’ l o c a t i o n ] . I n t h i s w a y , a f a i l e d c a s e i s p l a c e d p r o p e r l y w i t h i n t h e c a s e m e m o r y . T h i s i m p l e m e n t a t i o n s h o w s t h a t h i e r a r c h i c a l c l a s s i fi c a t i o n d o e s i n d e e d h a v e u t i l i t y a s a p p l i e d t o C B R . T h e u s e o f h i e r a r c h i c a l c l a s s i fi c a t i o n ( t o g e t h e r w i t h a g o v e r n i n g n t l e - b a s e d s y s t e m ) i n t h i s d i a g n o s t i c a p p r o a c h , e n a b l e d t h e i m p l e m e n t a t i o n o f t h e c o m p l e t e t h r e e - p a r t C B R p r o c e s s . 9 . 1 . 3 A T a s k D e c o m p o s i t i o n f o r C a s e F i n d e r & D e s i g n M o d T h e s p e c i fi c i m p l e m e n t a t i o n o f h i e r a r c h i c a l c l a s s i fi c a t i o n a n d C B R i n t h e p r e v i o u s s e c t i o n w a s d r i v e n b y C h a n d r a s e k a r a n ’ s t h r e e - p a r t g e n e r i c t a s k d e s c r i p t i o n o f t h e C B R p r o c e s s : r e t r i e v e , r e u s e , a n d s t o r e . T h e G T / C B R a p p r o a c h d e v e l o p e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n w a s i n s p i r e d b y t h e f o u r - p a r t C B R p r o c e s s d e s c r i p t i o n p r e s e n t e d e a r l i e r ( r e t r i e v e , r e u s e , r e v i s e , a n d r e t a i n ) , w a s s p e c i fi c a l l y f o c u s e d o n d e s i g n r a t h e r t h a n d i a g n o s i s , a n d w a s n o t n e c e s s a r i l y i n t e n d e d t o c o m p l e t e l y c a p t u r e e a c h o f t h e s e C B R t a s k s . B y r e e x a m i n i n g t h e t a s k d e c o m p o s i t i o n f o r C B R , t h e l o c a t i o n o f t h e t a s k s a d d r e s s e d b y t h e d e v e l o p e d G T — i n fl u e n c e d C B R t o o l s i n t h e f o u r - p a r t d e s c r i p t i o n o f t h e C B R p r o c e s s c a n b e s e e n . F i g u r e 5 3 s h o w s t h e C B R t a s k s i m p l e m e n t e d i n C a s e F i n d e r a n d D e s i g n M o d . T a k e n t o g e t h e r , t h e s e t w o n e w t o o l s c o v e r r o u g h l y h a l f o f t h e t a s k s c o m - p r i s i n g t h e C B R p r o c e s s . C a s e F i n d e r p e r f o r m s t h e t a s k s o f s e a r c h , i n i t i a l l y m a t c h , a n d s e l e c t , w h i l e D e s i g n M o d p e r f o r m s t h e t a s k s o f c o p y a n d a d a p t . N o t i c e t h a t n e i t h e r C a s e F i n d e r n o r D e s i g n M o d i s c o n fi n e d t o a s i n g l e m a i n C B R t a s k s ; C a s e F i n d e r s p a n s 2 1 9 f C a s e F i n d e r I I , i d e n t i f y . s e a r c h f e a t u r e s W @ 1 . , V " m " ( C A S E - B A S E D R E A S O N I N % l n t e g r a t e , n 7 . 1 " . . . . - - . ~ . 2 ‘ . . . . : 3 1 » . H I " 4 % ' “ ‘ r . x i n . - ~ ‘ - - ' - " ~ " ‘ . { ‘ 1 < . . ‘ v I . “ “ x y u ~ \ v _ q t ‘ l . . | ' . ‘ l ' f A ’ ’ . ‘ v , , ' _ _ , , . . . . ; . . - . : 4 : - ~ - « m i - ' _ . . . . . » . . 2 f - . A - . e x p - . . ~ v - a ~ ‘ ‘ ‘ . g a ; , ' , r ' r . n 4 . . ” : 1 “ - 9 ‘ \ I t . “ , . : 2 . r - . V . “ I ‘ _ r . g - - ' . . ‘ . . 3 . » _ . 4 - , j ! ! " ' 9 _ ; ‘ * . ' - . 1 , . “ ' 1 ‘ “ “ ‘ 1 ' “ “ . , “ " ' ' ‘ f fl ' u w , ' ~ ‘ . . . . 4 ‘ - - » _ , . ; ~ _ - . . . . . . V 4 ' . ‘ _ 1 , ' _ I . . . J " ‘ ¢ - - ‘ ’ . ' 4 - j ' i n “ . f ‘ t € ; ' 2 v " z . “ ‘ 1 . . . 7 “ , . . _ ‘ T , ‘ k f ~ “ ‘ - . 1 . : : ' « z f ‘ : ? ’ . 3 . ‘ ? t . ' . ( z . > ~ ‘ . - * » - w i s e - 1 . “ - . ‘ T ’ s ‘ h - . 1 . c i t - " 3 “ - e v a u a e . . _ . , “ " i . . . . - 1 . - . ‘ . " ' . _ , , 3 4 , , . . . _ I . _ p ~ ‘ _ . . — . _ . - ~ . ‘ ‘ - . . . ' ~ , ' . . . ‘ . 4 ' 3 ' , 1 . . . ; ~ ' ? . _ . ~ J . ‘ fi s ‘ 4 " ; . ' : . ; ' f ‘ _ , ‘ . " f § ‘ . ' - . - 0 , . ~ . _ , 5 . _ f " “ " " * ‘ . ' f . s o u t o n ~ 2 - r - . [ I D . . : 9 3 1 9 " O F i g u r e 5 3 . C B R t a s k s i m p l e m e n t e d i n C a s e F i n d e r & D e s i g n M o d . b o t h R e t r i e v e a n d R e u s e , a n d D e s i g n M o d s p a n s R e u s e a n d R e v i s e . T h e m e t h o d s u s e d t o a c c o m p l i s h t h e s e C B R ( s u b ) t a s k s i n C a s e F i n d e r a n d D e s i g n M o d c a n b e s e e n i n t h e f o l - l o w i n g s e c t i o n s . 9 . 2 C a s e F i n d e r T h e G T i n fl u e n c e d a p p r o a c h t o C B R d e v e l o p e d f o r t h i s d i s s e r t a t i o n e m b o d i e s t w o e l e - m e n t s , a s m e n t i o n e d p r e v i o u s l y . T h e fi r s t e l e m e n t , C a s e F i n d e r , r e t r i e v e s r e l e v a n t c a s e s f r o m t h e c a s e m e m o r y . I t t h e n c h o o s e s a n d s e n d s t h e ‘ b e s t ’ c a s e t o t h e s e c o n d e l e m e n t , D e s i g n M o d , f o r s u b s e q u e n t m o d i fi c a t i o n . T h e i n t e g r a t i o n o f t h e s e t w o p o r t i o n s o f t h e G T / C B R a p p r o a c h u s e s t h e I S L ’ s G T i n t e g r a t i o n m e t h o d o l o g y ( s e e C h a p t e r T w o ) . 2 2 0 T h e c a s e m e m o r y o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e u s e d w i t h i n C a s e F i n d e r i s h i e r a r c h i c a l a n d u t i l i z e s t h e p r i n c i p l e s o f h i e r a r c h i c a l c l a s s i fi c a t i o n f o r i t s k n o w l e d g e r e p r e s e n t a t i o n . T h e d e t a i l s o f a p a r t i c u l a r c a s e m e m o r y t r e e c a n n o t b e p r e d e t e r m i n e d , a s t h e k n o w l e d g e r e p r e s e n t a t i o n ( a n d r e s u l t i n g c a s e m e m o r y s t r u c t u r e ) i s d e p e n d e n t u p o n t h e s p e c i fi c a p p l i - c a t i o n d o m a i n . T h e f o l l o w i n g c h a p t e r p r e s e n t s t h i s s t r u c t u r e f o r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s - t e r n s . T h i s l a c k o f c o n c r e t e p r e d e t e r r n i n a t i o n o f c a s e m e m o r y s t r u c t u r e m a y b e p e r c e i v e d a s a n i n o r d i n a t e a m o u n t o f fl e x i b i l i t y . S u c h fl e x i b i l i t y i s a d e s i r e d c h a r a c t e r i s t i c o f a G T i n fl u e n c e d C B R t o o l . C R I S T A u s e d c a s e m e m o r y s t r u c t u r e s a n d i n d i c e s t h a t w e r e v e r y s p e c i fi c t o i t s d o m a i n . l U n l i k e C R I S T A , t h e fl e x i b i l i t y i n C a s e F i n d e r a l l o w s i t t o b e u s e d i n d i s p a r a t e a p p l i c a t i o n s . A p o s s i b l e r e a s o n C R I S T A w a s n e v e r p o r t e d i n t o t h e I S L G T t o o l s e t w a s t h a t i t s r e p r e s e n t a t i o n s w e r e n o t u n i v e r s a l l y a p p l i c a b l e . C R I S T A ’ s r i g i d s t r u c - t u r e a n d r e p r e s e n t a t i o n p r e c l u d e d i t s r e u s e i n d i s s i m i l a r d o m a i n s . C a s e F i n d e r ’ s fl e x i b i l i t y i s t h e r e f o r e a p o s i t i v e f e a t u r e . T h i s s e c t i o n c o n t i n u e s b y e x a m i n i n g t h e d e t a i l s o f t h e C a s e F i n d e r i m p l e m e n t a t i o n . C a s e F i n d e r ’ s s p e c i fi c c o m p o n e n t s a r e b r i e fl y d i s c u s s e d , w i t h s i m i l a r i t i e s t o t h e a n a l o g o u s g e n e r i c t a s k c o m p o n e n t s i n d i c a t e d . T h e o v e r a l l k n o w l e d g e fl o w t h r o u g h t h e C a s e F i n d e r i s o u t l i n e d . T h i s s e c t i o n c o n c l u d e s w i t h t h e d e t a i l s o f t h e c a s e r e t r i e v a l a n d c a s e s o r t i n g m e t h o d s a s i m p l e m e n t e d w i t h i n C a s e F i n d e r . 9 . 2 . 1 C o m p o n e n t s T h e c o m p o n e n t s o f a C a s e F i n d e r i m p l e m e n t a t i o n i n c l u d e : a d a t a b a s e , a c a s e h i e r - a r c h i c a l c l a s s i fi e r , a n d a c a s e l i b r a r y . T h e t o p - l e v e l C a s e F i n d e r u s e r i n t e r f a c e , t h r o u g h 1 . C R I S T A a d d r e s s e d t h e d o m a i n o f j u s t i fi c a t o r y r e a s o n i n g a p p l i e d t o t a x l a w . 2 2 1 C a s e F i n d e r F i g u r e 5 4 . T h e t o p - l e v e l u s e r i n t e r f a c e f o r C a s e F i n d e r . w h i c h a l l o f t h e s e c o m p o n e n t s a r e a c c e s s e d , i s s h o w n i n F i g u r e 5 4 . B u t t o n s f o r e a c h o f t h e t h r e e c o m p o n e n t s a r e i n c l u d e d i n t h e u s e r i n t e r f a c e , a s i s a b u t t o n f o r i n i t i a t i n g a s t a n d - a l o n e r u n o f t h e C a s e F i n d e r . D a t a b a s e . T h i s c o m p o n e n t o f C a s e F i n d e r i s e x a c t l y t h e s a m e a s i m p l e m e n t e d w i t h i n a n y s t a n d a r d g e n e r i c t a s k i n t h e I S L t o o l s e t . T h i s s i m i l a r i t y p e r m i t s a m a p p i n g b e t w e e n p r o b - l e m s o l v e r s o f v a r y i n g k i n d s , u s i n g t h e G T i n t e g r a t i o n m e t h o d o l o g y t o e n a b l e c o m m u n i c a - t i o n b e t w e e n d i f f e r e n t G T d a t a b a s e s . T h e r e s u l t i n g e a s e w i t h w h i c h d a t a b a s e v a r i a b l e s c a n b e e x c h a n g e d b e t w e e n C a s e F i n d e r , D e s i g n M o d , a n d a R o u t i n e D e s i g n e r i s a d i r e c t r e s u l t o f t h e g e n e r i c t a s k a p p r o a c h . H i e r a r c h i c a l C l a s s i fi e r . A s i m p l e m e n t e d w i t h i n C a s e F i n d e r , t h e h i e r a r c h i c a l c l a s s i fi e r i s q u i t e s i m i l a r t o t h e s t a n d a r d i m p l e m e n t a t i o n i n t h e I S L t o o l s e t . T h e r e i s , h o w e v e r , a n i m p o r t a n t d i s t i n c t i o n . W i t h i n t h e C a s e F i n d e r H C , a n o d e c a n a c c e s s t h e m a t c h l e v e l f o r i t s p a r e n t ( o r p a r e n t s ) a n d u s e t h a t v a l u e t o n o r m a l i z e t h e p o s s i b l e r e s u l t s f o r i t . T h i s 2 2 2 c a p a b i l i t y f a c i l i t a t e s t h e r e t r i e v a l o f p a r t i a l l y m a t c h i n g c a s e s v i a b r a n c h e s i n t h e c a s e t r e e w h i c h s e e m f r u i t l e s s a t fi r s t , b u t w h o s e r e l e v a n c e m a y i n c r e a s e w i t h f u r t h e r e x p l o r a t i o n . T h e s p e c i fi c d e t a i l s o f t h i s m a t c h l e v e l n o r m a l i z a t i o n a r e l e f t t o a p a r t i c u l a r d o m a i n . S e e C h a p t e r T e n f o r t h e a p p l i c a t i o n o f t h i s t o c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n . T h e m a t c h l e v e l n o r m a l i z a t i o n p r o v i d e s t h e n o v e l t y o f C a s e F i n d e r ’ s r e t r i e v a l p r o - c e s s . T h i s i s u n l i k e C R I S T A , w h i c h w a s m o r e r i g i d i n i t s c a s e r e t r i e v a l a l g o r i t h m . I f a n o d e d i d n o t m a t c h , C R I S T A e l i m i n a t e d a l l o f t h e c a s e s u n d e r t h a t n o d e f r o m c o n s i d e r - a t i o n . N o p a r t i a l m a t c h i n g o f a n y k i n d w a s p e r m i t t e d w i t h i n C R I S T A ’ s c a s e r e t r i e v a l a l g o — r i t h m . O r g a n i z a t i o n o f t h e c a s e m e m o r y i s d i c t a t e d b y t h e c o n t e n t o f t h e c a s e s i n c l u d e d i n t h e l i b r a r y ; d i f f e r e n t c a s e l i b r a r i e s m a y n e c e s s i t a t e d i fl ‘ e r e n t h i e r a r c h i e s . T h e h i e r a r c h i e s u s e s y n t a c t i c a l i n d i c e s f o r d e l i n e a t i n g c a s e s . T h e s e i n d i c e s a r e b a s e d o n a b s t r a c t i o n s o f b o t h s p e c i fi c d e s i g n a t t r i b u t e s ( e . g . , w i t h i n a c e r t a i n r a n g e o f a q u a n t i t a t i v e v a r i a b l e , s i m i - l a r t y p e s o f a n s w e r s f o r a q u a l i t a t i v e v a r i a b l e ) a n d a d d i t i o n a l l y a b s t r a c t e d v a l u e s ( e . g . , s e m i - c r y s t a l l i n e t h e r m o p l a s t i c s , e p o x y t h e r m o s e t s , a n d s o o n ) . R e d u n d a n t p a t h s t o c a s e s i n t h e l i b r a r y m a y e x i s t . T h e t i p l e v e l n o d e s i n t h e h i e r a r c h y p o i n t t o a c a s e w i t h i n t h e c a s e l i b r a r y . 1 D u e t o t h e c u r r e n t n a t u r e o f t h e t o o l s i n t h e I S L t o o l s e t , t h e c a s e h i e r a r c h i e s m u s t b e g e n e r a t e d m a n u a l l y - t h e r e i s n o a u t o m a t e d h i e r a r c h y g e n e r a t i o n m e t h o d , a d e fi n i t e r e q u i r e m e n t f o r a n y c a s e a r c h i v i n g p r o c e d u r e . T h e i n d i c e s m u s t a l s o b e m a n u a l l y p r e d e t e r m i n e d . T h i s l i m i t a t i o n p r e c l u d e s t h e u s e o f C a s e F i n d e r ( a t l e a s t i n i t s c u r r e n t 1 . N o n - t i p l e v e l n o d e s m a y a l s o p o i n t t o c a s e s w i t h i n t h e c a s e l i b r a r y . S u c h i n t e r m e d i a t e c a s e s a r e s i m i l a r t o t h e c a s e s a s r e p r e s e n t e d i n [ A l l e m a n g , 1 9 9 4 ] . 2 2 3 i m p l e m e n t a t i o n ) f o r a u t o m a t e d c a s e s t o r a g e , i . e . t h e R e t a i n t a s k i n t h e f o u r - p a r t C B R p r o c e s s . S e e C h a p t e r T e n f o r a n e x a m p l e o f s u c h i n d e x d e t e r m i n a t i o n . C a s e L i b r a r y . T h e c a s e l i b r a r y w i t h i n C a s e F i n d e r i s e s s e n t i a l l y a c o l l e c t i o n o f c a s e s , e a c h s t o r e d a s a n o b j e c t w i t h i n t h e s y s t e m ’ s m e m o r y . T h e c a s e l i b r a r y u s e r i n t e r f a c e s h o w n i n F i g u r e 5 5 a l l o w s t h e u s e r t o e x a m i n e t h e d e t a i l s o f a c a s e , m o d i f y a n e x i s t i n g c a s e , o r a d d a n e w c a s e t o t h e l i b r a r y . T h e u s e r i n t e r f a c e i n c l u d e s f o u r p o r t i o n s : t h e c a s e n a m e s , a l i s t o f c a s e a t t r i b u t e s f o r a p a r t i c u l a r c a s e , t h e v a l u e s c o r r e s p o n d i n g t o t h o s e a t t r i b u t e s , a n d t h e c o m m e n t s f o r a p a r t i c u l a r c a s e . T h e m o d i fi c a t i o n o f t h e a t t r i b u t e s a n d t h e i r v a l u e s i s a c c o m p l i s h e d t h r o u g h t h e u s e o f a s t a n d a r d G T d a t a b a s e i n t e r f a c e . “ 1 3 4 9 9 6 . F i g u r e 5 5 . C a s e F i n d e r ’ s c a s e l i b r a r y u s e r i n t e r f a c e . 9 . 2 . 2 K n o w l e d g e F l o w T h e c a s e r e t r i e v a l p r o c e s s a s i m p l e m e n t e d w i t h i n C a s e F i n d e r c a n b e b r o k e n d o w n i n t o f o u r s t e p s : i n i t i a l q u e r y , c a s e r e t r i e v a l , i n i t i a l m a t c h i n g , a n d c a s e e v a l u a t i o n & s o r t - i n g . F i g u r e 5 6 d e p i c t s t h e c a s e r e t r i e v a l p r o c e s s . C a s e F i n d e r i s i n t e n d e d t o fi t i n t o a n i n t e - g r a t e d C B R / G T s y s t e m , t h e g e n e r a l d e t a i l s o f w h i c h c a n b e s e e n i n F i g u r e 5 7 o n p a g e 2 3 0 ; t h e r e a r e o c c a s i o n a l r e f e r e n c e s t o o t h e r p o r t i o n s o f t h i s i n t e g r a t e d s y s t e m i n t h e d i s c u s s i o n w h i c h f o l l o w s . 1 . Q u e r y t o c a s e l i b r a r y . A n i n i t i a l q u e r y i s m a d e t o t h e c a s e l i b r a r y . T h i s c o n s i s t s o f v a r i a b l e s o f i n t e r e s t a n d t h e i r a s s o c i a t e d v a l u e s . I t i s a l s o p o s s i b l e t o j u s t s p e c i f y a v a r i a b l e w i t h o u t g i v i n g a v a l u e ( e . g . “ I ’ m i n t e r e s t e d i n c a s e s w h i c h c o n t a i n F l a m e R e - t a r d a n c e , b u t d o n ’ t c a r e w h a t t h e p a r t i c u l a r v a l u e s a r e ” ) . 2 . C a s e r e t r i e v a l . T h e q u e r y i s t e s t e d a g a i n s t n o d e s w i t h i n t h e l i b r a r y t r e e ; p a r t i a l m a t c h e s a r e a l l o w e d t o e n a b l e e x p l o r a t i o n d o w n p a t h s n o t n e c e s s a r i l y m a t c h i n g e x a c t l y . T h i s c o n t i n u e s u n t i l o n e o f t w o t h i n g s o c c u r s : a ) a c a s e i s i n d i c a t e d e x p l i c i t l y ; o r , b ) e n o u g h f a i l u r e o c c u r s t o b l o c k f u r t h e r p r o b i n g o f t h e q u e r y t r e e . I f n o c a s e s a r e m a t c h e d , p a s s o fl ' t o d e s i g n f r o m s c r a t c h w i t h t h e R o u t i n e D e s i g n e r . S e e 9 . 2 . 3 “ C a s e R e t r i e v a l M e t h o d ” f o r m o r e d e t a i l s . 3 . I n i t i a l l y m a t c h i n g c a s e s . T h e p r o b e o f t h e q u e r y t r e e c o n t i n u e s u n t i l a l l p a t h s h a v e e i t h e r e n d e d i n f a i l u r e o r h a v e i n d i c a t e d a c a s e . I f t h e r e a r e i n d i c a t e d c a s e s , a l l o f t h e m h a v e a t l e a s t a m o d e r a t e l e v e l o f m a t c h w i t h t h e q u e r y . N o e x p l i c i t l e v e l o f m a t c h f o r a c a s e e x i s t s a t t h i s p o i n t . 4 . C a s e e v a l u a t i o n & s o r t i n g . T h e i n i t i a l l y m a t c h i n g c a s e s a r e r a n k e d a c c o r d i n g t o t h e q u a l i t y o f m a t c h , a n d t h e h i g h e s t q u a l i t y c a s e i s p a s s e d a l o n g f o r m o d i fi c a t i o n . Q u a l - i t y i s a m e a s u r e o f t h e r e l a t i v e i m p o r t a n c e o f t h e m a t c h i n g v a r i a b l e s t a k e n t o g e t h e r . T h o s e p o r t i o n s o f t h e c a s e w h i c h d o n o t m a t c h a r e fl a g g e d f o r m o d i fi c a t i o n . S e e 9 . 2 . 4 “ C a s e S o r t i n g M e t h o d ” f o r m o r e d e t a i l s . 9 . 2 . 3 C a s e R e t r i e v a l M e t h o d A s . h a s b e e n m e n t i o n e d s e v e r a l t i m e s p r e v i o u s l y , t h e d e t a i l s o f a n y c a s e r e t r i e v a l m e t h o d a r e i n e x t r i c a b l y t i e d t o t h e o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e o f t h e c a s e m e m o r y . T h e c a s e m e m o r y ’ s o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e i s i n t u r n d e t e r m i n e d b y t h e s p e c i fi c d o m a i n t o w h i c h t h e C B R a p p r o a c h i s a p p l i e d . T h e r e f o r e , d i s c u s s i n g a n y s p e c i fi c d e t a i l s o f t h e c a s e _ . . - C O O C a s e r e t r i e v a l ® e e e w e - - a c e 0 C C ” a . . . - O C O C a s e a C a s e b C a s e c a t t r i b u t e 1 e x a c t n o e x a c t a t t r i b u t e 2 e x a c t c l o s e e x a c t a t t r i b u t e 3 e x a c t e x a c t n o C a s e e v a l u a t i o n 8 1 s o r t i n g @ ° . . p - a t t r i b u t e i t n o e x a c t n o F i g u r e 5 6 . P r o c e s s d i a g r a m f o r C a s e F i n d e r . 2 2 6 r e t r i e v a l m e t h o d i n C a s e F i n d e r i s p o i n t l e s s w i t h o u t a p a r t i c u l a r d o m a i n i m p l e m e n t a t i o n . T h a t d i s c u s s i o n i s r e s e r v e d f o r t h e c h a p t e r i m m e d i a t e l y f o l l o w i n g . A n o v e r v i e w o f t h e c a p a b i l i t i e s o f C a s e F i n d e r ’ s c a s e r e t r i e v a l m e t h o d i s g i v e n h e r e i n s t e a d . T h e g e n e r a l m e c h a n i s m f o r r e t r i e v i n g a c a s e i s t h e s a m e a s h i e r a r c h i c a l c l a s s i fi c a - t i o n . T h e k n o w l e d g e r e p r e s e n t a t i o n o f t h e d o m a i n d r i v e s t h e d e t a i l s o f t h e k n o w l e d g e i n t h e n o d e s , w i t h g e n e r a l k n o w l e d g e a t t h e t o p o f t h e t r e e a n d d e t a i l e d k n o w l e d g e a t t h e t i p l e v e l . T h e c a s e r e t r i e v a l u s e s t h e e s t a b l i s h - r e fi n e m e t h o d t o p r o b e t h e c a s e m e m o r y t r e e s t r u c t u r e . D e p e n d i n g o n t h e k n o w l e d g e w i t h i n a n o d e , t h e p a t h t h r o u g h t h a t n o d e m a y h a v e a n y o n e o f s e v e n q u a l i t a t i v e c o n fi d e n c e v a l u e s : s t r o n g l y m a t c h , m a t c h , w e a k l y m a t c h , n e u t r a l , w e a k l y a g a i n s t , a g a i n s t , s t r o n g l y a g a i n s t . T h i s i s d i r e c t l y t a k e n f r o m t h e s t a n d a r d I S L G T h i e r a r c h i c a l c l a s s i fi c a t i o n i m p l e m e n t a t i o n . T h e n o d e s m a y a l s o c h e c k t h e c o n fi d e n c e v a l u e o f t h e i r p a r e n t n o d e s a s m e n t i o n e d e a r l i e r . A b e n e fi t f r o m t h i s i s w i t h t h e c o n t r o l l e d e x p l o r a t i o n o f p a r t i a l l y m a t c h i n g p o r t i o n s o f t h e c a s e l i b r a r y . A s t h e q u e r y i s t e s t e d a g a i n s t n o d e s w i t h i n t h e l i b r a r y t r e e , p a r t i a l m a t c h e s c a n b e s p e c i fi e d . T h e s e e n a b l e e x p l o r a t i o n d o w n p a t h s w h i c h d o n o t m a t c h t h e c u r r e n t i n p u t e x a c t l y . T h e s p e c i fi c s o f t h i s p a r t i a l m a t c h p r o p a g a t i o n a r e , a g a i n , d e t e r m i n e d b y t h e a p p l i c a t i o n d o m a i n o f i n t e r e s t . C h a p t e r T e n p r e s e n t s a n a p p l i c a t i o n f o c u s f o r t h e d e t a i l e d p r e s e n t a t i o n o f p a r t i a l m a t c h p r o p a g a t i o n . T h e c a s e r e t r i e v a l c o n t i n u e s u n t i l a c a s e i s e i t h e r i n d i c a t e d e x p l i c i t l y o r e n o u g h f a i l u r e o c c u r s t o b l o c k f u r t h e r p r o b i n g o f t h e q u e r y t r e e ( i . e . , a n o n - t i p n o d e ’ s c o n fi d e n c e v a l u e i s e v a l u a t e d t o b e n e u t r a l o r w o r s e ) . O n l y w h e n t h e c a s e m e m o r y h i e r a r c h y i s s t r u c t u r e d a p p r o p r i a t e l y w i l l t h i s r e t r i e v a l p r o c e s s w o r k p r o p e r l y . T h i s c a s e r e t r i e v a l p r o c e s s i s i n t e n d e d t o o b t a i n a s m a l l s e t o f c l o s e l y m a t c h i n g c a s e s ; a n a b s o l u t e d e g r e e o f m a t c h i s n o t e x p l i c i t l y d e t e r m i n e d . T h i s s e t 2 2 7 o f i n i t i a l l y m a t c h i n g c a s e s i s t h e n e v a l u a t e d a n d s o r t e d t o fi n d t h e b e s t m a t c h i n g c a s e . A s t h i s r e t r i e v a l m e t h o d w a s d e v e l o p e d f o r u s e i n a r o u t i n e d e s i g n s i t u a t i o n ( i . e . e x p l i c i t l y s t r u c t u r e d d o m a i n a t t r i b u t e s a n d v a l u e s ) , i t m a y n o t s c a l e d i r e c t l y t o o t h e r t y p e s o f d e s i g n e n v i r o n m e n t s . 9 . 2 . 4 C a s e S o r t i n g M e t h o d T h e l i s t o f i n i t i a l l y m a t c h e d c a s e s m u s t b e e v a l u a t e d a n d s o r t e d i n o r d e r t o i d e n t i f y t h e c a s e w i t h t h e e a s i e s t m o d i fi c a t i o n p r o c e s s . O n c e i d e n t i fi e d , t h i s c a s e i s s e n t t o D e s i g n - M o d t o b e m o d i fi e d . A l t h o u g h s p e c i fi c d e t a i l s o f t h e c a s e s o r t i n g m e t h o d c a n n o t b e g i v e n o u t s i d e o f a p a r t i c u l a r a p p l i c a t i o n d o m a i n , a s u m m a r y o f t h e a p p r o a c h u t i l i z e d f o r s o r t i n g t h e c a s e s i s g i v e n h e r e . T h e w e i g h t i n g o f t h e a t t r i b u t e s , a s w e l l a s t h e a t t a c h m e n t o f s i g n i fi c a n c e t o t h e i r v a l u e s , i s p r e d e t e r m i n e d b y t h e s t r u c t u r e o f t h e r o u t i n e d e s i g n a n d t h e D e s i g n M o d i r n p l e - m e n t a t i o n s w i t h w h i c h t h e C a s e F i n d e r i s t o b e u s e d . T h e r e s u l t s f r o m t h e D e s i g n M o d D e p e n d e n c y R e l a t i o n s h i p G e n e r a t o r a r e u s e d t o a t t a c h i m p o r t a n c e t o t h e v a r i a b l e s i n t h e o r d e r i n g p r o c e s s . T h e v a r i a b l e w i t h t h e m o s t d e p e n d e n t v a r i a b l e s i s i d e n t i fi e d a s t h e m o s t i m p o r t a n t v a r i a b l e t o m a t c h . O t h e r v a r i a b l e s a r e r a n k e d a f t e r t h a t b y t h e i r i m p a c t o n t h e r e d e s i g n p r o c e s s . A n o r d e r e d l i s t o f v a r i a b l e s i s d e t e r m i n e d b y t h i s r a n k i n g . I t i s m o r e d e s i r a b l e t o m a t c h a v a r i a b l e h i g h e r o n t h i s l i s t t h a n l o w e r , a n d a c o r r e s p o n d i n g w e i g h t i s g i v e n t o e a c h v a r i a b l e . T h i s w e i g h t , o r s i g n i fi c a n c e , i s m u l t i p l i e d b y t h e a c c u r a c y o f t h e m a t c h t o d e t e r - m i n e a r a n k i n g o f a c a s e ’ s i m p o r t a n c e . T h e a c c u r a c y w e i g h t i n g i s d e t e r m i n e d b y h o w c l o s e l y t h e v a l u e f o r a r e t r i e v e d c a s e ’ s a t t r i b u t e m a t c h e s t h e i n p u t v a l u e . F o r n u m e r i c a l v a r i a b l e s , t h e r e i s a fi v e - l e v e l s c a l e 2 2 8 f o r t h e a c c u r a c y w e i g h t i n g : m a t c h w i t h i n 1 0 % = 4 , m a t c h w i t h i n 2 0 % = 3 , m a t c h w i t h i n 3 0 % = 2 , m a t c h w i t h i n 4 0 % = 1 , m a t c h w i t h i n > 4 0 % = 0 . F o r o t h e r v a r i a b l e t y p e s , t h e a c c u r a c y w e i g h t i n g i s m o r e s i m p l e : e x a c t m a t c h = 4 , s i m i l a r m a t c h ( a s d e t e r m i n e d b y t h e u s e r ) = 2 , n o m a t c h = 0 . T h e r a n k i n g o f a c a s e i s d e t e r m i n e d b y s u m m i n g u p t h e s i g n i fi - c a n c e a n d a c c u r a c y p r o d u c t s f o r e a c h a t t r i b u t e / v a l u e p a i r . T h e c a s e w i t h t h e h i g h e s t w e i g h t i s t h e b e s t m a t c h . C u r r e n t l y , t h i s c a s e s o r t i n g r o u t i n e i s n o t i m p l e m e n t e d i n a g e n e r i c m a n n e r a n d m u s t b e h a r d - c o d e d b y t h e u s e r . T h i s h a r d - c o d i n g c a n t a k e p l a c e o n l y a f t e r t h e a t t r i b u t e d e p e n d e n c i e s a n d t h e i r r e s p e c t i v e e f f e c t s o n t h e m o d i fi c a t i o n o f d e s i g n c a s e s h a v e b e e n e v a l u a t e d w i t h i n D e s i g n M o d . O f c o u r s e , D e s i g n M o d m u s t fi r s t e x a m i n e t h e R o u t i n e D e s i g n e r c o n t a i n i n g t h e d e s i g n k n o w l e d g e t o d e t e r m i n e t h e a t t r i b u t e d e p e n d e n c i e s . O n c e t h e s o r t i n g r o u t i n e h a s b e e n i m p l e m e n t e d b y t h e u s e r , t h e C a s e F i n d e r c a n e v a l u a t e a n d s o r t t h e i n i t i a l l y m a t c h e d c a s e s . T h e c a s e w h i c h i s d e t e r m i n e d t o b e t h e b e s t m a t c h i s p a s s e d t o D e s i g n M o d f o r m o d i fi c a t i o n , a l o n g w i t h a l i s t o f n o n - m a t c h i n g a t t r i b u t e s . T h e r a n k e d l i s t o f d e s i g n c a s e s i s m a i n t a i n e d , h o w e v e r , a s t h e c a s e s e n t t o D e s i g n M o d i s n o t n e c e s s a r i l y g u a r a n t e e d t o b e m o d i fi a b l e . I f D e s i g n M o d i n d i c a t e s i t w a s u n s u c c e s s f u l i n m o d i f y i n g t h e c a s e , t h e n e x t b e s t c a s e i s s e n t b y C a s e F i n d e r , a n d t h e p r o c e s s r e p e a t s a s n e e d e d . 9 . 3 D e s i g n M o d T h e t o o l f o r m o d i f y i n g r e t r i e v e d c a s e s , D e s i g n M o d , w a s d e v e l o p e d i n c o n j u n c t i o n w i t h t h e d e v e l o p m e n t o f C a s e F i n d e r . B e c a u s e D e s i g n M o d w a s n o t d e v e l o p e d e x p l i c i t l y f o r t h i s d i s s e r t a t i o n , i t w i l l n o t b e d i s c u s s e d i n a s m u c h d e t a i l a s w a s C a s e F i n d e r . N e v e r t h e l e s s , i t 2 2 9 i s a p o r t i o n i n t h e c o m b i n e d G T / C B R a p p r o a c h t o d e s i g n i n g c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s f r o m p a s t d e s i g n s o l u t i o n s . T h i s i n t e g r a t e d s y s t e m m a k e s u s e o f t h e G T i n t e g r a t i o n a r c h i - t e c t u r e d i s c u s s e d i n C h a p t e r T w o . D e s i g n M o d d e p e n d s u p o n t h e e x i s t e n c e o f a r o u t i n e d e s i g n s y s t e m f o r m u c h o f i t s k n o w l e d g e . I n f a c t , t h e b e h a v i o r o f D e s i g n M o d c a n b e s u m m a r i z e d b y s a y i n g t h a t i t d e t e r m i n e s h o w t o s e l e c t i v e l y r u n p o r t i o n s o f a r o u t i n e d e s i g n e r i n o r d e r t o m o d i f y a d e s i g n c a s e t o fi t t h e i n p u t s p e c i fi c a t i o n s . T h e l o c a t i o n o f D e s i g n M o d a n d i t s c o n s t i t u e n t s i n a n o v e r a l l G T / C B R s y s t e m c a n b e s e e n i n F i g u r e 5 7 . T h e r e a r e t h r e e p o r t i o n s w h i c h c o m p r i s e a D e s i g n M o d i m p l e m e n t a - t i o n [ K a m e l e t a l . , 1 9 9 6 ] : t h e D e p e n d e n c y R e l a t i o n s h i p G e n e r a t o r , t h e C a s e A n a l y z e r , a n d t h e D e s i g n M o d i fi e r . H e r e , e a c h o f t h e t h r e e p o r t i o n s a r e d i s c u s s e d b r i e fl y , w i t h t h e r o m a n n u m e r a l s f r o m F i g u r e 5 7 i n d i c a t i n g e a c h p o r t i o n . S e e C h a p t e r T e n f o r a d e t a i l e d e x a m p l e o f t h e s e t h r e e s t e p s . I . T h e D e p e n d e n c y R e l a t i o n s h i p G e n e r a t o r e x a m i n e s t h e d a t a s t r u c t u r e s o f a n e x i s t - i n g R o u t i n e D e s i g n e r a n d g e n e r a t e s a l i s t w h i c h s p e c i fi e s a l l d e s i g n a t t r i b u t e s d e p e n d e n t u p o n a n o t h e r a t t r i b u t e . T h e o u t p u t i s a l i s t o f e a c h d e s i g n a t t r i b u t e a n d i t s d e p e n d e n t s ( i f a n y ) . e . g . U s e T e m p e r a t u r e : M a t r i x M a t e r i a l , C h e m i c a l A g e n t , F i b e r T y p e . I I . C a s e F i n d e r s e n d s a r e t r i e v e d c a s e t o t h e C a s e A n a l y z e r a n d t h e c a s e ’ s fl a g g e d , n o n - m a t c h i n g a t t r i b u t e s a r e e x a m i n e d . T h e s e a t t r i b u t e s a r e m a t c h e d a g a i n s t t h e d e s i g n - a t t r i b u t e d e p e n d e n c i e s g e n e r a t e d i n I t o d e t e r m i n e i f a n y d e s i g n v a r i a b l e s a r e d e p e n d e n t o n t h e n o n - m a t c h i n g a t t r i b u t e s . I f s u c h d e p e n d e n c i e s a r e f o u n d , t h o s e d e p e n d e n t v a r i a b l e s a r e a d d e d t o t h e l i s t o f fl a g g e d v a r i a b l e s . T h i s l i s t i n d i c a t e s t h o s e v a r i a b l e s t h a t m u s t b e m o d i fi e d . r n e g i i f s i e d o e s a c n g i s e d d e D i M f . d s o s M e > — t d s i e l d t e v s n e c o r p n g i s e e e e u t d i s r a t c e R m b g i r u t A e / R B C l l a r “ e e s M a M C n o i t d v o n \ e “ n a r c g a l e i n i i s t i s a l t o 7 a f F i e d d o h t n i t m e m e r , i s u q e r n g i s e D e e i n t c g n u i e i b s d r e t n D e t a p e d y p g n i e h s c a t e a m n g y r i i l c h o s n t s e t c e n d a 8 9 a x d o r n i w d o M n g i s e D r o f w o fl n o i t a 5 e m E 8 0 t e a n p e l e e G D R r o f n I . 7 5 e r ) u s g ( n i r F e e n g i s n e fl g u i s d d e o t e a R D r e n e G 2 3 0 2 3 1 I I I . T h e D e s i g n M o d i fi e r t a k e s t h e a u g m e n t e d a t t r i b u t e s l i s t , t h e r e t r i e v e d c a s e , a n d t h e o r i g i n a l l y s p e c i fi e d d e s i g n r e q u i r e m e n t s , a n d u t i l i z e s t h e e x i s t i n g r o u t i n e d e s i g n e r t o s e l e c t i v e l y m o d i f y t h o s e n o n - m a t c h i n g p o r t i o n s o f t h e r e t r i e v e d c a s e . O n l y p o r t i o n s o f t h e r o u t i n e d e s i g n e r a r e i n v o k e d t o e f f e c t t h e s e c h a n g e s . T h e r e s u l t i s a m o d i fi e d d e s i g n c a s e . F i g u r e 5 7 s h o w s t h e t w o o t h e r o v e r a l l b e h a v i o r s f o r t h e C B R / d e s i g n s y s t e m w h i c h a r e p o s s i b l e : 1 . A n e x a c t l y m a t c h i n g c a s e m a y b e f o u n d i n t h e c a s e l i b r a r y . I n t h i s i n s t a n c e , n o m o d i - fi c a t i o n n e e d b e d o n e , a n d t h e r e t r i e v e d c a s e i s o u t p u t a s t h e d e s i g n s o l u t i o n . 2 . N o c a s e s a r e f o u n d w i t h i n t h e c a s e l i b r a r y t h a t m a t c h t h e d e s i g n r e q u i r e m e n t s . H e r e , t h e r o u t i n e d e s i g n e r i s r u n c o m p l e t e l y a n d t h e d e s i g n i s g e n e r a t e d f r o m s c r a t c h . T h i s o u t p u t d e s i g n s h o u l d t h e n b e i n c o r p o r a t e d i n t o t h e c a s e l i b r a r y . l T h e c h a p t e r i m m e d i a t e l y f o l l o w i n g p r e s e n t s t h e s p e c i fi c a p p l i c a t i o n o f t h e s e t e c h - n i q u e s t o t h e d e s i g n o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s t h r o u g h t h e r e u s e o f e x i s t i n g d e s i g n s o l u t i o n s . W i t h i n t h e c o n fi n e s o f t h a t s p e c i fi c a p p l i c a t i o n d o m a i n , m o r e d e t a i l e d d i s c u s - s i o n s o f t h e c a p a b i l i t i e s o f b o t h D e s i g n M o d a n d C a s e F i n d e r c a n t a k e p l a c e . 1 . A s m e n t i o n e d p r e v i o u s l y , t h i s m u s t b e d o n e m a n u a l l y , a s n o a u t o m a t e d m e t h o d s f o r h i e r a r c h y c r e a t i o n o r i n d e x a b s t r a c t i o n e x i s t i n t h e c u r r e n t I S L G T t o o l s e t . C H A P T E R 1 0 D e s i g n i n g C o m p o s i t e M a t e r i a l S y s t e m s w i t h C B R T h e p r e s e n t a t i o n o f t h e u n d e r l y i n g m e t h o d o l o g y a n d f r a m e w o r k f o r t h e G T i n fl u e n c e d c a s e - b a s e d r e a s o n i n g t o o l s i n t h e p r e v i o u s c h a p t e r d i d n o t i n c l u d e m a n y s p e c i fi c e x a m p l e s . T h e d o m a i n - d e p e n d e n c e o f s e v e r a l p o r t i o n s o f t h e m e t h o d o l o g y w a s a c o n s t a n t c a v e a t . T h i s c h a p t e r p r o v i d e s s u c h a d o m a i n f o c u s . T h e d i s c u s s i o n t h a t f o l l o w s r e v i s i t s t h e m a j o r a s p e c t s o f C a s e F i n d e r a n d p r o v i d e s s p e c i fi c e x a m p l e s f o r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s . D e s i g n r e p r e s e n t a t i o n i s a t t h e h e a r t o f t h i s e n t i r e d i s s e r t a t i o n , a n d a t n o p o i n t i s i t m o r e i m p o r t a n t t h a n f o r t h e a p p l i c a t i o n o f C B R t o c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n . T h e d e s i g n r e p r e s e n t a t i o n o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m c a s e s i s p r e s e n t e d b r i e fl y t o b e g i n t h i s d i s c u s s i o n . A f t e r t h a t , t h e i n t e r c o n n e c t e d n a t u r e o f t h e c a s e h i e r a r c h y a n d r e t r i e v a l a l g o r i t h m i s p r e s e n t e d . T h e d e t a i l s o f t h e r e t r i e v e d c a s e s o r t i n g m e c h a n i s m f o r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s a r e a l s o g i v e n . F i n a l l y , t h i s c h a p t e r c o n c l u d e s w i t h a n e x a m p l e o f t h e h o w t h e i n t e g r a t e d C a s e F i n d e r / D e s i g n M o d s y s t e m fi n d s a n d m o d i fi e s c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n s . 2 3 2 2 3 3 1 0 . 1 R e p r e s e n t i n g M a t e r i a l S y s t e m D e s i g n s a s C a s e s D e p e n d i n g u p o n t h e d o m a i n a n d t a s k f o r w h i c h t h e C B R a p p r o a c h i s u s e d , t h e e x a c t d e fi - n i t i o n o f a c a s e m a y c h a n g e , v a r y i n g i n s h a p e a n d s i z e , t e m p o r a l c o v e r a g e , a n d a s s o c i a - t i o n a l s t r u c t u r e ( e . g . , s o l u t i o n s w i t h p r o b l e m s , o u t c o m e s w i t h s i t u a t i o n s ) . A l t e r n a t i v e l y , c a s e s c a n c o n t a i n a l e s s o n a n d a s p e c i fi c c o n t e x t i n w h i c h t h e l e s s o n w a s a p p l i c a b l e . T h e c o n t e x t i s u s e d t o d e c i d e w h e n t h e l e s s o n m a y a p p l y a g a i n . C A D R E i n c o r p o r a t e d o n l y s h a l l o w c a s e s d e s c r i b i n g b u i l d i n g d e s i g n s i n i t s c a s e l i b r a r y . S h a l l o w c a s e s a r e t h o s e c a s e s t h a t c o n t a i n o n l y a d e s i g n s o l u t i o n , a n d n o a s s o c i - a t e d d e s i g n h i s t o r y . O t h e r w i s e s t a t e d , s h a l l o w c a s e s c o n s i s t o f s i m p l e fl a t f e a t u r e - a t t r i b u t e p a i r s . F o r t h e d e s i g n o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s , a n d s p e c i fi c a l l y o u t p u t d e s i g n s f r o m C O M A D E , a c a s e c o n s i s t s o f v a r i a b l e a n d v a l u e p a i r s f o r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s . T a b l e 1 5 s h o w s a n e x a m p l e c a s e g e n e r a t e d f r o m C O M A D E . T a b l e 1 5 : A s a m p l e c a s e g e n e r a t e d b y C O M A D E ( c a s e 1 1 ) . V a r i a b l e V a l u e U n i t s U s e T e m p e r a t u r e 2 2 0 ° C C h e m i c a l E n v i r o n m e n t s t r o n g b a s e - R e q F l e x u r a l M o d u l u s 1 7 0 G P a R e q T e n s i l e S t r e n g t h 1 6 0 0 M P a F l a m e R e t a r d a n c e y e s - H u m i d E n v i r o n m e n t n o - S t r e s s E n v i r o n m e n t i n c r e a s i n g - M a t r i x M a t e r i a l P A I - C h e m i c a l A g e n t N o n e ( T P M a t r i x ) - F r b e r ' I y p e S i C - F r b e r L e n g t h C o n t i n u o u s - 2 3 4 1 0 . 2 O r g a n i z a t i o n & N a v i g a t i o n o f a M a t e r i a l S y s t e m C a s e M e m o r y A f t e r t h e c a s e r e p r e s e n t a t i o n h a s b e e n s p e c i fi e d , i t i s t h e n p o s s i b l e t o c o n s i d e r t h e c a s e l i b r a r y o r g a n i z a t i o n . T h i s i n c l u d e s b o t h i n d i c e s a n d o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e s . B o t h a r e fi x e d b y t h e s p e c i fi c d o m a i n t o w h i c h t h e C B R a p p r o a c h i s a p p l i e d , i n t h i s i n s t a n c e , c o m - p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s . T h e d e t a i l s o f t h e c a s e r e t r i e v a l m e t h o d a r e d o m a i n d e p e n d e n t a s w e l l . T h e c a s e r e t r i e v a l m e t h o d i s i n e x t r i c a b l y t i e d t o t h e o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e o f t h e c a s e m e m o r y . I n t h e c o n s t r u c t i o n a n d n a v i g a t i o n o f a c a s e h i e r a r c h y , t h e a d v a n t a g e s o f s t r u c t u r e d k n o w l e d g e r e u s e b e c o m e a p p a r e n t . B y u s i n g t h e i n f e r e n c i n g k n o w l e d g e a n d d e s i g n r e p r e - s e n t a t i o n i n C O M A D E , i t i s p o s s i b l e t o c o n s t r u c t a r e a d i l y n a v i g a b l e c a s e h i e r a r c h y . T h e d i s c u s s i o n t h a t f o l l o w s c o n s i d e r s t h e i n fl u e n c e o f t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s - t e m d o m a i n u p o n t h e i n d e x i n g v o c a b u l a r y , o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e s , a n d r e t r i e v a l m e t h o d s f o r a c a s e m e m o r y . T h e r e u s e o f s t r u c t u r e d k n o w l e d g e f r o m C O M A D E e n a b l e s t h e d e fi n i - t i o n o f e a c h o f t h e s e c a s e m e m o r y c h a r a c t e r i s t i c s . 1 0 . 2 . 1 D e t e r m i n i n g I n d i c e s f o r C o m p o s i t e M a t e r i a l S y s t e m s R e c a l l t h e b a s i c p r i n c i p l e o f C B R p r e s e n t e d i n C h a p t e r T h r e e : “ G e n e r a l i z e t h e i n d i c e s , n o t t h e c a s e s ! ” [ H a m m o n d , 1 9 8 9 ] . T h i s s t a t e m e n t i s a n e x c e l l e n t s t a r t i n g p o i n t w h e n c o n s i d e r i n g t h e d e fi n i t i o n o f c a s e i n d i c e s f o r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s . T h e fl a t n a t u r e o f t h e c a s e r e p r e s e n t a t i o n p r e s e n t e d a b o v e s u g g e s t s t h a t t h e i n d i c e s f o r t h e s e c a s e s m u s t b e q u i t e s y n t a c t i c . T h e r e s i m p l y i s n o t e n o u g h r i c h n e s s i n t h e c a s e r e p r e s e n t a t i o n t o e n a b l e t h e a b s t r a c t i o n o f s u f fi c i e n t l y s e m a n t i c i n d i c e s . T h e r e a r e t w o t y p e s o f i n d i c e s t h a t c a n b e u s e d f o r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s : s t r i c t l y s y n t a c t i c , a n d p a r t i a l l y s e m a n t i c a b s t r a c t i o n s . T h e d e s i g n r e p r e s e n t a t i o n f r o m 2 3 5 C O M A D E u s e d f o r t h e c a s e r e p r e s e n t a t i o n l i m i t s s t r i c t l y s e m a n t i c i n d i c e s t o i n p u t v a r i - a b l e s ( e . g . , S t r e w E n v i r e n m e n t a n d v a l u e s o f i t ) . B y t h e n g e n e r a l i z i n g t h e s e i n d i c e s , i t m a y b e p o s s i b l e t o g e n e r a t e c a s e h i e r a r c h i e s t h a t c a n r e p r e s e n t t h e e n t i r e c a s e m e m o r y . O t h e r i n d i c e s t h a t c a n b e u s e d a r e d e s i g n a b s t r a c t i o n s f r o m t h e a g e n t s h i e r a r c h y i n C O M A D E ( e . g . , s e m i c r y s t a l l i n e t h e r m o p l a s t i c , e p o x y , c a r b o n fi b e r , a n d s o o n ) . 1 0 . 2 . 2 C a s e H i e r a r c h i e s f o r C o m p o s i t e M a t e r i a l S y s t e m s B e f o r e a c a s e h i e r a r c h y c a n b e s p e c i fi e d , t w o i t e m s m u s t e x i s t . F i r s t , i n d i c e s f o r t h e r e p r e s e n t a t i o n o f a r c h i v e d c a s e s m u s t b e d e fi n e d . T h e p r e v i o u s s e c t i o n d i s c u s s e d t h e s e i n d i c e s . S e c o n d l y , a l i b r a r y o f c a s e s m u s t e x i s t . T w 0 c a s e l i b r a r i e s h a v e b e e n g e n e r a t e d a n d w e r e u s e d t o d e t e r m i n e c a s e h i e r a r c h i e s f o r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s . T h e d i s c u s - s i o n h e r e f o c u s e s o n a c a s e l i b r a r y t h a t r e s u l t e d f r o m a d e s i g n - o f - e x p e r i m e n t t o e x p l i c i t l y r e p r e s e n t t h e d o m a i n c o v e r a g e o f C O M A D E . C o n s e q u e n t l y , t h i s c a s e l i b r a r y i s c a l l e d t h e s t r u c t u r e d l i b r a r y . I t c o n s i s t e d o f 2 7 c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n s . T h e o t h e r c a s e l i b r a r y w a s r a n d o m l y g e n e r a t e d . T h e d e t a i l s o f b o t h l i b r a r i e s a r e s h o w n i n A p p e n d i x E . S e v e r a l p o s s i b l e c a s e m e m o r y o r g a n i z a t i o n s w e r e d i s c u s s e d i n s o m e d e t a i l i n C h a p t e r T h r e e . T h e s e i n c l u d e d c a t e g o r y - e x e m p l a r n e t w o r k s , r e d u n d a n t d i s c r i m i n a t i o n n e t w o r k s , a n d s h a r e d f e a t u r e n e t w o r k s . M a n y a t t e m p t s w e r e m a d e t o m o d e l t h e c a s e m e m o r y f o r t h e s t r u c t u r e d l i b r a r y . S e v e r a l v a r i a t i o n s t h a t u s e d t h e m o r e s y n t a c t i c i n d i c e s a r e s h o w n i n A p p e n d i x E . T h e c a s e m e m o r y h i e r a r c h y f o u n d t o b e t h e m o s t a p p r o p r i a t e i s t h e m o s t s i m i l a r t o a s h a r e d f e a t u r e n e t w o r k . F i g u r e 5 8 s h o w s t h e e n t i r e c a s e h i e r a r c h y f o r t h e s t r u c t u r e d c a s e s . A m o r e d e t a i l e d ( a n d l a r g e r ) v e r s i o n o f t h i s h i e r a r c h y i s s h o w n i n A p p e n d i x E . 2 3 6 m u m s - t u g ] [ W e I ’ d - a i d j < K w — W W W , W c m a _ _ K , V A m e — Z z w w l l / m — — — l \ r e s m a m l - — r e m n a n t p e t u n i a - e y e “ : _ M J / ‘ — — ' J \ m e w - - _ _ _ \ _ _ _ l _ _ J \ \ m n m l — t e e m a v e r s e _ _ N m n m m l — r e a s s u r a n c e — J \ 1 6 0 A c l e r a i e y d e e } 4 fl — e e — J \ d e M e e t s . “ ” M u - d o \ “ A “ — — l fi ‘ R e a d e r - e a t 5 c m m n o t ” fi r m w a r e i s e m c e e - m a l e : — ' / r e c r _ r _ e _ _ _ ] \ m n m ” m m Y O U P E W : ’ \ \ _ — ‘ c n m \ c m m 1 m m — ’ \ — I : ‘ \ e o _ _ ] . — h o e s - a n — — — J " m \ M i s r i u l — — - m u s e u m ] T _ _ _ ] \ e e u e e e e e fl y — — J \ t m m e a y e c | — m a c e - e m u ] / r e s t r u c t u r i n g F i g u r e 5 8 . A c a s e m e m o r y h i e r a r c h y f o r C O M A D E c a s e s . T h i s c a s e h i e r a r c h y u s e d t h e c l a s s a b s t r a c t i o n s f r o m C O M A D E w i t h a b s t r a c t i o n s o f d e s i g n s o l u t i o n s . D e p e n d i n g u p o n t h e c a s e s i n t h e l i b r a r y , t h i s s t r u c t u r e w i l l m o s t l i k e l y c h a n g e . I t c u r r e n t l y c o n t a i n s 1 2 4 n o d e s f o r t h e 2 7 s t r u c t u r e d c a s e s . S p e c i fi c k n o w l e d g e f r o m C O M A D E a b o u t t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d o m a i n e x i s t s w i t h i n e a c h o f t h e s e n o d e s . H o w e v e r , t h a t k n o w l e d g e i s s e c o n d a r y t o t h e c o n t r o l k n o w l e d g e u s e d t o g u i d e t h e 2 3 7 c a s e r e t r i e v a l p r o c e s s t h a t i s a l s o e m b e d d e d w i t h i n e a c h o f t h e s e n o d e s . 1 0 . 2 . 3 C a s e R e t r i e v a l f o r C o m p o s i t e M a t e r i a l S y s t e m T h e c o n t r o l k n o w l e d g e w i t h i n e a c h o f t h e s e n o d e s i s c a l l e d m a t c h l e v e l n o n n a l i z a - t i o n . T h i s a d j u s t s t h e m a x i m u m m a t c h l e v e l f o r a n o d e b a s e d u p o n t h e m a t c h l e v e l i t s p a r - e n t h a d . F i g u r e 5 9 s h o w s a s i m p l e e x a m p l e o f a n o d e w i t h m a t c h l e v e l n o r m a l i z a t i o n f r o m t h e s t r u c t u r e d c a s e h i e r a r c h y . E l i — : 5 C a s e F i n d e r M a t c h e r I n t e r f a c e E m fi e r o w s c o l u m n s ' ' ‘ * P A L t t . . } } . [ : 1 B r o w s e C o m m e n t S t r e s s E n v i r o n m e n t P a r e n t 7 [ r e s u l t ‘ l " c o n s t a n t - s t r o n g l y m s t c h s t r o n g l y m a t c h 0 - 2 « c o n s t a n t = m a t c h m a t c h ‘ 3 - c o n s t a n t = s t r o n g l y m a t c h m a t c h 4 - c o n s t s n t - m o t c h w e a k l y m a t c h 5 ? ? a g a i n s t 3 < . ‘ J J i € > I r u n ; l c l e a r ; N — — J t h — _ 4 F i g u r e 5 9 . A n e x a m p l e o f m a t c h l e v e l n o r m a l i z a t i o n . 2 3 8 I n t h i s p a t t e r n m a t c h e r , t h e d o m a i n k n o w l e d g e o f i n t e r e s t i s S t r e s s E n v i r o n m e n t . I f t h e S t r e s s E n v i r o n m e n t i s n o t e q u a l t o c o n s t a n t , t h e n t h e n o d e i s e s t a b l i s h e d . H o w e v e r , a s s h o w n i n F i g u r e 5 9 , t h e m a t c h l e v e l i s d e p e n d e n t u p o n t h e p a r e n t ’ s m a t c h l e v e l ( i n t h i s e x a m p l e , t h e m a t c h l e v e l o f A m o r p h o u s T h e r m o p i a s t i c ) . I f t h e S t r e s s E n v i r c n m e n t c o n d i t i o n i s m e t , t h e m a t c h l e v e l o f t h i s n o d e c a n b e e i t h e r m a t c h o r s t r o n g l y m a t c h , d e p e n d i n g u p o n i t s p a r e n t ’ s l e v e l . A p a r t i a l m a t c h a l s o c a n d e c r e a s e t h e m a t c h l e v e l o f a n o d e . A b j e c t f a i l u r e t o m e e t a n o d e ’ s r e q u i r e m e n t s r e s u l t s i n a m a t c h l e v e l o f a g a i n s t . T a b l e 1 6 s h o w s a p r o g r e s s i o n o f t h e c a s e h i e r a r c h y n a v i g a t i o n f o r p a r t o f t h e s t r u c - t u r e d c a s e h i e r a r c h y . A s t h e p r o b e e x t e n d s f u r t h e r d o w n t h e b r a n c h , m o r e r e s i s t a n c e i s b u i l t u p . E v e n t u a l l y , h o w e v e r , a c a s e i s r e t r i e v e d ( e a s e l 1 ) . T h i s u s e s t h e i n p u t c a s e s h o w n i n T a b l e 1 8 o n p a g e 2 4 1 . T a b l e 1 6 : A p a r t i a l c a s e r e t r i e v a l p r o c e s s s h o w i n g m a t c h l e v e l n o r m a l i z a t i o n . M a t c h N o d e L e v e l = = T h e r m o p l a s t i c s t r o n g l y m a t c h A m o r p h o u s s t r o n g l y m a t c h P A I m a t c h P A I s p e c i a l t y w e a k l y m a t c h P A I S i C w e a k l y m a t c h P A I c o n t i n u o u s w e a k l y m a t c h c a s e l l 2 3 9 1 0 . 3 E v a l u a t i n g & R a n k i n g R e t r i e v e d M a t e r i a l S y s t e m C a s e s O n c e t h e C a s e F i n d e r h a s s e a r c h e d i t s c a s e h i e r a r c h y a n d r e t r i e v e d a s m a l l s e t o f m a t c h i n g c a s e s , i t t h e n d e c i d e s w h i c h c a s e i s t h e “ b e s t . ” T h i s i s t h e c a s e t h a t w i l l b e s e n t t o D e s i g n - M o d f o r m o d i fi c a t i o n . A s o u t l i n e d i n t h e p r e v i o u s c h a p t e r , t h e s o r t i n g r o u t i n e i s d r i v e n b y t h e e v e n t u a l m o d i fi c a t i o n p r o c e s s . A n o r d e r e d l i s t o f v a r i a b l e s i s f o u n d b y r a n k i n g t h e i r i m p a c t o n t h e r e d e s i g n p r o c e s s . F o r C O M A D E , t h e s m a l l l i s t o f v a r i a b l e s i s h i g h l y i n t e r d e p e n d e n t . T h e s i g n i fi c a n c e o f t h e v a r i a b l e s w i t h i n C O M A D E i s a s s i g n e d a s f o l l o w s : 4 - U s e T e m p e r a t u r e , C h e m i c a l E n v i r o n m e n t ; 3 - R e q u e x u r a l M o d ; 2 - R e q T e n s i l e S t r ; 1 - S t r e s s E n v i r o n m e n t , F l a m e R e - t a r d a n c e , a n d H u m i d E n v i r o n m e n t . T h e c o m b i n a t i o n o f t h e s i g n i fi c a n c e a n d t h e a c c u r a c y w e i g h t i n g o u t l i n e d i n t h e p r e v i o u s c h a p t e r , s u g g e s t s h o w e a s y a c a s e w i l l b e t o m o d i f y . T h e h i g h e r t h e s u m o f t h e a c c u r a c y a n d s i g n i fi c a n c e p r o d u c t s i s f o r t h e c a s e , t h e l e s s m o d - i fi c a t i o n w i l l t h e o r e t i c a l l y b e n e e d e d . T a b l e 1 7 s h o w s a n e x a m p l e o f t h i s e v a l u a t i o n a n d s o r t i n g p r o c e s s f o r t w o c a s e s . T h e d e t a i l s o f c a s e 3 a n d c a s e l l a r e g i v e n a t t h e t o p o f t h i s t a b l e ‘ , w i t h t h e i n p u t c a s e a g a i n s t w h i c h t h e y a r e t o b e c o m p a r e d g i v e n i n t h e l o w e r l e f t c o r n e r . T h e v a l u e s g i v e n b e l o w e a c h o f t h e r e t r i e v e d c a s e s a r e t h e a c c u r a c y w e i g h t s . F o r i n s t a n c e , c o m p a r e d t o t h e i n p u t c a s e ’ s U s e T e m p e r a t u r e , c a s e 3 ’ s U s e T e m p e r a t u r e o f 1 6 0 m a t c h e s w i t h i n 2 0 % . A c c o r d i n g t o t h e n u m e r i c a l v a l u e a c c u r a c y s c a l e , t h i s r e c e i v e s a w e i g h t o f t h r e e . W h e n m u l t i p l i e d b y t h e s i g n i fi c a n c e o f t h e U s e T e m p e r a t u r e v a r i a b l e ( 4 ) , t h i s c o n t r i b u t e s 1 2 ( o u t o f a t o t a l p o s s i b l e 6 0 ) p o i n t s t o w a r d t h e c a s e r a n k i n g . T h e s i g n i fi c a n c e v a l u e s a r e n o t s h o w n i n t h i s t a b l e . C l e a r l y , c a s e l l i s t h e m o r e c l o s e l y m a t c h i n g c a s e . 1 . T h e s e v a r i a b l e n a m e s a n d v a l u e s a r e a b b r e v i a t e d . H o w e v e r , t h e a b b r e v i a t i o n s s h o u l d b e a p p a r - e n t . T h e o r d e r o f t h e v a r i a b i e s i n c a s e s t h r e e & e l e v e n i s t h e s a m e a s f o r t h c i n p u t c a s e . 2 4 0 T a b l e 1 7 : E v a l u a t i o n a n d s o r t i n g o f r e t r i e v e d c a s e s . E U s e T 4 C h e m i c a i E n v i r o n m e n t F l e x u r a l M o d u l u s 1 5 3 T 1 1 F l a m e R e t a r d a n c e s 4 S t r e s s E n v i r o n m e n t c o n s t a n t 0 S c o r e : l 3 9 I 4 6 I % M a t c h l 0 . 6 1 | 0 . 7 2 | 1 0 . 4 A n E x a m p l e o f R e u s i n g D e s i g n s f r o m C O M A D E T h e f o l l o w i n g e x a m p l e s h o w s t h e c a p a b i l i t i e s o f t h e C B R / G T t o o l s a p p l i e d t o t h e r e u s e o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n s . T h e 2 7 c a s e s p r e s e n t e d i n t h e b e g i n n i n g o f t h i s c h a p - t e r w e r e u s e d a s t h e c a s e l i b r a r y f o r t h i s e x a m p l e . T h e c a s e o r g a n i z a t i o n a l s t r u c t u r e s h o w n i n F i g u r e 5 8 a n d t h e n a v i g a t i o n a l m e t h o d o l o g y p r e s e n t e d e a r l i e r w e r e a l s o u s e d . T h e f o l - l o w i n g e x a m p l e t r a c e s t h r o u g h t h e e n t i r e c a s e r e t r i e v a l p r o c e s s s h o w n i n F i g u r e 5 6 o n p a g e 2 2 5 , a n d t h e c a s e m o d i fi c a t i o n u s i n g D e s i g n M o d . T a b l e 1 8 s h o w t h e i n p u t c a s e t o t h e C a s e F i n d e r . T h i s w a s a r a n d o m c a s e g e n e r a t e d t o p r o d u c e t h e a l t e r n a t e c a s e m e m o r y h i e r a r c h y m e n t i o n e d e a r l i e r . N o t i c e t h e d i f f e r e n c e 2 4 1 T a b l e 1 8 : I n p u t c a s e f o r t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m e x a m p l e . V a r i a b l e V a l u e U n i t s U s e T e m p e r a t u r e 1 8 4 ° C C h e m i c a l E n v i r o n m e n t s t r o n g b a s e - R e q F l e x u r a l l V I o d u l u s 2 1 5 G P a R e q T e n s i l e S t r e n g t h 1 2 5 1 M P a F l a m e R e t a r d a n c e y e s - H u m i d E n v i r o n m e n t n o - - S t r e s s E n v i r o n m e n t c o n s t a n t - T a b l e 1 9 : T h e n i n e r e t r i e v e d c a s e s f o r t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m e x a m p l e . M a t c h L e v e l s t r o n g l y w e a k l y m a t c h m a t c h m a t c h = c a s e 5 ( 0 . 1 6 ) c a s e 8 ( 0 . 3 0 ) c a s e Z A ( 0 . 3 4 ) c a s e 2 5 ( 0 . 2 8 ) c a s e 6 ( 0 . 2 2 ) c a s e 2 1 ( 0 . 3 4 ) c a s e 3 ( 0 . 6 1 ) c a s e l l ( 0 . 7 2 ) c a s e l 9 ( 0 . 1 3 ) 2 4 2 b e t w e e n t h i s i n p u t c a s e a n d t h e a r c h i v e d c a s e s h o w n i n T a b l e 1 5 . T h e i n p u t c a s e c o n t a i n s n o m a t e r i a l s y s t e m d e s c r i p t i o n . T h e c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m C a s e F i n d e r q u e r i e d i t s c a s e h i e r a r c h y w i t h t h i s i n p u t a n d r e t r i e v e d t h e e l e v e n c a s e s s h o w n i n T a b l e 1 9 . N o t i c e t h a t t h e r e w e r e c a s e s w i t h d i fl ' e r e n t m a t c h i n g l e v e l s r e t r i e v e d : t w o s t r o n g l y m a t c h , f o u r m a t c h , a n d t h r e e w e a k l y m a t c h . T h e i n g e n u o u s c o n c l u s i o n i s t h a t o n e o f t h e t w o c a s e s t h a t w e r e f o u n d t o s t r o n g l y m a t c h t h e i n p u t w o u l d b e t h e b e s t c a s e . H o w e v e r , t h a t i s n o t w h a t h a p p e n s i n t h i s e x a m - p l e . T h e n u m b e r i n p a r e n t h e s e s a f t e r e a c h c a s e n a m e i n T a b l e 1 9 s h o w s t h e r e l a t i v e m a t c h f o r e a c h c a s e a f t e r s o r t i n g . T h e s e v a l u e s w e r e d e t e r m i n e d a c c o r d i n g t o t h e p r o c e d u r e d e t a i l e d a b o v e . N o t i c e t h a t t h e t w o s t r o n g l y m a t c h i n g c a s e s h a v e l o w v a l u e s . B a s e d o n t h e r e l a t i v e m a t c h l e v e l , c a s e l l ( a w e a k l y m a t c h i n g c a s e ) r e p r e s e n t s t h e b e s t m a t c h ( s e e T a b l e 1 7 o n p a g e 2 4 0 f o r t h e d e t a i l s o f t h i s e v a l u a t i o n a n d s o r t i n g ) . T a b l e 1 5 o n p a g e 2 3 3 s h o w s t h e d e t a i l s o f t h i s r e t r i e v e d c a s e . l O n l y o n e c o n s t i t u e n t o f e a s e l l , t h e S t r e s s E n v i r o n m e n t , d o e s n o t m a t c h t h e i n p u t a t a l l . O t h e r v a r i a b l e s m a t c h t h e i n p u t p a r t i a l l y ( U s e T e m p e r a t u r e , R e q F I e x u r a l M o d u l u s , a n d R e q T e n s i l e S t r e n g t h ) . T h e s e f o u r v a r i a b l e s a r e fl a g g e d . a n d t h e c a s e i s s e n t t o D e s i g n M o d f o r m o d i fi c a t i o n . D e s i g n M o d c h e c k s t h e d e p e n d e n c i e s o f t h e s e f o u r v a r i a b l e s , a n d fi n d s t h a t e v e r y v a r i a b l e i n t h e C O M A D E i n p u t s e t i s d e p e n d e n t u p o n t h e s e v a r i a b l e s . D e s i g n - M o d r u n s t h e e n t i r e C O M A D E s y s t e m . 1 . T h a t a s o - c a l l e d w e a k l y m a t c h i n g c a s e w a s f o u n d t h e “ b e s t " c a s e p o i n t s o u t t h e d a n g e r i n r e a d - i n g a n y s i g n i fi c a n c e i n t o t h e l a b e l s a s s i g n e d t o r e t r i e v e d c a s e s . T h e s e l a b e l s d o n o t s h o w h o w w e l l a r e t r i e v e d u s e m a t c h e s t h e i n p u t . T h e m a t c h l e v e l a t t a c h e d t o t h e s e r e t r i e v e d c a s e s i s o n l y a m e a s t n e o f t h e c a s e r e t r i e v a l a l g o r i t h m ’ s b u i l t - u p r e s i s t a n c e . T h e l o w e r a r e t r i e v e d c a s e ' s m a t c h l e v e l ( i . e . , c l o s e r t o n e u t r a l o r a g a i n s t ) , t h e m o r e r e s i s t a n c e t o t h e u s e h i e r a r c h y p r o b e f o r t h a t b r a n c h . M 3 T a b l e 2 0 : T h e m o d i fi e d c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n s . M a t r i x M a t e r i a l C h e m i c a l A g e n t l F i b e r T y p e F i b e r L e n g t h 4 , 4 ' - M D A - B M I D i c y a n a t e B P A P 1 0 0 g r a p h i t e C o n t i n u o u s 4 , 4 ' - M D A - B M I 1 , 4 - T o l y l e m P 1 0 0 g r a p h i t e C o n t i n u o u s P E E K N o n e ( T P M a t r i x ) P 1 0 0 g r a p h i t e C o n t i n u o u s P C / A B S N o n e ( T P M a t r i x ) 9 1 0 0 g r a p h i t e C o n t i n u o u s P S U N o n e ( ' 1 ? M a t r i x ) P 1 0 0 g r a p h i t e C o n t i n u o u s E a c h r o w i n T a b l e 2 0 s h o w s a c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n g i v e n a s t h e o u t - p u t f r o m t h i s m o d i fi c a t i o n p r o c e s s . N o t h i n g r e m a i n s o f t h e r e t r i e v e d c a s e i n t h e s e d e s i g n s , a s D e s i g n M o d d e c i d e d a c o m p l e t e m o d i fi c a t i o n w a s n e c e s s a r y . I t s e e m s t h a t t h e r e s u l t s o f t h i s m o d i fi c a t i o n p r o c e s s i n v a l i d a t e t h e u s e o f t h e r e t r i e v e d c a s e f o r t h i s e x a m p l e . H o w e v e r , t h a t i s f a r f r o m t h e t r u t h . T h r o u g h s e v e r a l v a r i - a b l e d e p e n d e n c i e s , t h e e x a m p l e c a s e s h o w n h e r e h a p p e n e d t o i n fl u e n c e t h e e n t i r e c o m p o s - i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n . T h e m e t h o d o l o g y i s s o u n d , r e g a r d l e s s . P a r t V D e n o u e m e n t C H A P T E R 1 1 V a l i d a t i n g C O M A D E & t h e C o m p o s i t e s D e s i g n V i s i o n A f t e r t h e e x p a n d e d a p p r o a c h t o c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n h a s b e e n e x a m i n e d i n d e t a i l , u n a n s w e r e d q u e s t i o n s s t i l l e x i s t . T h e m a i n q u e s t i o n t h a t m u s t b e a n s w e r e d i s t h a t o f v a l i d i t y . H o w v a l i d i s t h e p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n e r C O M A D E ? H o w v a l i d i s t h e d e s i g n v i s i o n f o r c o m p o s i t e s ? T h e s e a r e n o t s i m p l e q u e s t i o n s t o a n s w e r , e s p e c i a l l y g i v e n t h e n a t u r e s o f C O M A D E a n d t h e d e s i g n v i s i o n . C O M A D E i s c o m p r e h e n s i v e i n i t s m a t e r i a l d o m a i n c o v e r a g e , b u t i s d e fi n i t e l y r e s t r i c t e d i n i t s u s e o f d e c i s i o n v a r i a b l e s . T h e d e s i g n v i s i o n , w h i l e p r o v i d i n g a s e n s e o f h o w t h e c o m p o s i t e s d e s i g n - t o - m a n u f a c t u r e p r o c e s s m u s t o c c u r , i s s t i l l a b s t r a c t a n d d o e s n o t e x p l i c i t l y d e t a i l t h e i n t e r a c t i o n s b e t w e e n m a t e r i a l d e s i g n , p r o c e s s d e s i g n , a n d p a r t d e s i g n . S o m e h o w , a m e t r i c f o r d e t e r m i n i n g t h e v a l i d i t y o f t h e s e t w o i t e m s m u s t b e f o u n d . T h e d i f fi c u l t y i n a s k i n g u s e r s o f C O M A D E a b o u t i t s v a l i d i t y i s t h a t e v e r y o n e h a s a d i f f e r e n t p e r s p e c t i v e a n d u n d e r s t a n d i n g o f w h a t t h e y t h i n k C O M A D E s h o u l d b e a b l e t o d o . T r y i n g t o d r a w c o n c l u s i o n s a b o u t t h e v a l i d i t y o f C O M A D E w i t h s u c h a n a p p r o a c h i s 2 4 5 2 4 6 l i k e a s k i n g p e o p l e t o s a y i f a p a i n t i n g i s g o o d o r n o t , a n d w h y . E v e r y o n e w i l l h a v e a d i f - f e r e n t o p i n i o n a n d d i fl ‘ e r e n t r e a s o n s f o r i t . T h e b e s t t h a t c a n b e d o n e i s t o g e t a s m a n y o p i n i o n s a s p o s s i b l e a n d t h e n a t t e m p t t o m a k e s e n s e o f t h e m . T h r e e m e t h o d s w e r e u s e d f o r e v a l u a t i n g b o t h C O M A D E a n d t h e c o m p o s i t e s d e s i g n v i s i o n t h a t e n c o m p a s s e s i t . T h e fi r s t m e t h o d i n v o l v e d t h e u s e o f C O M A D E i n a s p e c i fi c d e s i g n e x p e r i m e n t . T h e d e s i g n e x p e r i m e n t , c a l l e d M A D E F A S T , g a v e i n s i g h t o n t h e u s a b i l i t y o f C O M A D E a n d t h e i n t e r a c t i o n s b e t w e e n t h e p o r t i o n s o f t h e d e s i g n v i s i o n . T h e s e c o n d m e a n s o f e v a l u a t i n g C O M A D E a n d t h e d e s i g n v i s i o n w a s t h r o u g h t h e s p e c i fi c a p p l i c a t i o n o f C O M A D E ’ s k n o w l e d g e a n d t h e i d e a s o f t h e d e s i g n v i s i o n t o a n a p p l i c a t i o n f o r w h i c h t h e y w e r e n o t e x p l i c i t l y d e s i g n e d . A n e w s y s t e m f o r d e s i g n i n g c o m p o s i t e m a t e - r i a l s y s t e m s a n d f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g i e s h a s r e s u l t e d f r o m t h i s p r o j e c t . F i n a l l y , a t w o - p r o n g e d p l a n o f a t t a c k w a s u s e d t o e x p o s e C O M A D E t o a s m a n y i n d i v i d u a l u s e r s a s p o s - s i b l e . T h e t w o m e t h o d s o f e x p o s u r e e n t a i l e d c o n d u c t i n g d e m o n s t r a t i o n s o f C O M A D E i n p e r s o n a n d m a k i n g a v e r s i o n o f C O M A D E a v a i l a b l e t h a t c o u l d b e r u n o v e r t h e w e b . 1 1 . 1 A n E x p e r i m e n t i n D i s t r i b u t e d D e s i g n T h i s p r o j e c t w a s t o d e v e l o p a c o l l a b o r a t i v e i n f r a s t r u c t u r e a n d c o m m u n i t y w i t h i n D A R P A ’ s M A D E ( M a n u f a c t u r i n g A u t o m a t i o n a n d D e s i g n E n g i n e e r i n g ) i n i t i a t i v e . A s s u c h , i t w a s n o t a d e s i g n e x p e r i m e n t , b u t r a t h e r a d e s i g n c o l l a b o r a t i o n e x p e r i m e n t . “ f r t h i n t h e c o n t e x t o f d e v e l o p i n g t h i s i n f r a s t r u c t u r e t h e c o l l a b o r a t o r s w e r e t o r a p i d l y d e l i v e r a w o r k i n g i n f r a - r e d s e e k e r p r o t o t y p e . T h e I S L ’ s p o r t i o n o f t h e p r o j e c t w a s t h e d e s i g n a n d f a b r i c a t i o n o f a c o m p o s i t e c a s - i n g f o r a n i n f r a r e d s e e k e r m e c h a n i s m i n a t a c t i c a l m i s s i l e . T h i s s e r v e d a s a h i g h p r o fi l e 2 4 7 s h o w c a s e f o r t h e a g i l e m a n u f a c t u r i n g a n d r a p i d p r o t o t y p i n g e n a b l e d b y i n t e l l i g e n t d e c i - s i o n s u p p o r t s y s t e m s f o r p o l y m e r c o m p o s i t e s . T h i s w a s a l s o a n e x c e l l e n t t e s t i n g g r o u n d f o r C O M A D E a n d t h e r e f o c u s e d d e s i g n m e t h o d o l o g y p r e s e n t e d i n C h a p t e r 6 . W h e r e a p p l i c a b l e , t h e s y s t e m s f o r m a t e r i a l d e s i g n ( C O M A D E ) a n d t e c h n o l o g y s e l e c t i o n ( C O F A T E ) w e r e u s e d i n t h e d e s i g n o f t h e s e e k e r c a s i n g . H o w e v e r , s i n c e t h e s e s y s t e m s c o v e r e d o n l y p a r t o f t h e d e s i g n v i s i o n , o u t s i d e i n t e r a c t i o n w i t h c o m p o s i t e s d e s i g n e x p e r t s w a s u s e d t o c o m p l e t e t h e d e s i g n . O t h e r t h a n t h e f a c t t h a t t h e c a s i n g w a s t o b e c y l i n d r i c a l a n d m a d e o f c o m p o s i t e s , l i t t l e i n f o r m a t i o n w a s i n i t i a l l y p r o v i d e d . T h r o u g h i n t e r a c t i o n s w i t h m e m b e r s o f t h e M A D E F A S T c o m m u n i t y , fi n a l g e o m e t r i c t o l e r a n c e s a n d p e r f o r m a n c e r e q u i r e m e n t s f o r t h e c a s i n g w e r e e s t a b l i s h e d . A s t h e c a s i n g w a s o n l y t o b e a p r o t o t y p e , r i g o r o u s l y d e s i g n - i n g f o r t h e a c t u a l u s e e n v i r o n m e n t w a s r u l e d o u t . T h i s a l s o m e a n t t h a t t h e c a s i n g w a s t o b e f a b r i c a t e d f r o m e x i s t i n g s t o c k i f p o s s i b l e . B a s e d o n a c o m b i n a t i o n o f q u a l i t a t i v e a n d q u a n t i t a t i v e u s e r e q u i r e m e n t s f o r t h e c a s i n g , C O M A D E s u g g e s t e d s e v e r a l m a t e r i a l s . M a t c h i n g t h e s e s u g g e s t i o n s w i t h t h e a v a i l a b l e s u p p l y n a r r o w e d t h i s l i s t t o o n e m a t e r i a l . T h i s w a s a H e r c u l e s g r a p h i t e / e p o x y p r e p r e g ( A S 4 / 3 5 0 1 - 6 ) . A Q u a n t u m s h e e t m o l d i n g c o m p o u n d ( Q C - 8 8 0 0 ) w a s s u g g e s t e d b y a c o l l a b o r a t o r , a s t h i s m a t e r i a l h a d p r o v e n t o b e u s e f u l i n s i m i l a r a p p l i c a t i o n s a n d a s u p - p l y o f i t w a s a v a i l a b l e . A s t h i s t y p e o f m a t e r i a l w a s i n t h e l i s t o r i g i n a l l y s u g g e s t e d b y C O M A D E , i t m e t t h e r e q u i r e m e n t s f o r u s e . O t h e r a s p e c t s o f t h e m a t e r i a l d e s i g n p r o c e s s a r e s h o w n i n F i g u r e 6 0 . B a s e d o n a c o m b i n a t i o n o f a v a i l a b i l i t y , r e c o m m e n d a t i o n b y C O F A T E a n d p r o c e s s i n g r e q u i r e m e n t s o f t h e m a t e r i a l s , p r e p r e g a u t o c l a v e w a s c h o s e n a s t h e f a b r i c a t i o n R S A N L G I I M S I E S D E D N G A I M S O E D C 2 4 8 t e c h n o l o g y . A f t e r d i s c u s s i o n s w i t h t w o c o l l a b o r a t o r s , a s i m p l e c y l i n d r i c a l a l u m i n u m t o o l f o r t h e c a s i n g w a s d e s i g n e d . C o n s o l i d a t i o n i n t h e m a t e r i a l w a s a c h i e v e d b y u s i n g a h e a t - c u r a b l e s h r i n k t a p e a s s u g g e s t e d b y a c o l l a b o r a t o r . U s e o f t h i s t e c h n i q u e , c o - c u r i n g t h e S M C w i t h t h e e p o x y p r e p r e g . a n d fi n i s h i n g t h e p a r t b y s m o o t h i n g t h e o u t e r s u r f a c e e n a b l e d t h e p r o d u c t i o n o f a s u p e r i o r fi n i s h e d p a r t . T h e s e e k e r c a s i n g w a s c o m p l e t e d a n d s h i p p e d o u t f o r i n c l u s i o n i n t o t h e fi n a l s e e k e r a s s e m b l y . T h e c a s i n g w a s a h y b r i d c o m p o s i t e , w i t h a n i n t e r i o r o f q u a s i - i s o t r o p i c e p o x y c o - c u r e d t o a n e x t e r i o r o f v i n y l e s t e r / g l a s s S M C . T h i s h y b r i d n a t u r e c o m b i n e d t h e s t r u c t u r a l b e n e fi t s o f t h e e p o x y w i t h t h e i m p a c t r e s i s t a n c e o f t h e S M C . T h e p a r t h a d a w a l l t h i c k n e s s o f a p p r o x i m a t e l y 4 m m , h a d a 5 ” O D . a n d w a s 8 ” i n l e n g t h . A v a i l a b i l i t y P r o c e s s i n g R e q u i r e m e n t s G e o m e t r i c C o n s t r a i n t s P o s s i b i l i t i e s I m p l e m e n t e d C O N S T R A I N T C H E C K I N G R o c k e t M o t o r C a s i n g s R o c k e t F u e l T a n k s E n d - u s e P a r t P r o t o t y p e P a r t F i g u r e 6 0 . M a t e r i a l d e s i g n c o n s i d e r a t i o n s i n M A D E F A S T . i s s u e s o f a m a r k e t a n d f a c i l i t a t e t h e u s e o f c o m p o s i t e s i n t h a t m a r k e t . 2 4 9 O t h e r t h a n t h e a c t u a l p r o d u c t i o n o f a c o m p o s i t e m a t e r i a l , t h i s d e s i g n e x p e r i m e n t h a d t w o m a j o r r e s u l t s . O n e w a s t h e u s e a n d a c c e p t a n c e o f C O M A D E a s a v i a b l e s o u r c e o f c o m p o s i t e m a t e r i a l d e s i g n s . C o l l a b o r a t o r s r a n C O M A D E a n d d i s c u s s e d t h e r e s u l t s w i t h I S L r e s e a r c h e r s , a c c e p t i n g t h e g e n e r a t e d m a t e r i a l d e s i g n s a s v a l i d . T h e fi n a l w o r k i n g c o m p o s i t e w a s t h e n f a s h i o n e d f r o m m a t e r i a l d e s i g n s s u g g e s t e d b y C O M A D E . T h e o t h e r m a j o r o u t c o m e o f t h i s e x p e r i m e n t w a s a n i n c r e a s e d u n d e r s t a n d i n g o f t h e c o m p o s i t e s d e s i g n p r o c e s s . T h e t h r e e s t a r b u r s t d e s i g n v i s i o n e s p o u s e d b y t h e I S L ( F i g u r e 3 9 o n p a g e 1 5 0 ) , w h i l e d e s c r i p t i v e o f a n a b s t r a c t i o n o f t h e d e s i g n p r o c e s s u s e d , d o e s n o t f u l l y c a p t u r e t h e i n t e r a c t i o n s e x i s t i n g b e t w e e n m a t e r i a l d e s i g n , p r o c e s s d e s i g n , a n d p a r t d e s i g n . M A D E F A S T h e l p e d t o c l a r i f y s o m e i d e a s a b o u t h o w t h e s e i n t e r a c t i o n s s h o u l d a n d d o t a k e p l a c e . 1 1 . 2 I n t e g r a t e d D e s i g n i n a n I n d u s t r i a l S e t t i n g T h i s w o r k w a s t o m o d i f y C O M A D E a n d C O F A T ' E i n t o s y s t e m s s p e c i fi c t o h i g h t e m p e r a - t u r e p o l y m e r c o m p o s i t e s u s e d b y G E A i r c r a f t E n g i n e s . T h e e f f o r t h a d t w o g o a l s : d e v e l - o p i n g t h e s y s t e m s , a n d a s s e s s i n g t h e i m p a c t o n t h e c o m p o s i t e s d e s i g n v i s i o n t h a t s u c h a d e v e l o p m e n t m a y h a v e . T h e u s e o f h i g h t e m p e r a t u r e c o m p o s i t e s i n j e t e n g i n e s h o l d s p r o m i s e f o r r e d u c i n g b o t h w e i g h t a n d m a n u f a c t u r i n g c o s t s o f t h e s e l a r g e , c o m p l e x s y s t e m s . J e t e n g i n e s h a v e a s i g n i fi c a n t r o l e i n p o w e r g e n e r a t i o n a n d a i r l i n e p r o p u l s i o n . F o c u s i n g o n t h i s m a r k e t s e g - m e n t i s a n i m p o r t a n t e x a m p l e o f h o w C O M A D E c a n b e m o d i fi e d t o s e r v e t h e s p e c i fi c 2 5 0 B o t h C O M A D E a n d C O F A T E s h o w t h e c a p a b i l i t y t o o r g a n i z e a n d r e a s o n a b o u t c o m p o s i t e s d e s i g n k n o w l e d g e . H o w e v e r , m u c h o f t h e c u r r e n t c o m p r e h e n s i v e d o m a i n c o v - e r a g e b e c o m e s s u p e r fl u o u s o r a m b i g u o u s w h e n a p p l i e d t o a s p e c i fi c i n d u s t r i a l a p p l i c a t i o n o r p r o d u c t l i n e . T h i s e fl ' o r t c o n t i n u e d t h e d e v e l o p m e n t o f t h e s e s y s t e m s b y f o c u s i n g t h e i r c u r r e n t k n o w l e d g e a n d r e a s o n i n g o n a n a p p l i c a t i o n m a r k e t s e g m e n t , s p e c i fi c a l l y a i r c r a f t e n g i n e c o m p o n e n t s . M a n y i n p u t s u s e d i n C O M A D E m a p p e d d i r e c t l y i n t o s a l i e n t i n p u t s f o r t h e d e s i g n o f a i r c r a f t e n g i n e s . H o w e v e r , m u c h o f t h e m a t e r i a l i n C O F A T E w a s s u p e r fl u o u s . K n o w - l e d g e b e y o n d t h a t a l r e a d y p r e s e n t i n t h e t w o s y s t e m s w a s n e c e s s a r y t o m a k e d e s i g n d e c i - s i o n s f o r c o m p o s i t e s u s e d i n a i r c r a f t e n g i n e s . T h i s k n o w l e d g e i n c l u d e d i t e m s s u c h a s S p e c i fi c m a t e r i a l s y s t e m s a n d p r o c e s s i n g t e c h n o l o g i e s , a n d i n f o r m a t i o n r e q u i r e d t o m a k e d e c i s i o n s w i t h t h e s e a d d i t i o n s . A n o v e r a l l a r c h i t e c t u r e t h a t c o m b i n e d b o t h m a t e r i a l & p r o c e s s i n g i s s u e s w a s e s t a b l i s h e d . T h i s a r c h i t e c t u r e i n v o l v e d a t o t a l o f s i x p r o b l e m s o l v i n g u n i t s ( M a t e r i a l , F i b e r F o r m , M a t e r i a l S y s t e m , L a y u p , P r e p , C u r e ) c o m b i n e d i n a n i n t e g r a t i o n e n v i r o n m e n t . 1 T h i s i n t e g r a t i o n w o r k f o r m u l t i p l e a g e n t s i n v o l v e d a n a p p r o a c h n o t p r e v i o u s l y a p p l i e d i n t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l s d o m a i n . F i g u r e 6 1 s h o w s t h i s a r c h i t e c t u r e a n d t h e a c c o m p a n y i n g k n o w l e d g e fl o w t h r o u g h t h e G E A E C o m p o s i t e s D e s i g n e r . G E A E - C O D E w a s s u b j e c t e d t o p r e l i m i n a r y t e s t i n g a n d r e c e i v e d m i x e d a p p r o v a l f r o m G E A E . T h e d e c o m p o s i t i o n o f t h e d e s i g n p r o b l e m w a s a c c e p t e d e n t h u s i a s t i c a l l y ; h o w e v e r , t h e p r o c e s s i n g d e s i g n s g e n e r a t e d b y t h e s y s t e m w e r e n o t a s f o c u s s e d a s G E A E w a n t e d . 1 . T h i s u s e d t h e I S L ’ s g e n e r i c t a s k I n t e g r a t i o n F r a m e w o r k t h a t w a s d i s c u s s e d i n C h a p t e r T \ v o . 2 5 1 T h i s l a c k o f f o c u s w a s a d d r e s s e d i n t w o d i f f e r e n t w a y s . A r e e v a l u a t i o n o f t h e v a r i - a b l e s i n t h e G E A E - C O D E s y s t e m w a s p e r f o r m e d . S p e c i fi c a l l y , t h e i n fl u e n c e o f t h e v a r i - a b l e s o n t h e fi n a l d e s i g n w a s e v a l u a t e d . B e c a u s e o f t h i s e v a l u a t i o n , t h e l i s t o f v a r i a b l e s u s e d t o m a k e d e c i s i o n s w a s s t r e a m l i n e d s i g n i fi c a n t l y . A d d i t i o n a l l y , f u r t h e r p r o c e s s i n g k n o w l e d g e w a s o b t a i n e d f r o m G E A E a n d a d d e d t o t h e s y s t e m . T h e s t r u c t u r e o f t h e G E A E - C O D E s y s t e m c a l l s i n t o q u e s t i o n s o m e i d e a s t h a t h a v e b e e n h e l d a b o u t t h e o v e r a l l d e s i g n v i s i o n f o r c o m p o s i t e s . T h e c o m b i n a t i o n o f b o t h m a t e - r i a l a n d p r o c e s s d e s i g n w i t h i n t h e s a m e s y s t e m i s s o m e t h i n g t h a t h a s a l w a y s b e e n i r n p l i c - i t l y f o r b i d d e n b y t h e c o m p o s i t e s d e s i g n v i s i o n . H o w e v e r , a c l o s e r e x a m i n a t i o n o f t h e s t r u c t u r e o f G E A E - C O D E s h o w s t h a t t h e p r o c e s s d e s i g n i s e f f e c t i v e l y i s o l a t e d f r o m t h e p e r f o m i a n c e & e n v i r o n m e n t a l f a c t o r s M a t e r i a l R D m a t r i x & f i b e r c o m b i n a t i o n s A ’ F i b e r F o r m H C M a t e r i a l S y s t e m H C m a t e r i a l c a n d i d a t e s p e c i f i c a t i o n s p a r t & p r o c e s s i n g i s s u e s m a t e r i a l c a n d i d a t e & p r o c e s s i n g d e s i g n s ( m a t r i x , f i b e r , f i b e r f o r m , l a y u p , p r e p a r a t i o n , c u r e ) F i g u r e 6 1 . D e s i g n p r o b l e m d e c o m p o s i t i o n & k n o w l e d g e fl o w f o r t h e G E A E s y s t e m . 2 5 2 m a t e r i a l d e s i g n . T h e d e s i g n p r o c e s s w i t h i n G E A E - C O D E i s l i n e a r , w i t h t h e m a t e r i a l d e s i g n s e r v i n g a s a p r e c u r s o r t o t h e p r o c e s s d e s i g n . T h e v a l i d i t y o f C O M A D E a n d i t s a p p r o a c h t o t h e d e s i g n o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s w a s b o r n e o u t b y t h e d e v e 1 0 p m e n t o f t h e G E A E - C O D E s y s t e m . T h e d e c o m p o s i t i o n o f t h e m a t e r i a l d e s i g n p r o b l e m a n d a s u b s t a n t i a l p o r t i o n o f t h e d o m a i n k n o w l e d g e w i t h i n C O M A D E w e r e d i r e c t l y a p p l i c a b l e w i t h i n G E A E - C O D E . T h i s w a s i n d i r e c t c o n t r a s t t o C O F A T E , w h i c h , b e s i d e s a f e w v a r i a b l e s , w a s e n t i r e l y u n u s a b l e i n t h e n e w a p p l i c a t i o n d o m a i n . 1 1 . 3 I n - s e r v i c e E v a l u a t i o n o f C O M A D E U n l i k e t h e t w o p r e v i o u s p o r t i o n s o f t h i s c h a p t e r , t h i s s e c t i o n d e a l s w i t h t h e e v a l u a t i o n o f C O M A D E o n i t s o w n . T h e M A D E F A S T a n d G E A E v a l i d a t i o n s o f C O M A D E t o o k p l a c e w i t h h i g h l y f o c u s s e d e n v i r o n m e n t s t h a t s e t s p e c i fi c g r o u n d r u l e s f o r i t s u s e . B e c a u s e o f t h o s e l i m i t a t i o n s , t h e m e t r i c s w i t h w h i c h C O M A D E a n d t h e d e s i g n v i s i o n w e r e j u d g e d w e r e s t r a i g h t f o r w a r d . T h e r e a r e n o s u c h m e t r i c s w i t h i n t h e f o l l o w i n g d i s c u s s i o n . T h e f o l l o w i n g d i s c u s s i o n l o o k s a t t h e t w o w a y s u s e d t o e x p o s e C O M A D E t o a s m a n y i n d i v i d u a l u s e r s a s p o s s i b l e . T h e s e m e t h o d s i n v o l v e d c o n d u c t i n g d e m o n s t r a t i o n s o f C O M A D E i n p e r s o n a n d m a k i n g a v e r s i o n o f C O M A D E a v a i l a b l e t h a t c o u l d b e r u n o v e r t h e w e b . T h e r e s p o n s e s f r o m t h e s e u s e r s s e r v e a s a d d i t i o n a l m a t e r i a l f o r t h e a s s e s s m e n t o f C O M A D E ’ s v a l i d i t y . 1 1 . 3 . 1 D e m o n s t r a t i o n s o f C O M A D E A c o n c e r t e d e f f o r t t o s h o w C O M A D E t o i n d u s t r i a l u s e r s h a s b e e n u n d e r w a y s i n c e t h e c o m p l e t i o n o f C O M A D E . A s o f A p r i l 1 9 9 7 , n e a r l y 2 5 0 p e o p l e h a v e h a d C O M A D E 2 5 3 T a b l e 2 1 : S e l e c t e d d e m o n s t r a t i o n s o f t h e C O M A D E s y s t e m . C O M A D E s h o w n t o ( o r a t ) L o c a t i o n D a t e N S F C e n t e r I n d u s t r i a l A d v i s o r y B o a r d m e m b e r s E a s t L a n s i n g , M I M a y 1 9 9 4 A d v a n c e d D e s i g n G r o u p a t G E A i r c r a f t E n g i n e s C i n c i n n a t i , o n D e c e m b e r 1 9 9 4 H i m o n t I n t e r n a t i o n a l p e r s o n n e l E a s t L a n s i n g , M I J a n u a r y 1 9 9 5 C h r y s l e r r e s e a r c h p e r s o n n e l A u b u r n H i l l s , M I J a n u a r y 1 9 9 5 A a ' o q u i p p e r s o n n e l A n n A r b o r , M I F e b r u a r y 1 3 , 1 9 9 5 C a d i l l a c r e s e a r c h p e r s o n n e l F l i n t . M I M a r c h 2 , 1 9 9 5 F o r d r e s e a r c h p e r s o n n e l D e a r b o r n , M I M a r c h 7 , 1 9 9 5 B o o t h a t t h e 4 0 ' h i n t e r n a t i o n a l S A M P E E x h i b i t i o n A n a h e i m . C A M a y 8 - 1 0 . 1 9 9 5 e n e m a s m m s m . a s . . . v . t . . . 2 w . 1 . . . P r o s p e c t i v e M S U C h e m i c a l E n g i n e e r i n g g r a d u a t e s t u d e n t s E a s t L a n s i n g , M I M a r c h 1 3 , 1 9 9 6 S t a f f m e m b e r s f o r M i c h i g a n C o n g r e s s m a n D i c k C h r y s l e r W a s h i n g t o n , D C . M a r c h 1 8 , 1 9 9 6 M M ” i fl g m z fl w p g g w w F u n d “ W a s h i n g t o n , D C . M a r c h 1 9 , 1 9 9 6 M o n t e l l I n t e r n a t i o n a l p e r s o n n e l E a s t L a n s i n g , M I M a y 2 8 , 1 9 9 6 “ M a n a m a ” , ° ‘ 1 . . . . . . m t . . . m 0 . . m s . . 9 . . . P r o s p e c t i v e M S U C h e m i c a l E n g i n e e r i n g g r a d u a t e s t u d e n t s E a s t L a n s i n g , M I M a r c h 1 5 , 1 9 9 7 P r o s p e c t i v e M S U C h e m i c a l E n g i n e e r i n g g r a d u a t e s t u d e n t s E a s t L a n s i n g , M I M a r c h 2 2 , 1 9 9 7 2 5 4 d e m o n s t r a t e d t o t h e m . C O M A D E h a s a l s o b e e n i n s t a l l e d a t 1 2 c o m p a n i e s , r a n g i n g f r o m t h e B i g T h r e e t o G e n e r a l E l e c t r i c A i r c r a f t E n g i n e s t o A u t o A i r C o m p o s i t e s . I t h a s b e e n d e m o n s t r a t e d o n C a p i t o l H i l l , a t S A M P E ’ s A n n u a l S y m p o s i u m & E x h i b i t i o n , a n d a t D A R P A ’ s S o f t w a r e T e c h n o l o g y a n d I n t e l l i g e n t S y s t e m s S y m p o s i u m . T a b l e 2 1 s h o w s a s e l e c t e d l i s t i n g o f t h e d e m o n s t r a t i o n s o f C O M A D E g i v e n o v e r t h e p a s t t h r e e y e a r s . T h e s e d e m o n s t r a t i o n s h a v e p r o v i d e d s i g n i fi c a n t e x p o s u r e f o r C O M A D E . T h e y h a v e a l s o p r o v i d e d a n i m p e t u s f o r s e v e r a l i n d u s t r i a l l y f o c u s s e d s y s t e m s , i n c l u d i n g t h e G E A E - C O D E s y s t e m m e n t i o n e d p r e v i o u s l y . T h a t C O M A D E h a s s p a r k e d a d d i t i o n a l r e s e a r c h i n c o m p o s i t e s d e s i g n s p e a k s v o l u m e s a b o u t t h e f a v o r a b l e l i g h t i n w h i c h i t i s v i e w e d . W h i l e a n e c e s s a r y d i s t r i b u t i o n , p u b l i c i t y , a n d v a l i d a t i o n m e c h a n i s m e a r l y i n t h e l i f e o f C O M A D E , r e c e n t e f f o r t s a t d e m o n s t r a t i n g t h e s y s t e m i n p e r s o n h a v e d e c l i n e d . T h a t m o d e o f d i s t r i b u t i o n c o n s u m e d s i g n i fi c a n t t i m e a n d r e s o u r c e s . T h e p r e f e r r e d m o d e o f d e m o n s t r a t i o n n o w l e t s u s e r s c o m e t o C O M A D E , r a t h e r t h a n t a k i n g C O M A D E t o t h e u s e r s . T h i s h a s b e e n a c c o m p l i s h e d b y m a k i n g C O M A D E a v a i l a b l e o v e r t h e w e b . 1 1 . 3 . 2 W e b V e r s i o n o f C O M A D E T h e e m e r g e n c e o f t h e w e b a s a p o p u l a r m e d i u m f o r t h e e x c h a n g e a n d d e l i v e r y o f i n f o r m a t i o n w a s u n d e r w a y a t t h e t i m e C O M A D E w a s o r i g i n a l l y c o m p l e t e d . C O M A D E w a s fi r s t d e m o n s t r a t e d i n M a y o f 1 9 9 4 , a n d i n J u n e o f 1 9 9 4 a v e r s i o n o f C O M A D E w a s m a d e a v a i l a b l e o n t h e w e b ‘ . T h i s v e r s i o n c o u l d b e u s e d b y a n y o n e , a n y w h e r e i n t h e 1 . T h i s v e r s i o n o f C O M A D E c a n b e r e a c h e d v i a t h e I S L h o m e p a g e a t h t t p : / A s l e m m s u e d u b y f o l l o w i n g t h e l i n k s f o r c o m p o s i t e s r e s e a r c h . A l s o a v a i l a b l e i s a v e r s i o n o f t h e I S L ’ s f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g y s e l e c t o r , C O F A T E . 2 5 5 C O M A D E C o u p o s t e M a t e r i a l D e s i g n e r C h e m i c a l E n v i ' o n m e n t : L W " I F l a m e R e t a r d a n t » : H u m i d E n v i o n m e n t : U s e h o n o r a b l e ( O ) : [ z o o S t r e s s E n v i r o n m e n t [ e o n s i a r t J R e q u i r e d F l e x u r a l M o d u l u s : [ z o o R e q u i r e d T e n s i l e S t r e n g t h : [ z o o F i g u r e 6 2 . I n p u t p r o m p t f o r w e b - b a s e d v e r s i o n o f C O M A D E . w o r l d , a n d a n y t i m e . N e a r l y s i m u l t a n e o u s l y , e x t e n s i v e d o c u m e n t a t i o n o f t h e r a t i o n a l e b e h i n d a n d t h e s p e c i fi c k n o w l e d g e w i t h i n C O M A D E w e r e a l s o m a d e a v a i l a b l e o n t h e w e b . B y t o d a y ’ s s t a n d a r d s f o r t h e w e b , t h e o r i g i n a l i n t e r f a c e f o r u s i n g C O M A D E w a s q u i t e p r i m i t i v e . H o w e v e r , a s t h e t e c h n o l o g i c a l c a p a b i l i t i e s b e c a m e a v a i l a b l e t h e w e b v e r - s i o n o f C O M A D E w a s i m p r o v e d . F i g u r e 6 2 s h o w s t h e c u r r e n t l y p r e s e n t e d u s e r i n t e r f a c e f o r C O M A D E o n t h e w e b ] . U s i n g t h e w e b a s a p r e s e n t a t i o n m e d i u m l i m i t s t h e m e t h o d o f p r e s e n t a t i o n . T h e r e s u l t s o f C O M A D E p r e s e n t e d t o t h e u s e r a r e s i m p l e l i s t s o f m a t e r i a l s y s t e m s a n d n o d o c - u m e n t a t i o n o f t h e s e r e s u l t s i s p o s s i b l e . T h i s i s i n c o n t r a s t t o t h e s t a n d - a l o n e v e r s i o n o f C O M A D E , i n w h i c h a n e x p l a n a t i o n m a y b e r e q u e s t e d f o r a n y g e n e r a t e d p o r t i o n o f a l . T h i s i s c u r r e n t a s o p r r i l 1 9 9 7 . 2 5 6 d e s i g n . T h e u s e r i n t e r f a c e c a p a b i l i t i e s a n d b a n d w i d t h o f t h e w e b h a v e n o t a d v a n c e d f a r e n o u g h t o m a k e t h i s s o r t o f d o c u m e n t a t i o n e a s y . O v e r a l m o s t t h r e e y e a r s o v e r 1 , 8 0 0 d i fl ‘ e r e n t u s e r s h a v e r u n C O M A D E o v e r t h e w e b . T h i s m a y s e e m l i k e a l o t , b u t i n s t a n d a r d w e b t e r m s t h i s i s a n e g l i g i b l e t r i c k l e o f a c t i v i t y . A v e r a g i n g t h i s o u t o v e r t h e t h r e e y e a r s g i v e s a b o u t 2 0 u s e s o f C O M A D E a w e e k . U s e o f t h i s s y s t e m c o n t i n u e s e v e n n o w , t h r e e y e a r s a f t e r i t s i n c e p t i o n ] . W h i l e s m a l l b y w e b s t a n d a r d s , t h i s k i n d o f e x p o s u r e i s f a r g r e a t e r t h a n i s p o s s i b l e w i t h i n d i v i d u a l d e m o n s t r a t i o n s a s i t i s n o t l i m i t e d b y a v a i l a b i l i t y o f p e r s o n n e l , s c h e d u l i n g , o r fi n a n c e s . G r a n t e d , n o t e v e r y u s e r o f C O M A D E i s s e r i o u s l y i n t e r e s t e d i n c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n , n e v e r t h e l e s s , e n o u g h l e g i t i m a t e u s e o f t h e w e b v e r s i o n o f C O M A D E h a s t a k e n p l a c e o v e r i t s l i f e t i m e t o g e n e r a t e u s e f u l r e s p o n s e . T h e r e h a v e b e e n t h r e e m a i n t y p e s o f l e g i t i m a t e u s e r s o f C O M A D E o n t h e w e b . T h e fi r s t t y p e w a s e x e m p l i fi e d b y t h e M A D E F A S T e x p e r i m e n t , d e t a i l e d e a r l i e r . T h e s e c - o n d u s e i s b y a c a d e m i c i n s t i t u t i o n s , e i t h e r r e s e a r c h e r s o r s t u d e n t s . A n e x a m p l e o f s u c h a u s e i s p r e s e n t e d b e l o w . T h e fi n a l u s e i s b y i n d u s t r i a l r e s e a r c h e r s w h o a r e l o o k i n g f o r w a y s t o a p p l y C O M A D E o r a s i m i l a r a p p r o a c h t o t h e i r s p e c i fi c r e s e a r c h p r o b l e m s . A n e x a m p l e o f t h i s i n d u s t r i a l u s e c o n c l u d e s t h i s s e c t i o n . A u s t r a l i a n M a t e r i a l S c i e n c e C l a s s . T h e w e b v e r s i o n s o f C O M A D E a n d C O F A T E w e r e u s e d b y s t u d e n t s a t t h e U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , S y d n e y i n A u s t r a l i a , f o r a c a p s t o n e c o u r s e i n m a t e r i a l s c i e n c e . T h e i n s t r u c t o r f o r t h e c o u r s e s e n t a r e q u e s t f o r a d d i t i o n a l e x p l a n a t i o n a n d p a i d a c o m p l i m e n t [ H e n e s s , 1 9 9 6 a ] : 1 . T h e w e e k o f M a r c h 2 3 - 2 9 , 1 9 9 7 t h e r e w e r e 1 2 s e p a r a t e u s e r s w h o r a n t h e w e b - b a s e d v e r s i o n o f C O M A D E . 2 5 7 I j u s t t r i e d u s i n g t h e f a b r i c a t i o n s e l e c t o r . w o u l d . y o u : m i n d e x p l a i n i n g w h a t m a t c h m e a n s a s o p p o s e d t o a g a i n s t ? N i l I t a k e i t m e a n s i t d o e s n o t m a t c h a t a l l . T h a n k s f o r y o u r h e l p . B o t h t h i s a n d t h e m a t e r i a l s s e l e c t o r a r e g o o d w o r k . A f t e r a r e s p o n s e t o t h e s e q u e s t i o n s w a s s e n t , t h e i n s t r u c t o r r e s p o n d e d w i t h c o m - m e n t s a b o u t t h e s y s t e m s f r o m t h e s t u d e n t s ( a n d a n o t h e r c o m p l i m e n t ) [ H e n e s s , l 9 9 6 b ] : M a n y t h a n k s , t h a t c l e a r s i t u p . I h a v e s o m e s t u d e n t s i n a f i n a l y e a r s u b j e c t u s e i t . Y o u m i g h t b e i n t e r e s t e d i n s o m e c o m m e n t s . G e n e r a l l y t h e y t h i n k t h a t y o u o f t e n e n d u p w i t h t o o m a n y c h o i c e s , p a r - t i c u l a r l y w i t h t h e m a t e r i a l s s e l e c t o r . I s u g g e s t t h e y r e f i n e t h e i r s e a r c h p a r a m e t e r s . T h e s e c o n d i s t h a t f o r t h e m a t e r i a l s , e s p e c i a l l y t h e m a t r i x m a t e r i a l s , t h e r e a r e m a n y a b b r e v i a t i o n s a n d t r a d e n a m e s w h i c h d o n ' t a l l o w t h e m t o w o r k o u t w h a t i t i s . I m u s t a d m i t t h a t I h a v e n o t l o o k e d t o o c l o s e l y a t t h i s . T h e l a s t i s t h a t t h e y o f t e n g e t n o m a t c h e s f o r t h e f a b r i c a t i o n . A g a i n , I s u g g e s t t h a t t h e y r e f i n e t h e i r p a r a m e t e r s . A l l i n a l l , t h i s i s a v e r y u s e f u l s i t e a n d c o n g r a t - u l a t i o n s t o a l l i n v o l v e d . A l i m i t a t i o n o f t h e w e b - b a s e d v e r s i o n o f C O M A D E , a s m e n t i o n e d e a r l i e r , w a s t h e l a c k o f d e t a i l e d d o c u m e n t a t i o n . P r o v i d i n g t h e k i n d o f d o c u m e n t a t i o n a v a i l a b l e w i t h t h e s t a n d - a l o n g v e r s i o n o f C O M A D E w o u l d h a v e e l i m i n a t e d t h e c o n f u s i o n o v e r a b b r e v i a - t i o n s . T h a t t h e s t u d e n t s w e r e g e t t i n g t o o m a n y m a t e r i a l s y s t e m s a s o u t p u t s p e a k s t o a c o u p l e o f i s s u e s . T h e fi r s t i s t h a t t h e u s e r i n t e r f a c e ( a s s h o w n i n F i g u r e 6 2 ) d o e s n o t g i v e e n o u g h o f a n e x p l a n a t i o n o f h o w t h e v a r i a b l e s a r e u s e d t o m a k e d e c i s i o n s . A s a r e s u l t , u s e r s c a n h a v e u n r e a l i s t i c e x p e c t a t i o n s a b o u t t h e t y p e s o f a n s w e r s C O M A D E s h o u l d g e n - e r a t e . S e c o n d l y , a n d m o r e i m p o r t a n t l y , i s t h a t t h e k n o w l e d g e w i t h i n C O M A D E m o s t l i k e l y n e e d s t o b e a u g m e n t e d t o r e d u c e t h e n u m b e r o f d e s i g n s . A s i m i l a r d e v e l o p m e n t t o t h a t d i s c u s s e d f o r t h e G E A E - C O D E s y s t e m e a r l i e r m a y b e r e q u i r e d . A e r o q u i p R e q u e s t . I n d u s t r i a l r e s e a r c h e r s a r e a l w a y s l o o k i n g f o r n e w w a y s o f s o l v i n g t h e i r s p e c i fi c r e s e a r c h p r o b l e m s . B y h a v i n g C O M A D E a v a i l a b l e o n t h e w e b , s u c h 2 5 8 r e s e a r c h e r s c a n t e s t t h e c a p a b i l i t i e s o f C O M A D E t o s e e i f i t i s u s e f u l t o t h e m . T h e s e r e s e a r c h e r s a r e l o o k i n g t o a p p l y C O M A D E o r a s i m i l a r a p p r o a c h t o t h e i r s p e c i fi c r e s e a r c h p r o b l e m s . O n e s u c h e x a m p l e o f a n i n d u s t r i a l r e s e a r c h e r w h o f o u n d C O M A D E a n d i t s m e t h o d o l o g y t o b e p o s s i b l y u s e f u l f o r t h e i r r e s e a r c h s e n t t h e f o l l o w i n g e m a i l [ H o f m a n n , 1 9 9 6 ] : I a m w i t h A e r o q u i p C o r p , a T R I N O V A c o m p a n y . W e a r e a w o r l d - l e a d e r i n f l u i d c o n v e y i n g p r o d u c t s , f o r e x a m p l e , r u b b e r h o s e . I a m p a r t o f A e r o - q u i p ' s A d v a n c e d C o m p u t e r T e c h n o l o g y a n d I n f o r m a t i o n S y s t e m s g r o u p . O n e o f o u r p r o j e c t s t a k e s a l o o k a t t h e o u r c o m p o u n d i n g p r o c e s s . D u r - i n g m y i n v e s t i g a t i o n , I d i s c o v e r e d y o u r C O M A D E t o o l / p r o j e c t . I t l o o k s l i k e y o u r t o o l c o u l d b e u s e d t o s u p p o r t t h e c o m p o u n d i n g p r o c e s s o f r u b b e r h o s e ? I f s o , I w o u l d l i k e t o l e a r n m o r e a b o u t y o u r p r o j e c t ? A n i n t e r e s t i n g s i d e n o t e t o t h i s i s t h a t C O M A D E w a s s h o w n a t A e r o q u i p , b u t n o t t o t h e A d v a n c e d C o m p u t e r T e c h n o l o g y a n d I n f o r m a t i o n S y s t e m s g r o u p . T h e c o n t a c t a b o v e w a s i n d e p e n d e n t o f t h a t d e m o n s t r a t i o n , a n d w a s i n i t i a t e d d u e t o t h e p r e s e n c e o f C O M A D E o n t h e w e b . B y h a v i n g C O M A D E a v a i l a b l e o n - l i n e , t h o s e w h o a r e i n t e r e s t e d i n e i t h e r t h e d o m a i n o r t h e a p p r o a c h u s e d i n C O M A D E c a n fi n d a n d u s e i t f o r t h e m s e l v e s a n d r e q u e s t m o r e i n f o r m a t i o n a s n e e d e d . A l t h o u g h n o t h i n g r e s u l t e d f r o m t h i s c o n t a c t , i t s h o w s t w o t h i n g s . O n e , p e o p l e c a n g e t t h e i r h a n d s o n C O M A D E o n - l i n e w i t h o u t b e i n g h a n d - h e l d t h r o u g h t h e p r o c e s s . T w o , i t s h o w e d t h a t t h e a p p r o a c h u s e d i n C O M A D E i s p e r c e i v e d a s p o t e n t i a l l y u s e f u l e v e n f o r w i d e l y d i s p a r a t e a p p l i c a t i o n d o m a i n s s u c h a s ' h o s e c o m p o u n d i n g . W h i l e C O M A D E a s i t i s c a n n o t d e s i g n f o r s u c h a p p l i c a t i o n s , t h e u n d e r l y i n g r a t i o n a l e a n d t o o l s w i t h w h i c h i t w a s b u i l t a r e p r i m e d f o r u s e i n d i f f e r e n t d o m a i n s . T h a t t h e t o o l s c a n b e u s e d i n s u c h a w a y i s n o s u r p r i s e , a s t h a t i s t h e i n t e n t b e h i n d t h e i r c r e a t i o n . T h e p e r c e p t i o n o f t h e r a t i o n a l e a s u s e f u l i n o t h e r d o m a i n s i s a v e r y f a v o r a b l e r e fl e c t i o n o n t h e c a p a b i l i t i e s o f C O M A D E . 2 5 9 1 1 . 4 S u m m a r y A t y p i c a l e v a l u a t i o n p r o c e s s f o r k n o w l e d g e b a s e d s y s t e m s i n v o l v e s c o m p a r i n g t h e b e h a v - i o r o f t h e s y s t e m a g a i n s t t h a t o f s e v e r a l e x p e r t s . E a c h e x p e r t a n d t h e s y s t e m a r e p o s e d t h e s a m e d e s i g n p r o b l e m s a n d t h e r e s u l t s a r e c o m p a r e d . H o w e v e r , a d i f fi c u l t y w i t h s u c h a v a l - i d a t i o n a p p r o a c h i s t h a t d e s i g n i s a v e r y s u b j e c t i v e a c t i v i t y . T h e o d d s a r e t h a t e v e r y g e n e r - a t e d d e s i g n w i l l b e d i f f e r e n t . I f t h e d e s i g n s a r e d i fl ‘ e r e n t , t h e n t h e r e c a n b e n o r e a l b a s i s f o r c o m p a r i s o n . S u c h a n a p p r o a c h i s a l s o i n h e r e n t l y fl a w e d , a t l e a s t a s p o t e n t i a l l y a p p l i e d t o v a l i - d a t i n g C O M A D E , b e c a u s e t h e d e s i g n u n d e r t a k e n i n C O M A D E i s f u n d a m e n t a l l y d i f f e r e n t f r o m d e s i g n a s p e r f o r m e d b y m o s t c o m p o s i t e s d e s i g n e r s . T h e i n d u s t r i a l a m b i g u i t y o f C O M A D E p r e c l u d e s a n y d e e p c o n s i d e r a t i o n o f m a n y f a c t o r s t h a t d r i v e t h e t y p i c a l m a t e - r i a l s y s t e m d e s i g n p r o c e s s . A d d i t i o n a l l y , t h e l e v e l o f a b s t r a c t i o n a t w h i c h t h e d e s i g n i n C O M A D E i s p e r f o r m e d i s d i s s i m i l a r f r o m t h a t u s e d b y c o m p o s i t e s d e s i g n e r s . A fi n a l d i s - t i n c t i o n i s t h e d e s i g n i n t e n t : C O M A D E l o o k s f o r a f a m i l y o f s a t i s f y c i n g m a t e r i a l s y s t e m s , w h i l e t h e c o m p o s i t e s d e s i g n e r w a n t s t h e b e s t d e s i g n . A n o t h e r w a y o f a s s e s s i n g t h e v a l i d i t y o f C O M A D E a n d t h e d e s i g n v i s i o n m u s t b e u s e d . A n i d e a f o r d o i n g s o c a n b e s e e n i n t h e d e fi n i t i o n o f t h e w o r d v a l i d l : h a v i n g t h e p o w e r t o i m p r e s s o t h e r s a s r i g h t a n d w e l l - f o u n d e d , f o u n d e d o n t r u t h o r f a c t , c a p a b l e o f b e i n g j u s t i fi e d o r d e f e n d e d . 1 . D e fi n i t i o n t a k e n f r o m M e r r i a m - W e b s t e r ’ s w e b - b a s e d d i c t i o n a r y , W W W e b s t e r . T h i s r e f a e n c e c a n b e a c c e s s e d a t h t t p : / / w w w a n - w . c o m f n e t d i c t . h t m . 2 6 0 H o w v a l i d i s t h e p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n e r C O M A D E ? H o w v a l i d i s t h e d e s i g n v i s i o n f o r c o m p o s i t e s ? T h e m e t r i c f o r a n s w e r i n g t h e s e t w o q u e s t i o n s t h a t c a n b e e x t r a p o l a t e d f r o m t h e a b o v e d e fi n i t i o n i s t h a t t h e y m u s t b e a c c e p t e d b y o t h e r s a s “ r i g h t a n d w e l l - f o u n d e d . ” W h a t h a s a r i s e n t h r o u g h o u t t h e d i s c u s s i o n i n t h i s c h a p t e r i s t h a t C O M A D E i s p e r - c e i v e d t o b e g o o d a t w h a t i t d o e s . T h e M A D E F A S T e x p e r i m e n t s h o w e d t h e u s e a n d a c c e p t a n c e o f C O M A D E a s a v i a b l e s o u r c e o f c o m p o s i t e m a t e r i a l d e s i g n s . T h e v a l i d i t y o f C O M A D E a n d i t s a p p r o a c h t o t h e d e s i g n o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s w a s h o m e o u t b y t h e s u c - c e s s f u l d e v e l o p m e n t o f t h e G E A E - C O D E s y s t e m . T h e s y s t e m s d e v e l o p e d f r o m C O M A D E s h o w t h e f a v o r a b l e l i g h t i n w h i c h i t i s v i e w e d . P e r c e p t i o n o f t h e r a t i o n a l e a s u s e f u l i n o t h e r d o m a i n s i s a v e r y f a v o r a b l e r e fl e c t i o n o n t h e c a p a b i l i t i e s o f C O M A D E . I n a d d i t i o n , C O M A D E h a s r e c e i v e d a c c o l a d e s f r o m i t s u s e r s [ H e n e s s , 1 9 9 6 a ; H e n e s s , 1 9 9 6 b ] a n d o t h e r r e s e a r c h e r s ( 1 9 9 3 - 1 9 9 4 M i c h i g a n M a t e r i a l s & P r o c e s s i n g I n s t i t u t e a w a r d f o r b e s t r e s e a r c h ) . T h e d e s i g n v i s i o n f o r c o m p o s i t e s h a s n e v e r b e e n p r o c l a i m e d a s d e fi n i t i v e . T h e i n t e r a c t i o n s e x i s t i n g b e t w e e n m a t e r i a l d e s i g n , p r o c e s s d e s i g n , a n d p a r t d e s i g n r e m a i n u n c l e a r . T h e s e i n t e r a c t i o n s h a v e b e c o m e m o r e d e fi n e d b e c a u s e o f f e e d b a c k f r o m u s e r s a n d e x a m i n a t i o n o f t h e c o m p o s i t e s d e s i g n p r a c t i c e i n i n d u s t r y . T h e s e p a r a t i o n o f t h e d e s i g n v i s i o n i n t o p o r t i o n s f o r m a t e r i a l , p r o c e s s i n g , a n d a s s e m b l y h a s b e e n a c c e p t e d a s p o t e n t i a l l y u s e f u l . H o w e v e r , d u e t o t h e a b s t r a c t n a t u r e o f t h e d e s i g n v i s i o n a n d t h e l a c k o f e x p l i c i t l y d e t a i l e d i n t e r a c t i o n s , t h i s a c c e p t a n c e c a n n o t b e t r a n s l a t e d i n t o v a l i d a t i o n w i t h - o u t f u r t h e r e l i c i t a t i o n o f t h e d e t a i l s o f t h e d e s i g n v i s i o n . 2 6 1 J u s t b e c a u s e C O M A D E a n d t h e d e s i g n v i s i o n c a n b e c o n s i d e r e d t o h a v e b e e n v a l i - d a t e d d o e s n o t m e a n t h a t t h e y a r e c o m p l e t e . I t j u s t m e a n s t h a t t h e y h a v e b e e n c o n s i d e r e d g o o d a t w h a t t h e y d o . T h e r e i s a l w a y s r o o m f o r i m p r o v e m e n t . U s e r s o f C O M A D E w a n t i t t o d o m o r e a n d d i f f e r e n t t h i n g s . T h e d e t a i l s o f t h e d e s i g n v i s i o n n e e d t o b e d i s c o v e r e d . T o e x p a n d t h e c a p a b i l i t i e s o f C O M A D E a n d t h e u n d e r s t a n d i n g o f t h e d e s i g n p r o c e s s , a d e t a i l e d e x a m i n a t i o n o f t h e f o c u s a n d c o n t e n t o f C O M A D E m u s t fi r s t b e d o n e . T h i s e x a m i n a t i o n s h o u l d b e d o n e w i t h a n e y e t o w a r d a u g m e n t a t i o n a n d c u s t o m i z a t i o n o f C O M A D E . T h e f o l l o w i n g c h a p t e r p r e s e n t s j u s t s u c h a n e x a m i n a t i o n . C H A P T E R 1 2 A C r i t i c a l E x a m i n a t i o n o f C O M A D E ’ s L e g a c y “ T h e s i g n i fi c a n t p r o b l e m s w e f a c e c a n n o t b e s o l v e d a t t h e s a m e l e v e l o f t h i n k i n g w e w e r e a t w h e n w e c r e a t e d t h e m . ” A l b e r t E i n s t e i n I n t h e o n g o i n g s e a r c h f o r k n o w l e d g e a n d u n d e r s t a n d i n g , t h e r e a r e a d v a n c e s u p o n w h i c h o n e m u s t r e fl e c t t o f u l l y a p p r e c i a t e t h e i r s i g n i fi c a n c e . T h e d e v e l o p m e n t o f t h e m a t e r i a l i n t h i s d i s s e r t a t i o n i s o n e s u c h a d v a n c e . T h e u n d e r s t a n d i n g o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n d e v e l o p e d i n t h i s d i s s e r t a t i o n e x h i b i t s a m a r k e d m a t u r i t y o v e r i t s i n t e l l e c t u a l r o o t s . T h i s c h a p t e r p r o v i d e s a r e c a p a n d a n a l y s i s o f t h e a d v a n c e s f o r c o m p o s i t e m a t e r i a l d e s i g n . T h e i n c r e a s e d c o m p r e h e n s i o n o f t h e c o m p o s i t e s d e s i g n p r o c e s s i s p r e s e n t e d i n t h e f o l l o w i n g s e c t i o n w i t h t h e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n p r o c e s s . T h e s e t w o . v i s i o n s g i v e a s u c - c i n c t g l o b a l p i c t u r e o f c o m p o s i t e d e s i g n . A l l e n g i n e e r s l e a r n e a r l y i n t h e i r e d u c a t i o n t h a t l e a r n i n g i s n o t a l l a b o u t g l o w i n g s u c c e s s e s . W i t h f a i l u r e c o m e s i n c r e a s e d u n d e r s t a n d i n g . O n l y b y c r i t i c a l l y e x a m i n i n g w h a t h a s b e e n d o n e c a n t r u e a d v a n c e s b e m a d e . T h u s , a f t e r t h e g l o b a l p i c t u r e , t h e d i s c u s - s i o n i n t h i s c h a p t e r t u r n s t o a n e v a l u a t i o n o f t h e l i m i t a t i o n s o f t h e c u r r e n t u n d e r s t a n d i n g . 2 6 2 2 6 3 H o w e v e r , e v e n w i t h t h e i n c r e a s e d c a p a b i l i t i e s a n d u n d e r s t a n d i n g t h a t h a v e b e e n p r e s e n t e d , t h e r e i s a l w a y s s o m e t h i n g e l s e t o c o n s i d e r . T h e r e f o r e , t h i s c h a p t e r c o n c l u d e s b y d i s c u s s - i n g t w o a p p r o a c h e s f o r e x p a n d i n g t h e c a p a b i l i t i e s o f C O M A D E . 1 2 . 1 C o m p o s i t e s D e s i g n M i l i e u T h r o u g h o u t t h i s d i s s e r t a t i o n , a g r a d u a l u n d e r s t a n d i n g o f a n e w w a y t o t h i n k a b o u t c o m - p o s i t e s d e s i g n h a s b e e n b u i l d i n g . F r o m t h e i n i t i a l c o n s i d e r a t i o n o f t h e a t t e m p t s o f o t h e r r e s e a r c h e r s i n C h a p t e r F o u r , t o t h e o v e r v i e w o f p r e v i o u s r e s e a r c h i n t h e I S L i n C h a p t e r F i v e , t h i s u n d e r s t a n d i n g h a d r e a c h e d a p l a t e a u i n C h a p t e r S i x . A n i n i t i a l c o n c e p t i o n t h a t t h e o l d w a y s w e r e n o t w h a t t h e n e w w a y w o u l d b e h a d f o r m e d . N o w , a f t e r s e v e r a l n e w c o n t r i b u t i o n s h a v e i n t i m a t e d s o m e t h i n g d i f f e r e n t , r e c o n s i d - e r a t i o n o f t h e o r i g i n s b r i n g s t o l i g h t w h a t h a s b e e n d i s c o v e r e d . T h i s d i s c u s s i o n e x a m i n e s t h e t w o a s p e c t s o f c o m p o s i t e s d e s i g n w i t h w h i c h t h i s c o n c e p t i o n s t a r t e d i n C h a p t e r S i x : c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n , a n d g l o b a l c o m p o s i t e d e s i g n . 1 2 . 1 . 1 C o m p o s i t e M a t e r i a l S y s t e m D e s i g n V i s i o n F i g u r e 6 3 s h o w s t h e m o d i fi e d v i s i o n f o r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n . T h e m o s t s i g n i fi c a n t d i f f e r e n c e i n t h i s v i s i o n i s t h e a b s e n c e o f a p r o j e c t e d f u n c t i o n a l r e a s o n i n g c o m p o n e n t . D u r i n g t h e d e v e l o p m e n t o f C O M A D E , a r e c o n s i d e r a t i o n o f t h e r e q u i r e m e n t s f o r s u c h a c o m p o n e n t w a s m a d e . F o r t h i s c o m p o n e n t t o b e i m p l e m e n t e d , s u b s t a n t i a l p h e - n o m e n o l o g i c a l m o d e l s c o r r e l a t i n g fi b e r / m a t r i x i n t e r a c t i o n s w i t h t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e fi n a l c o m p o s i t e a r e n e e d e d . N o s u c h m o d e l s e x i s t , n o r a r e t h e y l i k e l y t o e v e r e x i s t . 2 6 4 M a t e r i a l d e s i g n r e q u i r e m e n t s i N O c a s e s “ 3 ‘ R o u t i n e D e s i g n e r D e s i g n M o d i f i e r \ F s fl e d d e s i g n m o d i f i c a t i o n G e n e r a t e d d e s i g n ( s ) M o d i f i e d d e s i g n c s s e F i g u r e 6 3 . T h e c u r r e n t c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n v i s i o n . 1 2 . 1 . 2 G l o b a l C o m p o s i t e s D e s i g n V i s i o n A t t h e i n c e p t i o n o f t h i s r e s e a r c h , i t w a s a p p a r e n t t h a t t h e v i s i o n o f t h e c o m p o s i t e s d e s i g n p r o c e s s s h o u l d n o t b e l i n e a r . T h e c o n c e p t i o n w a s t h a t t h e d e s i g n p r o c e s s w a s c o n - n e c t e d o n m a n y l e v e l s . H o w e v e r , t h e d e t a i l s o f h o w t h e s e l e v e l s i n t e r a c t w e r e u n c l e a r . S e p a r a t i n g o u t t h e i n d i v i d u a l d e s i g n d o m a i n s w a s p r e d i c t e d t o e a s e t h e d e s i g n p r o c e s s b y s i m p l i f y i n g t h e d o m a i n c o v e r a g e f o r e a c h s y s t e m d e v e l o p e d t o s o l v e t h e m . T h e s e p a r a t i o n o f t h e d e s i g n p r o c e s s i n t o t h r e e p o r t i o n s t h a t i n t e r a c t e d i n s o m e u n k n o w n w a y w a s d e p i c t e d u s i n g t h r e e s t a r b u r s t s t h a t d i d n o t m e s h i n a n y “ e a s y ” g e a r - l i k e fi t . T h i s d e p i c t e d t h e e x p e c t e d m u l t i p l e i n t e r a c t i o n s b e t w e e n t h e d e s i g n a r e a s , b u t n e i t h e r t h e m e t h o d o f i m p l e m e n t a t i o n n o r t h e o r d e r o f e x e c u t i o n w a s m a n d a t e d . F i g u r e 6 4 . D e s i g n s p i r a l f o r c o m p o s i t e s . F i g u r e 6 4 p r e s e n t s a m o d i fi e d v e r s i o n o f t h e t h r e e s t a r b u r s t v i s i o n f o r t h e c o m p o s - i t e s d e s i g n p r o c e s s . T h e s t a r b u r s t o v e r l a y a d e s i g n s p i r a l t h a t m i n g l e s a s p e c t s f r o m e a c h a r e a w i t h o t h e r s . T h i s i n t e r r n i n g l i n g o c c u r s o n s e v e r a l c o n c e n t r i c r i n g s . T h e d e s i g n s p i r a l t e l l s a s t o r y o f t h e e n t i r e d e s i g n p r o c e s s , b u t d o e s s o w i t h o u t m a n d a t i n g p a r t i c u l a r p r o b l e m s o l v i n g t e c h n i q u e s . T h e d e s i g n s p i r a l s t o r y s t a r t s o n t h e p e r i p h e r y a n d w o r k s t o w a r d t h e c e n t e r . T a k i n g m a t e r i a l d e s i g n a s t h e s t a r t i n g p o i n t , n o t i c e t h e u n d e r l y i n g s h a d o w o f t h e m a t e r i a l d e s i g n s t a r b u r s t . B e g i n n i n g a t a p p r o x i m a t e l y t w o o ’ c l o c k i n t h i s s h a d o w , n o t i c e t h a t t h i s a r e a i s c o m p l e t e l y i s o l a t e d f r o m t h e o t h e r p o r t i o n s o f t h e d e s i g n p r o c e s s : i t i s p u r e m a t e r i a l d e s i g n . B y g o i n g t h r o u g h m a t e r i a l d e s i g n , a n i n t e r a c t i o n w i t h p r o c e s s d e s i g n o c c u r s , t h e 2 6 6 fi r s t o f t h r e e p o s s i b i l i t i e s . A t t h i s p o i n t , t h e r e s u l t s o f t h e p u r e m a t e r i a l d e s i g n a r e c o m - b i n e d w i t h p r o c e s s d e s i g n t o g i v e a c o m b i n e d m a t e r i a l / p r o c e s s d e p i c t i o n o f t h e d e v e l o p i n g d e s i g n . T h e s p i r a l c o n t i n u e s t o w i n d i t w a y t o w a r d t h e c e n t e r , a n d i n d o i n g s o e n c o u n t e r s p a r t / a s s e m b l y d e s i g n . T h e d e v e l o p i n g d e s i g n n o w c o n s i d e r s m a t e r i a l / p r o c e s s / a s s e m b l y , b u t a t a l e s s t h a n d e t a i l e d l e v e l . T h i s p r o c e s s c o n t i n u e s , w i t h e a c h p o r t i o n o f t h e d e s i g n v i s i o n b e i n g r e v i s i t e d , b u t e a c h t i m e i t i s , t h e d e v e 1 0 p i n g d e s i g n h a s b e c o m e m o r e d e t a i l e d a n d c o n c r e t e . F i n a l l y , t h e s p i r a l r e a c h e s t h e c e n t e r , a n d t h e d e t a i l e d d e s i g n i s c o m p l e t e . S i m i l a r l y , t h e d e s i g n s p i r a l c a n s t a r t a t e i t h e r p r o c e s s d e s i g n o r a s s e m b l y / p a r t d e s i g n . T h i s d e s i g n s p i r a l p r e s e n t s t h e c o m p o s i t e d e s i g n p r o c e s s a s a c o m b i n a t i o n o f r i g i d p h a s e l e v e l d e s i g n ( m a d e m u c h l e s s r i g i d ) w i t h t h e s e g r e g a t e d d e s i g n v i s i o n o f m a t e r i a l - p r o c e s s - p a r t . T h e s e t w o s e e m i n g l y a n t i t h e t i c a l c o n c e p t i o n s o f t h e d e s i g n p r o c e s s h a v e b e e n m a d e c o m p a t i b l e w i t h t h e d e s i g n s p i r a l v i s i o n . W h i l e n o t h i n g i s a p a n a c e a , t h i s n e w v i s i o n r e p r e s e n t s a s i g n i fi c a n t a d v a n c e i n t h i n k i n g a b o u t d e s i g n i n g c o m p o s i t e s . 1 2 . 2 D i s s e c t i n g C O M A D E M u c h l i k e t h e a n a l y s i s o f C M a t D e s i g n i n C h a p t e r S e v e n p o i n t e d t h e w a y t o w a r d t h i s r e s e a r c h , t h i s s e c t i o n p r e s e n t s a n e v a l u a t i o n o f t h e l i m i t a t i o n s o f t h e c u r r e n t r e s e a r c h . T h e i n t e n t i s t o l e a r n w h a t s h o r t c o m i n g s , i f a n y , e x i s t i n t h e c u r r e n t r e s e a r c h , a n d h o w t o a d d r e s s t h e m i n f u t u r e r e s e a r c h . S p e c i fi c a l l y , t h r e e i s s u e s a r e a d d r e s s e d h e r e . T h e g e n e r a l n a t u r e o f t h e v a r i a b l e s a n d d a t a w i t h i n C O M A D E h a s i n fl u e n c e d t h e r e s u l t i n g u n d e r s t a n d i n g o f t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n p r o c e s s . T h e e x t e n t t o w h i c h i t h a s d o n e s o , a n d t h e c h a n g e s t o t h e u n d e r s t a n d i n g a m o r e f o c u s s e d a p p r o a c h c o u l d g i v e , a r e p r e s e n t e d . S e v e r a l a s s u m p t i o n s 2 6 7 a n d h e u r i s t i c u s e d w i t h i n C O M A D E t o d e c i d e t h e fi n a l c o m p o s i t e m a t e r i a l p r o p e r t i e s a r e e x a m i n e d i n d e t a i l . B y a n a l y z i n g t h e h e u r i s t i c s , a n u n d e r s t a n d i n g o f w a y s t o i m p r o v e s u c h a s s u m p t i o n s c a n b e g a i n e d . F i n a l l y , t h i s d i s c u s s i o n p r e s e n t s t h e i s s u e s c o n c e r n i n g c a s e - b a s e d r e a s o n i n g f o r t h e d e s i g n o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s . 1 2 . 2 . 1 T h e G e n e r a l N a t u r e o f C O M A D E ’ s D o m a i n C o v e r a g e F r o m t h e fi r s t f o r m u l a t i o n o f t h e e x p a n d e d m a t e r i a l d o m a i n c o v e r a g e i n C O M A D E , a n a t t e m p t w a s m a d e t o m a k e t h e c o n s i d e r e d m a t e r i a l s a s g e n e r i c a s p o s s i b l e . T h i s w a s d o n e w i t h t h e i n t e n t o f k e e p i n g t h e e n t i r e c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n p r o - c e s s a t a c o n c e p t u a l l e v e l o f r e p r e s e n t a t i o n . A s d i s c u s s e d a b o v e , s u c h u n n a t u r a l f o r c i n g o f a d e s i g n p r o b l e m t o a l e v e l o f t h e r i g i d p h a s e l e v e l d e s i g n p r o c e s s c a u s e s p r o b l e m s . T h e g e n e r a l n a t u r e o f C O M A D E ’ s d o m a i n c o n t r i b u t e d t o t w o s p e c i fi c p r o b l e m s . T h e fi r s t w a s t h e a c t u a l a c c u m u l a t i o n o f d a t a f o r m a t e r i a l s . V e r y l i t t l e o f t h e d a t a a v a i l a b l e i n t h e l i t e r a t u r e i s o f a g e n e r i c n a t u r e . M o s t o f t h i s d a t a i s h i g h l y s p e c i a l i z e d , a n d c o m - p l e t e l y n o n - g e n e r i c . T h e o n l y w a y t o g e t g e n e r i c m a t e r i a l d a t a w a s t o g a t h e r a s m u c h s p e - c i a l i z e d d a t a a s p o s s i b l e a b o u t c l a s s e s o f m a t e r i a l s , a n d t h e n a t t e m p t t o a b s t r a c t o u t g e n e r a l d e s c r i p t i v e d a t a . T h e s e c o n d p r o b l e m c a u s e d b y t h e g e n e r a l n a t u r e o f t h e d o m a i n w a s g e n e r a t i n g i n f e r e n c i n g p a t t e r n s f o r t h i s a b s t r a c t e d g e n e r a l d e s c r i p t i v e d a t a . M u c h e s t i m a t i o n a n d a s s u m p t i o n i n t h e p r o p e r t y v a l u e s a n d i n f e r e n c e p a t t e r n s c o u l d b e a v o i d e d b y u s i n g s p e c i fi c m a t e r i a l f o r m u l a t i o n s w i t h i n t h e d o m a i n c o v e r a g e . \ V r t h s u c h m a t e r i a l s , a g r e a t w e a l t h o f d e t a i l e d m a t e r i a l p r o p e r t i e s d a t a e x i s t s . B y b u i l d i n g C O M A D E o n s u c h a s o l i d f o u n d a t i o n , l e s s a b s t r a c t i o n w o u l d b e r e q u i r e d . H o w e v e r , s u c h a f o c u s a l m o s t b y n e c e s s i t y i m p l i e s t h e t a r g e t i n g o f s p e c i fi c m a t e - r i a l s u p p l i e r s ’ p r o d u c t l i n e s . B e c a u s e C O M A D E w a s n o t i n t e n d e d t o b e c o m p a n y s p e c i fi c , 2 6 8 a n d p r o b a b l y s h o u l d r e m a i n s o t o h a v e t h e g r e a t e s t a p p e a l , t h i s p r e s e n t s a s t a l e m a t e . T h e d e t a i l e d m a t e r i a l s k n o w l e d g e e x i s t s , b u t i t w o u l d b e m o r e a p p r o p r i a t e t o n o t u s e i t . T h i s i s a n i s s u e t h a t n e e d s t o b e r e s o l v e d . P e r h a p s t h e m e t h o d s f o r e x t e n d i n g t h e c a p a b i l i t i e s o f C O M A D E p r e s e n t e d a t t h e e n d o f t h i s c h a p t e r p r o v i d e a n a v e n u e f o r s u c h a r e s o l u t i o n . 1 2 . 2 . 2 A n A n a l y s i s o f M e c h a n i c a l P r o p e r t i e s A s U s e d i n C O M A D E I n C h a p t e r E i g h t ( “ I n p u t V a r i a b l e s ” o n p a g e 1 8 9 ) , t h e m e t h o d o l o g y u s e d w i t h i n C O M A D E t o d e t e r m i n e t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e fi n a l c o m p o s i t e w a s p r e s e n t e d . C O M A D E s p e c i fi e d fi b e r m a t e r i a l s a n d fi b e r l e n g t h s b a s e d o n t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e m a t e r i a l s y s t e m c o n s t i t u e n t s . I t d i d s o w i t h o u t u s i n g a n y n u m e r i c a l c a l c u l a t i o n s . T h e a b s e n c e o f a n u m e r i c a l c a l c u l a t i o n c a p a b i l i t y w i t h i n t h e I S L G T t o o l s e t f o r c e d t h e u s e o f h e u r i s t i c s t o e n a b l e t h i s s p e c i fi c a t i o n . 1 T h e f o l l o w i n g d i s c u s s i o n a n a l y z e s h o w w e l l t h e m e t h o d o l o g y u s e d w i t h i n C O M A D E w o r k e d . T h e a s s u m p t i o n s u s e d w i t h i n C O M A D E i n c l u d e d : 0 a 6 0 % v o l u m e f r a c t i o n o f c o n t i n u o u s , u n i d i r e c t i o n a l fi b e r r e i n f o r c e m e n t , - a n u p p e r b o u n d i n g c o n t r i b u t i o n f r o m t h e M a t r i x M a t e r i a l t o t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s , 0 a s i m p l e r u l e - o f - m i x t u r e s f o r m u l a w a s u s e d t o d e t e r m i n e t h e c o n t i n u o u s fi b e r c o m p o s - i t e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s ( S e e p a g e 2 0 4 ) , a n d 0 a c o r r e l a t i o n b e t w e e n t h e r e l a t i v e m o d u l i a n d s t r e n g t h s f o r d i f f e r e n t l e n g t h s o f r e i n - f o r c e m e n t s w a s u s e d t o p r e d i c t a t t h e v a l u e s f o r t h e c h o p p e d fi b e r c o m p o s i t e . T h e fi r s t a s s u m p t i o n w a s m e r e l y a c o n v e n i e n c e t o s i m p l i f y t h e d e s i g n p r o b l e m b y e l i m i - n a t i n g n u m e r i c a l c a l c u l a t i o n s . A s u r v e y o f c o m m o n l y u s e d i n d u s t r i a l f o r m u l a t i o n s o f c o m p o s i t e s w i t h c o n t i n u o u s r e i n f o r c e m e n t s h o w s a r a n g e o f 5 0 % - 7 0 % r e i n f o r c e m e n t b y 1 . T h i s c a p a b i l i t y h a s s i n c e b e e n a d d e d t o t h e t o o l s e t . v o l u m e [ P h i l l i p s , 1 9 8 9 ] . T h e r e f o r e , t h e u s e o f 6 0 % v o l u m e p r o v i d e s a r e p r e s e n t a t i v e d e p i c t i o n o f p o s s i b l e m a t e r i a l p r o p e r t i e s . T h e o t h e r t h r e e a s s u m p t i o n s m e r i t f u r t h e r c o n - s i d e r a t i o n . I t c a n b e s e e n b y e x a m i n i n g t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e n e a t r e s i n s ( n o t s h o w n h e r e ) t h a t w h i l e t h e a s s u m e d u p p e r b o u n d i n g fl e x u r a l m o d u l u s v a l u e ( 5 G P a ) r e p r e - s e n t a a n u p p e r b o u n d i n g l i m i t , t h e t e n s i l e s t r e n g t h v a l u e ( 5 0 M P a ) u n d e r e s t i m a t e s t h e v a l - u e s o f c e r t a i n m a t r i c e s b y u p t o 2 0 0 % . W h e t h e r t h i s u n d e r e s t i m a t i o n h a s a n y i m p a c t o n 2 6 9 t h e c a l c u l a t e d m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e c o m p o s i t e r e m a i n s t o b e s e e n . T a b l e 2 2 : C a l c u l a t e d p r o p e r t i e s f o r c o m p o s i t e m a t e r i a l s v e r s u s fi b e r t y p e . T e n s i l e S t r e n g t h ( M P a ) I F l e x u r a l M o d u l u s ( G P a ) F i b e r T y p e C h o p p e d C o n t i n u o u s C h o p p e d C o n t i n u o u s N o F i b e r 5 0 5 E - g l a s s 5 4 6 2 0 8 4 1 5 4 9 S - g l a s s 7 1 7 2 7 6 8 1 6 5 3 C - g l a s s 5 2 7 2 0 0 6 1 5 s o Q u a r t z 5 4 8 2 0 9 0 1 3 4 3 A S - 4 c a r b o n 6 3 0 2 4 2 0 3 8 1 4 1 P - S S g r a p h i t e 2 9 0 1 0 5 8 6 0 2 2 9 P 4 “ ) g r a p h i t e 3 6 6 1 3 6 4 1 1 2 4 3 6 K 6 V 1 3 t - 2 9 - 2 1 8 0 - - 5 2 K e v l a r - 4 9 - 2 1 8 0 - - 7 6 K e v l a r - 1 4 9 - - 2 0 6 0 - 1 1 4 B o r o n 5 0 7 1 9 2 8 6 1 2 3 6 S i C 6 1 5 2 3 6 0 6 3 2 4 2 2 7 0 T a b l e 2 2 s h o w s w h a t t h e v a l u e s f o r t h e m e c h a n i c a l p r 0 p e r t i e s w o u l d h a v e b e e n w i t h o u t u s i n g t h e r e l a t i v e v a l u e c o r r e l a t i o n ( T a b l e 1 3 o n p a g e 2 0 4 ) . T h e v a l u e s s h o w n i n T a b l e 2 2 w e r e d e t e r m i n e d u s i n g t h e n l l e - o f - m i x t u r e s a s s u m p t i o n w i t h v o l u m e f r a c t i o n s o f 6 0 % a n d 4 0 % c o n t i n u o u s a n d c h o p p e d fi b e r s , r e s p e c t i v e l y . T h e v a l u e s a l s o s t i l l a s s u m e a n u p p e r b o u n d f o r t h e m a t r i x c o n t r i b u t i o n t o t h e p r o p e r t y ( a s i n d i c a t e d ) . T h e c o n t i n u o u s fi b e r v a l u e s f o r t e n s i l e s t r e n g t h a r e f a i r l y c l o s e t o t h o s e u s e d i n C O M A D E ( T a b l e 1 2 o n p a g e 2 0 3 ) , a s e x p e c t e d , e x c e p t t h o s e f o r b o r o n fi b e r s . T h e r e w a s o b v i o u s l y a n o v e r s i g h t i n t h e o r i g i n a l c a l c u l a t i o n f o r b o r o n . A s e x p e c t e d , t h e c o n t i n u o u s v a l u e s f o r fl e x u r a l m o d u l u s a r e a l s o s i m i l a r . T h e c h o p p e d v a l u e s d e t e r m i n e d w i t h o u t t h e u s e o f t h e r e l a t i v e p r o p e r t y c o r r e l a t i o n a r e s i g n i fi c a n t l y h i g h e r t h a n t h o s e e n c o d e d w i t h i n C O M A D E . T o f u r t h e r c l a r i f y t h e i n fl u e n c e s o f t h e r e l a t i v e p r o p e r t y c o r r e l a t i o n a n d t h e c o n - s t a n t m a t r i x c o n t r i b u t i o n a s s u m p t i o n s , t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s f o r b o t h c o n t i n u o u s a n d c h o p p e d fi b e r c o m p o s i t e s w e r e c a l c u l a t e d f o r t w o a d d i t i o n a l s i t u a t i o n s . B o t h c a l c u l a t i o n s u s e d t h e r u l e - o f - m i x t u r e s h e u r i s t i c . T h e fi r s t d i d n o t a s s u m e e i t h e r a c o n s t a n t m a t r i x c o n - t r i b u t i o n o r a r e l a t i v e p r o p e r t y c o r r e l a t i o n . T h e s e c o n d u s e d t h e a s s u m e d c o n s t a n t m a t r i x c o n t r i b u t i o n , b u t n o t t h e r e l a t i v e p r o p e r t y c o r r e l a t i o n . T h e r e s u l t s o f t h e s e t w o c a l c u l a - t i o n s w e r e c o m p a r e d w i t h t h e v a l u e s e n c o d e d w i t h i n C O M A D E . F i g u r e 6 5 c o m p a r e s a l l t h r e e s e t s o f v a l u e s f o r t h e t e n s i l e s t r e n g t h o f E - g l a s s fi b e r c o m p o s i t e s . T h e v a l u e s g e n e r a t e d a s s u m i n g a c o n s t a n t m a t r i x c o n t r i b u t i o n - - w i t h o u t a r e l a t i v e p r o p e r t y v a l u e c o r r e l a t i o n - - c l o s e l y a p p r o x i m a t e a b e s t l i n e a r fi t o f t h e d a t a g e n e r a t e d u s i n g t h e i n d i v i d u a l m a t r i x v a l u e s . T h i s h e l d f o r b o t h c h o p p e d a n d c o n t i n u o u s 1 0 0 0 ‘ " ‘ * - - " — — C h n w e d . - e n e o d e d w l h l n 2 7 1 2 5 0 0 2 0 0 0 ‘ . , ~ - . - . . . - - . _ _ . n . . . . - _ , - . - - - . . . . . , _ . - . , - - w . - . e . m - a ” . . l _ . . . . _ _ . fi _ _ . . _ - - l - - - _ - s i n u s - - . " ” M W - . _ r . , . n " . - . . 1 5 0 0 ‘ I I I % i M W 5 0 0 ‘ F i g u r e 6 5 . C o m p a r i s o n o f t e n s i l e s t r e n g t h v a l u e s f o r E - g l a s s . fi b e r c o m p o s i t e s . T h e r e f o r e , a t l e a s t f o r d e t e r m i n i n g t h e t e n s i l e s t r e n g t h , t h e u s e o f a c o n s t a n t m a t r i x c o n t r i b u t i o n i s v a l i d . T h e t e n s i l e s t r e n g t h v a l u e e n c o d e d w i t h i n C O M A D E f o r c o n t i n u o u s E - g l a s s i s v e r y s i m i l a r , a s e x p e c t e d . H o w e v e r , t h e v a l u e f o r t h e c h o p p e d E - g l a s s t e n s i l e s t r e n g t h e n c o d e d w i t h i n C O M A D E i s s i g n i fi c a n t l y l o w e r t h a n t h e v a l u e s c a l c u l a t e d f o r t h e c h o p p e d E - g l a s s c o m p o s i t e . T h i s s u g g e s t s t h a t t h e r e l a t i v e v a l u e c o r r e l a t i o n i s n o t t h e b e s t h e u r i s t i c f o r d e t e r m i n i n g t h e p r o p e r t i e s o f c h o p p e d fi b e r c o m p o s i t e s . T h e r e f o r e , t h e v a l - u e s w i t h i n C O M A D E f o r t h e c h o p p e d fi b e r s u n d e r p r e d i c t t h e t e n s i l e s t r e n g t h s o f t h e fi n a l c o m p o s i t e . 1 0 0 r _ . - . . 2 7 2 G P s 1 6 0 1 4 0 1 1 2 0 ‘ a o . , . . . . . . . . - - . . _ . . _ - _ - C h n p p e d . s s e n c o d e d e d r o p p e d . u s e s W I m a t r i x v a l u e s D C o n t e n t s . I ! “ h d l v i d u s l m a t r i x v s i t r s s i _ _ c i t n p p s d s s s t s n e s c o r t s t s r u m s t r h t v e i u e — C o m l n u o m . s s s t s n e s s e n d e r s m a t r i x v a l u e C o r l i m o u s . e s e n e o d e d W M 4 O , - F i g u r e 6 6 . C o m p a r i s o n o f fl e x u r a l m o d u l u s v a l u e s f o r E - g l a s s A s i m i l a r c o m p a r i s o n f o r t h e fl e x u r a l m o d u l u s o f E - g l a s s c o m p o s i t e s y i e l d s q u i t e d i fl ‘ e r e n t r e s u l t s . F i g u r e 6 6 s u m m a r i z e s t h e s e r e s u l t s . T h e c o n s t a n t m a t r i x c o n t r i b u t i o n ( w i t h o u t t h e r e l a t i v e p r o p e r t y c o r r e l a t i o n ) s h o w s t h a t t h e v a l u e s i n C O M A D E a r e t o o l o w , u n d e r p r e d i c t i n g t h e c o n t i n u o u s fi b e r v a l u e b y 3 % a n d t h e c h o p p e d fi b e r v a l u e b y 6 7 % . H o w e v e r , t h e fl e x u r a l m o d u l u s v a l u e s d e t e r m i n e d w i t h o u t t h e c o n t i n u o u s m a t r i x c o n t r i b u - t i o n o r t h e r e l a t i v e p r o p e r t y c o r r e l a t i o n a r e s i g n i fi c a n t l y d i f f e r e n t f r o m e i t h e r o f t h e s e . E v e n i f t h e r e w e r e a l i n e a r c o r r e l a t i o n f o r t h e fl e x u r a l m o d u l i , n e i t h e r o f t h e c o n s t a n t m a t r i x c o n t r i b u t i o n s w o u l d b e w i t h i n 5 0 % . C l e a r l y , t h i s l a c k o f a g r e e m e n t s u g g e s t s a s i g - n i fi c a n t d i s c r e p a n c y i n t h e a s s u m p t i o n s u s e d f o r d e t e r m i n i n g t h e fl e x u r a l m o d u l u s . 2 7 3 T h e d i s c r e p a n c y i n t h e fl e x u r a l m o d u l i p o i n t s t o t h e n l l e - o f - m i x t u r e s a s s u m p t i o n u s e d t o c a l c u l a t e a l l o f t h e v a l u e s i n t h i s a n a l y s i s . A n e x a m i n a t i o n o f t h e a s s u m p t i o n s b e h i n d t h e n l l e - o f - m i x t u r e s t h e o r y v e r i fi e s t h i s [ S t r o n g , 1 9 8 9 ] . M o s t i m p o r t a n t a m o n g t h e a s s u m p t i o n s i s t h a t t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e c o n s t i t u e n t s w h e t h e r t h e y a r e i n a c o m p o s i t e . T h e r e f o r e , a r u l e — o f - m i x t u r e s a s s u m p t i o n t u m s o u t t o b e a p o o r c h o i c e f o r d e t e r m i n i n g t h e fl e x u r a l m o d u l u s i n C O M A D E . A s u m m a r y o f t h e p r e c e d i n g a n a l y s i s s h o w s t h e d i f fi c u l t y f a c i n g c o m p o s i t e s d e s i g n e r s w h e n a t t e m p t i n g t o p r e d i c t m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c o m p o s i t e s . C e r t a i n a s s u m p t i o n s w o r k w e l l f o r a f e w m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s , a n d f a i l m i s e r a b l y f o r o t h e r p r o p - e r t i e s . T h e v a l i d i t y o f t h e a s s u m p t i o n s u s e d i n C O M A D E w a s m i x e d . T h e u s e o f t h e r e l a t i v e v a l u e c o r r e l a t i o n w a s n o t v e r y a c c u r a t e f o r c h o p p e d fi b e r s . T h e u s e o f t h e c o n s t a n t m a t r i x c o n t r i b u t i o n a n d r u l e - o f - m i x t u r e s f o r d e t e r m i n i n g t e n s i l e s t r e n g t h s w o r k e d w e l l . N o n e o f t h e a s s u m p t i o n s u s e d f o r d e t e r m i n i n g t h e fl e x u r a l m o d u - l u s w e r e c o n s i s t e n t . H o w e v e r , l a c k i n g a n y b e t t e r e s t i m a t i o n , t h e u s e o f t h e c o n s t a n t m a t r i x c o n t r i b u t i o n y i e l d s c o n s i s t e n t v a l u e s . N e v e r t h e l e s s , t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t y v a l u e s d e c i d e d u s i n g t h e h e u r i s t i c s a r e o n l y e s t i m a t e s . S i n c e t h e y g i v e a c l o s e ( s a y , w i t h i n 2 0 - 3 0 % ) e s t i m a t e o f t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l p r o p e r t i e s , t h e y a r e e f f e c t i v e . 1 2 . 2 . 3 C a s e - B a s e d R e a s o n i n g f o r C o m p o s i t e M a t e r i a l S y s t e m s G i v e n t h e t y p i c a l l y c a u t i o u s m i n d s e t t o w a r d t h e u s e o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s , t h e c a p a b i l i t y o f d e s i g n i n g a n e w c o m p o s i t e a r t i f a c t f r o m a n e x p l i c i t l y d o c u m e n t e d a n d a p p r o v e d p r e v i o u s d e s i g n i s v e r y e v o c a t i v e . A r e v i e w o f h o w C B R w a s u s e d i n t h e C P D a n d E A D O C S s y s t e m s , a n d a l s o w i t h C O M A D E , s h o w s t h r e e d i f f e r e n t e m p h a s e s . 2 7 4 T h e C B R p o r t i o n o f t h e C P D s y s t e m w a s n e v e r f u l l y i m p l e m e n t e d . A c a s e b a s e w i t h a f e w c o m p o s i t e d e s i g n s s e r v e d a s t h e i n s p i r a t i o n f o r t h e r e t r i e v a l m e t h o d s u s e d b y t h e s y s t e m . D u e t o t h e a r t i fi c i a l e n v i r o n m e n t c r e a t e d b y s u c h a s m a l l c o l l e c t i o n o f s p a r s e c a s e s , t h e s e r e t r i e v a l m e t h o d s w e r e s k e w e d . M a t c h e s w e r e m a d e a c c o r d i n g t o a f o u r - t i e r e d s i m i l a r i t y m e t h o d , b u t o n l y i f a c a s e a t t r i b u t e w a s t h e s a m e a s t h a t o f t h e p r o b l e m u n d e r c o n s i d e r a t i o n . A n o fl ‘ s h o o t o f t h i s m a t c h i n g t e c h n i q u e w a s t h a t t h e r e w a s n o a l l o w - a n c e f o r c l o s e m a t c h e s . D u e t o t h e s p a r s e n e s s o f t h e c a s e l i b r a r y , n o e x p l i c i t m o d i fi c a t i o n o f t h e r e t r i e v e d c a s e s w a s e v e r a t t e m p t e d . T h e E A D O C S s y s t e m , w h i c h a l s o h a s a s p a r s e c a s e l i b r a r y , e m p h a s i z e s t h e m o d i fi - c a t i o n o f r e t r i e v e d c a s e s m u c h m o r e t h a n t h e r e t r i e v a l p r o c e s s i t s e l f . T h e c o m p l e x i t y o f t h e d e s i g n r e p r e s e n t a t i o n c l o u d s t h e p i c t u r e a b i t , b u t t h e f o c a l p o i n t o f t h i s s y s t e m i s t h e a t t e m p t t o m o d i f y p a r t i a l m a t c h e s b y u s i n g o p t i m i z a t i o n . T h e m a j o r i s s u e t h a t c a n b e t a k e n w i t h C P D a n d E A D O C S i s t h e s p a r s e n e s s o f t h e c a s e s a n d c a s e l i b r a r i e s c o n s i d e r e d . T h i s s p a r s e n a t u r e h a s c o n t r i b u t e d t o m i s g u i d e d a s s u m p t i o n s a b o u t h o w t o d o c a s e r e t r i e v a l a n d m a t c h i n g . A n y c a s e r e t r i e v a l p r o c e s s m u s t a l l o w f o r c l o s e o r p a r t i a l m a t c h e s t o a n a t t r i b u t e , o r t o a c a s e . T h o s e c a s e s t h a t m a t c h m o r e c l o s e l y o b v i o u s l y r e q u i r e l e s s m o d i fi c a t i o n f o r u s e i n t h e d e s i g n p r o c e s s . I n a d d i t i o n , d e s i g n m o d i fi c a t i o n i s n o t w e l l u n d e r s t o o d , a n d a s a r e s u l t t h e r e a r e m a n y d i f f e r e n t a p p r o a c h e s t o p e r f o r m i n g i t . I n s p i t e o f t h e c o n f u s i o n , a c o m m o n t h e m e a m o n g a l l t h e d i f f e r e n t a p p r o a c h e s d o e s e x i s t : t h e m e t h o d u s e d f o r d e s i g n m o d i fi c a t i o n i s d i c t a t e d b y t h e d o m a i n t o w h i c h C B R i s a p p l i e d . T o p r o p e r l y a d d r e s s a d e s i g n p r o c e s s w i t h c a s e - b a s e d r e a s o n i n g , f u l l y - p o p u l a t e d c a s e l i b r a r i e s , d e t a i l e d c a s e s t r u c t u r e , p r i n c i p l e d m o d i fi c a t i o n m e t h o d s , a n d r e t r i e v a l w i t h 2 7 5 p a r t i a l - m a t c h c a p a b i l i t y m u s t b e i n c o r p o r a t e d . U p t o t h i s p o i n t , o n e o r m o r e o f t h e s e n e c - e s s a r y i n g r e d i e n t s h a s b e e n m i s s i n g f r o m p r e v i o u s C B R i m p l e m e n t a t i o n s , w h i c h h a s i n t u r n h a s l i m i t e d t h e e f f e c t i v e n e s s o f t h e s e s y s t e m s . W i t h i n t h e C B R e x t e n s i o n t o C O M A D E , a n a t t e m p t w a s m a d e t o b u i l d u p o n t h e e x i s t i n g p r o b l e m s o l v i n g s t r u c t u r e a l r e a d y p r e s e n t w i t h i n C O M A D E a n d t o u s e t h a t f o r t h e m o d i fi c a t i o n a n d r e d e s i g n p r o b l e m . C a s e r e t r i e v a l w a s p e r f o r m e d u s i n g a p r o b e - l i k e s i m i l a r i t y m a t c h i n g s c h e m e , w i t h a n e m p h a s i s o n t h o s e v a r i a b l e s t h a t a f f e c t e d t h e d e s i g n p r o b l e m m o s t s i g n i fi c a n t l y . A l l o w a n c e w a s m a d e f o r p a r t i a l m a t c h e s w i t h i n t h i s m a t c h i n g s c h e m e . T h e m o d i fi c a t i o n m e t h o d a s o u t l i n e d w i t h t h e G T - i n fl u e n c e d C B R t o o l s i n C h a p - t e r s N i n e a n d T e n s e e m s p r i n c i p l e d . D e s i g n M o d f o r C O M A D E , w h i l e a n e f f e c t i v e p r o o f o f c o n c e p t f o r d e s i g n m o d i fi c a t i o n , o f t e n c o m p l e t e l y r e d e s i g n w h a t e v e r c a s e s a r e s e n t t o i t . T h e e x a m p l e g i v e n i n C h a p t e r T e n r e s u l t e d i n s u c h a c o m p l e t e r e d e s i g n . T h i s i s b e c a u s e o f t h e s m a l l a n d h i g h l y i n t e r c o n n e c t e d n a t u r e o f C O M A D E ’ s s e t o f v a r i a b l e s . T a b l e 2 3 s h o w s j u s t h o w t a n g l e d t h e v a r i a b l e d e p e n d e n c i e s w i t h i n C O M A D E a r e . T h i s a n a l y s i s s e r v e d a s t h e b a s i s o f t h e s o r t i n g m e c h a n i s m u s e d f o r e v a l u a t i n g r e t r i e v e d c a s e s i n C a s e F i n d e r . H o w e v e r , w h a t i t i m p l i e s f o r D e s i g n M o d ’ s a p p r o a c h t o r e d e s i g n o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n s i s n o t e n c o u r a g i n g . W h e n a c a s e i s s e n t t o D e s i g n M o d t o b e m o d i fi e d , i t ’ s n o n - m a t c h i n g v a r i a b l e s a r e fl a g g e d . D e s i g n M o d f a s h i o n s i t s m o d i fi c a t i o n p r o c e s s a r o u n d t h o s e v a r i a b l e s . A s T a b l e 2 3 c l e a r l y s h o w s , w h e n e v e r e i t h e r U s e T e m p e r a t u r e o r C h e m i c a l E n v i r o n m e n t i s fl a g g e d , a t o t a l r e d e s i g n w i l l o c c u r . T h i s c o m p l e t e l y i n v a l i d a t e s t h e u s e o f C B R . N o t o n l y d o e s C O M A D E h a v e t o r u n o n i t s o w n , b u t t h e r e i s a l s o t h e o v e r h e a d o f t h e c a s e r e t r i e v a l p r o c e s s . E s s e n t i a l l y t h e o n l y t i m e t h a t 2 7 6 T h b l e 2 3 : C O M A D E v a r i a b l e d e p e n d e n c i e s a n d t h e i m p a c t o n m o d i fi c a t i o n . V a r i a b l e ” i n “ * ’ “ M “ “ 9 “ “ D e p e n d e n c i e s 3 0 6 6 1 8 1 9 R a b b i ! R e d e s i g n = M a t r i x M a t e n a l M “ 1 0 0 7 5 5 0 U s e T e m p e r a t u r e fi w fi b a b n g t h C h e m i e e l A g e n t 1 0 ° 3 ° 3 ° , fi w fi b a l s s g m 5 0 5 0 2 5 R e q T e n s r l e S t r e n g t h F i b e r - L e n g t h 5 0 5 0 3 0 C h e m i m l A g e n t 7 5 7 5 2 5 R e q F l e x u r a l M o d u l u s F i b e r L e n g t h fi W F i W M 6 0 6 0 2 0 M a t r i x M a t e r i a l m m - W « I t 1 0 0 7 5 s o C h e m i e a l E n v i r o n m e n t fi w fi b a u w C h e m i c a l A g e n t 1 0 0 8 0 3 0 S . W e n t 5 0 5 0 2 5 t r e s s E n v r r o n m e t n C h e m i c a l A g e n t 5 0 5 0 1 0 “ m m ” M : : M a t r i x M a t e n a l W M “ 5 ° 5 ° 2 5 C h e m i e a l A g e n t 5 0 5 0 1 0 H u m i d E n v i r o n m e n t “ m m w m m m s o s o 2 5 C h e r n i e a l A g e n t 5 0 5 0 1 0 a . T h e t w o v a l u e s g i v e n a r e f o r t h e r a w r e d e s i g n ( fi r s t r o w ) a n d w e i g h t e d r e d e s i g n ( s e c - o n d r o w ) . T h e w e i g h t e d r e d e s i g n v a l u e c o n s i d e r s t h e c o m p u t a t i o n a l e f f o r t t o d e t e r - m i n e e a c h o u t p u t v a r i a b l e . T h e o r d e r e d r a n k i n g i s : M a t r i x M a t e r i a l ( 4 ) , fi b e r ’ l ’ y p e ( 3 ) , F i b e r L e n g t h ( 2 ) , a n d C h e r n i e a l A g e n t ( 1 ) . 2 7 7 D e s i g n M o d d o e s n o t d o a c o m p l e t e r e d e s i g n ( i . e . , r u n C O M A D E f r o m s c r a t c h ) i s w h e n a s i n g l e v a r i a b l e o t h e r t h a n U s e T e m p e r a t u r e o r C h e m i c a l E r w i r o n m e n t i s fl a g g e d f o r m o d i fi c a - t i o n . O v e r t h e c o u r s e o f t h i s d e v e l o p m e n t , s h o r t c o m i n g s o f t h e a p p r o a c h u s e d i n C O M A D E h a v e b e c o m e a p p a r e n t . W i t h t h e c u r r e n t s e t o f i n p u t s a n d o u t p u t s , t h e r e i s n o r e a l b e n e fi t t o j u s t i f y t h e u s e o f C B R , a s t y p i c a l r u n t i m e s f o r g e n e r a t i n g r e s u l t s f r o m p r e - v i o u s c a s e s a r e l o n g e r t h a n g e n e r a t i n g t h e d e s i g n s f r o m s c r a t c h w i t h t h e s t a n d - a l o n e v e r - s i o n o f C O M A D E . T h i s i s n o t t o s a y t h a t t h e r e i s n o a d v a n t a g e i n u s i n g t h e C B R a p p r o a c h . T h e s p a r s e n a t u r e o f t h e i n p u t / o u t p u t s e t , c o u p l e d w i t h t h e f a c t t h a t a l l c a s e s w i t h i n C O M A D E h a v e t h e s a m e s t r u c t u r e , h i d e t h e b e n e fi t s o f a C B R a p p r o a c h . T h e a d v a n t a g e o f a C B R a p p r o a c h s h o u l d b e c o m e a p p a r e n t w h e n i t i s a p p l i e d t o a m o r e r i c h d e s i g n s p a c e . 1 2 . 3 E x p a n d i n g t h e C a p a b i l i t i e s o f C O M A D E C O M A D E , w h i l e i n d u s t r i a l l y r e l e v a n t i n i t s d o m a i n c o v e r a g e , w a s d e v e l o p e d t o b e g e n e r i c i n i t s c o n s i d e r a t i o n s ( S e e “ T h e G e n e r a l N a t u r e o f C O M A D E ’ s D o m a i n C o v e r a g e ” o n p a g e 2 6 7 . ) . T h i s r e s t r i c t i o n w a s m a d e w i t h t h e i n t e n t o f m a k i n g C O M A D E a s b r o a d l y a p p l i c a b l e a s p o s s i b l e . H o w e v e r , a s p r e s e n t e d i n t h e p r e v i o u s c h a p t e r , t h i s r e s t r i c t i o n h a s p r o v o k e d s p e c i fi c r e q u e s t s f o r e x p a n s i o n s o f C O M A D E ’ s c a p a b i l i t i e s . A l t h o u g h w i d e l y v a r i e d , t h e s e r e q u e s t s f o r e x p a n d e d c a p a b i l i t i e s i n C O M A D E c a n b e l o o s e l y g r o u p e d a s : 0 a d e t a i l e d c o n s i d e r a t i o n o f a p a r t i c u l a r p r o c e s s i n g t e c h n o l o g y , 0 a f o c u s s e d c o n s i d e r a t i o n o f a p a r t i c u l a r i n d u s t r y ’ s c o n c e r n s , o r 2 7 8 0 a r e p l a c e m e n t o f C O M A D E ’ s m a t e r i a l s w i t h t h o s e o f a p a r t i c u l a r m a t e r i a l s s u p p l i e r . M o r e d e t a i l e x i s t s b e n e a t h t h e s u r f a c e o f t h e s e r e q u e s t s . B y s p e c i fi c a l l y c o n s i d e r - i n g h o w C O M A D E w o u l d h a v e t o b e m o d i fi e d t o a d d r e s s t h e s e r e q u e s t e d s c e n a r i o s , t w o d i fi ' e r e n t t y p e s o f e x t e n s i o n b e c o m e a p p a r e n t . T h e fi r s t t y p e i n v o l v e s t h e i n c o r p o r a t i o n o f a d d i t i o n a l c a p a b i l i t i e s , m o s t l i k e l y b y t h e a d d i t i o n o f n e w k n o w l e d g e . T h i s i s c a l l e d i n t e r - s t i t i a l e x t e n s i o n . T h e s e c o n d t y p e r e q u i r e s t h e e x p l i c i t r e f o c u s i n g o f C O M A D E ’ s d e s i g n p r o b l e m e m p h a s i s , a n d i s c a l l e d m u t a t i o n a l e x t e n s i o n . T h e d i s t i n c t i o n b e t w e e n t h e s e t y p e s o f e x t e n s i o n c a n b e e n c a p s u l a t e d b y e x a m i n i n g t h e d e s i g n i n t e n t . I n t e r s t i t i a l e x t e n - s i o n s a u g m e n t t h e m a t e r i a l d e s i g n c a p a b i l i t i e s o f C O M A D E , w h i l e m u t a t i o n a l e x t e n s i o n s e x p a n d t h e s c o p e o f t h e d e s i g n p r o b l e m b e y o n d m a t e r i a l d e s i g n . T h e f o l l o w i n g d i s c u s s i o n f u r t h e r d e l i n e a t e s i n t e r s t i t i a l a n d m u t a t i o n a l e x t e n s i o n t h r o u g h t h e p r e s e n t a t i o n o f c o n c r e t e m o d i fi c a t i o n e x a m p l e s . T h e d e t a i l s o f i n t e r s t i t i a l e x p a n s i o n a r e b r o u g h t o u t i n t h e d i s c u s s i o n o f a n i m p l e m e n t e d e x t e n s i o n t o C O M A D E f o r i n t e r p h a s e d e s i g n . T h e c o n c l u d i n g s e c t i o n p r e s e n t s m u t a t i o n a l e x t e n s i o n u s i n g a p l a n n e d a p p l i c a t i o n o f C O M A D E t o r e s i n t r a n s f e r m o l d i n g . 1 2 . 3 . 1 I n t e r s t i t i a l E x t e n s i o n T h e c o m p o s i t e s i n t e r p h a s e s y s t e m w a s d e v e l o p e d u s i n g C O M A D E a s t h e f o u n d a - t i o n s u p o n w h i c h i t w a s b u i l t [ W i l e n s k i e t a l . , 1 9 9 5 ] . M t h o u t c h a n g i n g t h e e x i s t i n g d e s i g n k n o w l e d g e s t r u c t u r e s i n C O M A D E , t h i s s y s t e m g e n e r a t e d c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s - t e m s b y c o n s i d e r i n g a d d i t i o n a l t h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o n s a n d h e u r i s t i c s . T h e i n t e r p h a s e d e s i g n e r u s e d C O M A D E a s a s k e l e t a l s t r u c t u r e u p o n w h i c h i t b u i l t , a d d i n g f u r t h e r l e v e l s o f d e t a i l t o t h e p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n p r o b l e m r e p r e s e n t a t i o n . 2 7 9 T h e i n t e r p h a s e d e s i g n e r u s e d t h e c o n c e p t s o f s u r f a c e w e t t i n g , m i s c i b i l i t y , a n d f u n c t i o n a l g r o u p c h e m i s t r y t o d e fi n e a n i n t e r p h a s e p r o v i d i n g i d e a l c o m p a t i b i l i t y b e t w e e n t h e c o n s t i t u e n t s o f a p o t e n t i a l m a t e r i a l s y s t e m ( C O M A D E ’ s o u t p u t ) . T h e i n t e r p h a s e w a s r e p r e s e n t e d w i t h i n t h e s y s t e m a s a c o m b i n a t i o n o f t h r e e t h i n g s : 0 a fi b e r s u r f a c e t r e a t m e n t t h a t i d e n t i fi e s t h e s u r f a c e c h e m i s t r y a n d e n e r g y o f t h e fi b e r , 0 a b i n d e r t h a t b o t h w e t s t h e fi b e r a n d i s m i s c i b l e i n t h e p o l y m e r , a n d 0 a c h e m i c a l c o u p l i n g a g e n t t h a t c h e m i c a l l y b o n d s t h e fi b e r t o t h e b u l k m a t r i x . T h e i n t e r p h a s e s y s t e m r e t a i n e d t h e e n t i r e s p e c i a l i s t h i e r a r c h y o f C O M A D E , a d d - i n g t w o s p e c i a l i s t s a f t e r t h o s e i n C O M A D E . T h e C O M A D E a g e n t h i e r a r c h y w a s m o d i - fi e d b y e x p a n d i n g t h e n u m b e r o f s t e p s f o r e a c h C O M A D E d e s i g n t a s k . F i g u r e 6 7 s h o w s h o w t h e i n t e r p h a s e s y s t e m fi t w i t h i n t h e e x i s t i n g s t r u c t u r e o f C O M A D E . T h e s h a d e d n o d e s a r e n e w t o t h e c o n c e r n s o f t h e i n t e r p h a s e s y s t e m , w h i l e t h e o t h e r n o d e s a r e f r o m C O M A D E . . ' " - 1 1 y 1 . 5 _ - y . — m u s - : 1 9 » , a , x . 1 4 . 4 % , . e . V - V _ . 1 ” ? . g r ‘ . " i e d » ; , . . , _ . . . . . , . . . . 3 ‘ . ‘ B T P C h e t n l e a l A g e m S t e p ] F i g u r e 6 7 . I n t e r s t i t i a l e x t e n s i o n o f C O M A D E ’ s t h e r r n o p l a s t i c s a g e n t h i e r a r c h y . 2 8 0 T h e i n t e r p h a s e s y s t e m a d d e d 2 6 s t e p s t o t h e s t r u c t u r e o f C O M A D E , a n d a n a d d i - t i o n a l 2 4 a g e n t s w i t h i n i t s u n i q u e a g e n t h i e r a r c h y a d d i t i o n . T h i s i n c r e a s e i n t h e n u m b e r o f a g e n t s w a s d i r e c t l y c o n n e c t e d t o t h e m o d i fi e d f o r m u l a t i o n o f t h e d e s i g n p r o b l e m . T h e t o t a l d e s i g n s p a c e c o r r e s p o n d i n g t o t h i s d e s i g n p r o b l e m w i t h i n t h e i n t e r p h a s e s y s t e m w a s t h r e e o r d e r s o f m a g n i t u d e l a r g e r t h a n t h e d e s i g n s p a c e i n C O M A D E . U n f o r t u n a t e l y , t h i s d e s i g n s p a c e w a s l a r g e r t h a n i s c u r r e n t l y c o m p u t a t i o n a l l y f e a s i b l e t o c o n s i d e r u s i n g t h e I S L ’ s i m p l e m e n t a t i o n o f r o u t i n e d e s i g n . A t t h e r o o t o f t h i s e x t e n s i o n t o C O M A D E l a y a c a r e f u l l y c o n s t r u c t e d d e s i g n p r o b - l e m . I t w a s e a s i l y i n c o r p o r a t e d i n t o t h e e x i s t i n g s t r u c t u r e o f C O M A D E . H o w e v e r , t h e d e s i g n s p a c e t h i s s y s t e m a t t e m p t e d t o c o n s i d e r w a s o v e r a m b i t i o u s . A s c a l e d d o w n d e s i g n s p a c e w o u l d e n a b l e t h e i n t e r p h a s e s y s t e m t o s e r v e n o t o n l y a s a m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n e r , b u t a l s o a s a p r e d i c t o r o f v i a b l e a n d n o v e l m a t e r i a l s y s t e m s . 1 2 . 3 . 2 M u t a t i o n a l E x t e n s i o n A s u b s t a n t i a l a l t e r a t i o n o f t h e m a k e u p o f t h e d e s i g n p r o b l e m i n C O M A D E t y p i fi e s a m u t a t i o n a l e x t e n s i o n . P o r t i o n s o f C O M A D E ’ s k n o w l e d g e s t r u c t u r e r e m a i n , b u t t h e s p e - c i fi c d e t a i l s e m b e d d e d w i t h i n t h a t s t r u c t u r e a r e s i g n i fi c a n t l y d i f f e r e n t T h e G E A E - C O D E s y s t e m d e v e l o p m e n t ( “ I n t e g r a t e d D e s i g n i n a n I n d u s t r i a l S e t t i n g ” o n p a g e 2 4 9 ) c a n b e c o n s i d e r e d t o h a v e b e e n a c o m b i n a t i o n o f a m u t a t i o n a l e x t e n s i o n o f C O M A D E a n d a n i n s p i r a t i o n b y C O F A T E . l I n s t e a d o f r e v i s i t i n g t h a t d e v e 1 0 p m e n t , t h i s d i s c u s s i o n c e n t e r s o n t h e m u t a t i o n a l e x t e n s i o n o f C O M A D E t o c o n s i d e r a f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g y , s p e c i fi - c a l l y r e s i n t r a n s f e r m o l d i n g ( R T M ) . 1 . T h i n k o f t h e a c c o m p a n y i n g ‘ l n s p i r e d b y a c t u a l e v e n t s ’ t a g t h a t i s o f t e n s e e n o n b r o a d m s t t e l e v i - s i o n ’ s m o v i e s o f t h e w e e k . l n r e a l i t y , v e r y l i t t l e o f t h e a c u r a l s t o r y e v e r i s p r e s e n t e d , a n d o f t e n i n n e a r l y u n r e c o g n i z a b l e v a r i a t i o n s . T h e s a m e c a n b e s a i d f o r h o w C O F A T E c o n t r i b u t e d t o t h e G E A E - C O D E s y s t e m . T o p r o p e r l y a p p l y C O M A D E t o a p a r t i c u l a r f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g y , p r i n c i p l e d a d j u s t m e n t s m u s t b e m a d e . F o r t h e m o d i fi c a t i o n t o s p e c i fi c a l l y a d d r e s s c o n c e r n s f o r R T M s e v e r a l p o r t i o n s o f C O M A D E m u s t b e c h a n g e d . T h e m a t e r i a l d o m a i n c o v e r a g e m u s t b e a l t e r e d t o a d d r e s s n o t o n l y s p e c i fi c b r a n d n a m e s o f m a t e r i a l s , b u t a l s o t o a d d r e s s o n l y t h o s e m a t e r i a l s i n t e n d e d t o b e r e s i n t r a n s f e r m o l d e d . T a b l e 2 4 s h o w s p o s s i b l e m a t e r i a l 2 8 1 s y s t e m s f o r u s e i n s u c h a v e r s i o n o f C O M A D E . T a b l e 2 4 : P o s s i b l e m a t e r i a l s y s t e m s f o r a n R T M v e r s i o n o f C O M A D E . M a t r i x M a t e r i a l C h e m i c a l A g e n t F i b e r F i b e r F o r m p o l y e s t e r s v i n y l e s t e r s p o l y b u t a d i e n e s g r a p h i t e c o n t i n u o u s s t r a n d m a t W m $ 5 3 3 3 ; “ 2 3 ; " m i fi g o i m fl f i z s w m p o l y i m i d e s o f r e s i n m g “ m g “ b i s m a l e i m i d e s b o r o n v e i l / s m ' f a c e m a t l o w - p e r f o r m a n c e t h e r r n o p l a s t i c s e n g i n e e r i n g - g r a d e t h e r m o p l a s t i c : T h e d e s i g n p r o b l e m r e p r e s e n t a t i o n c o u l d p o t e n t i a l l y b e v e r y s i m i l a r t o t h a t u s e d i n C O M A D E : M a t r i x M a t e r i a l , C h e m i c a l A g e n t , F i b e r , a n d F r b e r F o r m . H o w e v e r , s u c h a r e p r e s e n - t a t i o n i s o b v i o u s l y a s i m p l i fi c a t i o n o f t h e m a t e r i a l d e s c r i p t i o n , a s t y p i c a l r e s i n s y s t e m s u s e d f o r R T M a r e c o m p l i c a t e d ( a n d m o s t o f t e n p r o p r i e t a r y ) m i x t u r e s o f a r e s i n , c u r i n g a g e n t , c a t a l y s t s , fi l l e r s , p i g m e n t s , p r o m o t e r s a n d i n h i b i t o r s . 2 8 2 T h e r e a r e m a n y v a r i a b l e s t o b e c o n s i d e r e d w h e n c h o o s i n g a r e s i n f o r R T M . T y p i - c a l r o u g h s e l e c t i o n s o f r e s i n s a r e b a s e d o n t h e g e n e r i c c a t e g o r i e s o f a p p l i c a t i o n / p e r f o r - m a n c e a r e a s a n d r e s i n t y p e s / c h a r a c t e r i s t i c s . 1 G e n e r a l l y , R T M r e s i n s y s t e m s h a v e a l o n g p o t l i f e ( a t l e a s t t w o h o u r s ) a n d l o w v i s c o s i t y a t t h e t r a n s f e r t e m p e r a t u r e , s h o r t g e l t i m e a t t h e c u r i n g t e m p e r a t u r e , a n d l o w l e v e l s o f o u t g a s e s , v o l a t i l e s , a n d c u r e b y - p r o d u c t s . R e i n f o r c e m e n t s e l e c t i o n i s m a i n l y g u i d e d b y t h e p e r f o r m a n c e a n d c o s t r e q u i r e - m e n t s o f t h e e n d - u s e a p p l i c a t i o n . H o w e v e r , o t h e r i s s u e s s u c h a s t h e p h y s i c a l f o r m o f t h e r e i n f o r c e m e n t , t h e s i z i n g ( i f a n y ) , a n d t h e t y p e o f s t i t c h i n g , c a n a l s o b e c o n s i d e r e d . D e p e n d i n g u p o n t h e s p e c i fi c m a t e r i a l s i n c l u d e d i n t h e d o m a i n c o v e r a g e f o r s u c h a s y s t e m , m a n y o r a l l o f t h e v a r i a b l e s f o r r e s i n a n d r e i n f o r c e m e n t m u s t b e c o n s i d e r e d . T h e c o m b i n a t i o n o f t h e i n p u t v a r i a b l e s a n d t h e d e s i g n p r o b l e m r e p r e s e n t a t i o n g u i d e s h o w t h e k n o w l e d g e s t r u c t u r e o f C O M A D E m u s t b e c h a n g e d . T h e o v e r a l l k n o w l e d g e s t r u c t u r e w i l l b e i n s p i r e d ( a t l e a s t ) b y t h a t o f C O M A D E . H o w e v e r , m o d i fi c a t i o n s m u s t b e m a d e t o r e fl e c t t h e m o d i fi e d d o m a i n o f i n t e r e s t . T h e d e c o m p o s i t i o n o f t h e m a t r i x d e s i g n p r o b l e m w i t h i n C O M A D E w i l l n o t b e s u f fi c i e n t f o r a n R T M - t a r g e t e d s y s t e m . T h e d i s t i n c t i o n b e t w e e n t h e r r n o p l a s t i c s a n d t h e r r n o s e t s a s g e n e r a l c l a s s e s o f m a t e r i a l s m u s t b e e l i m i n a t e d , a n d t h e i n d i v i d u a l m a t e r i a l s c o n s i d e r e d s e p a r a t e l y . T h e s t r u c t u r e o f t h e r e i n f o r c e m e n t s p e c i a l i s t w i l l c h a n g e m a r k e d l y , d e p e n d i n g u p o n t h e s p e c i fi c k n o w l e d g e u s e d t o fi g u r e o u t a p p r o p r i a t e c o m b i n a t i o n s o f fi b e r m a t e r i a l s a n d fi b e r f o r m s . T h e d e t a i l s o f t h e s e c h a n g e s t o t h e k n o w l e d g e s t r u c t u r e s o f C O M A D E c a n n o t b e e x p l i c i t l y d e l i n e a t e d u n t i l s u c h a s y s t e m i s b u i l t . 1 . S e e p p . 1 6 8 - 1 7 1 o f [ A S M l n t e m a t i o n a l , 1 9 8 7 ] f o r a d e t a i l e d d i s c u s s i o n o f t h e s e c a t e g o r i e s . 2 8 3 B e s i d e s t h e a b o v e m o d i fi c a t i o n s , a l l o f t h e k n o w l e d g e w i t h i n t h e R T M s y s t e m ’ s p a t t e r n m a t c h e r s m u s t b e g e n e r a t e d f r o m s c r a t c h . D u e t o t h e d a t a a b s t r a c t i o n s a n d g e n e r - a l i z a t i o n s w i t h i n C O M A D E ’ s m a t c h i n g t a b l e s , n o n e o f t h a t k n o w l e d g e w i l l b e a p p l i c a b l e f o r t h e R T M - s p e c i fi c c o n s i d e r a t i o n s . T h e r e i s m i n i m a l o v e r l a p b e t w e e n t h e e x i s t i n g v a r i - a b l e s u s e d i n C O M A D E a n d t h o s e p r o j e c t e d f o r u s e i n t h e R T M s y s t e m . D e s p i t e t h e d e t a i l e d m o d i fi c a t i o n s t o C O M A D E t h a t s u c h a p r o c e s s i n g t e c h n o l — o g y - f o c u s s e d s y s t e m w o u l d h a v e , t h e b a s i c d e s i g n i n t e n t w o u l d b e d i f f e r e n t . T h e R T M s y s t e m m u s t c o n s i d e r ( a n d p o s s i b l y s u g g e s t ) p r o c e s s i n g i n f o r m a t i o n , w h i c h r e m o v e s t h i s s y s t e m f r o m t h e s t r i c t m a t e r i a l d e s i g n s c a p e o f C O M A D E . W h i l e v e s t i g e s o f C O M A D E m a y e x i s t i n t h e fi n a l R T M s y s t e m , t h e s u r r o u n d i n g s w i l l h a v e m u t a t e d b e y o n d t h e a p p r o a c h a n d i n t e n t o f C O M A D E . C H A P T E R 1 3 S u m m a r y a n d C o n c l u s i o n s T h r o u g h o u t t h e p r e c e d i n g c h a p t e r s , a c o m p r e h e n s i v e n a r r a t i v e a b o u t t h e d e s i g n o f p o l y - m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s h a s b e e n d e v e l o p e d . C o m m o n t h r e a d s a n d r e p e a t i n g p a t - t e r n s o f t h o u g h t h a v e b e e n w o v e n i n t o t h e f a b r i c o f t h i s n a r r a t i v e . A l l o f t h e d e t a i l i n t h e t a p e s t r y m a y o v e r s h a d o w t h e u n d e r l y i n g i d e a s , b u t t h e y e x i s t n o n e t h e l e s s . T h i s c h a p t e r p r e s e n t s a c o n d e n s e d v e r s i o n o f t h e s e i d e a s . A n i t e m i z e d s u m m a r y o f t h e s p e c i fi c c o n t r i b u t i o n s o f t h i s r e s e a r c h i s p r e s e n t e d fi r s t . F o l l o w i n g t h e s u m m a r y , s e v - e r a l c o n c l u s i o n s a b o u t t h e u n d e r l y i n g i d e a s i n t h i s d i s s e r t a t i o n a r e p r e s e n t e d . F i n a l l y , s e v - e r a l p o s s i b l e p a t h s f o r f u t u r e e x p l o r a t i o n a r e i d e n t i fi e d . 1 3 . 1 S u m m a r y o f C o n t r i b u t i o n s T h i s r e s e a r c h h a s c u l t i v a t e d a s i g n i fi c a n t a n d s u b s t a n t i a l u n d e r s t a n d i n g o f t h e e n g i n e e r i n g d e s i g n p r o c e s s f o r p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s . S p e c i fi c c o n t r i b u t i o n s t o t h i s i n c r e a s e d u n d e r s t a n d i n g i n c l u d e : 0 a n e w w a y o f t h i n k i n g a b o u t t h e o v e r a l l c o m p o s i t e d e s i g n v i s i o n - t h e d e s i g n s p i r a l . ( “ G l o b a l C o m p o s i t e s D e s i g n V r s i o n ” o n p a g e 2 6 4 ) a n d ( F i g u r e 6 4 o n p a g e 2 6 5 . ) 2 8 4 2 8 5 t h e a c c u m u l a t i o n a n d o r g a n i z a t i o n o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n k n o w l e d g e i n t o a u s a b l e f r a m e w o r k - C O M A D E . ( “ C O M A D E : A C o m p o s i t e M a t e r i a l S y s t e m D e s i g n e r ” o n p a g e 1 8 2 ) t h e d e v e l o p m e n t o f a g e n e r i c t a s k i n fl u e n c e d c a s e - b a s e d r e a s o n i n g m e t h o d o l o g y f o r s t o r i n g a n d r e t r i e v i n g p a s t d e s i g n s - C a s e F r n d e r . ( “ C a s e F i n d e r ” o n p a g e 2 1 9 ) t h e s p e c i fi c a p p l i c a t i o n o f C a s e F i n d e r t o t h e r e u s e o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n s . ( “ D e s i g n i n g C o m p o s i t e M a t e r i a l S y s t e m s w i t h C B R ” o n p a g e 2 3 2 ) a d e t a i l e d a n a l y s i s o f t h e p r e v i o u s c o m p o s i t e m a t e r i a l d e s i g n s y s t e m s i n t h e I S L , a n d a n i d e n t i fi c a t i o n o f m a n y u n c l e a r a s s u m p t i o n s . ( “ D i s s e c t i n g C M a t D e s i g n ” o n p a g e 1 5 9 ) a n i n c r e a s e d u n d e r s t a n d i n g o f t h e c o m p o s i t e s d e s i g n p r o c e s s i n g e n e r a l , a n d t h e c o m - p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n p r o c e s s i n p a r t i c u l a r . t h e s u c c e s s f u l u s e o f C O M A D E w i t h i n D A R P A ’ s M A D E F A S T e x p e r i m e n t . ( “ A n E x p e r i m e n t i n D i s t r i b u t e d D e s i g n ” o n p a g e 2 4 6 ) t h e o n g o i n g u s e o f C O M A D E a s a f r a m e w o r k f o r t h e d e v e l o p m e n t o f a n i n d u s t r i a l l y - f o c u s s e d d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m - G E A E - C O D E . ( “ I n t e g r a t e d D e s i g n i n a n I n d u s - t r i a l S e t t i n g ” o n p a g e 2 4 9 ) s t r u c t u r e d r e p r e s e n t a t i o n o f p o t e n t i a l m o d i fi c a t i o n s t o C O M A D E - i n t e r s t i t i a l a n d m u t a t i o n a l e x t e n s i o n . ( “ E x p a n d i n g t h e C a p a b i l i t i e s o f C O M A D E ” o n p a g e 2 7 7 ) a n a n a l y s i s o f p r e v i o u s r e l a t e d a p p r o a c h e s t o c o m p o s i t e s d e s i g n . ( “ G e r r n a n e A p p r o a c h e s t o C o m p o s i t e s D e s i g n ” o n p a g e 9 1 ) i d e n t i fi c a t i o n o f t h e p r o b l e m o f s c o p e c r e e p a n d t h e a c c o m p a n y i n g i n c r e a s e i n c o m p u - t a t i o n a l c o m p l e x i t y i n t h e s e a p p r o a c h e s t o c o m p o s i t e s d e s i g n . ( “ D e s i g n S c o p e v s . F o c u s ” o n p a g e 1 2 4 ) a n d ( F i g u r e 2 6 o n p a g e 1 2 5 ) d e t a i l e d u s e o f t h e p r e l i m i n a r y i n t e g r a t i o n a r c h i t e c t u r e w i t h i n t h e I S L ’ s G T t o o l s e t , a n d t e s t i n g o f i t s c a p a b i l i t i e s . e x p a n s i o n o f v a r i o u s c a p a b i l i t i e s o f t h e I S L ’ s G T t o o l s e t i m p l e m e n t a t i o n s : c o m m e n t - i n g i n d i v i d u a l r o w w i t h i n m a t c h i n g t a b l e s , c a v e a t s f o r i n p u t v a r i a b l e s . A l s o , p r o v i d e d a n i m p e t u s f o r t h e a d d i t i o n o f u n i t s t o n u m e r i c a l v a r i a b l e s a n d t h e c a p a b i l i t y t o d o n u m e r i c a l c a l c u l a t i o n s . 1 3 . 2 C o n c l u s i o n s O f a l l t h e s p e c i fi c c o n t r i b u t i o n s l i s t e d a b o v e , t h r e e i d e a s m e r i t f u r t h e r d i s c u s s i o n . E a c h o f t h e s e r e f e r s t o a n o r i g i n a l g o a l o f t h i s r e s e a r c h . T h e fi r s t i d e a a d d r e s s e s h o w t h e c o n t r i b u - t i o n s l i s t e d a d d u p t o a p e r s u a s i v e p a r a d i g m f o r e n g i n e e r i n g d e s i g n , a n d w h a t t h a t m e a n s f o r t h e d e s i g n o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s . T h e s e c o n d i d e a b u i l d s o n t h e g e n e r a t i o n o f t h e p a r a d i g m b y d i s c u s s i n g i n s t a n t i a t i o n s o f i t t h a t o t h e r e n g i n e e r s c a n u s e . F i n a l l y , i t i s s h o w n h o w t h e l e s s o n s l e a r n e d i n t h e d i s c o v e r y o f t h e p a r a d i g m i n fl u e n c e t h e c o m p r e h e n - s i o n o f p h a s e l e v e l d e s i g n i n t e r t w i n e d w i t h a s e g m e n t e d d e s i g n v i s i o n . 1 3 . 2 . 1 A P a r a d i g m f o r C o m p o s i t e M a t e r i a l S y s t e m D e s i g n T h e i n i t i a l c o n c e p t i o n o f t h e d e s i g n o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s i n c l u d e d m a n y t h i n g s . T h r o u g h o u t t h e d e v e l o p m e n t f r o m E p o x - I u p t o C M a t D e s i g n , m o r e i t e m s w e r e a d d e d t o t h i s v i s i o n . T h e s e i t e m s i n c l u d e d r e d u n d a n t a n d u n c l e a r m a t e r i a l p r o p e r t i e s . A l s o i n c l u d e d i n t h i s v i s i o n o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s w a s i n f o r m a t i o n r e l a t e d t o t h e p r o c e s s i n g o f t h e m a t e r i a l , b u t o n l y f o r a s p e c i fi c f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g y : a u t o c l a v e p r o c e s s i n g w i t h h a n d - l a y u p . T h i s a s s u m p t i o n o f a f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g y a f f e c t e d t h e d e s i g n r e p r e s e n t a - t i o n b y f o r c i n g t h e i n c l u s i o n o f a p a r t i a l l i s t o f p r o c e s s i n g p a r a m e t e r s . A l s o a s s u m e d w a s - t h a t t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l w a s a t h i n fi l m l a m i n a t e . B e f o r e a n y p r o g r e s s c o u l d b e m a d e t o w a r d t h e i n i t i a l l y - m a n d a t e d e x p a n s i o n o f t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l s d o m a i n c o v e r a g e , t h e d e s i g n r e p r e s e n t a t i o n h a d t o b e c r y s t a l l i z e d . A n d e v e n b e f o r e t h a t c o u l d o c c u r , t h e a s s u m p t i o n s w i t h i n t h e p r e v i o u s c o n c e p t i o n o f a c o m p o s i t e m a t e r i a l h a d t o b e i d e n t i fi e d a n d e l i m i n a t e d . T h e r e f o r e , b e f o r e t h e r e w a s a s y s t e m c a l l e d C O M A D E , t h e r e w a s a s i g n i fi c a n t c l a r i fi c a t i o n o f t h e d e fi n i t i o n o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s . A l l o f t h e a s s u m p t i o n s m a d e a b o u t p r o c e s s i n g a n d a r c h i t e c t u r e w e r e 2 8 7 r e m o v e d f r o m t h e d e fi n i t i o n o f a c o m p o s i t e m a t e r i a l . C o m p o s i t e m a t e r i a l s w e r e d e fi n e d t o b e a c o m b i n a t i o n o f a p o l y m e r m a t r i x ( p l u s a n y n e c e s s a r y c h e m i c a l a d d i t i v e s ) a n d a fi b e r , e i t h e r c h o p p e d o r c o n t i n u o u s . T h e p r o c e s s i n g i n f o r m a t i o n w a s r e l e g a t e d t o p r o c e s s d e s i g n . T h e a r c h i t e c t u r e a s s u m p t i o n s w e r e d i s c a r d e d . L a t e r , t h e t e r m c o m p o s i t e m a t e r i a l d e s i g n w a s e v e n m o d i fi e d t o c o m p o s i t e m a t e - r i a l s y s t e m d e s i g n t o a v o i d c o n f u s i o n . B y c l e a n i n g u p t h e d e s i g n r e p r e s e n t a t i o n , t h e s t a g e w a s s e t f o r i m p l e m e n t i n g a n e w s y s t e m f o r d e s i g n i n g c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s : C O M A D E . 1 3 . 2 . 2 T h e I n s t a n t i a t e d P a r a d i g m a t i c D e s i g n P r o c e s s W i t h t h e d e s i g n r e p r e s e n t a t i o n f o r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s fi r m l y s p e c i fi e d , t h e a c c u m u l a t i o n a n d o r g a n i z a t i o n o f d e s i g n k n o w l e d g e i n t o a u s a b l e t o o l w e r e t h e n c o m - p l e t e d . T h e d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m f o r p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s d e s i g n , c a l l e d C O M A D E , e m b o d i e d t h i s m a t e r i a l - s p e c i fi c d e s i g n r e p r e s e n t a t i o n . I t a l s o p r e s e n t e d a u s a b l e s t r u c t u r e f o r t h e a d d i t i o n a l a c c u m u l a t i o n a n d r e u s e o f d e s i g n k n o w l e d g e . C O M A D E w a s a n i n s t a n t i a t i o n o f P e t r o s k i ’ s p e r s u a s i v e p a r a d i g m f o r e n g i n e e r i n g d e s i g n . S i m p l y p u t , C O M A D E i s t h e s t a t e o f t h e a r t f o r d e s i g n i n g c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s . N o o t h e r s y s t e m e x i s t s t h a t s p e c i fi c a l l y a d d r e s s e s t h e d e s i g n o f c o m p o s i t e s a s s u c c i n c t l y o r a s e f f e c t i v e l y a s d o e s C O M A D E . C O M A D E w a s a n e w w a y o f d e s i g n i n g c o m p o s i t e m a t e r i a l s i n t h a t i t o n l y c o n s i d - e r e d t h e d e s i g n o f t h e m a t e r i a l a n d d i d s o w i t h o u t a n y p r o c e s s i n g i n f o r m a t i o n . C O M A D E a l s o i n c l u d e d a n o r d e r o f m a g n i t u d e e x p a n s i o n o v e r t h e c a p a b i l i t i e s o f t h e p r e v i o u s s y s t e m ( C M a t D e s i g n ) i n t h e m a t e r i a l s i t c o u l d d e s i g n . C O M A D E h a s b e e n t e s t e d i n v a r i o u s f o r u m s a n d h a s p r o v e n i t s c a p a b i l i t i e s f o r m a t e r i a l d e s i g n . I t s e r v e d a s a n i n t e g r a l p a r t i n 2 8 8 t h e d e s i g n o f t h e M A D E F A S T s e e k e r c a s i n g ( “ A n E x p e r i m e n t i n D i s t r i b u t e d D e s i g n ” o n p a g e 2 4 6 ) a n d h a s a l s o s e r v e d a s t h e f r a m e w o r k f o r a n e x t e n s i v e c o m m e r c i a l d e v e l o p m e n t f o r G E A i r c r a f t E n g i n e s ( “ I n t e g r a t e d D e s i g n i n a n I n d u s t r i a l S e t t i n g ” o n p a g e 2 4 9 ) . C O M A D E h a s a l s o s e r v e d a s t h e f o u n d a t i o n o f a p r i n c i p l e d e x t e n s i o n f o r d e s i g n i n g a c o m p o s i t e m a t e r i a l b y c o n s i d e r i n g t h e m a t r i x / fi b e r i n t e r p h a s e [ e r e n s k i e r a l . , 1 9 9 5 ] . T h e k n o w l e d g e a n d d e s i g n r e p r e s e n t a t i o n u p o n w h i c h C O M A D E w a s b a s e d h a s a l s o p r o v e d u s e f u l f o r t h e s p e c i fi c a p p l i c a t i o n o f a g e n e r i c t a s k i n fl u e n c e d i m p l e m e n t a t i o n o f a c a s e - b a s e d r e a s o n i n g t o o l ( C a s e F i n d e r ) . W i t h D e s i g n M o d , C a s e F i n d e r p r e s e n t s a f r a m e w o r k f o r s p e c i fi c a l l y r e u s i n g p a s t d e s i g n e x p e r i e n c e s . T o a l a r g e e x t e n t , t h e s u c c e s s - f u l a p p l i c a t i o n o f t h e s e t o o l s t o c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s w a s d u e t o t h e k n o w l e d g e u s e d f r o m C O M A D E . C o m b i n i n g a l l t h r e e o f t h e s e t o o l s p r o v i d e s a c o m p l e t e i m p l e m e n t a t i o n o f t h e c o m - p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n v i s i o n s h o w n i n F i g u r e 4 1 o n p a g e 1 5 4 . T h i s i s t h e fi r s t t i m e i n t h e I S L ’ s d e v e l o p m e n t o f d e c i s i o n s u p p o r t s y s t e m s f o r c o m p o s i t e s d e s i g n t h a t a n e n t i r e d e s i g n v i s i o n h a s b e e n i m p l e m e n t e d . T h i s i s a s i g n i fi c a n t c o n t r i b u t i o n . 1 3 . 2 . 3 A b s t r a c t i o n s o f t h e D e s i g n P r o c e s s O n e r e c u r r i n g i s s u e i n t h e w o r k o f o t h e r r e s e a r c h e r s a n d a n i m p o r t a n t n o t i o n i n t h i s w o r k ( a t l e a s t i n i t i a l l y ) i s t h a t o f c o n c e p t u a l d e s i g n . T h e r e i s a l m o s t t o t a l a g r e e m e n t t h a t i t i s t h e m o s t e f fi c a c i o u s p o r t i o n o f t h e d e s i g n p r o c e s s f o r t h e a p p l i c a t i o n o f A l s y s - t e m s . H o w e v e r , t h e r e i s n o t a n g i b l e o r c o n s i s t e n t i n t e r p r e t a t i o n o f w h a t d e fi n e s p a r t o f t h e d e s i g n p r o c e s s t o b e c o n c e p t u a l . M o s t o f t e n , a p a r t i c u l a r i n t e r p r e t a t i o n i s i n fl u e n c e d d i r e c t l y b y t h e s p e c i fi c d e s i g n p r o b l e m t o b e s o l v e d . T h i s i s n o t e n t i r e l y u n e x p e c t e d . A n y 2 8 9 d i r e c t c o m p a r i s o n o f t h e v a r i o u s i n t e r p r e t a t i o n s d e g r a d e s q u i c k l y i n t o a f u t i l e s e m a n t i c e x e r c i s e . H o w e v e r , o n e p o i n t b e c o m e s a b u n d a n t l y c l e a r : a s p e c i fi c l a b e l o f b e i n g p h i l o s o p h - i c a l l y c o n c e p t u a l a l w a y s r e s u l t s i n a n i m p l e m e n t a t i o n t h a t i s a t b e s t o n l y p a r t l y c o n c e p - t u a l . T h e m o s t c o m m o n p i t f a l l i s t h e t e n d e n c y t o g e t d i s t r a c t e d b y d e t a i l s a t a l e v e l w h e r e t h e s e d e t a i l s s h o u l d b e u n i m p o r t a n t . O n e w o u l d t h i n k t h a t i f e v e r y a p p r o a c h t o c o m p o s i t e s d e s i g n ( a n d t h i s i n c l u d e s t h e a p p r o a c h u s e d i n C O M A D E ) w e r e i n t e n d e d t o b e a t a c o n c e p t u a l l e v e l a n d w e r e n o t , t h e y s h o u l d b e fl a w e d a n d s h o u l d n o t w o r k . T h a t i s , o f c o u r s e , n o t s o , a s m a n y o t h e r a p p r o a c h e s h a v e r e s u l t e d i n s u c c e s s f u l i m p l e m e n t a t i o n s . T h i s s u g g e s t s t h a t s o m e t h i n g e l s e i s g o i n g o n . D e s i g n i n g b y s t r i c t l y f o l l o w i n g a r i g i d p h a s e l e v e l d e s i g n p r o c e s s d o e s n o t a d d r e s s t h e d e s i g n p r o b l e m a t t h e c o r r e c t l e v e l o f g r a n u l a r i t y , a n d t h e r e f o r e d o e s n o t a l l o w f o r t h e c o m p l e x i n t e r a c t i o n o f d e s i g n i s s u e s . C O M D E S ( “ C O M D E S ” o n p a g e 1 0 7 ) u s e d a t a s k l e v e l d e s i g n p r o c e s s i n w h i c h t h e b o u n d a r y b e t w e e n c o n c e p t u a l a n d e m b o d i m e n t d e s i g n w a s c r o s s e d r e p e a t e d l y . F r o m t h i s s y s t e m i t w a s s e e n t h a t w h i l e t h e p h a s e s o f d e s i g n a r e c o n v e n i e n t f o r t h i n k i n g a b o u t t h e d e s i g n p r o c e s s , t h e y s h o u l d n o t d i c t a t e t h e a p p r o a c h t a k e n i n p e r f o r m i n g t h e d e s i g n p r o c e s s . W h i l e r e s e a r c h e r s m a y p r o f e s s t h e b e n e fi t s o f t h e c o n c e p t u a l d e s i g n p h a s e , t h e y c a n n o t e a s i l y c a r r y o u t s y s t e m s a t a s o l e l y c o n c e p t u a l l e v e l b e c a u s e i t i s n o t a n a t u r a l a p p r o a c h f o r h u m a n s . T h e r e i s a l w a y s s o m e m i x i n g o f t h e l e v e l s o f a b s t r a c t i o n . W h e n a n a p p l e i s m e n t i o n e d a s a c o n c e p t , a d d i t i o n a l d e t a i l s a u t o m a t i c a l l y s p r i n g t o m i n d ( e . g . , r e d , j u i c y , G r a n n y s m i t h , e t c . ) . T h i s i s a l r e a d y c r o s s i n g t h e l i n e i n t o a n o t h e r p h a s e o f d e t a i l . O f 2 9 0 c o u r s e , o n e c a n a r g u e t h a t t h i s i s a f a l s e a n a l o g y , a s a n a p p l e i s r e a l l y t h e e m b o d i m e n t o f a m o r e a b s t r a c t c o n c e p t o f a f r r r i t . T h i s s h o w s t h a t i t i s d i f fi c u l t t o b e p r e c i s e w i t h t h e s e m a n t i c s o f w h a t a r e a n d a r e n o t c o n c e p t s o r e m b o d i m e n t s . T h e r e p r e s e n t a t i o n o f t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m w i t h i n C O M A D E w a s n o t s t r i c t l y c o n c e p t u a l e i t h e r , i n s p i t e o f a n a t t e m p t t o m a k e i t s o . A t y p i c a l d e s i g n o u t p u t f r o m t h e s y s t e m i s : A B S M a t r i x M a t e r i a l , n o C h e m i c a l A g e n t , P 5 5 c a r b o n F i b e r T y p e , a n d c o n - t i n u o u s F i b e r L e n g t h . M o r e t r u l y c o n c e p t u a l d e s i g n w o u l d b e s o m e t h i n g l i k e : S e m i c r y s - t a l l i n e T h e r m o p l a s t i c M a t r i x , H i g h M o d u l u s C a r b o n F i b e r , a n d C o n t i n u o u s F i b e r L e n g t h . B u t e v e n t h i s c o u l d b e e x p r e s s e d i n a m o r e a b s t r a c t f o r m o f : T h e r m o p l a s t i c M a t r i x , C a r - b o n F i b e r , C o n t i n u o u s F i b e r L e n g t h . O n e c o u l d v e r y e a s i l y l o s e f o c u s o n t h e d e s i g n p r o - c e s s b y g e t t i n g b o g g e d d o w n i n t h e s e m a n t i c g a m e s o f e x p r e s s i n g t h i n g s a s e n t i r e l y c o n c e p t u a l . C o n t i n u i n g t h i s d e m o n s t r a t i o n o f t h e d i f fi c u l t y o f c o m p l e t e l y c o n c e p t u a l i z i n g t h e d e s i g n p r o c e s s ( o r r e p r e s e n t a t i o n ) , i t p a y s t o l o o k a t E A D O C S ( “ E A D O C S ” o n p a g e 1 1 3 ) . T h i s s y s t e m h a s t h e m o s t c o n c e p t u a l a p p r o a c h t o p r o b l e m s o l v i n g a n d t o t h e r e p r e s e n t a - t i o n o f t h e c o m p o s i t e o f a l l t h e s y s t e m s c o n s i d e r e d . I t i s n o g r e a t c o i n c i d e n c e t h e n t h a t i t a l s o i s t h e m o s t u n w i e l d y a n d f o r c e d o f t h e m a l l . T h e l e s s o n t o t a k e a w a y f r o m a l l o f t h i s i s , a g a i n , t h a t t h e r i g i d p h a s e l e v e l d e s i g n p r o c e s s f o r c o m p o s i t e s i s u s e f u l o n l y a s a w a y o f t h i n k i n g a b o u t ' t h e d e s i g n a n d n o t a s a g u i d e l i n e t o a c c o m p l i s h i n g t h e d e s i g n p r o c e s s . T h i s i m p l e m e n t a t i o n s h o u l d b e d r i v e n s p e - c i fi c a l l y b y t h e t a s k s c o m p r i s i n g t h e p r o b l e m t o b e s o l v e d . T h e r e s h o u l d b e n o c o n c e r n g i v e n t o c o m p a r t m e n t a l i z i n g t h e c o n c e p t u a l p h a s e d e s i g n a p a r t f r o m t h e e m b o d i m e n t o r d e t a i l p h a s e d e s i g n . 2 9 1 T h e d e s i g n s p i r a l v i s i o n ( F i g u r e 6 4 o n p a g e 2 6 5 ) d e v e l o p e d d u r i n g t h i s d i s s e r t a t i o n p r o v i d e s a c o n v e n i e n t r e m e d y f o r a l l o f t h i s c o n f u s i o n . I t p r e s e n t s t h e c o m p o s i t e d e s i g n p r o c e s s a s a c o m b i n a t i o n o f r i g i d p h a s e l e v e l d e s i g n ( m a d e m u c h l e s s r i g i d ) w i t h t h e s e g - r e g a t e d d e s i g n v i s i o n o f m a t e r i a l - p r o c e s s - p a r t . T h e s p i r a l a l l o w s f o r s o - c a l l e d c o n c e p t u a l d e s i g n t o o c c u r b e t w e e n m a t e r i a l & p r o c e s s , o r p a r t & m a t e r i a l , a n d s o o n . I t a l s o a c k n o w l e d g e s s i m i l a r r e c i r c u l a t i o n i d e a s p r e s e n t i n E A D O C S . T h e s e t w o s e e m i n g l y a n t i - t h e t i c a l d e s i g n p r o c e s s v i s i o n s h a v e b e e n m a d e c o m p a t i b l e w i t h t h e d e s i g n s p i r a l v i s i o n . W h i l e n o t h i n g i s a p a n a c e a , t h i s n e w v i s i o n r e p r e s e n t s a s i g n i fi c a n t a d v a n c e i n d r i n k i n g a b o u t d e s i g n i n g c o m p o s i t e s . 1 3 . 3 F u t u r e D i r e c t i o n s I n t h e l a s t p o r t i o n o f C h a p t e r T w e l v e , t w o c l a s s e s o f e x t e n s i o n t o C O M A D E w e r e o u t - l i n e d . T h e s e d e fi n i t i o n s h e l p t o p r o v o k e a d d i t i o n a l d e v e l o p m e n t s b a s e d o n t h i s r e s e a r c h , i n c l u d i n g a p p l i c a t i o n s o f C O M A D E s p e c i fi c t o i n d u s t r y a n d f a b r i c a t i o n t e c h n o l o g i e s . T h e s e d e v e l o p m e n t s a n d o t h e r s r e m a i n t o b e d o n e . S o m e p o s s i b l e f u t u r e d i r e c t i o n s f o r r e s e a r c h t h a t h a v e a p p e a r e d t h r o u g h o u t t h e c o u r s e o f t h i s r e s e a r c h i n c l u d e : 0 d e v e l o p m e n t s t h a t c a p i t a l i z e o n c o m p u t a t i o n a l c a p a b i l i t i e s w i t h i n t h e I S L G T T o o l s e t t h a t h a v e r e c e n t l y b e e n a d d e d a s o f f s h o o t s o f t h i s a n d o t h e r r e l a t e d r e s e a r c h . S p e c i fi c c a p a b i l i t i e s t o a d d i n c l u d e n u m e r i c a l c a l c u l a t i o n s , c a v e a t s , a n d s t r u c t u r e d p a t t e r n m a t c h e r r o w c o m m e n t i n g . 0 u p d a t e t h e c u r r e n t w e b - b a s e d v e r s i o n o f C O M A D E t o t a k e a d v a n t a g e o f t h e s i g n i fi c a n t a d v a n c e s t h a t h a v e o c c u r r e d s i n c e t h e d e m o w a s p l a c e d o n t h e w e b i n J u n e o f 1 9 9 4 . T h i s c o u l d p o t e n t i a l l y i n c l u d e t h e r e i m p l e m e n t a t i o n o f C O M A D E i n J a v a , a m o n g o t h e r t h i n g s . 0 a d d i n a c a p a b i l i t y t o s t o r e c a s e s u s i n g t h e C a s e F i n d e r m e t h o d o l o g y . T h i s w o u l d b e a n a t u r a l e x t e n s i o n o f t h e r e t r i e v e a l g o r i t h m a l r e a d y i n p l a c e . A n e w c a s e c o u l d q u e r y t h e e x i s t i n g c a s e h i e r a r c h y t o fi n d o u t w h e r e i t s h o u l d b e l o c a t e d . 2 9 2 r e a d d r e s s t h e d e t e r m i n a t i o n o f t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s w i t h i n C O M A D E u s i n g t h e n u m e r i c a l v a r i a b l e f u n c t i o n s . a d d i n c o n s i d e r a t i o n o f m o r e c h o i c e s f o r a b s t r a c t fi b e r f o r m s w i t h i n C O M A D E : u n i d i - r e c t i o n a l c o n t i n u o u s , r a n d o m i n p l a n e c h o p p e d , b i d i r e c t i o n a l c o n t i n u o u s . G e t a w a y f r o m t h e i d e a o f n e e d i n g t o e l i m i n a t e a l l p a r t / a s s e m b l y a n d p r o c e s s i n g i n f o r m a t i o n w i t h i n t h e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n e r . d e v e l o p s y s t e m s t h a t a r e u s a b l e a t m u l t i p l e l e v e l s o f d e s i g n d e t a i l , a l a t h e d e s i g n s p i r a l v i s i o n . I t w o u l d b e v e r y e v o c a t i v e t o h a v e a s y s t e m t h a t c o u l d b e u s e d o n c e t o d o d e s i g n a t a m o r e c o n c e p t u a l l e v e l , a n d t h e n a g a i n ( d e p e n d i n g u p o n t h e i n p u t t o i t ) t o d o m o r e d e t a i l e d d e s i g n i n g - w h a t e v e r i t s e m p h a s i s m a y b e . T h i s m i g h t b e p o s s i b l e u s i n g r o u g h d e s i g n i n t h e c u r r e n t I S L M D S P L t o o l . i m p l e m e n t a r e s i n t r a n s f e r m o l d i n g t a r g e t e d v e r s i o n o f C O M A D E , t a k i n g a d v a n t a g e o f t h e m u t a t i o n a l e x t e n s i o n d e s c r i p t i o n i n C h a p t e r T w e l v e . P o s s i b l y i n c l u d e p o r t i o n s o f t h e d e s i g n a p p r o a c h u s e d i n C O F A T E . f u l l y u t i l i z e t h e n u m e r i c a l c a l c u l a t i o n c a p a b i l i t y w i t h i n t h e I S L t o o l s e t t o r e a s s e s s t h e w a y C O M A D E a d d r e s s e s t h e c o n s i d e r a t i o n o f n u m e r i c a l v a r i a b l e s . fi g u r e o u t a b e t t e r w a y t o e x p l i c i t l y m o n i t o r t h e u s e r s ( a n d u s e ) o f C O M A D E o n t h e w e b ; c o l l e c t d e m o g r a p h i c s , r e s t r u c t u r e t h e k n o w l e d g e w i t h i n C O M A D E t o m o r e a d e - q u a t e l y a d d r e s s t h e m o s t c o m m o n u s e r s . a p p l y t h e m e t h o d o l o g y u s e d i n ( a n d l e a r n e d i n t h e d e v e l o p m e n t o f ) C O M A D E t o o t h e r c h e m i c a l e n g i n e e r i n g d o m a i n s ( e . g . , c h e m i c a l p r o c e s s e s ) . g e t t h e i n t e r f a c i n g b e t w e e n C a s e F i n d e r a n d D e s i g n M o d s t a b i l i z e d . c o n t i n u e t o e x p a n d a c a s e l i b r a r y o f c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n s . R i g h t n o w , t h e s e m u s t b e g e n e r a t e d f r o m C O M A D E . H o w e v e r , a s t h e u n d e r s t a n d i n g o f t h e c o m - p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m d e s i g n p r o c e s s g r o w s , c a s e s f r o m o u t s i d e C O M A D E ’ s e x p e r i - e n c e c o u l d p r o b a b l y b e i n c l u d e d i n t h i s l i b r a r y . e x p l o r e w a y s o f p l a c i n g t h e l i b r a r y o f d e s i g n s o n t h e w e b , w i t h e n h a n c e d d o c u m e n t a - t i o n f e a t u r e s . A l s o , c o n s i d e r w a y s t o u s e t h e w e b f o r d e l i v e r y a n d p r e s e n t a t i o n o f t h e C B R a p p r o a c h d e v e l o p e d h e r e . m o d i f y t h e c u r r e n t i m p l e m e n t a t i o n o f C a s e F i n d e r t o i n c l u d e m u l t i p l e c a s e a s s i g n a - t i o n s t o n o d e s . T h i s i s s i m p l y a m a t t e r o f c h a n g i n g t h e c a s e l i b r a r y i n t e r f a c e t o a m u l - t i p l e s e l e c t i o n - i n - l i s t . a u t o m a t e t h e c a s e h i e r a r c h y b u i l d i n g p r o c e s s w i t h i n C a s e F i n d e r . T h i s w o u l d e n a b l e t h e a p p r o a c h t o b e u s e d w i t h l a r g e c a s e l i b r a r i e s m u c h m o r e e f f e c t i v e l y . 2 9 3 A l l t h e s e p o s s i b l e a v e n u e s f o r f u r t h e r e x p l o r a t i o n s p e a k t o t h e w i d e - r a n g i n g n a t u r e o f t h i s r e s e a r c h . T h e y a l s o p o i n t t o t h e p o t e n t i a l u s e o f t h e d e v e l o p e d m e t h o d o l o g i e s a n d t o o l s i n w i d e l y d i s p a r a t e e n g i n e e r i n g d o m a i n s , n o t j u s t f o r c o m p o s i t e s . T h i n k b a c k t o t h e I n t r o d u c t i o n t o t h i s d i s s e r t a t i o n a n d t h e h y d r o d e a l k y l a t i o n p r o c e s s p r e s e n t e d t h e r e . I t i s i n t e r e s t i n g t o s p e c u l a t e h o w t h e m e t h o d o l o g i e s d e v e l o p e d f o r C O M A D E a n d c o m p o s i t e s d e s i g n c a n b e a p p l i e d t o m o r e m a i n s t r e a m c h e m i c a l e n g i n e e r i n g d e s i g n p r o b l e m s . T h e p o t e n t i a l u t i l i t y i s o b v i o u s . T h e e x e c u t i o n i s y e t t o c o m e . A P P E N D I C E S - A p p e n d i x A N o m e n c l a t u r e w i t h i n C O M A D E T h e r e a r e a l o t o f a b b r e v i a t i o n s a n d a c r o n y m s p r e s e n t w i t h i n C O M A D E , m o s t l y f o r e a s e o f r e p r e s e n t a t i o n w i t h i n t h e r o u t i n e d e s i g n e r . A l l o f t h e a b b r e v i a t i o n s u s e d f o r M a t r i x M a t e - r i a l a n d C h e m i c a l A g e n t w i t h i n C O M A D E a r e e x p a n d e d a n d e x p l a i n e d b e l o w . T h e a b b r e v i a t i o n s ( a n d e x p l a n a t i o n s ) u s e d f o r M a t r i x M a t e r i a l a r e : 0 4 , 4 ' - M D A - B M I : 4 , 4 ' - B i s m a l e i m i d o - D i p h e n y l m e t h a n e 0 A B S : A c y l o n i t r i l e - b u t a d i e n e - s t y r e n e 0 A B S I P B T : A c r y l o n i t r i l e - b u t a d i e n e - s t y r e n e l P o l y b u t y l e n e t e r e p h t h a l a t e 0 B P A F u m a r a t e R e s i n : B i s p h e n o l A . . . 0 C h l o r e n d i c R e s i n : b l e n d e d p o l y e s t e r r e s i n ' D G E B A : D i g l y c i d y l e t h e r o f b i s p h e n o l A ' E p o x i d i z e d P h e n o l i c N o v o l a c : 0 I s o p h t h a l i c R e s i n : b l e n d e d p o l y e s t e r r e s i n 0 O r t h o p h t h a l i c R e s i n : b l e n d e d p o l y e s t e r r e s i n 0 P A 6 6 : P o l y a m i d e - 6 6 ( N y l o n - 6 6 ) - P A I : P o l y a r y l i m i d e - P A S : P o l y a r y l s u l fi d e - P B T : P o l y b u t l e n e t e r e p h t h a l a t e 2 9 4 2 9 5 P C : P o l y c a r b o n a t e P C / A B S : P o l y c a r b o n a t e l A c r o n n i t r i l e - b u t a d i e n e - s t y r e n e P C / P B T : P o l y c a r b o n a t e / P o l y b u t y l e n e t e r e p h t h a l a t e P E E K : P o l y e t h e r e t h e r k e t o n e P E I : P o l y e t h e r i m i d e P E T : P o l y e t h y l e n e t e r e p h t h a l a t e P h e n o l i c N o v o l a c R e s i n : t w o s t a g e c u r e r e s i n P h e n o l i c R e s o l e R e s i n : o n e s t a g e ( h e a t ) c u r e r e s i n P M R 1 5 M o n o m e r s : P o l y m e r i z a b l e m o n o m e r r e a c t a n t s , b l e n d 1 5 ; ( N F J M D A / B T D E ) - m o n o e t h y l e s t e r o f n a d i c a n h y d r i d e , 4 , 4 ' - m e t h y l e n e d i a n i l i n e , d i e t h y l e s t e r o f 3 , 3 ’ , 4 , 4 ’ - b e n z o p h e n o n e t e t r a c a r b o x y l i c a c i d d i a n h y d r i d e P P O : P o l y p h e n y l e n e o x i d e P P S : P o l y p h e n y l e n e s u l fi d e P S U : P o l y s u l f o n e T G E T P E : T e t r a g l y c i d y l e t h e r o f t e t r a p h e n o l e t h a n e T G M D A : T e t r a g l y c i d y l m e t h y l e n e D i a n i l i n e T h e r r n i d 6 0 0 O l i g o m e r s : B T D E / A P B / A P A ( 4 , 4 ' c a r b o n y l - b i s - 1 , 2 - b e n z e n d e d i c a r b o x - y l i c a c i d , - d i e t h y l e s t e r ; 1 , 3 - b i s ( 3 - a m i n o p l r e n o x y ) b e n z e n e ; 3 - a m i n o p h e n y l a c t y l e n e ) V i n y l E s t e r R e s i n : b l e n d e d p o l y e s t e r r e s i n T h e a b b r e v i a t i o n s ( a n d e x p l a n a t i o n s ) u s e d f o r C h e m i c a l A g e n t a r e : 0 , 0 ' - D i a l l y l B P A : 0 , 0 ' - d i a l l y l b i s p h e n o l - A 1 , 4 - T o l y l - B M I : 1 , 4 - b i s m a l e i m i d o - 2 - m e t h y l b e n z e n e D A P : d i a l l y l p h t h a l a t e 2 9 6 D D S I B F 3 - M E A : 4 , 4 ' - d i a m i n o d i p h e n y l s u l f o n e w i t h b o r o n t r i fl u o r i d e m o n o e t h y - l a r n i n e D E A P A : d i e t h y l a r n i n o p r o p y l a r n i n e D i c y a n a t e B P A : d i c y a n a t e b i s p h e n o l - A E t O H : e t h a n o l H M T A : h e x a m e t h y l e n e t e t r a m i n e M A B A : m - A m i n o b e n z o i c A c i d M e O H : m e t h a n o l M P D A : m - p h e n y l e n e d i a m i n e . A l s o k n o w n a s “ C l . ” A p p e n d i x B E n u m e r a t i n g C O M A D E ’ S K n o w l e d g e T h i s A p p e n d i x d e t a i l s t h e d e c i s i o n - m a k i n g k n o w l e d g e w i t h i n C O M A D E a p a r t f r o m t h e c o n fi n e s o f t h e r o u t i n e d e s i g n m e t h o d o l o g y . T h e r e f o r e , t h e r e a r e n o a g e n t o r s p e c i a l i s t h i e r a r c h i e s , n o r o r t h e r e a n y s t r u c t u r e d p a t t e r n m a t c h i n g t a b l e s . I n s t e a d , t h e k n o w l e d g e i n C O M A D E i s p r e s e n t e d i n t h e f o r m o f l o c k u p t a b l e s a n d fi g u r e s . I t i s p o s s i b l e t o d e t e r - m i n e a d e s i g n f o r a p o l y m e r c o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m u s i n g t h e f o l l o w i n g m a t e r i a l . H o w e v e r , fi n d i n g m u l t i p l e s o l u t i o n s t o a s e t o f i n p u t s p e c i fi c a t i o n s i s n o t f e a s i b l e . I n s u c h a s i t u a t i o n , t h e u s e o f C O M A D E i s r e q u i r e d . T h e m a t e r i a l t h a t f o l l o w s p r e s e n t s a v e r y e n t a n g l e d g r o u p o f fi g u r e s a n d t a b l e s . A l l o f t h e i n t e r a c t i o n s b e t w e e n t h e d i f f e r e n t i n p u t v a r i a b l e s u s e d i n C O M A D E a r e i m p o s s i b l e t o d i s c o n n e c t , a n d t h e r e f o r e o v e r l a p e x i s t s f o r n e a r l y e v e r y i t e m p r e s e n t e d . T h e fi r s t g r o u p o f fi g u r e s p r e s e n t s t h e U s e T e m p e r a t u r e a s a m e a n s o f d e t e r m i n i n g p o l y m e r t y p e s . A n o v e r v i e w fi g u r e h e l p s t o p i n p o i n t t h e o v e r a l l t y p e , a n d t h e f o l l o w i n g fi g u r e s f o r e a c h p o l y m e r t y p e h e l p t o d e t e r m i n e a s p e c i fi c p o l y m e r . I n a c o u p l e o f t h e p o l y m e r t y p e U s e T e m p e r a t u r e fi g u r e s , t h e r e i s n o m e n t i o n o f t h e M a t r i x M a t e r i a l o p t i o n s f o r t h a t p o l y m e r t y p e . I n s t e a d , t h e C h e m c i a l A g e n t s a r e l i s t e d . T h i s i s d u e t o t h e l a c k o f a n y U s e T a r r p e r a t u r e d e p e n d a n c e f o r t h e M a t r i x M a t e r i a l . A s e r i e s o f t a b l e s f o l l o w t h e s e fi g u r e s . T h e s e t a b l e e n c o m p a s s t h e r e m a i n i n g d e s i g n k n o w l e d g e w i t h i n C O M A D E . 2 9 7 I P o l y e s t e r P h e n o l i c E E p o x y l 3 B l e n d T P l S e m i c r y s t a l l i n e T P A m o r p h o u s T P B i s m a l e i m i d e I 3 P o l y i m i d e F i g u r e 6 8 . U s e t e m p e r a t u r e s f o r a l l m a t e r i a l t y p e s i n C O M A D E . A t o p - d o w n p r o g r e s s i o n t h r o u g h t h e v e r t i c a l l i s t o f m a t e r i a l t y p e s i n t h e l e g e n d c o r r e s p o n d s t o a c l o c k w i s e p a t t e r n o f t h e l o b e s i n t h e fi g u r e , s t a r t i n g j u s t l e f t o f 1 2 o ' c l o c k B C h l o r e n d i c B P A F u m a r a t e D V i n y l E s t e r E l l s o p h t h a l i c I O r t h o p h t h a l i c F i g u r e 6 9 . P o l y e s t e r u s e t e m p e r a t u r e s i n C O M A D E . A t o p - d o w n p r o g r e s s i o n t h r o u g h t h e v e r t i c a l l i s t o f m a t e r i a l s i n t h e l e g e n d c o n e s p o n d s t o a n o u t s i d e - i n p r o g r e s s i o n t h r o u g h t h e m u l t i p l y h i g h l i g h t e d l o b e . 3 0 0 d - I . I ! D D S / B F S ' M E A a C h l o r e n d i c A n h y d r i d e E l M P D A E 1 D i c y a n d i a m i d e I D E A P A F i g u r e 7 0 . E p o x y u s e t e m p e r a t u r e s i n C O M A D E . A t o p - d o w n p r o g r e s s i o n t h r o u g h t h e v e r t i c a l l i s t o f m a t e r i a l s i n t b e l e g e n d c r x r e s p o n d s t o a n o u t s i d e - i n p r o g r e s s i o n t h r o u g h t h e m u l t i p l y h i g h l i g h t e d l o b e . 3 0 1 r ! I P C / A B S 1 . l P C / P B T D A B S / P B T 1 r r F i g u r e 7 1 . B l e n d t h e r m o p l a s t i e s u s e t e m p e r a t u r e s i n C O M A D E . A t o p - d o w n p r o g r e s s i o n t h r o u g h t h e v e r t i c a l l i s t o f m a t e r i a l s i n t h e l e g e n d c o r r e s p o n d s t o a n o u t s i d e - i n p r o g r e s s i o n t h r o u g h t h e m u l t i p l y h i g h l i g h t e d l o b e . r e I P E E K I P P S F i g u r e 7 2 . S e m i c r y s t a l l i n e t h e r r n o p l a s t i c s u s e t e m p e r a t u r e s i n C O M A D E . A m p - d o w n p m g r e s s i m m m u g h t h e v a fi c a l h s t o f m w d a l s m m e l e g w d c m r e s p o n d s m u o u t s i d e - i n p r o g r e s s i o n t h r o u g h t h e m u l t i p l y h i g h l i g h t e d l o b e . é ‘ l l o o I O p a t - 4 . 1 0 . 0 I E ' 1 ' . " a P A I I P E I D P E I P I P C o J O O ' a J ’ I I O I ' l I O l O I p O a ' I D l F i g u r e 7 3 . A m o r p h o u s t h e r r n o p l a s t i c s u s e t e m p e r a t u r e s i n C O M A D E . t h r o u g h t h e v e r t i c a l l i s t o f m a ' s i n t h e l e g e n d c o r r e s p o n d s t o a n r e s s i o n A t o p - d o w n i n g i g h t e d l o b e . t h r o u g h t h e m u l t i p l y h i r n p r o g r e s s i o n o u t s i d e - 3 0 4 I K e r i m i d 6 0 1 I C o m p i m i d e n M a t r i m i d e D B T F i g u r e 7 4 . B i s m a l e i m i d e u s e t e m p e r a t u r e s i n C O M A D E . A t o p - d o w n p r o g r e s s i o n t h r o u g h t h e v e r t i c a l l i s t o f m a t e r i a l s i n t h e l e g e n d c o r r e s p o n d s t o a n o u t s i d e - i n p r o g r e s s i o n t h r o u g h t h e m u l t i p l y h i g h l i g h t e d l o b e . 3 0 5 I P M R 1 5 D T h e r m i d 6 0 0 F i g u r e 7 5 . P o l y i n r i d e u s e t e m p e r a t u r e s i n C O M A D E . A m p - d o w n p m g r e s s i o n m m u g h t h e v m i c d h s t o f m w d a l s m m e l e g e n d m n e s p o n d s w a n o u t s i d e - i n p r o g r e s s i o n t h r o u g h t h e m u l t i p l y h i g h l i g h t e d l o b e . d e w o l l a t o n d e w o l l a t o n . E ‘ d e w o l l t a D n A M e m n O o r t o n C d d n i v e e w w i o o n l l s E l l n a a o l t t i a o o t c n n u b i r i m e d ” t i h d d d e e w w o o l l l l a a t t o o n n d e w C c e w e b a o n o c g l t o a n l o t s u r m n e m n o r i t o n t s d i v c n e a k a l l a t o n . y t i l i b i s s o p l t a c i e w a h t n m o e h C : 5 2 e l b a T s n o i t c i r t s e r o C n e s s I e d s ° n s c e E i d A A e i a i d B P m i D r 0 l l a t t i E a r P g e 2 l 5 a s m d a i G r - r y M A e S E l y s h D h p l y e r o o c m P i r e n A c m i e h S T d n e r o l h t r t a u h t t a e r t e a p c m i e d n T C e i s s l U l e 5 s e c l s p C a ° a k t y n l c i n T C a 1 l 8 e m r g e e A r B 1 e b . . h b a b C i i F F w e a k b a s e s t r o n g b a s e h y d r o c a r b o n o r g a n i c s o l v e n t M a t e r i a l C l a s s A m o r p h o u s T h e r m o p l a s t i c s n o t a l l o w e d P h e n o l i c s n o t a l l o w e d n o t a l l o w e d n o t a l l o w e d M a t r i x M a t e r i a l P E E K n o t a l l o w e d n o t a l l o w e d n o t a l l o w e d n o t a l l o w e d D E A P A m u s t b e m u s t b e n o t a l l o w e d G l a s s n o t a l l o w e d 3 0 6 T a b l e 2 6 : S t r e s s e n v i r o n m e n t c o n t r i b u t i o n s i n C O M A D E . S t r e s s E n v i r o n m e n t ' n o n e c o n s t a n t i n c r e a s i n g c y c l i c B i s m a l e i r n i d e s “ a l l o w e d M a t e r i a l C l a s s B l e n d p , m u s t b e C h e m i c a l D E A P A m u s t b e A g e n t P A I n o t a l l o w e d M a t r i x P A S n o t a l l o w e d n o t a l l o w e d b n o t a l l o w e d ‘ M a t e r i a l P E E K n o t a l l o w e d n o t a l l o w e d ‘ n o t a l l o w e d ‘ P P S n o t a l l o w e d n o t a l l o w e d ‘ n o t a l l o w e d ' a . B l a n k c e l l s i n d i c a t e t h a t t h e r e a r e n o r e s t r i c t i o n s o n t h a t p o s s i b i l i t y . b . U s e T e m p e r a t u r e S 0 ° C T a b l e 2 7 : F l a m e r e t a r d a n c e c o n t r i b u t i o n s i n C O M A D E . F l a m e R e t a r d a n c e ‘ y e s n o M a t r i x M a t e r i a l P h e n o l i c N o v o l a c m u s t b e D E A P A m u s t b e C h e n r i c a l D i c y a n d i a m i d e m u s t b e A g e n t M P D A m u s t b e D D S / B F 3 - M E A m u s t b c a . B l a n k c e l l s i n d i c a t e t h a t t h e r e a r e n o r e s t r i c t i o n s o n t h a t p o s - s i b i l i t y . 3 0 8 T a b l e 2 8 : H u m i d e n v i r o n m e n t c o n t r i b u t i o n s i n C O M A D E . H u m i d E n v i r o n m e n t ” y e s n o A m o r p h o u s T h e r m o p l a s t i c m u s t b e ” M é l t g g a l E p o x i e s m u s t b e c P o l y i r n i d e s m u s t b e “ P E I m u s t b e ° M a t r i x D G E B A m u s t b e M a t e r i a l E p o x i d i z e d P h e n o l i c N o v o l a c m u s t b e T G E T P E m u s t b e C h e m i c a l 0 , 0 ' - D i a l l y l B P A m u s t b e A g e n t M A B A m u s t b e a . B l a n k c e l l s i n d i c a t e t h a t t h e r e a r e n o r e s t r i c t i o n s o n t h a t p o s s i b i l i t y . b . 2 1 0 ° C 5 U s e T e m p e r a t u r e S 2 7 4 ° C c . 1 2 0 ° C 5 U s e T e m p e r a t r u e S 2 0 0 ° C d . 2 6 0 ° C S U s e T e m p e r a t u r e S 3 0 0 ° C e . 2 0 5 ° C S U s e T e m p e r a t u r e S 2 2 5 ° C T a b l e 2 9 : C o m p o s i t e m a t e r i a l m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s v e r s u s fi b e r t y p e . T e n s i l e S t r e n g t h ( M P a ) F l e x u r a l M o d u l u s ( G P a ) F i b e r T y p e C h o p p e d I C o n t i n u o u s C h o p p e d l C o n t i n u o u s N o F i b e r — — s o _ — 5 E - g l a s s 1 6 9 2 1 1 0 s 4 6 S - g l a s s 2 2 4 2 8 0 0 5 5 0 C - g l a s s 1 6 3 2 0 4 0 4 4 2 Q u a r t z 1 7 0 2 1 2 0 4 3 9 A S - 4 c a r b o n 1 9 6 2 4 5 0 1 4 1 3 5 P - 5 5 g r a p h i t e 8 7 1 0 9 0 2 2 2 2 0 P - 1 0 0 g r a p h i t e 1 1 1 1 3 9 0 4 2 4 2 0 K e v l a r - 2 9 . - 2 2 1 0 . . 5 2 K e v l a r - 4 9 - - 2 2 1 0 - - 7 7 K e v l a r - 1 4 9 - - 2 0 9 0 - l 1 3 B o r o n 1 7 7 2 2 1 0 2 3 2 3 0 S i C 1 9 1 2 3 9 0 2 4 2 4 0 s s a l C y c i l r r e e t t x s s s a o l o e r i p n e r e E h P u t t a M a e F r e s s h a e e y y l l o o P P s c i t s t O l a c l r p e p u S e p y T r e b . E o m r e h T r e b i F D o A F r M O s e C l b l N c a a l a i i r r e r t e o v 5 o 1 n c i l R M o P n e h P C ° 0 3 2 r o f s a t V a p u k E M x i r s E l y n o i D t V o I A M a l M a i O r e t C l a r u a l s g m s u o e n u i o i a u g e z n r d a r l l h u a q l l e c s i e e R c s i M e r u M t a C ° C : ° r 0 0 e 3 p 0 0 e e l T 2 2 m 1 8 b a T e s U e ) e e ) A A l n n e r r D e T o e e M e u l y fi M c s r b u G H o l R t T a S T m c i l o N l y e r ( o n e h P n i V h A t ( e n o N / N l l x a a i i c r r i t n e t e m a t M a M g e h A C 4 , 4 ' - M D A - B M I B M ] N o n e ( T P m a t r i x ) D A P P o l y e s t e r P h e n o l i c r e s o l e M e t h a n o l E t h a n o l T h e r m i d 6 0 0 F i b e r L e n g t h 3 1 0 A p p e n d i x C C O M A D E i n D e t a i l T h e f o l l o w i n g i n f o r m a t i o n c o m p l e m e n t s t h e m a t e r i a l g i v e n i n A p p e n d i x B . E v e r y b i t o f i n f o r m a t i o n e n c o d e d w i t h i n C O M A D E i s p r e s e n t e d b e l o w . T h e m a t e r i a l t h a t f o l l o w s w a s a u t o m a t i c a l l y g e n e r a t e d f r o m t h e C O M A D E s o u r c e c o d e u s i n g t h e G T D o c u m e n t e r . l F o r - m a t t i n g m o d i fi c a t i o n s w e r e m a d e f o r t h e m a t e r i a l i n t h e f o l l o w i n g p r e s e n t a t i o n . * * t * t * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * D A T A B A S E * ‘ k i ‘ t ' k ' k ' t i ' i ’ i ’ t ' k ‘ k i * * * * * * * * * * * * * i t i ’ t t t t t ‘ k - - - - - - - - - R D N u m e r i c a l V a r - - - — - — - * * * * * R e q F l e x u r a l M o d u l u s I N P U T V A R I A B L E u p p e r l i m i t : 4 2 0 l o w e r l i m i t : 0 Q U E S T I O N : W h a t i s t h e m i n i m u m r e q u i r e d f l e x u r a l m o d u l u s f o r t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l ? D E F A U L T U N I T : G P a U N I T S : M P s i * * * * * R e q T e n s i l e S t r e n g t h I N P U T V A R I A B L E u p p e r l i m i t : 2 8 0 0 l o w e r l i m i t : 0 Q U E S T I O N : W h a t i s t h e m i n i m u m r e q u i r e d t e n s i l e s t r e n g t h f o r t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l ? D E F A U L T U N I T : M P a U N I T S : K s i * * * * * U s e T e m p e r a t u r e I N P U T ' V A R I A B L E u p p e r l i m i t : 3 0 0 l o w e r l i m i t : - 4 0 C O M M E N T : T h i s V a r i a b l e m o s t s t r o n g l y a f f e c t s t h e c h o i c e o f m a t r i x m a t e r i a l . Q U E S T I O N : W h a t i s t h e t e m p e r a t u r e a t w h i c h t h e m a t e r i a l w i l l b e u s e d ? D E F A U L T U N I T z c U N I T S : F - - - - - - - - - R D O n e O f V a r - - - - - - - * * * * * C h e m i c a l A g e n t O U T P U T V A R I A B L E l . T h e G T D o c u m e n t e r w a s d e v e l o p e d b y l l i a n a M a r t i n e z . 3 1 1 3 1 2 L E G A L V A L U E S : 0 , 0 ' - D i a l l y l B P A 1 , 4 - T b l y l - E M I C h l o r e n d i c A n h y d r i d e D A P D D S / B P 3 - M E A D E A R A D i c y a n a t e B P A D i c y a n d i a m i d e E t O H H M T A M A B A M e O H M P D A N o n e ( T h e r m a l c u r e o n l y ) N o n e ( T P M a t r i x ) S t y r e n e u n k n o w n V i n y l T o l u e n e c m : I n t h e c a s e o f a t h e r m o s e t m a t e r i a l , t h i s w i l l b e t h e c u r i n g / c o - c u r i n g c h e m i c a l ( e x c e p t f o r m a t r i x c h o i c e s l i k e p h e n o l i c r e s o l e s , w h i c h a r e h e a t c u r e d ) . T h e r m o p l a s t i c s d o n o t h a v e c u r i n g a g e n t s p e r s e , a n d t h e r e f o r e t h e s e m a t e r i a l s w i l l h a v e n o c h e m i c a l a g e n t : ' N o n e ( T P M a t r i x ) . ' Q U E S T I O N : W h a t i s t h e c h e m i c a l a g e n t t o b e u s e d w i t h t h e m a t r i x . m a t e r i a l ? * * * * * C h e m i c a l E n v i r o n m e n t I N P U T V A R I A B L E L E G A L V A L U E S : h y d r o c a r b o n n o n e o r g a n i c s o l v e n t s t r o n g a c i d s t r o n g b a s e u n k n o w n w e a k a c i d w e a k b a s e C O M M E N T : E x a m p l e s f o r e a c h o f t h e v a r i a b l e c h o i c e s a r e a s f o l l o w s : h y d r o c a r b o n : o i l s , h y d r a u l i c f l u i d s , e t c . o r g a n i c s o l v e n t : c l e a n e r s , a l c o h o l s , k e t o n e s , e t c . s t r o n g a c i d : m i n e r a l a c i d s ( > 2 0 % c o n c ) s t r o n g b a s e : c o n c . c a u s t i c s ( K O H , e t c ) w e a k a c i d : < 1 0 % c o n c . a c i d w e a k b a s e : < 1 0 % c o n c . c a u s t i c O b v i o u s l y , t h e s e a r e o n l y q u a l i t a t i v e g r o u p i n g s o f c h e m i c a l s , a n d t h e r e m a y b e c o n s t i t u e n t s w i t h i n a p a r t i c u l a r g r o u p w h i c h a r e a n o m a l o u s l y h a r m f u l . C h e c k s p e c i f i c c h e m i c a l i n t e r a c t i o n s t o b e a b s o l u t e l y c e r t a i n o f t h e v a l i d i t y o f a d e s i g n . Q U E S T I O N : T o w h a t t y p e o f c h e m i c a l s ( i f a n y ) w i l l t h e m a t e r i a l b e e x p o s e d ? * * * * * F i b e r L e n g t h O U T P U T V A R I A B L E L E G A L V A L U E S : C h o p p e d C o n t i n u o u s N / A ( N o F i b e r ) u n k n o w n C O M M E N T : C o n t i n u o u s f i b e r s a r e a s s u m e d t o h a v e a f i b e r v o l u m e f r a c t i o n o f 6 0 % a n d c h o p p e d f i b e r s , 3 0 % . T h i s v a r i a b l e i s a f f e c t e d b y t h e r e q u i r e d t e n s i l e s t r e n g t h a n d r e q u i r e d f l e x u r a l m o d u l u s . Q U E S T I O N : W h a t i s t h e l e n g t h o f t h e f i b e r ( i f a n y ) t o b e u s e d i n t h e m a t e r i a l ? * * * * * F i b e r T y p e O U T P U T V A R I A B L E L E G A L V A L U E S : A S - 4 C a r b o n 3 1 3 B o r o n C - G l a s s E - G l a s s K e v l a r - 1 4 9 K e v l a r - 2 9 K e v l a r - 4 9 N o n e P - l O O G r a p h i t e P - S S G r a p h i t e Q u a r t z S - G l a s s S i C u n k n o w n Q U E S T I O N : W h a t t y p e o f f i b e r i s t o b e u s e d ? * * * * * M a t r i x M a t e r i a l O U T P U T V A R I A B L E L E G A L V A L U E S : 4 , 4 ' - M D A - E M I A B S A B S / P E T B P A F u m a r a t e R e s i n C h l o r e n d i c R e s i n D G E B A E p o x i d i z e d P h e n o l i c N o v o l a c l s o p h t h a l i c R e s i n O r t h o p h t h a l i c R e s i n P A 6 6 P A I P A S P B T P C P C / A B S P C / P B T P E E K P E I P E T P h e n o l i c N o v o l a c R e s i n P h e n o l i c R e s o l e R e s i n P M R 1 5 M o n o m e r s P P O P P S P S U T G E T P E T G M D A T h e r m i d 6 0 0 O l i g o m e r s u n k n o w n V i n y l E s t e r R e s i n C O M M E N T : T h e r e a r e a l o t o f a b b r e v i a t i o n s a n d a c r o n y m s p r e s e n t w i t h i n t h i s v a r i a b l e , m o s t l y f o r e a s e o f r e p r e s e n t a t i o n w i t h i n t h e r o u t i n e d e s i g n e r u T h e » m a t e r i a l c h o i c e s a r e a l l e x p a n d e d a n d e x p l a i n e d [ i n A p p e n d i x A ] . Q U E S T I O N : W h a t i s t h e c h o i c e o f m a t e r i a l f o r t h e m a t r i x ? * * * * * S t r e s s E n v i r o n m e n t I N P U T V A R I A B L E L E G A L V A L U E S : c o n s t a n t c y c l i c i n c r e a s i n g n o n e u n k n o w n C O M M E N T : T h e s t r e s s e n v i r o n m e n t i s a q u a l i t a t i v e m e a s u r e o f w h a t t y p e o f f o r c e s t o w h i c h t h e m a t e r i a l m a y b e e x p o s e d . G e n e r a l l y , c o n s t a n t = s t r u c t u r a l , s t a t i c l o a d s ; c y c l i c , i n c r e a s i n g = c o m p o n e n t i a l , d y n a m i c l o a d s ( t h e r e f o r e n o b r i t t l e m a t e r i a l s ) ; n o n e = n o t a 3 1 4 l o a d b e a r i n g m a t e r i a l . Q U E S T I O N : T o w h a t t y p e o f s t r e s s ( i f a n y ) w i l l t h e m a t e r i a l b e e x p o s e d ? - - - - - - - R D Y e s N d V a r - - - - - - - * * * * ' F l a m e R e t a r d a n c e I N P U T V A R I A B L E Q U E S T I O N : D o e s t h e m a t e r i a l n e e d t o b e f l a m e r e t a r d a n t ? * * * ' * H u m i d E n v i r o n m e n t I N P U T ‘ V A R I A B L E Q U E S T I O N : I s t h e m a t e r i a l t o b e u s e d i n a h u m i d e n v i r o n m e n t ? * i fi t fi fi fi i ‘ . * * * * * * * * * * * * * * * * * t * * * * * m m H I E R A R Q ‘ I Y * i fi i i ’ fi ‘ k t ' fi ' k fi t fl fl t t t ‘ t t ' fi t t * * t * * * t t * * - ~ - - < 1 > C o m p o s i t e M a t e r i a l S p e c i a l i s t < R D S p e c i a l i s t > 1 - - - - - - - - < 2 > C o m p o s i t e M a t e r i a l P l a n < R D P l a n > 2 . . . . . . . . . . . . < 3 ) M a t r i x S p e c i a l i s t < R D S p e c i a l i s t > 3 . . . . . . . . . . . . . . . . < 4 > T h e r m o p l a s t i c P l a n < R D P l a n > 4 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - < S > T h e r m o p l a s t i C S p e C i a l i S t < R D S P G C i a l i S C > 5 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - < 6 > S e m i c r y s t a l l i n e T P P l a n < R D P l a n > 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 7 > S e m i c r y s t a l l i n e T P T a s k < R D P a S k > 7 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - < 8 > S e m i c r y s t a l l i n e T P S t e p < R D S t e p > 8 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - < 8 > X T P C h a n i c a l A g e n t S t e p < R D S C € p > 9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 6 > A m o r p h o u s T P P l a n < R D P l a n > 1 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 7 > A m o r p h o u s T P T a s k < R D T a s k > 1 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 8 > A m o r p h o u s T P S t e p < R D S t e p > 1 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 8 > A T P C h e m i c a l A g e n t S t e p < R D S t e p > 1 3 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - < 6 > B l e n d T P P l a n < R D P l a n > 1 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 7 > B l e n d T P T a s k < R D T a s k > 1 5 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - < 8 > B l e n d T P S t e p < R D S t e p > 1 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 8 > B T P C h e m i c a l A g e n t S t e p < R D S t e p > 1 7 . . . . . . . . . . . . . . . . < 4 ) T h e r m o s e t P l a n < R D P l a n > 1 8 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — < 5 ) T h e r m o s e t S p e c i a l i s t < R D S p e C i a l i S t > 1 9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 6 > T S E p o x y P l a n < R D P l a n > 2 0 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - < 7 > T S E p o x y T a s k < R D T a S k > 2 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 8 > T S E p o x y S t e p < R D S t e p > 2 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 8 > T S E p o x y C h e m i c a l A g e n t S t e p < R D S t e p > 2 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 6 > T S P h e n o l i c P l a n < R D P l a n > 2 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 7 > T S P h e n o l i C T a s k < R D T a s k > 2 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 8 > T S P h e n o l i c S t e p < R D S t e p > 2 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 8 > T S P h e n o l i c C h e m i c a l A g e n t S t e p < R D S t e p > 2 7 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - < 6 > T S P o l y e s t e r P l a n < R D P l a n > 2 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 7 > T S P o l y e s t e r ‘ I ' a s k < R D T a s k > 2 9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 8 > T S P o l y e s t e r S t e p < R D S t e p > 3 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 8 > T S P o l y e s t e r C h e m i c a l A g e n t S t e p < R D S t e p > 3 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 6 > T S B i s m a l e i m i d e P l a n < R D P l a n > 3 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 7 > T S B i s m a l e i m i d e T a s k ( R U P a S k > 3 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 8 > T S B i s m a l e i m i d e S t e p < R D S t e p > 3 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 8 > T S B M I C h e m i c a l A g e n t S t e p < R D S t e p > 3 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 6 > T S P o l y i m i d e P l a n < R D P l a n > 3 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 7 > T S P o l y i m i d e T a s k < R D T a s k > 3 ' 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 8 > T S P o l y i m i d e S t e p < R D S t e p > 3 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 3 > T S P o l y i m i d e C h e m i c a l A g e n t S t e p < R D S t e p > 3 9 . . . . . . . . . . . . < 3 ) R e i n f o r c e m e n t S p e c i a l i s t < R D S p e c i a l i s t > 4 0 - - - - - - - - - - - - - - - - < 4 > R e i n f o r c e m e n t P l a n < R D P l a n > 4 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 5 > F i b e r M a t e r i a l S p e c i a l i s t < R D S p e C i a l i s t > 4 2 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - < 6 > N o F i b e r P l a n < R D P l a n > 4 3 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - < 7 > N o F i b e r T a s k < R U I ‘ a s k > 4 4 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - < 8 > N o F i b e r S t e p < R D S t e p > 4 5 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - < 6 > G l a s s F i b e r P l a n < R D P l a n > 4 6 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - < 7 > G l a s s F i b e r T a S k < R D T 3 8 k > 4 7 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - < 8 > G l a s s F i b e r S t e p < R D S t e p > 4 8 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - < 6 > C a r b o n F i b e r P l a n < R D P l a n > 4 9 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - < 7 > C a r b o n F i b e r T a S k < R D T a S k > 5 0 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - < 8 > C a r b o n F i b e r S t e p < R D S t e p > 5 1 3 1 5 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - < 6 > A r a m i d F i b e r P l a n < R D P l a n > 5 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 7 > A r a m i d F i b e r T a s k < R D T a s k > 5 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 8 > A r a m i d F i b e r S t e p < R D S t e p > S 4 — - - - - - - - < 6 > S p e c i a l t y P i b e r P l a n < R D P l a n > 5 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 7 > s p e c i a l t y F i b e z ' r a s k < R U r a s k > 5 6 - _ . . . . . . . . . . . . . . . . < 8 > s p e c i a l t y F i b e r S t e p < R D S t e p > 5 7 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - < S > F i b e r L e n g t h S p e c i a l i s t < R D S p e C i a l i S t > 5 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 5 ) F i b e r L e n g t h P l a n < R D P l a n > S 9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 7 > F i b e r L e n g t h T a s k < R D P a s k > 6 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < 8 > F i b e r L e n g t h S t e p < R D S t e p > 6 1 * t t i i i i t * i i i t t fi t i t t t t t i i t i t i t S P E C I M J I S ‘ I ' H I E R A R C H I * t t fi t t t i fi t t t t t t t i t * t t t t t t t t t t - - — — < 1 > C a m p o s i t e M a t e r i a l S p e c i a l i s t 1 - - - - - - - - < 2 > M a t r i x S p e c i a l i s t 3 . . . . . . . . . . . . < 3 ) T h e r m o p l a s t i c S p e c i a l i s t 5 . . . . . . . . . . . . < 3 > T h e r m o s e t S p e c i a l i s t 1 9 - - - - - - - - < 2 > R e i n f o r c e m e n t S p e c i a l i s t 4 0 . . . . . . . . . . . . < 3 ) F i b e r M a t e r i a l S p e C i a l i S t 4 2 . . . . . . . . . . . . < 3 ) F i b e r L e n g t h S p e C i a l i S t 5 8 t i fi i i i i fi t l t i t i t f ‘ t t t W W 2 R E P R E S M A T I W * fl i i t t i t i t t i t t i i i t i t t ' k t C o m p o s i t e M a t e r i a l S p e c i a l i s t < R D S p e c i a l i s t > D E S I G N P L A N S : C o m p o s i t e M a t e r i a l P l a n . . . . . . 2 - - - - - - C o m p o s i t e M a t e r i a l P l a n < R D P l a n > T Y P E : d e s i g n P L A N I T E M S : M a t r i x S p e c i a l i s t R e i n f o r c e m e n t S p e c i a l i s t M a t r i x S p e c i a l i s t < R D S p e c i a l i s t > D E S I G N P L A N S : T h e r m o p l a s t i c P l a n T h e r m o s e t P l a n . . . . . . 4 - - - - - - T h e r m o p l a s t i c P l a n < R D P l a n > T Y P E : d e s i g n P L A N I T E M S : T h e r m o p l a s t i c S p e c i a l i s t S P O N S O R : I n s e T e m n e r a t u r e I S L r e s s E n y i r Q n m s n t I r s s u l t I < = 2 7 4 I ? I p e r f e c t I ? I ? I r u l e - o u t - - - - - - 5 - - - - - - T h e r m o p l a s t i c S p e c i a l i s t < R D S p e c i a l i s t > D E S I G N P L A N S : S e m i c r y s t a l l i n e T P P l a n A m o r p h o u s T P P l a n B l e n d T P P l a n - - - - - - 6 - - - - - - S e m i c r y s t a l l i n e T P P l a n < R D P l a n > T Y P E : d e s i g n P L A N I T E M S : S e m i c r y s t a l l i n e T P T a s k S P O N S O R : I W I C h e n i Q a l E u x i m n m e u t I r e s u l t I < = 1 8 1 I ? I p e r f e c t I < = 2 5 0 I ~ = s t r o n g a c i d I p e r f e c t I ? I ? I r u l e - o u t - - - - - - 7 - - - - - - S e m i c r y s t a l l i n e T P T a s k < R D T a s k > S T E P S : S e m i c r y s t a l l i n e T P S t e p X T P C h e m i c a l A g e n t S t e p S e m i c r y s t a l l i n e T P S t e p < R D S t e p > A I T R I B U T E : M a t r i X M a t e r i a l 3 1 6 I W I W 1 W I n s u l t I = P E E K I < 0 I : c y c l i c I e x c l u d e I = P E E K I < 0 I : i n c r e a s i n g I e x c l u d e I : P P S I < 0 I = c y c l i c I e x c l u d e l = P P S I < 0 I : i n c r e a s i n g I e x c l u d e E V A L U A T I O N A G E N T : I W I c h a n i c a l a n x i m n m e n t l i t r e s s fi n x i m n m n t I r e s u l t I < = 1 2 0 I ? I ? I P B T I < = 1 4 0 I ? I ? I R A 6 6 I < = 1 6 2 I ? I ? I P E T I < = 1 8 0 I ? I ? I P P O I < = 1 8 1 I ? I ~ = c o n s t a n t I P P S I < = 2 5 0 I ~ = s t r o n g a c i d I ~ = c o n s t a n t I P E E K - - - - - - 9 - - - - - - X T P C J ' m n i c a l A g e n t S t e p < R D S t e p > A ' I ' I ' R I B U ' I ' E : C h e m i c a l A g e n t E V A L U A T I O N A G E N T : I M a t r i x M a t s r i a l I r e s u l t I ? I N o n e ( T P M a t r i x ) - - - - - - 1 0 - - - - - - A m o r p h o u s T P P l a n < R D P l a n > T Y P E : d e s i g n P L A N I T E M S : A m o r p h o u s T P T a s k S P O N S O R : I l l s s i fl m s r a m r e I C h e m i c a l E m L i r o m e n t I C h s m i c a l E n y i m n m e n t I m m i d E n x i m n m e n t I r e s u l t I < = 2 1 0 I ~ = o r g a n i c s o l v e n t I ~ = h y d r o c a r b o n I ? I p e r f e c t I < = 2 7 4 I ~ = o r g a n i c s o l v e n t I ~ = h y d r o c a r b o n I : N o I p e r f e c t I ? I ? I ? I ? I r u l e — o u t - - - - - - 1 1 - - - - - - A m o r p h o u s T P T a s k < R D T a s k > S T E P S : A m o r p h o u s T P S t e p A T P C h e m i c a l A g e n t S t e p - - - - - - 1 2 - - - - - - A m o r p h o u s T P S t e p < R D S t e p > A T T R I B U T E : M a t r i x M a t e r i a l L I M I T I N G A G E N T : I W l u a e l e m u e r a t u r e I fi t r e s s fi n x i m n m e n t I r e s u l t | = P A S I < 0 I : c y c l i c I e x c l u d e I : P A S I < 0 = i n c r e a s i n g I e x c l u d e E V A L U A T I O N A G E N T . n s fl s m e r a t u l fl u m i d fi n x i m n m h e m i c a l fi m I W I W I W I M < = 1 0 4 I ? I ? I ? I ? I A B S < = 1 4 7 I ? I ? I ? I ? I ? I P C = 2 0 4 I ? I ? I ? I ? I ? I P S U = 2 1 0 I ? I ? I ? I ~ = c o n s t a n t I ? I R A S = 2 0 5 I ? I ~ = s t r o n g b a s e | ~ = w e a k b a s e I ~ = c o n s t a n t I ? I P E I < = 2 2 5 I : N o I ~ = s t r o n g b a s e l ~ = w e a k b a s e I ~ = c o n s t a n t I ~ = P E I I P E I < = 2 7 4 I ? I ? I ? I ~ = c o n s t a n t I ? I P A I - - - - - - 1 3 - - - - - - A T P C h e m i c a l A g e n t S t e p < R D S t e p > A H T R I B U T E : C h e m i c a l A g e n t E V A L U A T I O N A G E N T : I W I n s u l t I ? I N o n e ( T P M a t r i x ) - - - - - - 1 4 - - - - - - B l e n d T P P l a n < R D P l a n > T Y P E : d e s i g n P L A N I T E M S : B l e n d T P T a s k 3 1 7 S P O N S O R : l u a s r s m n e r a t u r s I a t z s a s fi n x i r s n m e n t I r s s u l t I < = 2 2 0 I : c o n s t a n t I p e r f e c t I ? I ? I r u l e - o u t - - - - - - 1 5 - - - - - - B l e n d T P T a s k < R D T a s k > S T E P S : B l e n d T P S t e p B T P C h e m i c a l A g e n t S t e p - - - - - - 1 5 - - - - - - B l e n d T P S t e p < R D S t e p > A T T R I B U T E : M a t r i X M a t e r i a l E V A L U A T I O N A G E N T : l u s e T s m n s z a t u r s I r e s u l t I < = 1 1 0 I A B S / P E T I < = 1 4 0 I P C / P E T I < = 2 2 0 I P C / A B S . . . . . . 1 7 - - - - - - B T P C h e m i c a l A g e n t S t e p < R D S t e p > A T T R I B U T E : C h e m i c a l A g e n t E V A L U A T I O N A G E N T : l u a t r i x u a t e r i a l I r e s u l t I ? I N o n e ( T P M a t r i x ) - - - - - - 1 3 - - - - - - T h e r m o s e t P l a n < R D P l a n > T Y P E : d e s i g n P L A N I T E M S : T h e r m o s e t S p e c i a l i s t - - - - - - 1 9 - - - - - - T h e r m o s e t S p e c i a l i s t < R D S p e c i a l i s t > D E S I G N P L A N S : T S E p o x y P l a n T S P h e n o l i c P l a n T S P o l y e s t e r P l a n T S B i s m a l e i m i d e P l a n T S P o l y — i m i d e P l a n - - - - - - 2 0 - - - - - - T S E p o x y P l a n < R D P l a n > T Y P E : d e s i g n P L A N I T E M S : T S E p o x y T a s k S P O N S O R : I n s e I e m n e r a t u r e I H u m i d E n x i r o n m e n t I r e s u l t I < = 2 0 0 I : N O I p e r f e c t I < = 1 2 0 I ? I p e r f e c t I ? I ? I r u l e - o u t - - - - - - 2 1 - - - - - - T S E p o x y T a s k < R D T a s k > S T E P S : T S E p o x y S t e p T S E p o x y C h e m i c a l A g e n t S t e p - - - - - - 2 2 - - - - - - T S E p o x y S t e p < R D S t e p > A T T R I B U T E : M a t r i x M a t e r i a l E V A L U A T I O N A G E N T : I fl m m i d s n x i r s n m e n t I £ h s m i c a l z u x i r 2 n m e n t I r e s u l t I : N o I ~ = o r g a n i c s o l v e n t I D G E B A I : N o I ? l E p o x i d i z e d P h e n o l i c N o v o l a c I : N o I ? I T G M D A I ? I ? I T G E T P E - - - - - - 2 3 - - - - - - T S E p o x y C h e m i c a l A g e n t S t e p < R D S t e p > A H T R I B U T E : C h e m i c a l A g e n t L I M I T I N G A G E N T : 3 1 8 I W ’ ' l M a t a n a t e r i a l ' ' I W ’ ' I M a t z i x M a L e m l ’ I n s u l t I ~ = D G E B A I ~ = E p o x i d i z e d P h e n o l i c N o v o l I ~ = T G E T P E I ~ = T G M D A I e x c l u d e E V A L U A T I O N A G E N T : I m m u n e I m m e n s e I W I W I n s u l t . I < 9 5 I : N O I : w e a k a c i d I : n o n e I D E A P A I < 9 5 I : N O I : w e a k b a s e I : n o n e I D E A P A I < 9 5 I : N o I : n o n e I : n o n e I D E A P A I < = 1 3 0 I : N O I ? I ? I D i c y a n d i a m i d e I < = 1 5 5 I : N O I ~ = o r g a n i c s o l v e n t I ? I M P D A I < = 1 9 0 I ? l ~ : s t r o n g b a s e I ? I C h l o r e n d i c A n h y d r i d e I < = 2 0 0 I : N o I ? I ? l D D S / B F 3 - M E A - - - - - - 2 4 - - - - - - T S P h e n o l i c P l a n < R D P l a n > T Y P E : d e s i g n P L A N I T E M S : T S P h e n o l i c T a s k S P O N S O R : I C h e m i c a l E n x i r s n m s n t I C h s m i c a l E n x i r s n m e n t I m m i n l E n x i m n m s n t I m m a t u r e I r e s u l t I ~ = s t r o n g b a s e I ~ : w e a k b a s e I ~ = s t r o n g a c i d I < = 1 5 0 I p e r f e c t I ? I ? I ? I ? I r u l e — o u t - - - - - - 2 5 - - - - - - T S P h e n o l i c T a s k < R D T a s k > S T E P S : T S P h e n o l i c S t e p T S P h e n O l i c C h e m i c a l A g e n t S t e p - - - - - - 2 6 - - - - - - T S P h e n o l i c S t e p < R D S t e p > A T T R I B U T E : M a t r i x M a t e r i a l E V A L U A T I O N A G E N T : I E l a m s E e t a z d a n c s I n s u l t I : Y e s I P h e n O l i c N o v o l a c R e s i n I ? I P h e n o l i c R e s o l e R e s i n - - - - - - 2 7 - - - - - - T S P h e n O l i c C h e m i c a l A g e n t S t e p < R D S t e p > A T T R I B U T E : C h e m i c a l A g e n t L I M I T I N G A G E N T : M a t r i x M a t e r i a l M a t r i x M a t e r i a l I r e s u l t I ~ = P h e n o l i c N o v o l a c R e s i n I ~ = P h e n o l i c R e s o l e R e s i n I e x c l u d e E V A L U A T I O N A G E N T : I W I n s u l t I : P h e n o l i c N o v o l a c R e s i n I H M T A I : P h e n o l i c R e s o l e R e s i n I N o n e ( T h e r m a l c u r e o n l y ) - - - - - - 2 3 - - - - - - T S P o l y e s t e r P l a n < R D P l a n > T Y P E : d e s i g n P L A N I T E M S : T S P o l y e s t e r T a s k S P O N S O R : I W I n s u l t I < = 1 4 0 I p e r f e c t I ? I r u l e - o u t - - - - - - 2 9 - - - - - - T S P o l y e s t e r T a s k < R D T a s k > S T E P S : T S P o l y e s t e r S t e p T S P o l y e s t e r C h e m i c a l A g e n t S t e p - - - - - - 3 0 - - - - - - T S P o l y e s t e r S t e p < R D S t e p > A T T R I B U T E : M a t r i x M a t e r i a l E V A L U A T I O N A G E N T : I W I E l a m e B s L a r d a n c e I C h s m i c a l E n x i r o n m e n t I m s m i c a l a u x i m m e n t I n s u l t I < = 8 0 I : N O I ~ = s t r o n g b a s e I ~ = s t r o n g a c i d I O r t h O p h t h a l i c I < = 9 0 I : N O I ~ = S t r o n g b a s e I ~ = s t r o n g a c i d I I s o p h t h a l i c l I I I D : ? ? u P i m i a l V t a d i r n e n i > T y x a l u s a k s T 1 8 a d T 2 : I I s R I I I I I I I - B A P O - S : : a D > > ? - i N ? E N - n < - s = : S - - m O - 0 0 3 e l e E 9 3 - P T T S - S Y - L P - S N E S E a t u n e 0 2 e s M 0 3 - d - i n - i i - m g S : m p e r a - e T t - P S u l B r a i s n s m a < l R e - - - - - - l t E e s r t i e a r R e s i n s E l e x u r a l M e d u l u s 3 0 e : I I I I E ? ? > t = r e i s n s c fi r n e x a i s r i g n n g m e n t I I I a ~ ? I I I I I I | r D V S r p r e t A i e e u s y P n s r l u r y u f e l e l l e - t n t c o b l u e n e T e t u t 3 1 9 I < : 1 0 0 I : N O I ~ = s t r o n g b a s e I ~ = s t r o n g a c i d I V i n y l E s t e r I < = 1 3 0 I : N o I ? I ? I B P A F u m a r a t e I < = 1 4 I ? I ? I ? I C h l o r e n d i c - - - - - - 3 1 - - - - - - T S P o l y e s t e r C h e m i c a l A g e n t S t e p < R D S t e p > A T T R I B U T E : C h e m i c a l A g e n t L I M I T I N G A G E N T : I M a t r i x M a t e r i I M a t r i x M a t s r i I M a t r i x M a t e r i I M a t r i x M a t e r i l u a t r i x u a t e r i I r s s u l t I ~ = B P A F u m a r a t e I ~ = C h l o r e n d i c I ~ = I s o p h t h a l i c I ~ = O r t h o p h t h a l i c l ~ = V i n y l E s t e r I e x c l u d e E V A L U A T I O N ’ A G E N T : T S B i s m a l e i m i d e T a s k < R D T a s k > S T E P S : T S B i s m a l e i m i d e S t e p T S B M I C h e m i c a l A g e n t S t e p . . . . . . 3 4 _ - - - - - T S B i s m a l e i m i d e S t e p < R D S t e p > A T T R I B U T E : M a t r i x M a t e r i a l E V A L U A T I O N A G E N T : I n s e I s m n e r a t u r e I r e s u l t I < = 2 9 0 | 4 , 4 ' - M D A - B M I - - - - - - 3 5 - - - - - - T S B M I C h e m i c a l A g e n t S t e p < R D S t e p > A T T R I B U T E : C h e m i c a l A g e n t L I M I T I N G A G E N T : I M a t r i x M a t s r i a l I r e s u l t I ~ = 4 , 4 ' - M D A - B M I I e x c l u d e E V A L U A T I O N A G E N T : I n s e T s m p e r a t u r e I H u m i d E n z i r s n m e n t I r e s u l t I < = 2 5 2 I ? I D i c y a n a t e B P A I < = 2 7 3 I : N O I 0 , 0 ' - D i a l l y l B P A I < = 2 9 0 I : N O I M A B A I < = 2 9 0 I ? I 1 , 4 - T o l y l - B M I - - - - - - 3 6 - - - - - - T S P o l y i m i d e P l a n < R D P l a n > T Y P E : d e s i g n P L A N I T E M S : T S P o l y i m i d e T a s k S P O N S O R : I fl u m i d E n y i r Q n m e n t I U S e T e m p e z a t u r e I C h e m i c a l E n y i r Q n m e n t I C h e m i c a l E n y i r Q n m e n t I r e s n l t I ? I < = 2 6 0 I ~ = s t r o n g b a s e I ~ = s t r o n g a c i d I p e r f e c t I : N O I < = 3 0 0 I ~ = s t r o n g b a s e I ~ = s t r o n g a c i d I p e r f e c t I ? I ? I ? I ? I r u l e - o u t - - - - - - 3 7 - - - - - - T S P o l y i m i d e T a s k < R D T a s k > S T E P S : T S P o l y i m i d e S t e p T S P O l y i m i d e C h e m i c a l A g e n t S t e p - - - - - - 3 g - - - - - - T S P o l y i m i d e S t e p < R D S t e p > A T T R I B U T E : M a t r i x M a t e r i a l E N A L U A T I O N . A G E N T : I D S S T E m n s r a t n r e I < = I < = - - - - - - 3 9 - - - - - - I r s s u l t I P M R 1 5 M o n o m e r s I T h e r m i d 6 0 0 O l i g o m e r s 3 2 0 T S P o l y i m i d e C h e m i c a l A g e n t S t e p < R D S t e p > A T T R I B U T E : C h e m i c a l A g e n t L I M I T I N G A G E N T : I M a t r i x M a t e r i a l I ~ = T h e r m i d 6 0 0 O l i g o m e r s E V A L U A T I O N A G E N T : l u a t r i x u a t e r i a l I : P M R 1 5 M o n o m e r s | = T h e r m i d 6 0 0 O l i g o m e r s 4 o - - - - - - l u a t r i x u a t e z i a l I ~ = P M R 1 5 M o n o m e r s I r e s u l t I M e O H I E t O E R e i n f o r c e m e n t S p e c i a l i s t < R D S p e c i a l i s t > D E S I G N P L A N S : R e i n f o r c e m e n t P l a n 4 1 - - - - - - R e i n f o r c e m e n t P l a n < R D P l a n > T Y P E : d e s i g n P L A N I T E M S : 4 2 - - - - - - F i b e r M a t e r i a l S p e c i a l i s t D E S I G N P L A N S : t y F i b e r P l a n 4 3 - - - - - - N o P i b e r P l a n < R D P l a n > T Y P E : d e s i g n P L A N I T E M S : S P O N S O R : I B e g E l e x u r a l M Q G u l u s I < = S I ? N O F i b e r T a s k 4 4 - - - - - - N o P i b e r T a s k < R D T a s k > S T E P S : N O F i b e r S t e p 4 5 - - - - - - N o F i b e r S t e p < R D S t e p > A H T R I B U T E : F i b e r T y p e E V A L U A T I O N A G E N T : I B e s E l e x u r a l M Q d u l u S I ? 4 6 - - - - - - G l a s s F i b e r P l a n < R D P l a n > T Y P E : d e s i g n P L A N I T E M S : S P O N S O R : I 3 . 1 E . I ~ = s t r o n g b a s e G l a s s F i b e r T a s k 4 7 - - - - - - G l a s s F i b e r T a s k < R D T a s k > I B S G E I E E u r a l M O d u l u S I < = S O F i b e r M a t e r i a l S p e c i a l i s t F i b e r L e n g t h S p e c i a l i s t < R D S p e c i a l i s t > N o F i b e r P l a n G l a s s P i b e r P l a n C a r b o n P i b e r P l a n I B S G T s n s i l e S t r e n s t h I < = 5 0 I ? I r e s u l t I N o n e I B S G I E S S i l e S t r s n s t h I < = 2 8 0 0 I ? I r s s u l t I e x c l u d e A r a m i d F i b e r P l a n S p e c i a l - I r e s u l t I p e r f e c t | r u l e - o u t I r e s u l t I p e r f e c t I r u l e - o u t 3 2 1 S T E P S : G l a s s E i b e r S t e p - - - - - - 4 3 - - - - - - G l a s s E i b e r S t e p < R D S t e p > A T T R I B U T E : F i b e I ' I y p e E V A L U A T I O N A G E N T . I W I R s s n ‘ e n s i l e S t r e n s t I W I W I m a m . I < = 4 I < = 2 1 1 0 I ~ = s t r o n g a c i d I ~ = w e a k a c i d I E - G l a s s I < = 5 0 I < = 2 8 0 0 I ? I ? I S - G l a s s I < : 4 2 I < = 2 0 4 0 I ? I ? I C - G l a s s I < = 3 9 I < = 2 1 2 0 I ? I ? I Q u a r t z - - - - - - 4 9 - - - - - - C a r b o n E i b e r P l a n < R D P l a n > T Y P E : d e s i g n P L A N I T E M S : C a r b o n F i b e r T a s k S P O N S O R : I W I B q u l s m r a m m l u s I n s u l t I < = 1 0 9 0 I < = 2 2 0 I p e r f e c t I < = 1 3 9 0 I < = 4 2 0 I p e r f e c t I < = 2 4 5 0 I < = 1 3 S I p e r f e c t I ? I ? I r u l e - o u t - - - - - - 5 0 - - - _ _ - C a r b o n F i b e r ‘ T a s k < R D T a s k > S T E P S : C a r b o n F i b e r S t e p - - - - - - 5 1 - - - - - - C a r b o n P i b e r S t e p < R D S t e p > A T T R I B U T E : F i b e r ‘ I y p e E V A L U A T I O N A G E N T : I E e G E l m r a m q i u l u s I R e d T e n s i l e S I r e m t h I r e s u l t I < = 1 3 5 I < = 2 4 5 0 I A S - 4 c a r b o n I < = 2 2 0 I < = 1 0 9 0 I P - S S G r a p h i t e I < = 4 2 0 I < = 1 3 9 0 I P - 1 0 0 G r a p h i t e - - - - - - 5 2 - - - - - - A r a m i d F i b e r P l a n < R D P l a n > T Y P E : d e s i g n P L A N I T E M S : A r a m i d F i b e r T a S k S P O N S O R : I B s g I e n s i l e S t r e n g t I n g E l e x u r a l M g d u l u I C h e m i g a l E n v i z g n m e I g h e m i c a l fi n x i z g n m e I r e s u l t I < = 2 2 1 0 I < = 1 1 3 I ~ = S t r o n g a c i d I ~ = S t r o n g b a s e I p e r f e c t I ? I ? I ? I ? I r u l e - o u t - - - - - - 5 3 - - - - - - A r a m i d F i b e r T a s k < R D T a s k > S T E P S : A r a m i d F i b e r S t e p - - - - - - 5 4 - - - - - - A r a m i d F i b e r S t e p < R D S t e p > A T T R I B U T E : F i b e r T y p e E V A L U A T I O N A G E N T : I B s G I ‘ s n s i l s S t r e n s t h I B s s E l e m l M e d u l u S I r e s u l t I < = 2 2 1 0 I < = 5 2 I K e v l a r - 2 9 I < = 2 2 1 0 I < = 7 7 I K e v l a r - 4 9 I < = 2 0 9 0 I < = 1 1 3 I K e v l a r — 1 4 9 - - - - - - 5 5 - - - - - - S p e c i a l t y F i b e r P l a n < R D P l a n > T Y P E : d e s i g n P L A N I T E M S : S p e c i a l t y F i b e r T a s k S P O N S O R : 3 2 2 I n q u l e m r a m o d u l u s I E e d e n s i l e S t r e n a t h I n s e m a m e r a t u r e I < = 2 4 0 I < = 2 3 9 0 I > : 2 0 0 I ? I ? I ? - - - - - - 5 5 - - - - - - S p e c i a l t y F i b e r T a s k < R D T a s k > S T E P S : S p e c i a l t y F i b e r S t e p - - - - - - 5 7 - - - - - - S p e c i a l t y F i b e r S t e p < R D S t e p > A T T R I B U T E : F i b e r T y p e E V A L U A T I O N A G E N T : I B e d T m a i l s S I r e n s t h I E E G W I E S I < = 2 2 1 0 I < = 2 3 0 I < = 2 3 9 0 I < = 2 4 0 - - - - - - 5 8 - - - - - - F i b e r L e n g t h S p e c i a l i s t < R D S p e c i a l i s t > D E S I G N P L A N S : F i b e r L e n g t h P l a n - - - - - - 5 9 - - - - - - F i b e r L e n g t h P l a n < R D P l a n > T Y P E : d e s i g n P L A N I T E M S : F i b e r L e n g t h T a s k - - - - - - 6 0 - - - - - - F i b e r L e n g t h T a s k < R D T a s k > S T E P S : F i b e r L e n g t h S t e p - - - - - - 6 1 - - - - - - F i b e r L e n g t h S t e p < R D S t e p > A T T R I B U T E : F i b e r L e n g t h L I M I T I N G A G E N T : I W I E i Q e r L e n s t h I : K e v l a r - 2 9 I : C h o p p e d I : K e v l a r - 4 9 I : C h o p p e d I : K e v l a r - 1 4 9 I : C h o p p e d E V A L U A T I O N A G E N T : I E e g E l e m r a l M Q d u l u s I E e G I e n s i l e S t r e n s t h l a w I ? I ? I : N o n e I < = 5 I < = 1 6 9 I : E - G l a s s I < = 4 6 I < = 2 1 1 0 I : E - G l a s s I < = 5 I < = 2 2 4 I : S - G l a s s I < = S O I < = 2 8 0 0 I : S - G l a s s I < = 4 I < = 1 6 3 I : C - G l a s s I < = 4 2 I < = 2 0 4 0 I : C — G l a s s I < = 4 I < = 1 7 0 I : Q u a r t z I < = 3 9 I < = 2 1 2 0 I : Q u a r t z I < = 1 4 I < = 1 9 6 I : A S — 4 C a r b o n I < = 1 3 S I < = 2 4 5 0 I : A S - 4 C a r b o n I < = 2 2 I < = 8 7 I : P - S S G r a p h i t I < = 2 2 0 I < = 1 0 9 0 I : P - S S G r a p h i t e I < = 4 2 I < = 1 1 1 I : P - 1 0 0 G r a p h i t e I < = 4 2 0 I < = 1 3 9 0 I : P - l O O G r a p h i t e I < = 5 2 I < = 2 2 1 0 I : K e v l a r - 2 9 I < = 7 7 I < = 2 2 1 0 I : K e v l a r - 4 9 I < = 1 1 3 I < = 2 0 9 0 I : K e v l a r - 1 4 9 I < = 2 3 I < = 1 7 7 I : B o r o n I < = 2 3 0 I < = 2 2 1 0 I : B o r o n I < = 2 4 I < = 1 9 1 I : S i C I < = 2 4 0 I < = 2 3 9 0 I : S i C I r e s u l r . I p e r f e c t I r u l e - o u t I n s u l t I B o r o n I S i C I n s e a m . I e x c l u d e I e x c l u d e I e x c l u d e I z e s u l t I N / A ( N O F i b e r ) I C h o p p e d I C o n t i n u o u s I C h o p p e d I C o n t i n u o u s I C h o p p e d I C o n t i n u o u s I C h o p p e d I C o n t i n u o u s I C h o p p e d I C o n t i n u o u s I C h o p p e d I C o n t i n u o u s I C h o p p e d I C o n t i n u o u s I C o n t i n u o u s I C o n t i n u o u s I C o n t i n u o u s I C h o p p e d I C o n t i n u o u s I C h o p p e d I C o n t i n u o u s A p p e n d i x D R e f e r e n c e d C O M A D E D a t a A l l o f t h e m a t e r i a l p r o p e r t y d a t a u s e d i n C O M A D E i s p r e s e n t e d a l o n g w i t h s p e c i fi c a l l y r e f e r e n c e d s o u r c e s o f t h a t d a t a i n t h i s A p p e n d i x . T h e s o u r c e s g i v e n a r e n o t a n e x h a u s t i v e l i s t i n g o f t h e l i t e r a t u r e c o n s u l t e d , b u t r a t h e r a s e l e c t e d l i s t . D a t a i s g i v e n f o r e a c h c l a s s o f m a t e r i a l c o n s i d e r e d w i t h i n C O M A D E : s e m i c r y s t a l l i n e t h e r m o p l a s t i c s , a m o r p h o u s t h e r - m o p l a s t i c s , b l e n d e d t h e n n o p l a s t i c s , e p o x i e s , p o l y e s t e r s , p h e n o l i c s , b i s m a l e i m i d e s , a n d p o l y i m i d e s . D a t a f o r t h e v a r i o u s fi b e r m a t e r i a l s c o n s i d e r e d i s a l s o p r e s e n t e d . D a t a p r e - s e n t e d i n t h e f o l l o w i n g t a b l e s c o m p l e m e n t s t h e i n f o r m a t i o n g i v e n i n A p p e n d i c e s B a n d C . 3 2 3 2 2 4 4 4 4 7 7 1 1 1 1 e e d d . . 2 2 e e p p i i , , d d 7 7 u 2 2 u s i 1 1 i e u u 1 1 . , e ] ] G G 7 7 c n ] ] d 7 7 G , . - - G n n 2 i 7 7 g g 8 8 8 8 5 5 1 1 8 8 e 7 7 7 7 9 n 9 1 1 7 9 9 n i u i 5 r . . 1 g 1 1 1 g s G s 7 1 1 1 2 1 1 . p s p D D p p 3 e i n . 5 p p i e e . 4 1 E 5 5 p p D p X L a a R , a D s a , , , ] ] 7 7 8 n n 2 f s , , , , g e e e i l l l l L . , , . . 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T h e m a t e r i a l p r e s e n t e d i n C h a p t e r T e n , w h i l e r e p r e s e n t a t i v e o f t h e c o n c l u s i o n s o f t h e s e s t u d i e s , d o e s n o t c o n v e y t h e m a s s i v e a m o u n t o f i n f o r m a t i o n b e h i n d t h o s e c o n c l u s i o n s . T h i s A p p e n d i x i s a n a t t e m p t t o g i v e a b e t t e r r e p r e s e n t a t i o n o f t h e m a j o r a s p e c t s o f t h e s e s t u d i e s . T h e d e t a i l s o f t h e c a s e s r e f e r r e d t o i n C h a p t e r T e n a r e p r e s e n t e d i n t h e f o l l o w i n g p a g e s . I n C h a p t e r T e n , t h e c a s e m e m o r y h i e r a r c h y fi g u r e t h a t w a s p r e s e n t e d d i d n o t i n c l u d e s p e c i fi c i n d i c a t i o n s o f t h e c a s e s a s s o c i a t e d w i t h t h e t i p n o d e s . S u c h c o n n e c t i o n s a r e a l s o p r e s e n t e d h e r e i n . S e v e r a l a l t e r n a t i v e c a s e m e m o r y s t r u c t u r e s c o n s i d e r e d b e f o r e t h e fi n a l c a s e h i e r a r c h y w a s d e t e r m i n e d a r e p r e s e n t e d . A l l o f t h i s i n f o r m a t i o n c o n c e r n s t h e 2 7 c a s e s t h a t w e r e s p e c i fi c a l l y g e n e r a t e d t o c o n v e y a c o m p r e h e n s i v e c o v e r a g e o f t h e p o s s i - b l e C O M A D E m a t e r i a l d o m a i n . A l t e r n a t i v e l y , s t u d i e s w e r e a l s o d o n e w i t h r a n d o m l y g e n e r a t e d c a s e l i b r a r i e s . A l i b r a r y o f r a n d o m c a s e s i s p r e s e n t e d , a l o n g w i t h t h e r e s u l t i n g c a s e m e m o r y h i e r a r c h y t h a t w a s g e n e r a t e d . T h i s u s e d t h e s a m e i n d e x i n g n o m e n c l a t u r e a n d n a v i g a t i o n t e c h n i q u e s a s d i d t h e s t r u c t u r e d c a s e s a b o v e . A c o m p a r i s o n o f t h e t w o c a s e r e t r i e v a l p r o c e s s e s f o u n d t h e s t r u c t u r e d c a s e l i b r a r y t o b e m o r e e f fi c i e n t t h a n t h e r a n d o m l i b r a r y . 3 3 3 0 0 s 0 0 1 6 m 2 1 l a 0 0 0 0 7 1 1 9 1 4 m l r 0 0 u l 6 2 2 2 b w I 6 4 2 0 4 1 1 2 e 2 0 e s e e 8 s s s s 8 s a a c 0 c c c 0 0 0 0 0 0 0 0 1 6 1 6 1 2 2 0 0 1 9 0 0 6 1 b v 0 4 2 ~ e v w 1 3 1 2 | 0 e 3 s 3 a 0 c 0 0 0 0 0 0 0 1 6 6 0 2 2 1 1 0 0 7 1 9 1 4 1 0 0 m 0 0 0 0 6 2 8 2 2 - 2 1 e s s b 0 a b w l | 6 4 8 2 e 1 1 s e e 8 8 a 8 s s c 0 a a c c 0 0 0 0 0 0 6 1 6 2 2 1 0 0 0 0 1 9 5 1 2 4 0 0 2 - 0 1 0 6 2 1 s 9 7 1 0 1 e e 2 : s s e e 3 a a s s 8 c c a a | l c c T a b l e 4 0 : I n p u t v a r i a b l e s f o r t h e 2 7 s t r u c t u r e d c a s e s . m l u r l r m l a r s l a s l u r l m a l n r s a s l u r l r m l n r s u C f c 1 _ _ . ; m — y e s 2 5 0 1 1 0 0 1 0 0 2 5 0 “ 3 0 2 7 S b 4 0 1 0 1 0 0 y e s 4 0 9 0 2 2 0 1 7 0 1 6 0 3 3 0 6 0 0 c a s e 2 2 n o n e 4 0 2 5 0 6 0 0 c a s e 1 9 8 . 8 1 0 0 3 3 0 2 6 0 1 0 0 c a s e 2 6 1 6 0 y e s c a s e 1 3 | 1 6 0 1 0 0 c a s e 1 0 w e 1 0 0 3 3 0 1 1 0 0 c a s e 1 5 4 1 0 6 0 0 4 0 2 1 0 0 2 2 0 1 7 0 1 6 0 0 9 0 1 6 0 0 c a s e 2 5 6 2 8 1 1 0 0 1 1 0 0 c s s e 7 | s s 1 0 0 3 3 0 6 0 0 3 3 4 h t g n e L . r s e e b s i a F c d s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u u d n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t n n e i i p t t p n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o h C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C C e e e e e e e e e e e t t t t t t t t t t e e r u t c u p n n n h h h h h h h h h h i i i i i i i i i i y o o o 9 p p p p p p p p p p T a a a a a a a a a a b b b 4 r r r r r r r r r r r r 1 r t i h p a e t i h p a r r r t e s b 7 2 e h t r o f i F t n e s g G G G G G G G G G G a a a - G r C C C s s r G 0 0 0 0 n 0 0 0 0 0 a a 0 0 0 0 0 4 4 4 l o 0 0 0 0 0 0 0 l 5 0 1 1 1 r - - - 1 1 1 1 1 v 1 1 G C 5 1 - - - o - - S S S - - - e - - - - - I P P P B P P P P P P P P A A A S K S P e e e d d d i i i r r r ) y l n o e r u e d i r m e ) ) ) ) ) ) ) ) ) A d d d d x x x x x x x x x c i i i i i i i i y y y t r r r r r r r r h l h I l e I s M a l n t n t t t t t t t n d M e y n i a B m a a a a a a a a A A A y i A h r n t P A a s m c e - r B M M M M M M M M B M i a u m c c c I e c l y I m T T i l T d T T T T d d T h T t T d P P P P P P P P i i i e i P a d o o e I e ( ( ( ( ( ( ( n ( a n n n ( ( i n T T n O h e e e n e r I a e A T A e t a m e C e e e e e e e e l e e - r r r a r n n n n n n n c O y n 4 n n l l l c l y B - 4 y T o o o y o r - A , M n o o o i o o o o o , o i h h h t i h e o N N N D M 1 V M H N N N N 1 C D C N S C N C N t a c i s l o a p i m r n e i n i s e l o v s o r N n e m i c o s o s R i s t s g e C : a i e r l R r M R e l e c n n o a i i n e 1 l I I m l s e I O s I I m 4 e l b a T M M e t o o e M M h M e o o B B R v n 0 P R B s B B n x i - - r a o o 0 - - - e o r T i e a A i A A M A A M N c d c 8 R t S c 5 B c d D D m z D D D l a 1 E u M M E i i E A n M i M M B P i h 1 d 5 a M t P l F - - P e d - l - - P A o / 6 r i D m < ' ' T T ' T ' ' o h S / A M n R S 6 p E E 4 4 I 4 E T 4 4 E R n o x r e o e l e o B C P M E B G , , A G E h , A G M h h h s p , G 4 A B P T 4 P P P P P 4 A P E T T C P l 4 T P 4 4 T S - G l a s s S - G l a s s C o n t i n u o u s S I C P P O C o n t i n u o u s K e v l a r - 1 4 9 M P D A P - 1 0 0 G r a p h i t e D G E B A E I G ‘ I C o n t i n u o u s S t y r e n e S - G l a s s M A B A C o n t i n u o u s P - 1 O O G r a p h i t e C o n t i n u o u s A S - 4 C a r b o n P A S A S - 4 C a r b o n O P N O Q m C D t h O v - N O V I O O N D F N n fi m m h m m v - P P P P P F P F F N N N N N N N N N M e d - i 3 3 5 I ] m m I s s s s s u u u u u o o o o o u u u u u n n n n n d i i i i i t t t t t M n n n n n o o o o C o C C C C C I I I e t i h n o e t i h . s e s a a b a r r r c G G a s s d C s 0 a 0 s e 0 4 l 0 a r 1 l - G 1 - G ' S - - u t P A P S c I I u - S I 4 r t s 7 s s ' n o s s 2 b a a r I l a e G G h C I [ I x x x x x ' i i i i i ) ) ) t r o f y h c r a r r r r r r t t t t t a a a a a M M M M M P P P P P T T T T T e i h y ( ( r e e e e e n n n n n o m o e o o o o N N N N N m I I I I e s a c e h t f o f l a h p T o S E T B P A / . 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A n i n v e r s e s y n t a c t i c r e d e s i g n - i n f l u e n c e d c a s e h i e r a r c h y f o r t h e 2 7 c a s e s . 3 4 0 T a b l e 4 2 : I n p u t v a r i a b l e s f o r t h e r a n d o m l y g e n e r a t e d c a s e s . r 1 0 c s s e 1 R e q T e n s i l e S t r e n g t h F l a m e R e t a r d a n c e S t r e s s E n v i r o n m e n t C h e m i c a l E n v i r o n m e n t H u m i d E n v i r o n m e n t U s e T e m p e r a t u r e R e q F l e x u r a l M o d u l u s r 1 0 e a s e 2 R e q T e n s i l e S t r e n g t h F l a m e R e t a r d a n c e S t r e s s E n v i r o n m e n t C h e m i c a l E n v i r o n m e n t H u m i d E n v i r o n m e n t U s e T e m p e r a t u r e R e q F l e x u r a l M o d u l u s r 1 0 c a s e 3 R e q T e n s i l e S t r e n g t h F I a r n e R e t a r d a n c e S t r e s s E n v i r o n m e n t C h e m i c a l E n v i r o n m e n t H u m i d E n v i r o n m e n t U s e T e m p e r a t u r e R e q F I e x u r a l M o d q u s I r 1 0 c a s e 5 R e q T e n s i l e S t r e n g t h F I a m e R e t a r d a n c e S t r e s s E n v i r o n m e n t C h e m i c a l E n v i r o n m e n t H u m i d E n v i r o n m e n t U s e T e m p e r a t u r e R e q F I e x u r a I M o d u l u s 5 d e s i g n s 1 2 5 1 y e s c o n s t a n t s t r o n g b a s e n o 1 8 4 2 1 5 1 d e s i g n 2 7 5 3 n o n o n e o r g a n i c s o l v e n t n o 2 8 8 4 0 1 7 d e s i g n s 1 0 2 7 y e s c o n s t a n t w e a k a c i d y e s 4 8 2 4 4 1 7 d e s i g n s 4 1 3 n o n o n e w e a k b a s e n o 5 2 3 9 8 3 4 1 T a b l e 4 3 : C o m p o s i t e m a t e r i a l s y s t e m s f o r t h e r a n d o n r l y g e n e r a t e d c a s e s . r 1 o - 1 a 4 . 4 ' - M D A - 8 M l C k m u u m r B P A e n o o e s n t h n ( k m fl m n m s r 1 0 - 2 a 4 . 4 ' - M D A - B M I 1 . 4 - T o l y l B M I t h G h u s ( h u m m u s ' 1 0 - 3 0 C fl m m m fl z R a m r S t y r e n e P d o o t i u w m e C b u h u u u r 1 0 - 3 ] P C I P B T l k m e ( fl l e u m 0 P d o o t fi a m fl e ( k m m m n u s ' 1 0 - 3 0 P S U a n s ( T l e a n n P d o o t q u m e ( u n fi n u m n r t o - S c A B S q u a n P l u m k ) P - 1 0 0 G r a p h i t e C a l h o u n r 1 o - 5 h P S T l k m e ( fl ’ u h n k ) P d o o t fi q u m e C b fl h u u n 7 1 0 - 5 ! ! ! F P O l e u I fl W ' t h u ) P A O O C q u fl e C o m h u m n r 1 0 - 1 b 4 . 4 ' - M D A - 6 M l 1 , 4 - T o l y l 8 M 1 a n e u r y s m s . ( k n w u u n r 1 o - 3 a 4 . 4 ' - M D A - 6 M l 1 . 4 - T e l y l - B M I P d o o t h u w m e ( A m fl n m n n r 1 o - 3 1 P A 6 8 M u n i m P l h m u ) P d o o t h q w l e C o w h u m n r 1 o - 3 k P E T l t m e ( T l e u m o P A O O I a n h M e C o w m a n » r 1 o - S p R E B P E C N m m m fi : A u w d m u P n o o t n u w m o c o m e b a - r 1 0 - 5 d C h b n m c h h d n S t y r e n e P d O O t h u fl m e ( fi x fi n m n n r 1 o - 5 i H 3 M u n i f P l n m u ) P a n o r a m a s . C b m h u m n r 1 o - 6 n P P S N e w a f fl ’ l u u m o P 4 0 0 < h q u m e ( k a h u n a r t o - t e I E E K N o n s f fl P l h l fl n P d o o t i q fl fl e ( k m fi n m u n ' 1 0 - 3 5 4 . 4 ' - M D A - B M I D k w u a m s B P A P a n o r a m a s . ( A x fi n m n n r t o - S g P E T N e n s C H ’ N t h ) P d o O q u m m e ( k a n u n r 1 0 - 3 l H M m d k a n d e R m fl t r 1 0 - 1 d r x u a a s q u n ( T l e n m 0 P 4 0 0 G n m h h e C o m h u m n ' 1 0 - 3 8 A B S N o n n r n a u u m u ) P a n o r a a m m o C b u h u m n r 1 o - s n P C h h n e ( E l e u m 0 P d o o t i q u fl e C b u h u m u r t o - a m P M R t S I k m m m u s N o m r fl h a m u l a m s c n w ) l h o fl P n o o r a a u m o C t h u m n r 1 0 - 3 q T h u n w i o o o c fl m o m e u B O H F L N X I G m u fl m e ( A x m n m n n r t o - S e P A 8 8 l h m e ( T l e n m 0 P a n o r a u w m o C b fl h u m n r 1 0 - 5 ] E E E K N e w s f fl ’ N t h ) q u o r a q n m o C o M a n n r t o - S o P S U N e m e f fl ’ fl t h ) P a n o r a q m m o C u fi n m m s P d o o l e n u m h e C o m m n m n r t o - S a 4 . 4 ' - M D A - B M I 1 . 4 - T o l y l - 6 M l P d o o t k q fl m e C b m h u m n r t o - S f P A I r u m o r n = u u u u ) P a n o r a q u m o C b u h u m n r t o - S k P E T N o m e ( n ’ N h n h ) , P - 1 0 0 G r a p h i t e C o d h u m u r 1 0 - 6 p m p 5 C h b n m n k l u m m a k h P 4 0 0 ¢ k q fl fl e C b n h u m n r 1 0 - 1 e P S U l u m e ( T l e n m 0 P d O O I G n u w l e C h a r m a - 7 1 0 - 3 6 A B S / P E T N M I I U T ' M h b h ) P d o o t m m p N u I C m m h u m n t 1 0 - I l F N H A B S l k m e f fl ’ u h b h ) P J O O I G m n fl fi e C h a fi u u n r t o - I n R R ) t k m e ( T l e m m 0 P d O O t h e M fl e C m m h u n s r t o - S b 4 . 4 ' - M D A - B M I D k y u u m I B P A P d O O C fl q M fl e C o m m e m - r t o - S g P A S l e n ( T P I M m u ) P 4 0 0 < h q fl fl e C b u h u m n r 1 o - S l i d l 3 1 5 1 h u n n u u r N h O H a n o n t m m p n u r c o m m u n - r t o - S q T h u n i i o m D C fi g m m u s B E N P J O O C N q u fl e c a n n o n - 3 4 2 _ . . . . . I c _ - l _ _ _ 9 . r _ t . i _ _ J - - - _ M a t r s r C a r b o n P - 1 0 0 G r a h i s C o n t i n u o u s r 1 o - 3 r 1 9 - I h S X T P N o n e r ) . 1 0 0 e u o u s r - r - [ P f - O I N o n e Q P M u r a t ) [ C a r b o n [ P - t o o G r a g n l e I C e n t l n u o u s l [ r i b - a n l r t o - I fl N o n e r t ) a r b o r : - 1 r a p t : e t i n u o u s m [ P 8 4 [ N o n e ( 5 M a n o r ) [ C a r b o n [ P - t o o G r a g n I e I C o n u ' n u o u s l [ H o - I s l r t o - O e l m p - V r — m m W W [ P a l l N C V - Q P M a t r i x ) [ C a r b o n [ 1 2 . 1 0 0 G r a g n s e I C o n t i n u o u s l [ r 1 0 - 1 e l r 1 0 - 3 e t u t - t e l E [ I N o n e ( T P M a t r i x ) [ C a r b o m M t e m [ N o n e I E u m C a r b o n 1 2 . 1 0 0 G r a r m C o n t i n u o u s E C I P E T [ N o n e M a m : C a r b o n P - r o o G r a h l e C o n t i n u o u s b o x y e n n y - 1 r a p e n u o u s r - p r o p G l a s s S - G l a s s r m [ w e 1 5 M o n o m e r s [ e r - O H [ C a r b o n [ 9 . 1 0 0 G r a g h l e I C o n t i n u o u s l e r m I g o m e r s M r . n r . n F i g u r e 8 0 . C a s e m e m o r y h i e r a r c h y f o r t h e r a n d o m l y g e n e r a t e d c a s e s . B I B L I O G R A P H Y B I B L I O G R A P H Y [ A a m o d t & P l a z a , 1 9 9 4 ] A a m o d t , A . , & E . P l a z a . ( 1 9 9 4 ) . C a s e - B a s e d R e a s o n i n g : F o u n d a t i o n a l I s s u e s , M e t h o d o l o g i c a l V a r i a t i o n s , a n d S y s t e m A p p r o a c h e s . A r t i fi c i a l I n t e l l i g e n c e C o m - m u n i c a t i o n s , 7 ( 1 ) . [ A l l e m a n g , 1 9 9 4 ] A l l e m a n g , D . ( 1 9 9 4 ) . C o m b i n i n g C a s e - B a s e d R e a s o n i n g a n d T a s k - S p e c i fi c A r c h i - t e c t u r e s . I E E E E x p e r t , 9 ( 5 ) , 2 4 - 3 4 . [ A l l e m a n g , 1 9 9 5 ] A l l e m a n g , D . ( 1 9 9 5 , F e b r u a r y 2 n d ) . P e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n ( e m a i l ) . [ A S M I n t e r n a t i o n a l , 1 9 8 7 ] A S M I n t e r n a t i o n a l ( E d . ) . ( 1 9 8 7 ) . E n g i n e e r e d M a t e r i a l s H a n d b o o k : C o m p o s i t e s . ( V o l . 1 ) . M e t a l s P a r k , O H : A S M I n t e m a t i o n a l . [ B a r d a s z & Z e i d , 1 9 9 3 ] B a r d a s z , T . , & I . Z e i d . ( 1 9 9 3 ) . D E J A V U : C a s e - b a s e d R e a s o n i n g f o r M e c h a n i c a l D e s i g n . A I E D A M , 7 ( 2 ) , 1 1 1 - 1 2 4 . [ B a r e i s s , 1 9 8 9 ] B a r e i s s , R . ( 1 9 8 9 ) . E x e m p l a r - B a s e d K n o w l e d g e A c q u i s i t i o n : A U n i fi e d A p p r o a c h t o C o n c e p t R e p r e s e n t a t i o n , C l a s s i fi c a t i o n , a n d L e a r n i n g : A c a d e m i c P r e s s . [ B e r g e r , 1 9 8 9 ] B e r g e r , 1 . ( 1 9 8 9 ) . R O E N T G E N : A C a s e - B a s e d A p p r o a c h t o R a d i a t i o n T h e r a p y P l a n n i n g . P r o c e e d i n g s o f t h e C a s e - B a s e d R e a s o n i n g W o r k s h o p ( D A R P A ) , P e n s a - c o l a B e a c h , F l o r i d a . 2 1 8 - 2 2 3 . [ B e r g e r , 1 9 9 4 ] B e r g e r , J . ( 1 9 9 4 ) . R O E N T G E N : R a d i a t i o n T h e r a p y a n d C a s e - B a s e d R e a s o n i n g . P r o c e e d i n g s o f t h e 1 0 1 1 : C o n f e r e n c e o n A r t i fi c i a l I n t e l l i g e n c e f o r A p p l i c a t i o n s , S a n A n t o n i o , T X . 1 7 1 - 1 7 7 . 3 4 3 [ B r o w n , 1 9 8 7 ] B r o w n , D . C . ( 1 9 8 7 ) . R o u t i n e D e s i g n P r o b l e m S o l v i n g . I n J . G e r o ( E d . ) , K n o w - l e d g e B a s e d S y s t e m s i n E n g i n e e r i n g a n d A r c h i t e c t u r e , A d d i s o n - W e s l e y . [ B r o w n & C h a n d r a s e k a r a n , 1 9 8 9 ] B r o w n , D . , & B . C h a n d r a s e k a r a n . ( 1 9 8 9 ) . D e s i g n P r o b l e m S o l v i n g : K n o w l e d g e S t r u c t u r e s a n d C o n t r o l S t r a t e g i e s . L o n d o n : P i t r n a n . [ B r u i n s , 1 9 6 8 ] B r u i n s , P . F . ( E d . ) . ( 1 9 6 8 ) . P o l y m e r E n g i n e e r i n g a n d T e c h n o l o g y : E p o x y R e s i n T e c h n o l o g y . N e w Y o r k : I n t e r s c i e n c e . [ B u c h a n a n & L e d e r b e r g , 1 9 7 1 ] B u c h a n a n , B . G . , & J . L e d e r b e r g . ( 1 9 7 1 ) . T h e h e u r i s t i c D E N D R A L p r o g r a m f o r e x p l a i n i n g e m p i r i c a l d a t a . P r o c e e d i n g s o f t h e I n t e r n a t i o n a l F e d e r a t i o n f o r I n f o r - m a t i o n P r o c e s s i n g . 1 7 9 - 1 8 8 . [ B y l a n d e r & M i t t a 1 , 1 9 8 6 ] B y l a n d e r , T . & S . M i t t a l . ( 1 9 8 6 ) . C S R L : A L a n g u a g e f o r C l a s s i fi c a t o r y P r o b l e m S o l v i n g a n d U n c e r t a i n t y H a n d l i n g . A I M a g a z i n e , 7 ( 2 ) , 6 6 - 7 7 . [ B y l a n d e r & C h a n d r a s e k a r a n , 1 9 8 7 ] B y l a n d e r , T . , & B . C h a n d r a s e k a r a n . ( 1 9 8 7 ) . G e n e r i c T a s k s f o r K n o w l e d g e - B a s e d R e a s o n i n g : t h e “ R i g h t ” L e v e l o f A b s t r a c t i o n f o r K n o w l e d g e A c q u i s i t i o n . I n t e m a - t i o n a l J o u r n a l o f M a n - M a c h i n e S t u d i e s , 2 6 , 2 3 1 - 2 4 3 . [ B y l a n d e r e t a l . , 1 9 9 1 ] B y l a n d e r , T . , T . R . J o h n s o n , & A . G o e l . ( 1 9 9 1 ) . S t r u c t u r e d M a t c h i n g : A T a s k - S p e - c i fi c T e c h n i q u e f o r M a k i n g D e c i s i o n s . K n o w l e d g e A c q u i s i t i o n , 3 , 1 - 2 0 . [ C a r b o n e l l , 1 9 8 3 ] C a r b o n e l l , J . G . ( 1 9 8 3 ) . L e a r n i n g b y A n a l o g y : F o r m u l a t i n g a n d G e n e r a l i z i n g P l a n s f r o m P a s t E x p e r i e n c e . M a c h i n e L e a r n i n g , 1 . [ C a r b o n e l l , 1 9 8 6 ] C a r b o n e l l , J . G . ( 1 9 8 6 ) . D e r i v a t i o n a l A n a l o g y . A T h e o r y o f R e c o n s t r u c t i v e P r o b - l e m S o l v i n g a n d E x p e r t i s e A c q u i s i t i o n . M a c h i n e L e a r n i n g , 2 . [ C a r l s s o n , 1 9 9 1 ] C a r l s s o n , L . A . ( E d . ) . ( 1 9 9 1 ) . T h e r m o p l a s t i c C o m p o s i t e M a t e r i a l s . ( V o l . 7 ) . A m s t e r d a m : E l s e v i e r . [ C h a n d r a s e k a r a n , 1 9 9 0 ] C h a n d r a s e k a r a n , B . ( 1 9 9 0 ) . D e s i g n P r o b l e m S o l v i n g : A T a s k A n a l y s i s . A I M a g a - z i n e , 1 1 ( 4 ) , 5 9 - 7 1 . 3 4 4 [ D a v i s a t a l . , 1 9 7 7 ] D a v i s , R . , B . G . B u c h a n a n , & E . H . S h o r t l i fi ' e . ( 1 9 7 7 ) . P r o d u c t i o n R u l e s a s 2 R e p - r e s e n t a t i o n f o r a K n o w l e d g e - B a s e d C o n s u l t a t i o n S y s t e m . A r t i fi c i a l I n t e l l i g e n c e , 8 , 1 5 - 4 5 . [ D o u g l a s , 1 9 8 8 ] D o u g l a s , J . M . ( 1 9 8 8 ) . C o n c e p t u a l D e s i g n o f C h e m i c a l P r o c e s s e s . M c G r a w - H i l l , I n c . [ D u d a e t a l . , 1 9 7 9 ] D u d a , R . 0 . , P . E . H a r t , K . K o n o l i g e , & R . R e b o h . ( 1 9 7 9 ) . A C o m p u t e r - B a s e d C o n s u l t a n t f o r M i n e r a l E x p l o r a t i o n ( T e c h n i c a l r e p o r t ) . S R 1 I n t e m a t i o n a l . [ D v o r a k , 1 9 8 8 ] D v o r a k , D . ( 1 9 8 8 ) . C L - P r o t o s U s e r s G u i d e . A r t i fi c i a l I n t e l l i g e n c e L a b o r a t o r y , D e p a r t m e n t o f C o m p u t e r S c i e n c e , U n i v e r s i t y o f T e x a s a t A u s t i n . [ D y m & L e v i t t , 1 9 9 1 ] D y m , C . L . , & R . E . L e v i t t . ( 1 9 9 1 ) . K n o w l e d g e - B a s e d S y s t e m s i n E n g i n e e r i n g . ( N e w Y o r k : ) M c G r a w - H i l l I n c . ( D y n a . 1 9 9 4 ] D y m , C . L . ( 1 9 9 4 ) . E n g i n e e r i n g D e s i g n : A S y n t h e s i s o f V i e w s . C a m b r i d g e U n i - v e r s i t y P r e s s . [ E d w a r d s e t a l . , 1 9 9 4 ] E d w a r d s , K . L . , P . M . S a r g e n t , & D . O . I g e . ( 1 9 9 4 ) . D e s i g n i n g w i t h C o m p o s i t e M a t e r i a l s - a n E x p e r t S y s t e m A p p r o a c h . P r o c e e d i n g s o f t h e T h e A m e r i c a n S o c i e t y o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r s 2 n d B i e n n i a l E u r o p e a n C o n f e r e n c e o n E n g i n e e r i n g S y s - t e m s D e s i g n & A n a l y s i s , L o n d o n . [ F i s h e r , 1 9 8 8 ] F i s h e r , D . H . ( 1 9 8 8 ) . A C o m p u t a t i o n a l A c c o u n t o f B a s i c L e v e l a n d T y p i c a l i t y E f f e c t s . P r o c e e d i n g s o f t h e S e v e n t h I n t e m a t i o n a l C o n f e r e n c e o n A r t i fi c i a l I n t e l l i - g e n c e , M i n n e a p o l i s , M N . [ G e n t n e r , 1 9 8 3 ] G e n t n e r , D . ( 1 9 8 3 ) . S t r u c t u r e - m a p p i n g : A T h e o r e t i c a l F r a m e w o r k f o r A n a l o g y . C o g n i t i v e S c i e n c e , 7 ( 2 ) . [ G l e g g , 1 9 6 9 ] G l e g g . G . L . ( 1 9 6 9 ) . T h e D e s i g n o f D e s i g n . ( L o n d o n : ) C a m b r i d g e U n i v e r s i t y P r e s s . 3 4 5 [ G o e l , 1 9 8 9 ] G o e l , A . K . ( 1 9 8 9 ) . I n t e g r a t i o n o f C a s e - B a s e d R e a s o n i n g a n d M o d e l - B a s e d R e a - s o n i n g f o r A d a p t i v e D e s i g n P r o b l e m S o l v i n g . P h . D . d i s s e r t a t i o n , T h e O h i o S t a t e U n i v e r s i t y . [ G o l d i n g & R o s e n b l o o m , 1 9 9 4 ] G o l d i n g , A . R . , & P . S . R o s e n b l o o m . ( 1 9 9 4 ) . T h e E v a l u a t i o n o f A N A P R O N : A C a s e S t u d y i n E v a l u a t i n g a C a s e - B a s e d S y s t e m . S e a t t l e , W A : 1 2 t h N a t i o n a l C o n - f e r e n c e o n A r t i fi c i a l I n t e l l i g e n c e . [ H a m m o n d , 1 9 8 9 ] H a m m o n d , K . ( 1 9 8 9 ) . C a s e - B a s e d P l a n n i n g : V i e w i n g P l a n n i n g a s a M e m o r y T a s k . S a n D i e g o : A c a d e m i c P r e s s . [ H a n n e y , 1 9 9 6 ] H a n n e y , K . ( 1 9 9 6 ) . L e a r n i n g A d a p t a t i o n R u l e s f r o m C a s e s . M S c T h e s i s , T r i n i t y C o l l e g e D u b l i n , I r e l a n d . [ H a r t e t a l . , 1 9 7 8 ] H a r t , P . E . , R . O . D u d a , & M . T . E i n a u d i . ( 1 9 7 8 ) . A C o m p u t e r - B a s e d C o n s u l t a t i o n S y s t e m f o r M i n e r a l E x p l o r a t i o n ( T e c h n i c a l r e p o r t ) . S R I I n t e r n a t i o n a l . [ H e n e s s , 1 9 9 6 a ] H e n e s s , G . ( 1 9 9 6 , O c t o b e r 3 1 ) . P e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n ( e m a i l ) . [ H e n e s s , 1 9 9 6 b ] H e n e s s , G . ( 1 9 9 6 , N o v e m b e r 1 5 ) . P e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n ( e m a i l ) . [ H e n n e s s y & H i n k l e , 1 9 9 2 ] H e n n e s s y , D . H . , & D . H i n k l e . ( 1 9 9 2 ) . A p p l y i n g C a s e - B a s e d R e a s o n i n g t o A u t o - c l a v e L o a d i n g . I E E E E x p e r t , 7 ( 5 ) , 2 1 - 2 6 . [ H i n r i c h s , 1 9 9 2 ] H i n r i c h s , T . R . ( 1 9 9 2 ) . P r o b l e m S o l v i n g i n O p e n W o r l d s : A C a s e S t u d y i n D e s i g n . N o r t h v a l e , N J : E r l b a u m . [ H o f m a n n , 1 9 9 6 ] H o f m a n n , H . F . ( 1 9 9 6 , O c t o b e r 9 ) . P e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n ( e m a i l ) . [ H u a & F a l t i n g s , 1 9 9 3 ] H u a , K . , & B . F a l t i n g s . ( 1 9 9 3 ) . E x p l o r i n g C a s e - b a s e d B u i l d i n g D e s i g n - C A D R E . A I E D A M , 7 ( 2 ) , 1 3 5 - 1 4 3 . 3 4 6 [ H u l t h a g e e t a l . , 1 9 9 0 ] H u l t h a g e , I . A . E . , M . S . F o x , M . D . R y c h e n e r , & M . L . F a r i n a c c i . ( 1 9 9 0 ) . T h e A r c h i t e c t u r e o f A L A D I N : A K n o w l e d g e - B a s e d A p p r o a c h t o A l l o y D e s i g n . I E E E E x p e r t , 5 ( 4 ) , 5 6 - 7 3 . [ K a m e l & S t i c k l e n , 1 9 9 0 ] K a m e l , A . , & J . S t i c k l e n . ( 1 9 9 0 ) . A n A r t i fi c i a l I n t e l l i g e n c e - B a s e d D e s i g n T o o l f o r T h i n F i l m C o m p o s i t e M a t e r i a l s . P r o c e e d i n g s o f t h e T h e F i f t h T e c h n i c a l C o n f e r - e n c e o f T h e A m e r i c a n S o c i e t y f o r C o m p o s i t e s , E a s t L a n s i n g , M i c h i g a n . 3 7 5 - 3 8 1 . [ K a m e l , 1 9 9 4 ] K a m e l , A . ( 1 9 9 4 ) . G e n e r a t i n g M u l t i p l e D e s i g n A l t e r n a t i v e s o f C o m p o s i t e M a t e r i - a l s u s i n g a G e n e r i c - T a s k A p p r o a c h . P h . D . , M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y . [ K a m e l e t a l . , 1 9 9 4 ] K a m e l , A . , J . K . M c D o w e l l , & J . S t i c k l e n . ( 1 9 9 4 ) . M u l t i p l e D e s i g n : A n E x t e n s i o n o f R o u t i n e D e s i g n f o r G e n e r a t i n g M u l t i p l e D e s i g n A l t e m a t i v e s . P r o c e e d i n g s o f t h e A r t i fi c i a l I n t e l l i g e n c e i n D e s i g n ‘ 9 4 , L a u s a n n e , S w i t z e r l a n d . 2 7 5 - 2 9 2 . [ K a m e l e t a l . , 1 9 9 6 ] K a m e l , A . , J . S t i c k l e n , & T . J . L e n z . ( 1 9 9 6 ) . L e v e r a g i n g T a s k S p e c i fi c F r a m e - w o r k s t o M o d i f y E x i s t i n g D e s i g n s f o r C o m p o s i t e M a t e r i a l s ( T e c h n i c a l R e p o r t ) : I n t e l l i g e n t S y s t e m s L a b o r a t o r y , M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y . [ K o l o d n e r , 1 9 8 3 a ] K o l o d n e r , J . ( 1 9 8 3 ) . M a i n t a i n i n g o r g a n i z a t i o n i n a d y n a m i c l o n g - t e r m m e m o r y . C o g n i t i v e S c i e n c e , 7 , 2 4 3 - 2 8 0 . [ K o l o d n e r , 1 9 8 3 b ] K o l o d n e r , J . ( 1 9 8 3 ) . R e c o n s t r u c t i v e m e m o r y , a c o m p u t e r m o d e l . C o g n i t i v e S c i - e n c e , 7 , 2 8 1 - 3 2 8 . [ K o l o d n e r , 1 9 8 4 ] K o l o d n e r , J . L . ( 1 9 8 4 ) . R e t r i e v a l a n d O r g a n i z a t i o n S t r a t e g i e s i n C o n c e p t u a l M e m - o r y : A C o m p u t e r M o d e l . N o r t h v a l e , N J : E r l b a u m . [ K o l o d n e r , 1 9 9 3 ] K o l o d n e r , J . ( 1 9 9 3 ) . C a s e - B a s e d R e a s o n i n g . S a n M a t e o : M o r g a n K a u f m a n n . [ K o t o n , 1 9 8 9 ] K o t o n , P . ( 1 9 8 9 ) . E v a l u a t i n g C a s e - B a s e d P r o b l e m S o l v i n g . P r o c e e d i n g s o f t h e P r o c e e d i n g s o f t h e C a s e - B a s e d R e a s o n i n g W o r k s h o p ( D A R P A ) , P e n s a c o l a , F l o r - i d a . 1 7 3 - 1 7 5 . 3 4 7 [ L a i r d e r a l . , 1 9 8 7 ] L a i r d , J . E . , A . N e w e l l , & P . S . R o s e n b l o o m . ( 1 9 8 7 ) . S C A R : A n A r c h i t e c t u r e f o r G e n e r a l I n t e l l i g e n c e . A r t i fi c i a l I n t e l l i g e n c e , 3 3 , 1 - 6 4 . [ L e a k e , 1 9 9 5 ] L e a k e , D . B . ( 1 9 9 5 ) . C a s e - B a s e d R e a s o n i n g : I s s u e s , M e t h o d s , a n d T e c h n o l o g y . S e s i r n b r a , P o r t u g a l : F r r s t I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n C a s e - B a s e d R e a s o n i n g . A v a i l a b l e o n - l i n e f r o m D a v i d ’ s w e b s i t e a t h t t p : / / w w w . c s . i n d i a n a . e d u l h y p l a n l l e a k e l c b r l t u t o r i a l _ s l i d e s . p s . Z . [ L e n z e r a l . , 1 9 9 4 ] L e n z . T . , J . K . M c D o w e l l , B . M o y , J . S t i c k l e n , & M . C . H a w l e y . ( 1 9 9 4 ) . I n t e l l i g e n t D e c i s i o n S u p p o r t f o r P o l y m e r C o m p o s i t e M a t e r i a l D e s i g n i n a n I n t e g r a t e d D e s i g n E n v i r o n m e n t . P r o c e e d i n g s o f t h e A m e r i c a n S o c i e t y o f C o m p o s i t e s 9 t h T e c h n i c a l C o n f e r e n c e o n C o m p o s i t e M a t e r i a l s , N e w a r k , D e l a w a r e . 6 8 5 - 6 9 1 . [ L e n z e t a l . , 1 9 9 5 2 ] L e n z . T . , J . K . M c D o w e l l , A . K a m e l , J . S t i c k l e n , & M . C . H a w l e y . ( 1 9 9 5 ) . A D e c i - s i o n S u p p o r t A r c h i t e c t u r e f o r P o l y m e r C o m p o s i t e s D e s i g n : I m p l e m e n t a t i o n s a n d E v o l u t i o n . P r o c e e d i n g s o f t h e E l e v e n t h I E E E C o n f e r e n c e o n A r t i fi c i a l I n t e l l i g e n c e A p p l i c a t i o n s , L o s A n g e l e s , C A . 1 0 2 - 1 0 8 . [ L e n z e t a l . , 1 9 9 5 b ] L e n z . T . , J . K . M c D o w e l l , J . S t i c k l e n , & M . C . H a w l e y . ( 1 9 9 5 , O c t o b e r ) . A n I n t e - g r a t e d A p p r o a c h t o t h e D e s i g n a n d F a b r i c a t i o n o f a C o m p o s i t e S e e k e r C a s i n g . C o m p o s i t e s P r o c e s s o r , T h e N e w s l e t t e r f o r t h e N S F C e n t e r f o r L o w C o s t , H i g h S p e e d P o l y m e r C o m p o s i t e s P r o c e s s i n g a t M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y , 2 , 2 - 3 . [ L e n z e r a l . , 1 9 9 6 2 ] L e n z . T . J . , J . K . M c D o w e l l , B . M o y , J . S t i c k l e n , & M . C . H a w l e y . ( 1 9 9 6 ) . I n t e l l i - g e n t D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m s i n P o l y m e r C o m p o s i t e s D e s i g n : I n d u s t r i a l F o c u s b y A p p l i c a t i o n S e g m e n t a n d P r o d u c t L i n e . P r o c e e d i n g s o f t h e 4 l s t I n t e r n a t i o n a l S A M P E S y m p o s i u m , A n a h e i m , C A . 1 2 5 9 - 1 2 6 8 . [ L e n z e r a l . , 1 9 9 6 b ] L e n z . T . , J . K . M c D o w e l l , A . K a m e l , J . S t i c k l e n , & M . C . H a w l e y . ( 1 9 9 6 ) . T h e E v o l u t i o n o f a D e c i s i o n S u p p o r t A r c h i t e c t u r e f o r P o l y m e r C o m p o s i t e s D e s i g n . I E E E E x p e r t , 1 1 ( 5 ) . 7 7 - 8 3 . [ M a h e r & Z h a n g . 1 9 9 3 ] M a h e r , M . L . , & D . M . Z h a n g . ( 1 9 9 3 ) . C A D S Y N : A C a s e - b a s e d D e s i g n P r o c e s s M o d e l . A I E D A M , 7 ( 2 ) , 9 7 - 1 1 0 . [ M c D e r m o t L 1 9 8 2 ] M c D e r m o t t , J . ( 1 9 8 2 ) . R 1 : A r u l e - b a s e d c o n fi g u r e r o f c o m p u t e r s y s t e m s . A r t i fi c i a l I n t e l l i g e n c e , 1 9 ( 1 ) , 3 9 - 8 8 . 3 4 8 [ M c D e r m o t t , 1 9 8 4 ] M ' c D e n n o t t , J . ( 1 9 8 4 ) . R 1 r e v i s i t e d : F o u r y e a r s i n t h e t r e n c h e s . A I M a g a z i n e , 5 ( 3 ) . [ M c D o w e l l e r a l . , 1 9 9 3 ] M c D o w e l l , J . K . , A . K a m e l , J . S t i c k l e n , & M . C . H a w l e y . ( 1 9 9 3 ) . D o m a i n S t r u c - t u r e a n d I n f e r e n c e S t r a t e g i e s i n K n o w l e d g e - b a s e d D e s i g n o f P o l y m e r C o m p o s i t e s . P r o c e e d i n g s o f t h e S A E T e c h n i c a l C o n f e r e n c e , D e t r o i t , M I . # 9 3 0 1 6 7 . [ M c D o w e l l e r a l . , 1 9 9 6 ] M c D o w e l l , J . K . , A . K a m e l , J . S t i c k l e n , & M . C . H a w l e y . ( 1 9 9 6 ) . I n t e g r a t i n g M a t e r i a l / P a r t h r o c e s s D e s i g n f o r P o l y m e r C o m p o s i t e s : A K n o w l e d g e - B a s e d P r o b l e m - S o l v i n g A p p r o a c h . J o u r n a l o f T h e r m o p l a s t i c C o m p o s i t e M a t e r i a l s , 9 ( 3 ) , 2 1 8 - 2 3 8 . [ M i c h a e l i & B i s w a s . 1 9 9 4 ] M i c h a e l i , W . , & A . B i s w a s . ( 1 9 9 4 ) . K n o w l e d g e - a n d C a s e - b a s e d C o m p u t e r S u p - p o r t f o r t h e D e s i g n o f C o m p o s i t e P a r t s . P r o c e e d i n g s o f t h e A N T E C ' 9 4 , S a n F r a n - c i s c o . 2 3 4 7 - 2 3 5 0 . [ M i t c h e l l e t a l . , 1 9 8 6 ] M i t c h e l l , T . M . , R . M . K e l l e r , & S . T . K e d a r - C a b e l l i . ( 1 9 8 6 ) . E x p l a n a t i o n - b a s e d G e n e r a l i z a t i o n : A U n i f y i n g V r e w . M a c h i n e L e a m i n g , 1 ( 1 ) , 4 7 - 8 0 . [ M o y e t a l . , 1 9 9 4 ] . M o y , B . , J . K . M c D o w e l l , T . L e n z . J . S t i c k l e n , & M . C . H a w l e y . ( 1 9 9 4 ) . E x p a n s i o n o f a n I n t e l l i g e n t D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r P r o c e s s S e l e c t i o n a n d P r o c e s s D e s i g n i n P o l y m e r C o m p o s i t e s . P r o c e e d i n g s o f t h e 2 6 t h I n t e r n a t i o n a l S A M P E T e c h n i c a l C o n f e r e n c e , A t l a n t a , G e o r g i a . 1 6 2 - 1 7 1 . [ N e t t e n e r a l . , 1 9 9 5 ] N e t t e n , B . D . , R . A . V i n g e r h o e d s , & H . K i p p e l a a r . ( 1 9 9 5 ) . E x p e r t A s s i s t e d C o n - c e p t u a l D e s i g n : A n A p p l i c a t i o n t o F i b r e R e i n f o r c e d C o m p o s i t e P a n e l s . I n R . M . O x m a n , M . F . T . B a x , & H . H . A c h t e n ( E d s . ) , D e s i g n R e s e a r c h i n T h e N e t h e r l a n d s , ( p p . 1 2 5 - 1 3 9 ) . E i n d h o v e n : F a c u l t y o f A r c h i t e c t u r e , P l a n n i n g , a n d B u i l d i n g S c i - e n c e . E i n d h o v e n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y . [ N e t t e n , 1 9 9 6 ] N e t t e n , B . ( 1 9 9 6 , J u l y 1 9 ) . P e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n ( e m a i l ) . [ N e t t e n & V m g e r h o e d s , 1 9 9 6 a ] N e t t e n , B . D . , & R . A . V m g e r h o e d s . ( 1 9 9 6 ) . A d a p t a t i o n f o r C o n c e p t u a l D e s i g n i n E A D O C S . 1 2 t h E u r o p e a n C o n f e r e n c e o n A r t i fi c i a l I n t e l l i g e n c e . 3 4 9 [ N e t t e n & V r n g e r h o e d s , 1 9 9 6 b ] N e t t e n , B . D . , & R . A . V r n g e r h o e d s . ( 1 9 9 6 ) . E A D O C S : C o n c e p t u a l D e s i g n i n 3 S t e p s . A n A p p l i c a t i o n t o F i b r e R e i n f o r c e d C o m p o s i t e P a n e l s ( T e c h n i c a l r e p o r t ) : D e l f t U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y . [ N e w e l l , 1 9 8 2 ] N e w e l l , A . ( 1 9 8 2 ) . T h e K n o w l e d g e L e v e l . A r t i fi c i a l I n t e l l i g e n c e , 1 8 , 8 7 - 1 2 7 . [ P e t r i e e t a l . , 1 9 9 4 ] P e t r i e , C . , J . W a g n e r , & O t h e r s . ( 1 9 9 4 ) . T h e M A D E F A S T P r o j e c t ( W e b s i t e ) : w w w . m a d e f a s t o r g . [ P e t r o s k i , 1 9 9 1 ] P e t r o s k i , H . ( 1 9 9 1 ) . O n t h e B a c k s o f E n v e l o p e s . A m e r i c a n S c i e n t i s t , 7 9 , 1 5 - 1 7 . [ P e t r o s k i , 1 9 9 4 ] P e t r o s k i , H . ( 1 9 9 4 ) . D e s i g n P a r a d i g m s : C a s e H i s t o r i e s o f E r r o r a n d J u d g e m e n t i n E n g i n e e r i n g . C a m b r i d g e U n i v e r s i t y P r e s s . [ P h i l l i p s , 1 9 8 9 ] P h i l l i p s , L . N . ( E d . ) . ( 1 9 8 9 ) . D e s i g n w i t h A d v a n c e d C o m p o s i t e M a t e r i a l s . L o n d o n : T h e D e s i g n C o u n c i l . [ P i t c h u m a n i e t a l . , 1 9 9 3 ] _ P i t c h u m a n i , R . , P . A . S c h w e n k , V . M . K a r b h a r i , J . F . R a m s a y , & T . D . C l a a r . ( 1 9 9 3 ) . A K n o w l e d g e - b a s e d D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m f o r t h e M a n u f a c t u r e o f C o m p o s i t e P r e f o r m s . P r o c e e d i n g s o f t h e 2 5 t h S A M P E T e c h n i c a l C o n f e r e n c e , P h i l a d e l p h i a , P A . [ P i t c h u m a n i & K a r b h a r i , 1 9 9 4 ] P i t c h u m a n i , R . , & V . M . K a r b h a r i . ( 1 9 9 4 ) . U s e o f K n o w l e d g e - B a s e d D e c i s i o n S u p p o r t S y s t e m s f o r R a p i d , E f fi c i e n t P r o d u c t i o n P l a n n i n g , w i t h A p p l i c a t i o n s t o C e r a m i c - M a t r i x C o m p o s i t e s F a b r i c a t i o n . P r o c e e d i n g s o f t h e A n n u a l A m e r i c a n C e r a m i c s S o c i e t y C o n f e r e n c e , C o c o a B e a c h . [ P i t c h u m a n i e r a l . , 1 9 9 4 ] P i t c h u m a n i , R . , P . A . S c h w e n k , A . K . K o r d o n , V . M . K a r b h a r i , B . R . R o s s i n g , & T . D . C l a a r . ( 1 9 9 4 ) . A n E x p e r t S y s t e m A p p r o a c h t o M a n u f a c t u r i n g P r e f o r m s f o r I n fi l - t r a t i o n - P r o c e s s i n g o f C e r a m i c - a n d M e t a l - M a t r i x C o m p o s i t e s . P r o c e s s i n g o f A d v a n c e d M a t e r i a l s , 4 ( 3 ) , 1 5 5 - 1 6 5 . [ P r i n c i p e e t a l . , 1 9 8 7 ] P r i n c i p e , F . S . , M . M . M o n i b , & D . R . L i n s e n m a n n . ( 1 9 8 7 ) . D e s i g n R e q u i r e m e n t s . I n A S M I n t e r n a t i o n a l ( E d . ) , E n g i n e e r e d M a t e r i a l s H a n d b o o k : C o m p o s i t e s , ( V o l . 1 , p p . 1 8 1 - 1 8 4 ) . M e t a l s P a r k , O H : A S M I n t e r n a t i o n a l . 3 5 0 ( P u n c h , 1 9 8 9 ] P u n c h , W . F . ( 1 9 8 9 ) . A D i a g n o s t i c S y s t e m U s i n g A T a s k I n t e g r a t e d P r o b l e m S o l v e r A r c h i t e c t u r e ( T I P S ) . P h . D . d i s s e r t a t i o n , T h e O h i o S t a t e U n i v e r s i t y . [ R i c h & K n i g h t . 1 9 9 1 ] R i c h , E . , & K . K n i g h t . ( 1 9 9 1 ) . A r t i fi c i a l I n t e l l i g e n c e . ( 2 e d . ) : M c G r a w - H i l l , I n c . [ R i e s b e c k & S c h a n k , 1 9 8 9 ] R i e s b e c k , C . , & R . S c h a n k . ( 1 9 8 9 ) . I n s i d e C a s e - B a s e d R e a s o n i n g . E r l b a u m . [ R i s s l a n d e r a l . , 1 9 8 9 ] R i s s l a n d , E . L . , J . L . K o l o d n e r , & D . W a l t z . ( 1 9 8 9 ) . C a s e - B a s e d R e a s o n i n g f r o m D A R P A : M a c h i n e L e a r n i n g P r o g r a m P l a n . P r o c e e d i n g s o f t h e C a s e - B a s e d R e a - s o n i n g W o r k s h o p ( D A R P A ) , P e n s a c o l a , F l o r i d a . 1 - 1 3 . [ R o d e r m a n & T s a t s o u l i s , 1 9 9 3 ] R o d e r m a n , S . , & C . T s a t s o u l i s . ( 1 9 9 3 ) . P A N D A : A C a s e - b a s e d S y s t e m t o A i d N o v i c e D e s i g n e r s . A I E D A M , 7 ( 2 ) , 1 2 5 - 1 3 3 . [ S a m u e l , 1 9 6 3 ] S a m u e l , A . L . ( 1 9 6 3 ) . S o m e s t u d i e s i n m a c h i n e l e a r n i n g u s i n g t h e g a m e o f c h e c k - e r s . I n E . A . F e i g e n b a u m & J . F e l d m a n ( E d s . ) , C o m p u t e r s a n d T h o u g h t N e w Y o r k : M c G r a w - H i l l . [ S c h a n k . 1 9 8 2 ] S c h a n k , R . C . ( 1 9 8 2 ) . D y n a m i c M e m o r y : A T h e o r y o f L e a r n i n g i n C o m p u t e r s a n d P e o p l e : C a m b r i d g e U n i v e r s i t y P r e s s . [ S c h r o e d e r , 1 9 9 5 ] S c h r o e d e r , K . ( 1 9 9 5 ) . I n t e g r a t i o n D o c u m e n t a t i o n : K n o w l e d g e E n g i n e e r ( T e c h n i - c a l R e p o r t ) : I n t e l l i g e n t S y s t e m s L a b o r a t o r y , M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y . [ S m i t h e r s , 1 9 9 6 ] S m i t h e r s , T . ( 1 9 9 6 ) . O n K n o w l e d g e L e v e l T h e o r i e s o f D e s i g n P r o c e s s . A r t i fi c i a l I n t e l l i g e n c e i n D e s i g n ‘ 9 6 , P a l o A l t o , C A . 5 6 1 - 5 7 9 . [ S t e i e r e t a l . , 1 9 9 3 ] S t e i e r , D . M . , R . L . L e w i s , J . F . L e h m a n , & A . L . Z a c h e r l . ( 1 9 9 3 ) . C o m b i n i n g M u l - t i p l e K n o w l e d g e S o u r c e s i n a n I n t e g r a t e d I n t e l l i g e n t S y s t e m . I E E E E x p e r t , 8 ( 3 ) , 3 5 - 4 4 . [ S t i c k l e n , 1 9 8 9 ] S t i c k l e n , J . ( 1 9 8 9 ) . P r o b l e m S o l v i n g A r c h i t e c t u r e s a t t h e K n o w l e d g e L e v e l . J o u r - n a l o f E x p e r i m e n t a l a n d T h e o r e t i c a l A r t i fi c i a l I n t e l l i g e n c e , 1 ( 1 ) , 1 - 5 2 . 3 5 1 , 3 [ S t i c k l e n e r a l . , 1 9 9 2 3 ] S t i c k l e n , J . , A . K a m e l , M . H a w l e y . & V . A d e g b i t e . ( 1 9 9 2 ) . F a b r i c a t i n g C o m p o s i t e M a t e r i a l s : A C o m p r e h e n s i v e P r o b l e m S o l v i n g A r c h i t e c t u r e B a s e d o n 3 G e n e r i c T a s k V i e w p o i n t . I E E E E x p e r t , 7 ( 2 ) , 4 3 - 5 3 . [ S t i c k l e n e r a l . , 1 9 9 2 b ] S t i c k l e n , J . , A . K a m e l , M . H a w l e y . & J . D e l o n g . ( 1 9 9 2 ) . A n A r t i fi c i a l I n t e l l i g e n c e - B a s e d D e s i g n T o o l f o r T h i n F i l m C o m p o s i t e M a t e r i a l s . A p p l i e d A r t i fi c i a l I n t e l l i - g e n c e , 6 ( 6 ) , 3 0 3 - 3 1 3 . [ S t r o n g , 1 9 8 9 ] S t r o n g , A . B . ( 1 9 8 9 ) . F u n d a m e n t a l s o f C o m p o s i t e s M a n u f a c t u r i n g : M a t e r i a l s , M e t h o d s , a n d A p p l i c a t i o n s . ( D e a r b o r n , M I : ) S o c i e t y o f M a n u f a c t u r i n g E n g i n e e r s . [ ' T u r n e r , 1 9 8 8 ] T u r n e r , R . M . ( 1 9 8 8 ) . O p p o r t u n i s t i c U s e o f S c h e m a t a f o r M e d i c a l D i a g n o s i s . P r o - c e e d i n g s o f t h e 1 0 1 h A n n u a l C o n f e r e n c e o f t h e C o g n i t i v e S c i e n c e S o c i e t y . [ ' I ‘ u r n e r , 1 9 8 9 ] T u r n e r , R . M . ( 1 9 8 9 ) . C a s e - B a s e d a n d S c h e m a - B a s e d R e a s o n i n g f o r P r o b l e m S o l v i n g . P r o c e e d i n g s o f t h e C a s e B a s e d R e a s o n i n g W o r k s h o p ( D A R P A ) , P e n s a - c o l a , F l o r i d a . 3 4 1 - 3 4 4 . [ W a l l i n g f o r d , 1 9 9 2 ] W a l l i n g f o r d , V . E . , I I . ( 1 9 9 2 ) . C o n c e p t u a l r e t r i e v a l f r o m c a s e m e m o r y b a s e d o n p r o b l e m - s o l v i n g r o l e s : A g e n e r i c t a s k a r c h i t e c t u r e w i t h a p p l i c a t i o n t o j u s t i fi c a t o r y r e a s o n i n g i n t a x l a w . P h . D . d i s s e r t a t i o n , M i c h i g a n S t a t e U n i v e r s i t y . [ e r e n s k i e r a l . , 1 9 9 5 ] M l e n s k i , M . S . , T . J . L e n z . J . K . M c D o w e l l , J . S t i c k l e n , & L . T . D r z a l . ( 1 9 9 5 ) . A K n o w l e d g e B a s e d A p p r o a c h t o I n t e r p h a s e . D e s i g n a n d C o m p o s i t e S e l e c t i o n . A d v a n c e d C o m p o s i t e s C o n f e r e n c e a n d E x h i b i t i o n ( A C C E ) , D e a r b o m , M I . [ Z u m s t e g e r a l . , 1 9 8 5 ] Z u m s t e g , J . R . , D . P e c o r a , & V . J . P e c o r a . ( 1 9 8 5 ) . A P r o t o t y p e E x p e r t S y s t e m f o r t h e D e s i g n a n d A n a l y s i s o f C o m p o s i t e M a t e r i a l S t r u c t u r e s . P r o c e e d i n g s o f t h e A S M E I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n C o m p u t e r s i n E n g i n e e r i n g . 1 3 7 - 1 4 3 . 3 5 2 " I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I