全球汽车保有量逐年增加，资源短缺和环境污染问题日益严重，人类面临着前所未有的能源压力和环境压力。往复活塞式内燃机作为人类生活、生产中的主要动力源，其在全生命期内实现减摩降耗一直是该领域内从业人员最为迫切的追求。为实现发动机全生命期内低摩擦的设计目标，本文研究了全生命期性能的预测方法。之后，以发动机活塞环组－缸套系统为研究对象，建立了该系统的全生命期性能预测模型，分析了活塞环组－缸套系统磨合过程和稳态工作过程中结构和性能的变化。针对单一设计实体的知识不足问题，本文研究了全生命期性能预测过程中的知识服务及其实现方法。全文的主要工作和贡献如下。　　首先，分析了由磨损引起的结构变化对机械产品全生命期性能的影响，并以汽车发动机为例提出了其全生命期性能预测框架。之后，以汽车发动机活塞环组－缸套系统为具体研究对象，在二维平均Reynolds方程和Greenwood-Tripp粗糙表面微凸体接触模型的基础上，综合考虑活塞组运动学与动力学、活塞环组的燃气泄漏过程、润滑油黏温特性、缸套变形及活塞环适应性、活塞环组与缸套内壁表面粗糙度、活塞环和缸套累积磨损量等因素的影响，建立了活塞环组－缸套系统全生命期性能预测模型。运用该模型，对比分析了缸套变形及活塞环适应性对活塞环组漏气量、润滑和磨损等性能的影响。该项工作为实现发动机活塞环组－缸套系统全生命期内低摩擦设计奠定了基础。　　接下来，以发动机活塞环组－缸套系统全生命期性能预测模型为基础，分析了冷启动贫油、冷启动富油、冷机怠速和热机怠速四种状态条件下活塞环组－缸套系统的摩擦学性能，详细地研究了不同工况条件下活塞环组漏气量、润滑和磨损状况。研究表明，冷启动贪油条件下，活塞环组－缸套之间油膜较薄，活塞环组摩擦力和摩擦平均有效压力较大，活塞环面磨损较严重。　　之后，考虑非平活塞环的轮廓特点后，建立了发动机活塞环组粗糙表面的非均匀磨损模型，并通过实验确定了磨合期内的磨损系数。运用该模型研究了活塞环表面不同区域的磨合行为，同时探讨了磨合期内各道环表面形貌变化对摩擦副润滑、摩擦和磨损的影响。紧接着，在磨合期后，预测了活塞环组－缸套系统从稳定磨损阶段到剧烈磨损阶段，直至失效的整个全生命期内系统性能退化过程。上述分析为全生命期内优化活塞环组－缸套摩擦学性能、实现低摩擦设计奠定了基础。　　由于全生命期性能预测过程的复杂性，单一设计实体难以拥有所需的所有学科和零部件相关知识。针对这一现状，本文研究了全生命期性能预测过程中的知识服务方法。并且，以发动机的关键摩擦副为低摩擦设计对象，构建了分布式资源环境下的知识服务平台，开发了相应的客户端和服务端组件。以活塞裙部－缸套系统摩擦学分析、曲轴－主轴承系统摩擦学分析、活塞环组－缸套系统摩擦学分析和Modelica数值计算知识服务为例，验证了知识服务方法的有效性。