本文關(guān)鍵詞：基于本體的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)表示研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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情報(bào)理論與實(shí)踐 （ ITA） 欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟 ● 吳 鵬，，王曰芬，丁晟春，顏端武，高 升 （ 南京理工大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，江蘇 南京 210094）

基于本體的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)表示研究
摘

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要： 文章結(jié)合身管產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例，研

究基于本體的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求分析和建模方法，包括 產(chǎn) 品設(shè) 計(jì) 步 驟 與 設(shè)

計(jì)知識(shí)映射、產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)表示本體的建模，提出產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)表示本體的構(gòu)建流程，從而支持機(jī)械 產(chǎn) 品設(shè) 計(jì) 過(guò) 程 中 多 領(lǐng)域和多源知識(shí)有效的表示，解決非幾何性質(zhì)的關(guān)鍵產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)表示問(wèn)題，為機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)的共 享 和 利 用提 供 新 的思路。 關(guān)鍵詞： 機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì); 本體; 知識(shí)表示 Abstract : In combination with the example of designing gun barrel products，this paper studies the ontologybased mechanical product design requirement analysis and modeling method， including product design procedures and mapping design knowledge， and modeling of knowledge representation ontology in the design of product. The paper proposes the construction process of knowledge representation ontology in the design of product， thereby supporting the multidomain and multisource effective knowledge geometrical knowledge representation problem in the design of representation in the design of mechanical product，solving the nonkey products，and providing new ideas for the sharing and utilization of mechanical product design knowledge. Keywords: mechanical product design; ontology; knowledge representation 機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)是根據(jù)市場(chǎng)需求，對(duì)產(chǎn)品的功能、 原理 方案、技術(shù)參數(shù)等進(jìn)行規(guī)劃和決策的過(guò)程，產(chǎn)品設(shè)計(jì)具有 創(chuàng)造性、近似性、多解性、綜合性等多方面特點(diǎn)，產(chǎn)品設(shè) 計(jì)過(guò)程呈現(xiàn)快速化、模塊化和知識(shí)化發(fā)展態(tài)勢(shì)，尤其是產(chǎn) 品設(shè)計(jì)過(guò)程的知識(shí)管理的重要性日益凸顯 。不同產(chǎn)品由于 其功能、 結(jié)構(gòu)形式、 用途及工作條件的不同，其設(shè)計(jì)要 求、設(shè)計(jì)方法及步驟也會(huì)有所不同，要想科學(xué)合理并且快 速地進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，就需要對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)進(jìn)行有效的表 示。恰當(dāng)?shù)闹R(shí)表示可以使產(chǎn)品設(shè)計(jì)中復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化， 提高問(wèn)題求解的效率，方便產(chǎn)品設(shè)計(jì)中快速準(zhǔn)確地查找需 要的知識(shí)。 目前關(guān)于機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)表示的研究存在兩個(gè)問(wèn) 題。一是產(chǎn)品設(shè)計(jì)從需求分析到詳細(xì)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段中， 設(shè)計(jì)過(guò)程非常復(fù)雜，無(wú)法解決非幾何性質(zhì)的關(guān)鍵產(chǎn)品設(shè)計(jì) 知識(shí)表示，缺乏根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程的知識(shí)表示實(shí)踐； 二是 產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)一般存儲(chǔ)在不同領(lǐng)域和來(lái)源的半結(jié)構(gòu)甚至非 結(jié)構(gòu)化的文檔中，產(chǎn)品不同組成部分之間的相關(guān)知識(shí)的關(guān) 系復(fù)雜，使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)基于已有知識(shí)的再利用存在困難 。 因此，對(duì)產(chǎn)品及其設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的非結(jié)構(gòu)化 、 半結(jié)構(gòu)化 的知識(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的有效表示，以促進(jìn)知識(shí)的共享與重 用，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)表示的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié) �；诒倔w的產(chǎn)
本 文 為 國(guó) 防 科 技 工 業(yè) 局 項(xiàng) 目 （ 項(xiàng) 目 編 號(hào)： A2620110003 ，

品設(shè)計(jì)知識(shí)表示方法簡(jiǎn)潔 、 清晰，可理解性和可擴(kuò)展性 強(qiáng)，能夠形式化地定義產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域的知識(shí)，并且通過(guò)公 理來(lái)定義知識(shí)類之間的約束關(guān)系，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中產(chǎn)品 功能、行為的語(yǔ)義關(guān)系等關(guān)鍵產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)進(jìn)行描述，不 僅能夠表示結(jié)構(gòu)化知識(shí)，還能夠表示半結(jié)構(gòu)化知識(shí) 。 但是目前的研究成果在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中無(wú)法解決下列 問(wèn)題，一是無(wú)法解決非幾何性質(zhì)的關(guān)鍵產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)表 示； 二是目前產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)一般存儲(chǔ)在半結(jié)構(gòu)甚至非結(jié)構(gòu) 化的文檔中，缺乏本體構(gòu)建流程和成功案例，使得機(jī)械產(chǎn) 品設(shè)計(jì)基于已有知識(shí)的共享和利用存在困難 。為了解決上 述問(wèn)題，更好地利用產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率， 本研究面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程，以半結(jié)構(gòu)甚至非結(jié)構(gòu)化的文檔 作為處理對(duì)象，產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)本體構(gòu)建流程和本體建模， 并以身管為例，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)不同階段所涉及的各種類型的 產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)進(jìn)行表示 。

1

基于本體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)表示應(yīng)用研究
本體有著強(qiáng)大的在知識(shí)層面上描述領(lǐng)域或系統(tǒng)的概念

模型的能力，它能夠詳細(xì)說(shuō)明模型中的概念 、 屬性、 關(guān) 系、公理及約束等，將它引入產(chǎn)品設(shè)計(jì)中來(lái)可以彌補(bǔ)其他 表示方法在通用性、共享性和可維護(hù)性方面的不足，能夠 更好地應(yīng)對(duì)產(chǎn)品多樣化和用戶需求多元化的要求，其應(yīng)用 研究取得了較多的成果 。 近年來(lái)，基于本體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)表示研究逐漸成為

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A2620133003 ） 和江蘇省 “青藍(lán)工程” 項(xiàng)目資助的研究成果。

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信息系統(tǒng) 欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟
熱點(diǎn)，在應(yīng)用對(duì)象方面主要涉及工程知識(shí) 、產(chǎn)品及復(fù)雜產(chǎn) 品設(shè)計(jì)知識(shí)、產(chǎn)品裝配知識(shí)、產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、 各種具體機(jī) 械產(chǎn)品設(shè)計(jì)等領(lǐng)域； 在應(yīng)用語(yǔ)言和工具方面，出現(xiàn)了過(guò)程 規(guī)范語(yǔ)言 （ PSL） 、產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)本體語(yǔ)言 （ POWL） 等專門(mén)應(yīng) 表1
年份 1997 2002 2003 國(guó) 外 研 究 2005 2007 研究者 Borst［1］ Kitamura［2］ Bohm［3］ S. D. Cochrane［4］ Lee ＆ Suh［5］

用于產(chǎn)品知識(shí)表示的本體描述語(yǔ)言； 在應(yīng)用模型方面，出 BS 模型上增加元本體或流本體 現(xiàn)了 BDE 模型以及在 F等 4 層改進(jìn)模型，國(guó)內(nèi)外本體知識(shí)表示在產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域的 應(yīng)用研究如表 1 所示。

國(guó)內(nèi)外本體知識(shí)表示在產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用
應(yīng)用對(duì)象 工程知識(shí) 產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí) 工程設(shè)計(jì)知識(shí) 復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì) 產(chǎn)品設(shè)計(jì) 應(yīng)用語(yǔ)言 PHYSYS 工程本體、OWL 功能概念本體、OWL XML 過(guò)程規(guī)范語(yǔ)言 （ PSL） 產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)本體語(yǔ)言 （ POWL） 應(yīng)用模型 系統(tǒng)層，物理過(guò)程基本行為和描述性 數(shù)學(xué)關(guān)系三層物理系統(tǒng)模型 功能結(jié)構(gòu)模型 外觀、 功 能、 形 式、 行 為、 設(shè) 計(jì) 流 5 個(gè)方面 通用產(chǎn)品和制造信息模型 元本體、 類屬本體和特定產(chǎn)品本體的 產(chǎn)品知識(shí)基元 3 層模型 概念和實(shí)例，3 層概念的表示，基本設(shè) 計(jì)實(shí)體 （ BDE ） 和 BDE 的 屬 性，3 層 表示，關(guān)系和傳遞性 5 層模型 KnowWhat， KnowWhy， KnowHow， KnowWith 4 層模型 利用功能、 裝配和產(chǎn)品技 術(shù)規(guī)范 3 個(gè) 方面表示行為 FBS，增加了流本體 建立 DTD 文檔 FBS 模型 結(jié)構(gòu) 層—行 為 層—基 本 功 能 層—元 功 能層的 4 層模型 設(shè)計(jì)過(guò) 程、 設(shè)計(jì)組 織、 設(shè)計(jì)對(duì)象 和 知 識(shí)對(duì)象 4 個(gè)本體主模型 基于知識(shí)流的工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品族 DNA 遺 傳和變異模型 廣義產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)模型 本體的五元素法 功能—行為—廣義機(jī)構(gòu) （ FBM）

2010

U. Jayaram［6］

產(chǎn)品設(shè)計(jì)和裝配

OWL

2010 2010 2003 2005 2005 2007 國(guó) 內(nèi) 研 究 2008 2009 2009 2009 2010

Chen YuhJen［7］ S. K. Moon［8］ 胡玉杰［9］ 楊健等
［10 ］

隱形設(shè)計(jì)知識(shí) 重型機(jī)床設(shè)計(jì) 水泵電動(dòng)機(jī) 產(chǎn)品設(shè)計(jì) 磨床 洗衣機(jī) 機(jī)械設(shè)計(jì) 工業(yè)設(shè)計(jì)的 產(chǎn)品族設(shè)計(jì) 機(jī)械設(shè)計(jì) 機(jī)械設(shè)備 機(jī)械設(shè)計(jì)

OWL 基于 Techspecs 的概念本體 DAML XML OWL OWL OWL OWL OWL OWL OWL

倪益華等［11］ 高在偉等［12］ 張善輝［13］ 羅仕鑒等［14］ 宋福根等［15］ 許楚鑾［16］ 雷光強(qiáng)等［17］

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基于本體的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)表示的需求分析 與建模
機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中兩種常用方法，即自底向上和自頂向
［18 ］

及設(shè)計(jì)人員的頭腦中，缺少一種能兼容多領(lǐng)域和多源產(chǎn)品 設(shè)計(jì)知識(shí)的一致而完備的知識(shí)表示方式 。 2. 1 機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)知識(shí)映射 機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程是從生產(chǎn)零件開(kāi)始，然后將不同零 件組裝成最終的產(chǎn)品，從機(jī)械設(shè)計(jì)全局的角度來(lái)看，就是 從細(xì)節(jié)到整體的一個(gè)設(shè)計(jì)流程 。對(duì)于這樣一種設(shè)計(jì)信息的 傳遞，稱為自底向上設(shè)計(jì)。大部分的通用機(jī)械設(shè)計(jì)，都是 遵照先零件后部件的方式來(lái)進(jìn)行的
［19 ］

下兩種完全不同的設(shè)計(jì)模式 念、屬性、關(guān)系及實(shí)例。

。 本文的產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)提

取就是面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程與方法，從各種知識(shí)源中提取概 進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，通常存在下列實(shí)際問(wèn)題 。 ① 由于各 個(gè)設(shè)計(jì)階段所需的產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)不能夠得到有效的共享和 重用，經(jīng)常造成設(shè)計(jì)質(zhì)量低下 、 設(shè)計(jì)過(guò)程不斷反復(fù)等情 況。②生產(chǎn)產(chǎn)品各組成部分的不同組織之間，以及同一組 織的不同部門(mén)之間、不同知識(shí)背景的員工之間，領(lǐng)域背景 知識(shí)的不同和概念定義的不統(tǒng)一 。③產(chǎn)品設(shè)計(jì)中所需知識(shí) 來(lái)自多學(xué)科多領(lǐng)域，且存儲(chǔ)方式異構(gòu)，這些知識(shí)可能存儲(chǔ) 于專業(yè)書(shū)籍、技術(shù)文檔報(bào)告、電子表格、設(shè)計(jì)圖紙中，以

。 盡管各種產(chǎn)品的

性能、用途及結(jié)構(gòu)形式不同，但在設(shè)計(jì)時(shí)均應(yīng)滿足功能要 求、可靠性要求、經(jīng)濟(jì)性要求、操作方便和安全要求等基 本要求 2. 2
［19 ］

，下面以身管為例介紹產(chǎn)品設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)知

識(shí)映射 （ 見(jiàn)表 2 ） 。 機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)表示的建模 在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)表示中，本體的作用就是在具體 產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域，獲取并存儲(chǔ)產(chǎn)品設(shè)計(jì)相關(guān)的概念 、屬性和

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情報(bào)理論與實(shí)踐 （ ITA） 欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟
表2
設(shè)計(jì)階段

機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)知識(shí)的映射
設(shè)計(jì)步驟 階段目標(biāo) 映射關(guān)系

分類的研究，結(jié)合實(shí)際身管設(shè)計(jì)知識(shí)可能涉及的設(shè)計(jì)規(guī) 范、標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)、設(shè)計(jì)計(jì)算、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、工程材料及結(jié)構(gòu)等 類別，采用了 5 類設(shè)計(jì)知識(shí)劃分方法，在身管本體構(gòu)建中 對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)進(jìn)行分類 （ 見(jiàn)表 3 ） 。

產(chǎn)品 規(guī)劃

身管需求分 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 析與設(shè)計(jì)任 務(wù)說(shuō)明書(shū)

表3
知識(shí)分類 描述性 知識(shí)

身管設(shè)計(jì)知識(shí)分類

功能原理 設(shè)計(jì)

原理設(shè) 計(jì)方案

身管 的 原 理、功能

功能描述 身管設(shè)計(jì)知識(shí) 管理方式 表示產(chǎn)品等 設(shè) 計(jì) 對(duì)象靜 態(tài)結(jié) 構(gòu) 特 征、 屬 性 及 屬 身管 的 功 能、 結(jié) 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 性之 間 關(guān) 系。 包 含 了 檢 構(gòu)、行 為 等 屬 性 管理 、 索 基于 實(shí) 例 的推 理 以 特征 及知識(shí)發(fā)現(xiàn)所需的內(nèi)容 身管設(shè)計(jì)中的邏 知識(shí)學(xué) 習(xí) 表示 事 實(shí) 之 間 的 關(guān) 系， 輯關(guān)系，如因果、 用于目標(biāo)推理求解 與推理 條件關(guān)系等 表示一個(gè)設(shè) 計(jì) 過(guò) 程的操 身管設(shè)計(jì)的階段、 設(shè)計(jì)過(guò) 程 作或 操 作 系列，它 是 問(wèn) 操作及技術(shù)路線、 建模 思想 題求解的重要部分 表示 設(shè) 計(jì) 過(guò)程中，用 數(shù) 身管的計(jì)算公式、 計(jì)算引擎 值計(jì) 算 方 法 處 理 的 參 函數(shù) 數(shù)等 表示設(shè)計(jì)過(guò) 程 中 包含零 身 管 設(shè) 計(jì) 的 各 種 數(shù)據(jù)庫(kù) 表 部件參數(shù)的 可 選 數(shù)值或 標(biāo)準(zhǔn) 或 文 檔、 圖 管理 表等 區(qū)間

判斷性 知識(shí) 過(guò)程性 知識(shí) 計(jì)算性 知識(shí) 手冊(cè)性 知識(shí)

技術(shù) 設(shè)計(jì)

總體裝配圖 部件裝配圖 零件工作圖 身管的結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)計(jì)算 說(shuō)明書(shū)

根據(jù)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)特點(diǎn)的分析，產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)本體 建模包括 4 個(gè)實(shí)體： 產(chǎn)品信息、產(chǎn)品設(shè)計(jì)組織、 產(chǎn)品設(shè)計(jì)
試制、 生產(chǎn)及 銷售 樣機(jī) 市場(chǎng)結(jié)果 市場(chǎng)信息 身管的生產(chǎn)

過(guò)程、產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)對(duì)象 （ 見(jiàn)圖 1 ） 。 其中后三者以本體 形式表示。 1 ） 產(chǎn)品信 息。 包 括 分 類、 編 號(hào)、 型 號(hào)、 出 廠 日 期、 銷售日期以及生產(chǎn)廠商等信息； 產(chǎn)品知識(shí)對(duì)象包含描述 性、判斷性、計(jì)算性、手冊(cè)性、過(guò)程性知識(shí)等。 身管本體 構(gòu)建的特點(diǎn)在于，著重考慮計(jì)算性知識(shí)及產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的 本體知識(shí)表示，這不同于單純對(duì)概念進(jìn)行表示的本體構(gòu)建 方式。 2 ） 產(chǎn) 品 設(shè) 計(jì) 組 織 本 體。 產(chǎn)品設(shè)計(jì)組織包含設(shè)計(jì)者等信 息，用于描述身管設(shè)計(jì)知識(shí)對(duì) 象的提供者、 操作者，記錄組 織結(jié)構(gòu)及其關(guān)系的信息 。 產(chǎn)品 設(shè)計(jì)組織本體不僅記錄了某一 身管設(shè)計(jì)者的信息，還包括該 設(shè)計(jì)者的角色，定義了設(shè)計(jì)者 之間、 角 色 之 間 的 約 束 關(guān) 系 等。一個(gè)設(shè)計(jì)者可以具有多個(gè) 角色，設(shè)計(jì)組織本體中還有一 些對(duì)象屬性，用來(lái)表示不同類 之間 關(guān) 系，如 設(shè) 計(jì) 者 hasＲole 角色，設(shè)計(jì)者 belongTo 部門(mén)。 3 ） 產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程本體。

約束。UML 語(yǔ)言支持面向?qū)ο蠓椒�，表示能力�?qiáng)，基于 UML 進(jìn)行建模直觀清晰。 需求分析過(guò)程中，構(gòu)建的本體 模型必須清 晰、 明 確，基 于 UML 的 領(lǐng) 域 本 體 建 模 方 法 （ UDOM） 這種統(tǒng)一的領(lǐng)域需求表示方式，為實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域需 求的復(fù)用性提供了技術(shù)支持 。借鑒張善輝對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)

圖1

身管產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)本體

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信息系統(tǒng) 欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟
知識(shí)包含相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)等文檔、 圖表以 及參數(shù)信息； 計(jì)算性知識(shí)是身管設(shè)計(jì)的重要知識(shí)， 因?yàn)樯砉茉O(shè)計(jì)中包含大量的物理公式和數(shù)學(xué)計(jì)算公 式，是身管本體構(gòu)建的重點(diǎn)也是難點(diǎn) 。

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產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)表示本體構(gòu)建流程
借鑒以往對(duì)本體構(gòu)建的研究，結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計(jì)知

識(shí)本體中概念、屬性的特點(diǎn)，身管本體的開(kāi)發(fā)步驟 主要包括確定本體的領(lǐng)域和范圍，利用半自動(dòng)抽取 網(wǎng)頁(yè)表格概念，獲取本體所需的部分概念類 、 屬 性，結(jié)合提出的本體構(gòu)建流程，利用 Protégé 本體 開(kāi)發(fā)工具實(shí)現(xiàn)了身管本體的構(gòu)建； 最后采用 Protégé 提供的查詢插件 Queries 和可視化插件 Jambalaya 實(shí) 現(xiàn)了本體查詢和可視化顯示，如圖 2 所示。 1 ） 產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)的獲取。基于產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程， 在需求分析、概念設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)的各
圖2 身管產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)本體開(kāi)發(fā)流程

個(gè)階段涉及的多元知識(shí)載體中獲取相關(guān)設(shè)計(jì)知識(shí)， 從異構(gòu)多樣的產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)源中對(duì)領(lǐng)域知識(shí)結(jié)構(gòu)深入理 解，提取相關(guān)概念、屬性和實(shí)例，其中產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)源包 ） 、 文獻(xiàn)期刊、 專業(yè)詞 括設(shè)計(jì)手冊(cè) （ 如 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 》 ） 等。 典 （ 《國(guó)防科技詞典》

產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程包含設(shè)計(jì)條件，設(shè)計(jì)工具等。針對(duì)身管這一 設(shè)計(jì)對(duì)象，產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程本體描述了身管建立的步驟和過(guò) 程，包含身管設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的輸入 、結(jié)果輸出的計(jì)算公式函數(shù) 的表示，在設(shè)計(jì)過(guò)程本體建立過(guò)程中，定義了產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò) 程本體 與 產(chǎn) 品 設(shè) 計(jì) 組 織 本 體 、 產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)對(duì)象本體之間的 主要 對(duì) 象 屬 性，如 設(shè) 計(jì) 者 implement 設(shè)計(jì)階段、產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò) 程 belongTo 過(guò)程性知識(shí)。 4 ） 產(chǎn)品 設(shè) 計(jì) 知 識(shí) 對(duì) 象 本 體。用于描述產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)的 5 類知識(shí)，封裝各類知識(shí)的屬 性和操作。 在身管設(shè)計(jì)中，描 述性知識(shí)包括身管設(shè)計(jì)涉及的 功能、 結(jié)構(gòu)、 行為、 材料、 壽 命等知識(shí)； 判斷性知識(shí)在本體 中通過(guò)各類概念之間的約束來(lái) 表示，包 含 約 束、 邏 輯 推 斷、 對(duì)象關(guān)系 3 個(gè)重點(diǎn)部分，主要 用于身管設(shè)計(jì)知識(shí)的概念定義 和推理； 過(guò)程性知識(shí)是指在設(shè) 計(jì)過(guò)程中，身管及其零部件的 設(shè)計(jì)任務(wù)、 設(shè)計(jì)階段劃分以及 設(shè) 計(jì) 工 具、 方 法、 技 術(shù) 的 選 擇，記 錄 身 管 設(shè) 計(jì) 的 操 作 過(guò) 程，包 含 設(shè) 計(jì) 者 的 設(shè) 計(jì) 思 路、 設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等隱性知識(shí)； 手冊(cè)性

圖3

身管知識(shí)表示本體可視化展示

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情報(bào)理論與實(shí)踐 （ ITA） 欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟
2 ） 產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)的分類。 產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一個(gè)多學(xué)科知 識(shí)集成和應(yīng)用的過(guò)程，其過(guò)程包括了大量的產(chǎn)品設(shè)計(jì)知 識(shí)，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)進(jìn)行分類是對(duì)其準(zhǔn)確表示進(jìn)而進(jìn)行精 確檢索的前提。 3 ） 產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)本體構(gòu)建 。 產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)是指已有 的知識(shí)，即設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)過(guò)程以及幾何結(jié)構(gòu) 和屬性等在內(nèi)的產(chǎn)品信息的總和 。主要包括分析概念的基 本特性，建立基本概念分類體系； 分析概念間的基本語(yǔ)義 關(guān)系，形成概念分類樹(shù)； 提取概念的屬性及概念間的屬 性，形成本體的屬性分類樹(shù)； 確定屬性分類樹(shù)中各屬性的 基本特性； 根據(jù)概念分類樹(shù)的結(jié)構(gòu)和屬性的定義，建立本 體中各概念的約束和公理 。 4 ） 本體可視化。本體是領(lǐng)域的術(shù)語(yǔ)及其關(guān)系的清晰 的形式化規(guī)范，即對(duì)研究領(lǐng)域的概念 （ Class 或 Concept ） 、 每個(gè)概念的不同特性和屬性 （ Slot， Ｒole 或 Property ） ，以 及屬性的約束 （ Facet 或 Ｒole Ｒestriction） 進(jìn)行明確的形式 化描述。為了更加直觀清晰地看清楚本體，圖 3 分別展示 出了由 Protégé 中自帶的本體顯示插件 Jambalaya 展示本體 可視化效果圖。
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結(jié)束語(yǔ)
本文探索基于本體的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)表示方法，通

過(guò)對(duì)身管產(chǎn)品設(shè)計(jì)所涉及的基本產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)分類 、 設(shè)計(jì) 流程的總結(jié)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)身管設(shè)計(jì)的知識(shí)表示和本體構(gòu)建， 驗(yàn)證了本體理論在產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)表示方面的應(yīng)用，為改善 產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)表示問(wèn)題提供了新的解決思 路。具體貢獻(xiàn)包括以下兩方面： ①面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程，分 析了產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)包含的內(nèi)容，結(jié)合實(shí)際生成產(chǎn)品設(shè)計(jì)知 識(shí)本體，確定了產(chǎn)品設(shè)計(jì)本體的領(lǐng)域和范圍，從而形成了 一個(gè)完整的產(chǎn)品設(shè)計(jì)多學(xué)科知識(shí)本體的構(gòu)建方法 。 ② 針對(duì) 身管產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域中涉及的基本產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)，結(jié)合提出 的本體構(gòu)建流程，利用 Protégé 本體開(kāi)發(fā)工具實(shí)現(xiàn)了身管 本體的構(gòu)建，包括定義類和類層次、定義類的屬性、 定義 類間關(guān)系、定義個(gè)體實(shí)例，以及用 Protégé 及其可視化插 件實(shí)現(xiàn)了本體查詢和可視化顯示 �！� 參考文獻(xiàn)
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作者簡(jiǎn)介: 吳鵬， 男，1976 年 生， 博 士， 副 教 授。 研 究 方向: 知識(shí)管理，本體工程。 王曰芬， 女，1963 年 生， 博 士， 教 授。 研 究 方向: 知識(shí)工程。 丁晟春， 女，1971 年 生， 碩 士， 副 教 授。 研 究方向: 信息管理系統(tǒng)，本體工程。 顏端 武， 男，1976 年 生， 博 士， 副 教 授。 研 究方向: 智能信息檢索，數(shù)據(jù)挖掘。 高升， 男，1986 年 生， 碩 士。 研 究 方 向: 知 識(shí)工程。 收稿日期: 2013 － 03 － 18

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  本文關(guān)鍵詞：基于本體的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)表示研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。