基于本體的概念設(shè)計(jì)知識管理研究 .doc

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1、基于本體的概念設(shè)計(jì)知識管理研究 利用知識管理技術(shù)對已有知識進(jìn)行有效利用已成為企業(yè)保持產(chǎn)品創(chuàng)新及競爭優(yōu)勢的源泉。在開發(fā)過程中,概念設(shè)計(jì)是產(chǎn)品開發(fā)過程中最具創(chuàng)造性的階段,需要花費(fèi)的成本少,但對產(chǎn)品價(jià)值增值的幅度最大,雖然概念設(shè)計(jì)階段實(shí)際投入的費(fèi)用只占產(chǎn)品開發(fā)總成本的5%,卻決定了產(chǎn)品總成本的70%[1],而且詳細(xì)設(shè)計(jì)階段很難甚至不能糾正概念設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)缺陷和錯(cuò)誤,因此對概念設(shè)計(jì)知識進(jìn)行有效的管理和重用對于推動產(chǎn)品創(chuàng)新和實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化非常重要?! ∧壳?設(shè)計(jì)知識管理已成為國內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)、企業(yè)的研究熱點(diǎn),如美國NIST的設(shè)計(jì)知識庫項(xiàng)目[2];

2、歐洲WISE工程知識管理項(xiàng)目[3]、MOKA項(xiàng)目[4];韓國LG公司資助的知識管理項(xiàng)目[5];國家863資助的知識管理平臺研究[6]等,但還沒有一個(gè)實(shí)用的能支持概念設(shè)計(jì)知識重用的系統(tǒng),對它的研究也還停留在理論準(zhǔn)備階段?! ”疚脑谘芯苛嘶诒倔w的的概念設(shè)計(jì)知識模型的基礎(chǔ)上,提出了基于本體的概念設(shè)計(jì)知識管理框架,研究了用戶對本體的定義、對知識結(jié)構(gòu)內(nèi)容的自由擴(kuò)充以及概念設(shè)計(jì)知識的檢索方法等關(guān)鍵技術(shù)?! ?、基于本體的概念設(shè)計(jì)知識建?! ?.1 概念設(shè)計(jì)知識分類與表達(dá)  概念設(shè)計(jì)是對設(shè)計(jì)問題加以描述,并以方案的形式提出眾多解的設(shè)計(jì)階段[7].概念設(shè)計(jì)從

3、不同的角度有多種定義[8].一般認(rèn)為,概念設(shè)計(jì)是指以設(shè)計(jì)要求為輸入、以最佳方案為輸出的系統(tǒng)所包含的工作流程,是一個(gè)由功能向結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換過程?! D1描述了一般概念設(shè)計(jì)的工作流程,它包含綜合與評價(jià)兩個(gè)基本過程。綜合是指根據(jù)設(shè)計(jì)要求,運(yùn)用各種分析、設(shè)計(jì)方法推理而生成的多個(gè)方案,是個(gè)發(fā)散過程;評價(jià)則從方案集中擇出最優(yōu),是個(gè)收斂過程。概念設(shè)計(jì)是將所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品看成一個(gè)系統(tǒng),運(yùn)用系統(tǒng)工程的方法去分析和設(shè)計(jì)。具體說,概念設(shè)計(jì)就是將設(shè)計(jì)對象的總功能分解成相互有機(jī)聯(lián)系的若干功能單元,并以功能單元為子系統(tǒng)進(jìn)行再次分解,生成更低一級的功能單元,經(jīng)過這樣逐層分解,直至對

4、應(yīng)的各個(gè)最末端功能單元能夠找到一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)原理解。概念設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是功能到結(jié)構(gòu)的映射,概念設(shè)計(jì)過程主要包括:功能創(chuàng)新、功能分析和功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作原理解的搜索和確定、功能載體方案構(gòu)思和決策?! 「鶕?jù)概念設(shè)計(jì)的過程及人在設(shè)計(jì)時(shí)的認(rèn)知特點(diǎn)將概念設(shè)計(jì)知識分為元知識和實(shí)例知識(其分類如圖2所示)。元知識中主要包括功能知識、技術(shù)原理解知識、結(jié)構(gòu)知識等。實(shí)例知識中主要包括方案設(shè)計(jì)實(shí)例、技術(shù)原理解實(shí)例、產(chǎn)品實(shí)例等知識。6 ?。?)功能知識。主要描述產(chǎn)品完成的任務(wù),描述產(chǎn)品的功能及功能子項(xiàng)。描述產(chǎn)品要完成的功能,包括功能內(nèi)容、實(shí)現(xiàn)參數(shù)、性能指標(biāo)等;  

5、(2)技術(shù)原理解知識。描述產(chǎn)品功能及功能子項(xiàng)的原理解答。它的表達(dá)要復(fù)雜些,一方面可用文字、數(shù)字表達(dá)它的說明、解答參數(shù),另一方面,要有圖形支持產(chǎn)品原理解答; ?。?)結(jié)構(gòu)知識。描述產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)狀況,是對原理域知識的細(xì)化和擴(kuò)充,是求解原理解的結(jié)構(gòu)載體,可描述產(chǎn)品關(guān)鍵部分的形狀、尺寸和參數(shù)。產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)的映射(簡稱為功構(gòu)映射)就是對產(chǎn)品的功能模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的求解,是將產(chǎn)品功能性的描述轉(zhuǎn)化為能實(shí)現(xiàn)這些功能的具有具體形狀、尺寸及相互關(guān)系的零部件描述。在這里功能是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的抽象,是結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的目的;而結(jié)構(gòu)則為實(shí)現(xiàn)某功能而選用的一組構(gòu)件或元件。功能結(jié)構(gòu)間的

6、關(guān)系一般而言是多對多的映射關(guān)系。一個(gè)功能可能由一個(gè)或多個(gè)特征或元件實(shí)現(xiàn),而一個(gè)特征或元件也可能完成一個(gè)或多個(gè)功能; ?。?)實(shí)例知識。已成功或失敗的設(shè)計(jì)范例,包括方案設(shè)計(jì)實(shí)例,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)知識實(shí)例、技術(shù)原理解實(shí)例等。它包含了更多的實(shí)際因素,是類比設(shè)計(jì)和基于實(shí)例推理設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。  以工程機(jī)械中某型滑模式水泥攤鋪機(jī)為例,總功能為攤鋪水泥路面,總功能可細(xì)分為滑模作業(yè)、控制作業(yè)等功能,滑模作業(yè)功能又可細(xì)分為提水泥漿、擠壓成型等功能。其中某個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)可能會由幾個(gè)結(jié)構(gòu)組合而成,例如滑模式水泥攤鋪機(jī)滑模作業(yè)功能就是由螺旋分料器、刮平板等幾個(gè)結(jié)構(gòu)一起才能實(shí)現(xiàn)。圖

7、3為該水泥攤鋪機(jī)的功能層次定義和功能分解結(jié)構(gòu)舉例。該產(chǎn)品所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)分解則如圖4所示。圖5中給出了對于滑模作業(yè)功能的技術(shù)原理解簡圖、技術(shù)原理解的評價(jià)、參考產(chǎn)品,以及實(shí)現(xiàn)該功能的說明等相關(guān)的知識?! ∪绾卫糜?jì)算機(jī)技術(shù)對概念設(shè)計(jì)予以支持,對概念設(shè)計(jì)知識進(jìn)行有效的管理,至今仍沒有較好的解決方法。目前的知識建模主要是專家系統(tǒng),最常用的知識模型包括框架、產(chǎn)生式規(guī)則、語義網(wǎng)絡(luò)、謂詞邏輯等。專家系統(tǒng)的知識建模主要側(cè)重符號層的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),很少考慮動態(tài)的,非結(jié)構(gòu)化的知識,造成專家系統(tǒng)解決問題的局限性,使得專家系統(tǒng)不能解決大型復(fù)雜問題。  本體作為“對概念化顯式的

8、詳細(xì)說明”[9,10],研究領(lǐng)域內(nèi)的對象、概念和其他實(shí)體,以及它們之間的關(guān)系,可以很好地解決概念設(shè)計(jì)知識的表達(dá)、檢索和重用等問題。采用本體描述概念設(shè)計(jì)

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