基于本體的個(gè)性化產(chǎn)品客戶需求參數(shù)化建模

楊 沁，武 珂，唐 偉，朱躍峰，衛(wèi)道柱

YANG Qin1, WU Ke1, TANG Wei1, ZHU Yue-feng2, WEI Dao-zhu1

（1.合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，合肥 230009；2.開封大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，開封 475004）

0 引言

目前，以滿足客戶需求，體現(xiàn)客戶的思想的個(gè)性化產(chǎn)品定制方式越來(lái)越受到企業(yè)的重視。如何根據(jù)客戶需求制定出合理的產(chǎn)品信息模型，成為個(gè)性化產(chǎn)品研究的核心問(wèn)題。早期，一些企業(yè)通過(guò)聆聽和理解每一個(gè)特殊客戶的需求，提供滿足客戶需求的定制產(chǎn)品，并將這種方法定義為合作定制(collaborative customization)[1]。隨著Internet和電子商務(wù)的普及應(yīng)用，文獻(xiàn)[2]提出通過(guò)與客戶洽談或在Internet上交互式對(duì)話獲取客戶需求信息，以質(zhì)量功能展開(QFD)和逼近理想解排序(TOPSIS)法進(jìn)行產(chǎn)品配置優(yōu)化分析，獲得較為準(zhǔn)確的客戶需求信息和個(gè)性化產(chǎn)品信息模型。文獻(xiàn)[3]提出一種基于功能族和結(jié)構(gòu)族的客戶需求信息模糊表達(dá)與處理方法，但其模糊屬性的取值只能從既定選項(xiàng)中選擇。譚建榮等[4]建立了基于Web的客戶需求交互平臺(tái)，形成糊框架推理與基于規(guī)則的配置推理方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)客戶模糊個(gè)性化需求的快速響應(yīng)。但斌等[5]針對(duì)模糊的客戶需求語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)化進(jìn)行了研究，提出了相關(guān)解析方法，建立了客戶需求域的模糊客戶需求本體和配置實(shí)例域的產(chǎn)品族實(shí)例。

需求信息表達(dá)的清晰與否直接決定了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，本文以本體理論構(gòu)建客戶需求參數(shù)化知識(shí)庫(kù)，以設(shè)計(jì)人員的角度去理解和轉(zhuǎn)化客戶需求，挖掘客戶需求信息，最大化客戶需求的多樣性。通過(guò)專家知識(shí)及市場(chǎng)調(diào)查得出個(gè)性化產(chǎn)品需求表達(dá)的參數(shù)要求，對(duì)產(chǎn)品客戶需求構(gòu)建領(lǐng)域本體?？蛻粜枨笪谋疽?guī)范化檢索，得到一致性參數(shù)化的需求本體模型，確保準(zhǔn)確理解和快速反應(yīng)客戶需求，縮短產(chǎn)品的上市時(shí)間。在參數(shù)化客戶需求過(guò)程中有兩個(gè)重要問(wèn)題需要解決：如何構(gòu)建客戶需求本體，如何實(shí)現(xiàn)檢索過(guò)程。

1 構(gòu)建個(gè)性化客戶需求本體

1.1 個(gè)性化產(chǎn)品信息表達(dá)

個(gè)性化產(chǎn)品客戶需求涉及產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、成本、外觀顏色以及加工周期等[6]。圖1為個(gè)性化產(chǎn)品需求表達(dá)樹型結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品從其結(jié)構(gòu)上可看成是具有層次關(guān)系的信息模型，特征屬性層是自上而下(Top-Down)的樹型結(jié)構(gòu)，文本描述層是串行結(jié)構(gòu)的客戶需求，且包含所有的客戶需求信息，由文本描述層分解、形式化所形成的特征參數(shù)層，構(gòu)成產(chǎn)品特征節(jié)點(diǎn)與客戶需求間的接口關(guān)系。產(chǎn)品概念、特征層、參數(shù)層通過(guò)不同的結(jié)點(diǎn)自上而下構(gòu)成。一個(gè)產(chǎn)品概念由多個(gè)特征屬性構(gòu)成，而每個(gè)屬性因模糊的描述語(yǔ)言包含不同的屬性參數(shù)值，客戶需求表達(dá)中每一個(gè)規(guī)范化文本描述對(duì)應(yīng)唯一的參數(shù)值或參數(shù)范圍。客戶通過(guò)個(gè)性化產(chǎn)品所提供的特征信息結(jié)構(gòu)樹，針對(duì)于結(jié)構(gòu)樹上的開放結(jié)點(diǎn)，把個(gè)性化的需求表達(dá)進(jìn)去，直接參與產(chǎn)品的定制。

圖1 個(gè)性化產(chǎn)品客戶需求信息結(jié)構(gòu)樹

1.2 本體描述

本體是共享概念模型明確的形式化規(guī)范說(shuō)明[7]。具體來(lái)說(shuō)，某個(gè)領(lǐng)域的本體就是關(guān)于該領(lǐng)域的一個(gè)公認(rèn)的概念集，其中的概念含有公認(rèn)的語(yǔ)義，這些語(yǔ)義通過(guò)概念之間的各種關(guān)聯(lián)來(lái)表現(xiàn)。近年來(lái)，本體知識(shí)廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，并開發(fā)了一系列基于本體的建模方法、工具和語(yǔ)言，在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)也逐漸體現(xiàn)出來(lái)，主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

1）實(shí)現(xiàn)信息共享。信息共享是本體構(gòu)建最普遍的目的之一，與傳統(tǒng)信息共享不同在于其可實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域知識(shí)在語(yǔ)義層上的互聯(lián)。

2）專業(yè)領(lǐng)域的知識(shí)復(fù)用。提高了領(lǐng)域知識(shí)的衍生能力，增強(qiáng)了領(lǐng)域知識(shí)的互操作性，便于產(chǎn)品知識(shí)管理與創(chuàng)新，加快模型的構(gòu)建速度。

3）異構(gòu)系統(tǒng)互操作。在異構(gòu)主體之間對(duì)交流的結(jié)構(gòu)化信息達(dá)成共識(shí)，以易于表達(dá)的語(yǔ)義及有效機(jī)制，提供實(shí)體間更復(fù)雜的語(yǔ)義關(guān)聯(lián)。

將本體融入到客戶需求表達(dá)的信息檢索中，是個(gè)性化產(chǎn)品研究的關(guān)鍵問(wèn)題之一?；诒倔w建模特征和關(guān)鍵字檢索過(guò)程，主要步驟如下：

1）通過(guò)調(diào)查客戶和市場(chǎng)，收集產(chǎn)品特性的數(shù)據(jù)，在領(lǐng)域?qū)＜业膸椭?，建立參?shù)化的客戶需求本體；

2）由檢索界面獲取客戶需求，通過(guò)規(guī)范化處理需求語(yǔ)句來(lái)滿足本體搜索條件。即把客戶需求文本轉(zhuǎn)換成可被識(shí)別的規(guī)范化語(yǔ)句；

3）從客戶需求本體庫(kù)中匹配出符合條件的產(chǎn)品特性參數(shù)集合，檢索結(jié)果經(jīng)定制系統(tǒng)返回給客

戶。

1.3 個(gè)性化客戶需求本體構(gòu)建

定義1 個(gè)性化客戶需求本體I C R O(Individualized Customer Requirement Ontology)，對(duì)個(gè)性化產(chǎn)品客戶需求信息的規(guī)范化、參數(shù)化表示方式，它由一個(gè)四元組構(gòu)成，即ICRO ={Concept, Attribute, Parameter, Rule}。

其中，Concept表示客戶域產(chǎn)品知識(shí)的概念集，一個(gè)概念的定義和描述往往會(huì)涉及到多個(gè)其它概念，概念之間具有關(guān)聯(lián)性和繼承性，如汽車、電腦、變速器等；Attribute表示客戶域知識(shí)的產(chǎn)品特征屬性集，如結(jié)構(gòu)、性能、功能等；Parameter表示屬性的特征參數(shù)空間，如尺寸大小、價(jià)格高低、變速范圍等，它們之間通過(guò)規(guī)則由結(jié)點(diǎn)相連； Rule表示節(jié)點(diǎn)規(guī)則集，可以表示概念、屬性、節(jié)點(diǎn)之間的約束關(guān)系。

構(gòu)建的ICRO可以包含n個(gè)概念，則Concept ={ Ci| i = 1, 2, … , n}。概念Ci有m個(gè)屬性，則Ai = {Aij| j = 1, 2 , … , m} , Attribute = A1∪A2∪…∪An。

圖2 客戶需求規(guī)范化處理過(guò)程

規(guī)則集Rule可用三元組表示為ζ＜condition,operation, goal＞，其中condition表示規(guī)則約束的條件，它是由產(chǎn)品信息的特征屬性結(jié)點(diǎn)或?qū)傩灾到Y(jié)點(diǎn)所構(gòu)成的；operation表示當(dāng)condition滿足時(shí)，規(guī)則所應(yīng)執(zhí)行的操作、達(dá)到的目標(biāo)或規(guī)則表示的事實(shí)條件與goal之間的關(guān)系；goal表示規(guī)則的目標(biāo)、希望得到的結(jié)果，由屬性參數(shù)值空間Parameter構(gòu)成。由結(jié)點(diǎn)構(gòu)成的規(guī)則約束具主要有：子關(guān)系subof，并關(guān)系or-of，且關(guān)系and-of，互斥關(guān)系mutexof，逆關(guān)系inverser-of等。

通過(guò)確定結(jié)點(diǎn)間約束關(guān)系，并根據(jù)專家知識(shí)域及客戶需求調(diào)查得出產(chǎn)品特征，對(duì)產(chǎn)品特征屬性賦值或制定參數(shù)范圍，由ICRO知識(shí)庫(kù)，對(duì)客戶需求提供參數(shù)化檢索支持，使最終輸出能滿足產(chǎn)品一致性要求。

2 客戶需求文本規(guī)范化處理

由于客戶提出的個(gè)性化產(chǎn)品需求具有不規(guī)范性、模糊性及不一致性，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行規(guī)范化處理，以便本體庫(kù)的識(shí)別和檢索。圖2為客戶需求規(guī)范化處理過(guò)程，首先對(duì)個(gè)性化客戶需求語(yǔ)言的概念屬性進(jìn)行句型模式匹配，識(shí)別轉(zhuǎn)化為規(guī)范的結(jié)構(gòu)化語(yǔ)句；其次進(jìn)行模糊語(yǔ)言分析，通過(guò)ICRO的智能檢索得出參數(shù)化客戶需求，將參數(shù)化和結(jié)構(gòu)化的客戶需求直接檢索得出其參數(shù)值；最后分析參數(shù)化需求可能存在沖突，根據(jù)客戶需求反饋得出的需求特征權(quán)重對(duì)客戶需求沖突一致性檢驗(yàn)，最終得出最佳的、可行的參數(shù)化客戶需求模型。

定義2 個(gè)性化客戶需求是客戶用模糊的、不確定、不規(guī)范語(yǔ)句對(duì)所需產(chǎn)品的特性、功能等進(jìn)行描述的一段文本。用Si(i=1,2, …, n)表示，其中n表示需求語(yǔ)句的數(shù)量，Si表示第i個(gè)需求語(yǔ)句。

客戶個(gè)性化需求表達(dá)體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：1)客戶對(duì)該產(chǎn)品具備初步的知識(shí)，根據(jù)結(jié)構(gòu)化、參數(shù)化的需求模型，可制定其屬性值；2)針對(duì)不規(guī)范、模糊性、不一致性的個(gè)性化產(chǎn)品描述語(yǔ)句，要求每條需求語(yǔ)句段至少由產(chǎn)品需求概念Ci（如變速器、發(fā)動(dòng)機(jī)等）、屬性Ai（質(zhì)量、價(jià)格、外掛、尺寸等）及模糊語(yǔ)義詞Vi（如大小、快慢、高低等）三要素中的兩個(gè)組成；3)需求語(yǔ)句通常包含或隱含所描述的產(chǎn)品或部件（概念）、特征（屬性）以及對(duì)特征的描述（屬性值）。

定義3 可識(shí)別的結(jié)構(gòu)化語(yǔ)句定義為S*i（Ci*,Ai*,Vi*）。其中Ci*為概念變量，Ai*為屬性變量，Vi*為屬性模糊變量值或?qū)傩宰兞恐怠?/p>

由定義可知，通過(guò)句型模式的識(shí)別和匹配，實(shí)現(xiàn)客戶需求語(yǔ)句的句法分析，將模糊客戶需求Si轉(zhuǎn)化為能被計(jì)算機(jī)理解的可識(shí)別語(yǔ)句Si*（Ci*,Ai*,Vi*）。對(duì)句型模式的規(guī)范化處理，文獻(xiàn)[8]提出了語(yǔ)句結(jié)構(gòu)函數(shù)模式和句型匹配模式。應(yīng)用相關(guān)程序識(shí)別、提取關(guān)鍵詞，把個(gè)性化客戶需求文本轉(zhuǎn)化為可識(shí)別的結(jié)構(gòu)函數(shù)模式，即通過(guò)句型結(jié)構(gòu)函數(shù)SF(Si)把文本語(yǔ)句Si轉(zhuǎn)化為Si*。

其中Ci，Ai，Vi分別表示第i個(gè)需求語(yǔ)句對(duì)應(yīng)的概念變量、屬性變量及屬性變量值。SF(Si)的自變量為Ci，Ai，Vi及相關(guān)過(guò)渡詞（如“的”、“要”等）、語(yǔ)氣詞（“很”、“非?！?、“相當(dāng)”等）。通過(guò)建立完整的句型模式庫(kù)，將需求語(yǔ)句與句型模式庫(kù)中的句型模式進(jìn)行匹配，即能實(shí)現(xiàn)該需求語(yǔ)句的句法分析，需求句型模式Si*可以由SF(Si)函數(shù)生成，

Si*= C*+ [的…] + A*+ [要/需要/ …] + V*，運(yùn)算符“+”、“[ ]”、“/”分別表示連結(jié)運(yùn)算、可取可不取運(yùn)算、二者取一運(yùn)算，由公式（1）和（2）可推出：

圖3 個(gè)性化客戶需求參數(shù)化檢索

3 個(gè)性化客戶需求的參數(shù)化檢索

在客戶需求中對(duì)屬性值的描述Vi*往往是一些模糊的語(yǔ)言值，如描述價(jià)格的語(yǔ)言值有“便宜”和“很便宜”等。如何通過(guò)成熟的文本信息檢索技術(shù)將本體建模優(yōu)勢(shì)融合到構(gòu)建參數(shù)化客戶需求中，不僅可以繼承信息檢索快捷、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，還可以充分利用本體建模的優(yōu)勢(shì)，克服文本信息檢索不能對(duì)語(yǔ)義關(guān)聯(lián)進(jìn)行處理的局限。采用Protégé 4.1工具構(gòu)建客戶需求本體ICRO，由專家評(píng)審將模糊語(yǔ)言值賦予相應(yīng)的屬性值及參數(shù)，根據(jù)規(guī)范化的客戶需求文本，檢索客戶需求本體可得出參數(shù)值。圖3為個(gè)性化客戶需求參數(shù)化檢索方式，實(shí)現(xiàn)基本步驟如下：

1）從模糊客戶需求文本中獲取需求語(yǔ)句Si（i=1）；

2） 應(yīng)用結(jié)構(gòu)函數(shù)程序查詢、提取關(guān)鍵詞，對(duì)字符串進(jìn)行句型模式庫(kù)自動(dòng)匹配處理，獲得規(guī)范化客戶需求Si*；

3）通過(guò)規(guī)范化的客戶需求Si*識(shí)別Si所包含的概念Ci及屬性Ai，檢索已建立的參數(shù)化ICRO知識(shí)庫(kù)，得參數(shù)化的S1，即（C1，A1，V1)；

4）若原語(yǔ)句中不包含屬性，則檢驗(yàn)語(yǔ)句概念中模糊語(yǔ)言，由句式庫(kù)匹配可滿足規(guī)范語(yǔ)言的一致性。如客戶需求文本為“減速器較便宜”，沒有價(jià)格屬性，規(guī)范化后可匹配出SF( )=減速器+價(jià)格+較便宜；

5）檢索下一個(gè)語(yǔ)句Si+1，重復(fù)2）；

6）對(duì)于既沒有概念也沒有屬性的文本語(yǔ)句，知識(shí)庫(kù)給出默認(rèn)的參數(shù)值。

入黨積極分子長(zhǎng)期培養(yǎng)得不到發(fā)展，造成政治熱情下降，積極改進(jìn)和提升自我的積極性和主動(dòng)性降低，不利于培養(yǎng)工作穩(wěn)步、有序開展。

通過(guò)上述個(gè)性化客戶需求文本檢索，將模糊的客戶需求轉(zhuǎn)換成規(guī)范化需求技術(shù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了從模糊需求語(yǔ)句到參數(shù)化需求模型的過(guò)渡。為設(shè)計(jì)人員提供了重要的數(shù)據(jù)依據(jù)，也為下一步產(chǎn)品的詳細(xì)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品信息建模提供了理論基礎(chǔ)。

4 應(yīng)用舉例

客戶的個(gè)性化定制需求可能非常簡(jiǎn)單直觀，對(duì)產(chǎn)品某些功能、性能、使用、外觀等方面的要求，需求表達(dá)具有一定的相似性和通用性。將上述理論應(yīng)用在某款SUV轎車的個(gè)性化定制上，以說(shuō)明其理論的可實(shí)踐性和有效性。

通過(guò)大規(guī)模的市場(chǎng)和用戶調(diào)查，參照?qǐng)D1對(duì)產(chǎn)品的需求表達(dá)模型進(jìn)行樹型結(jié)構(gòu)分析，得出需求表達(dá)的層次關(guān)系表。經(jīng)調(diào)查客戶需求關(guān)注度，主要體現(xiàn)在轎車的經(jīng)濟(jì)性，動(dòng)力性，安全性等特性，根據(jù)客戶模糊語(yǔ)言表達(dá)習(xí)慣，由領(lǐng)域?qū)＜覟槟：Z(yǔ)言賦予參數(shù)，建立個(gè)性化產(chǎn)品客戶需求定制信息表。由定義2，應(yīng)用Protégé建立個(gè)性化客戶需求本體（ICRO）。圖4所示個(gè)性化轎車的客戶需求本體知識(shí)框架，相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覟楦鱾€(gè)模糊參數(shù)賦予參數(shù)值或參數(shù)范圍，應(yīng)用Protégé構(gòu)造如下本體，部分本體OWL程序如下：

xml:base=＂http://www.owl-ontologies.com/Ontology1311577663.owl＂＞

＜o(jì)wl:Ontology rdf:about=＂＂/＞

＜o(jì)wl:Class rdf:ID=＂尺寸＂＞

＜rdfs:subClassOf＞

＜o(jì)wl:Class rdf:ID=＂外觀結(jié)構(gòu)＂/＞

＜/rdfs:subClassOf＞

＜rdfs:subClassOf rdf:resource=＂#外觀結(jié)構(gòu)＂/＞

……

＜/owl:Class＞

＜o(jì)wl:Class rdf:ID=＂發(fā)動(dòng)機(jī)排量＂＞

＜rdfs:subClassOf rdf:resource=＂#動(dòng)力性＂/＞

＜/owl:Class＞

＜o(jì) w l:O b j e c t P r o p e r t y rdf:ID=＂objectProperty_10＂/＞

＜/rdf:RDF＞

＜!-- Created with Protege (with OWL Plugin

3.3.1, Build 430) http://protege.stanford.edu --＞

某客戶由于沒有專業(yè)知識(shí)背景，只給出了模糊的需求描述語(yǔ)言，如下客戶需求文本S：整車四驅(qū)，發(fā)動(dòng)機(jī)的排量較大，價(jià)格要求適中等。

應(yīng)用相關(guān)程序可實(shí)現(xiàn)對(duì)客戶需求文本的識(shí)別、規(guī)范化處理：

S1

*:轎車，驅(qū)動(dòng)形式，四驅(qū)；

S2

*:發(fā)動(dòng)機(jī)，排量， 較大；

S3

*:整車，價(jià)格，適中；

經(jīng)個(gè)性化客戶需求本體（ICRO）檢索，得客戶的參數(shù)化需求模型：

S1:轎車，驅(qū)動(dòng)形式，4D(四驅(qū))；

S2:發(fā)動(dòng)機(jī)，排量， 3.7L-6.0L；

S3:整車，價(jià)格，8W-15W；

根據(jù)檢索出的參數(shù)化客戶需求及參數(shù)化范圍，實(shí)現(xiàn)了客戶需求的參數(shù)化建模，設(shè)計(jì)人員對(duì)產(chǎn)品的整體設(shè)計(jì)有了參數(shù)依據(jù)，對(duì)下一步的詳細(xì)設(shè)計(jì)有個(gè)整體把握。

圖4 個(gè)性化轎車ICRO建模

5 結(jié)束語(yǔ)

基于模糊客戶需求的個(gè)性化產(chǎn)品定制更能真實(shí)地反映客戶的心聲，本文應(yīng)用本體理論建模的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合相關(guān)檢索技術(shù)，對(duì)客戶的個(gè)性化需求進(jìn)行解析、識(shí)別，最終參數(shù)化客戶需求。為普通客戶和專業(yè)設(shè)計(jì)人員之間的交流和反饋建立了一個(gè)很好的平臺(tái)，尊重客戶需求，體現(xiàn)了客戶在個(gè)性化產(chǎn)品定制中的主導(dǎo)作用，并給出實(shí)例，闡述了其理論的有效性和實(shí)用性。在本文中遇到了文本的識(shí)別、檢索、映射相關(guān)理論及技術(shù)，構(gòu)造本體時(shí)節(jié)點(diǎn)規(guī)則的控制和反饋，及當(dāng)客戶需求不滿足時(shí)如何反饋給客戶且設(shè)置客戶需求特性權(quán)重等，將是下一步研究的重點(diǎn)。

[1] GILMORE J H,PINE B J.The four faces of mass customization[J].Harvard Business Review,1997,75(1):91～101.

[2] 梁梁,周俊,羅彪.MC模式下基于顧客需求的產(chǎn)品配置優(yōu)化分析[J].管理科學(xué)學(xué)報(bào),2003,6(3):52-56.

[3] 樓健人,張樹有,譚建榮.面向大批量定制的客戶需求信息表達(dá)與處理技術(shù)[J].中國(guó)機(jī)械工程,2004,15(8):685-687.

[4] 譚建榮,齊峰,張樹有,等.基于模糊客戶需求信息的設(shè)計(jì)檢索技術(shù)的研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2005,41(4):79-84.

[5] 但斌,姚玲,經(jīng)有國(guó),張旭梅.基于本體映射面向模糊客戶需求的產(chǎn)品配置研究[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2010,02:226-232.

[6] 楊沁,韓江洪,朱家誠(chéng).個(gè)性化產(chǎn)品需求表達(dá)模型的研究[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2004,6:52-55.

[7] 趙建勛,張振明,田錫天,等.本體及其在機(jī)械工程中的應(yīng)用綜述[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2007,04:727-736.

[8] 經(jīng)有國(guó),但斌,張旭梅,郭鋼.基于本體的非結(jié)構(gòu)化客戶需求智能解析方法[J]計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2010,05:26-31.