基于統(tǒng)一描述框架的導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)模型研究*

谷牧，柴旭東，李潭，楊晨

(1.北京仿真中心，北京 100854;2.北京航空航天大學(xué)，北京 100191)

0 引言

導(dǎo)彈設(shè)計(jì)作為一項(xiàng)涉及多個(gè)學(xué)科、跨領(lǐng)域的龐雜系統(tǒng)工程，面臨著諸多挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)方法已無(wú)法滿足其設(shè)計(jì)數(shù)字化、智能化的要求。傳統(tǒng)的導(dǎo)彈設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師們大多根據(jù)以往型號(hào)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合導(dǎo)彈戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)收集材料，按照自己所熟悉的設(shè)計(jì)方法和知識(shí)去設(shè)計(jì)，然后提出適合的技術(shù)方案，再進(jìn)行方案的可行性論證，最終選擇最優(yōu)的方案來(lái)進(jìn)行下一步的詳細(xì)設(shè)計(jì)。這種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，缺乏對(duì)導(dǎo)彈設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的科學(xué)累積，使得設(shè)計(jì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的繼承、重用以及導(dǎo)彈的創(chuàng)新性和智能化設(shè)計(jì)難以進(jìn)行。而基于知識(shí)的設(shè)計(jì)方法能夠促進(jìn)這些問(wèn)題的有效解決。

將知識(shí)應(yīng)用于導(dǎo)彈設(shè)計(jì)中尚存在一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題亟待解決。例如，如何對(duì)各類異構(gòu)知識(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的有效表示、統(tǒng)一組織和管理;如何構(gòu)建模塊化的知識(shí)模型，以完善對(duì)異構(gòu)知識(shí)的組織管理和促進(jìn)知識(shí)的重用和共享。

從應(yīng)用角度來(lái)說(shuō)，目前各應(yīng)用領(lǐng)域主要還是采用傳統(tǒng)的知識(shí)表示方法來(lái)表示知識(shí)。這樣，在進(jìn)行跨領(lǐng)域知識(shí)應(yīng)用時(shí)，就會(huì)遇到異構(gòu)知識(shí)協(xié)同應(yīng)用的問(wèn)題。但目前缺乏有效的知識(shí)統(tǒng)一表示手段以及統(tǒng)一可重用的知識(shí)模型構(gòu)建方法。因此本文著重研究導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)的表示和建模技術(shù)。

本文認(rèn)為知識(shí)建模是比知識(shí)表示更寬泛的概念，知識(shí)表示是研究如何將知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)可處理的形式的方法，即知識(shí)形式化的過(guò)程。而知識(shí)建模是要對(duì)知識(shí)表示得到異構(gòu)的計(jì)算機(jī)可處理知識(shí)進(jìn)行抽象、提取和規(guī)范，而后將這些知識(shí)進(jìn)行統(tǒng)一表達(dá)的過(guò)程。

1 相關(guān)研究

模型是對(duì)所研究的系統(tǒng)、過(guò)程、事物的某一部分進(jìn)行的一種有目的的抽象，而建模就是這種抽象的過(guò)程，是建立一種良好的描述研究對(duì)象方式的過(guò)程［1］。因而知識(shí)模型就是對(duì)用于解決研究對(duì)象問(wèn)題知識(shí)的一種共性抽象。知識(shí)工程領(lǐng)域認(rèn)為知識(shí)模型本身是一個(gè)闡述“知識(shí)—密集型信息—處理任務(wù)結(jié)構(gòu)”的工具。一個(gè)面向應(yīng)用的知識(shí)模型可提供應(yīng)用所需的數(shù)據(jù)和知識(shí)結(jié)構(gòu)的規(guī)范說(shuō)明［2］。知識(shí)模型是知識(shí)共享、重用及其他知識(shí)應(yīng)用的知識(shí)實(shí)體。

對(duì)于知識(shí)模型研究，現(xiàn)在學(xué)者們大都從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的功能結(jié)構(gòu)或者設(shè)計(jì)內(nèi)容出發(fā)構(gòu)建合適產(chǎn)品設(shè)計(jì)的知識(shí)模型，英國(guó)學(xué)者 Kinston［3］提出了 CommonKADS設(shè)計(jì)知識(shí)模型，這是一種按照“應(yīng)用設(shè)計(jì)(知識(shí))-架構(gòu)設(shè)計(jì)(知識(shí))-平臺(tái)設(shè)計(jì)(知識(shí))”為層次的知識(shí)模型;G.W.Mineau提出了一種基于知識(shí)概念語(yǔ)言的知識(shí)建模方法［4］;Nicolas S提出了基于元知識(shí)模型的產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)建模方法［5］。國(guó)內(nèi)的學(xué)者也依照應(yīng)用需要構(gòu)建了適應(yīng)領(lǐng)域要求的知識(shí)模型，國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)的谷建光［6］從固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)-行為-功能(structure-behaviorfunction，SBF)設(shè)計(jì)出發(fā)，總結(jié)出了基于SBF的固體發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識(shí)模型;天津大學(xué)的宋欣［7］從產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)的不同層次構(gòu)建出“需求分析知識(shí)模型-領(lǐng)域知識(shí)模型-過(guò)程知識(shí)模型”的3層結(jié)構(gòu)知識(shí)模型。

由此可見(jiàn)，當(dāng)下的知識(shí)模型研究與領(lǐng)域密切相關(guān)，針對(duì)不同的領(lǐng)域應(yīng)用問(wèn)題可以構(gòu)建不同的知識(shí)模型，但缺少一種適用于整個(gè)工程應(yīng)用領(lǐng)域的知識(shí)模型。

2 導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)分析

一般認(rèn)為設(shè)計(jì)知識(shí)指可以用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)與決策的各種高價(jià)值信息的集合［8］，本文中定義導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)(design knowledge of missile，DKM)指能夠描述導(dǎo)彈設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)ο蟮奶卣鳌?nèi)在關(guān)系及實(shí)現(xiàn)過(guò)程的事實(shí)、原則、模式與經(jīng)驗(yàn)的集合，在實(shí)際工程應(yīng)用中，專家的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、見(jiàn)解，歷史設(shè)計(jì)結(jié)果，設(shè)計(jì)參量，設(shè)計(jì)約束條件，導(dǎo)彈設(shè)計(jì)模型，導(dǎo)彈設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)等都屬于導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)的范疇，導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)作用范圍涵蓋導(dǎo)彈設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)。

一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)知識(shí)都是對(duì)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)活動(dòng)的系統(tǒng)描述［9］，其包括設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)理論、求解方法、設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)等內(nèi)容。所以從設(shè)計(jì)知識(shí)內(nèi)容的角度出發(fā)，本文將導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)分為:設(shè)計(jì)基本知識(shí)，設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)和設(shè)計(jì)協(xié)同知識(shí)，其中又根據(jù)知識(shí)的內(nèi)涵將設(shè)計(jì)協(xié)同知識(shí)分為設(shè)計(jì)過(guò)程知識(shí)，設(shè)計(jì)約束知識(shí)。這幾類知識(shí)的說(shuō)明如下:

(1)設(shè)計(jì)基本知識(shí)(basic knowledge，BK)

包括導(dǎo)彈設(shè)計(jì)中要依靠的基本理論、導(dǎo)彈設(shè)計(jì)手冊(cè)和導(dǎo)彈的基本知識(shí)，如導(dǎo)彈布局描述、導(dǎo)彈的幾何特征、材料等，還包括對(duì)該部分的設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則等知識(shí)。

(2)設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)(professional knowledge，PK)

指用于指導(dǎo)導(dǎo)彈設(shè)計(jì)某專業(yè)領(lǐng)域所需的知識(shí)，包括某具體設(shè)計(jì)問(wèn)題的求解模型，即解決設(shè)計(jì)問(wèn)題的具體實(shí)現(xiàn)方法、手段等。

(3)設(shè)計(jì)協(xié)同知識(shí)(collaboration knowledge，CK)

導(dǎo)彈設(shè)計(jì)是一個(gè)多學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)、交互設(shè)計(jì)的過(guò)程，在導(dǎo)彈設(shè)計(jì)中就需要考慮學(xué)科間的約束關(guān)系及各學(xué)科模塊的設(shè)計(jì)邏輯，其中:

1)設(shè)計(jì)約束知識(shí)(restriction knowledge，RK)

設(shè)計(jì)往往是一個(gè)多學(xué)科多領(lǐng)域協(xié)同的過(guò)程，協(xié)同設(shè)計(jì)涉及學(xué)科、領(lǐng)域間的約束、耦合等知識(shí)。包括耦合參量、子功能間影響的定性描述等。

2)設(shè)計(jì)過(guò)程知識(shí)(process knowledge，PK)

指描述解決導(dǎo)彈設(shè)計(jì)問(wèn)題過(guò)程的知識(shí)，包括導(dǎo)彈設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)步驟、設(shè)計(jì)技術(shù)路線和設(shè)計(jì)方法選擇、資源配置、設(shè)計(jì)任務(wù)分解等。

所以，導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)內(nèi)容組成如圖1所示。

3 導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)表示

對(duì)已有導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)進(jìn)行合理抽取、組織和管理，有效重用以往設(shè)計(jì)知識(shí)用于新的設(shè)計(jì)，是基于知識(shí)工程設(shè)計(jì)方法優(yōu)越性的重要體現(xiàn)。知識(shí)表示［10］研究知識(shí)的組織及知識(shí)的形式化，是基于知識(shí)工程設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)的前提。而現(xiàn)有知識(shí)表示方法多種多樣，在具體的知識(shí)應(yīng)用時(shí)，需依據(jù)相關(guān)知識(shí)的特點(diǎn)，便于知識(shí)推理及支持知識(shí)方便地更新來(lái)選擇合適的知識(shí)表示方法［11］。針對(duì)導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)的特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了一種知識(shí)表示評(píng)價(jià)方法，可有效支撐知識(shí)表示方法的合理選擇，進(jìn)而研究導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)的表示。

3.1 知識(shí)表示方法評(píng)價(jià)

知識(shí)表示是對(duì)知識(shí)進(jìn)行處理，以達(dá)到計(jì)算機(jī)可處理的目的。所以對(duì)知識(shí)表示方法評(píng)價(jià)也應(yīng)該從面向知識(shí)和面向?qū)崿F(xiàn)這2方面出發(fā)。具體來(lái)說(shuō)，對(duì)一類知識(shí)表示方法的評(píng)價(jià)需要考慮該方法的表達(dá)全面性和自然性，以及各自適應(yīng)的知識(shí)類型;從實(shí)現(xiàn)角度來(lái)說(shuō)，知識(shí)表示方法的模塊性、編碼實(shí)現(xiàn)的難易程度、支持推理的程度及自組織性等都是知識(shí)表示方法評(píng)價(jià)所要考慮的因素。

此外，評(píng)價(jià)一類知識(shí)表示方法的優(yōu)劣還應(yīng)考慮當(dāng)下該知識(shí)表示方法被使用的頻度。

在這些評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)下對(duì)常用知識(shí)表示方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，如表1所示。

這樣，利用以上的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)就可為各類知識(shí)尋找合適的知識(shí)表示方法提供依據(jù)。

3.2 設(shè)計(jì)基本知識(shí)表示

導(dǎo)彈設(shè)計(jì)基本知識(shí)主要用以說(shuō)明研究對(duì)象是什么及其怎樣的說(shuō)明性信息。在具體應(yīng)用中，它的作用主要體現(xiàn)在與研究對(duì)象的結(jié)合過(guò)程中，其可用于輔助實(shí)現(xiàn)知識(shí)搜索、匹配、融合和推理。

對(duì)于設(shè)計(jì)基本知識(shí)，利用3.1節(jié)中的知識(shí)評(píng)價(jià)信息，比較得出利用一階謂詞邏輯進(jìn)行表示比較合適。一階謂詞邏輯的表示形式為:＜一階謂詞邏輯＞::=＜量詞＞＜謂詞公式＞＜連接符＞＜謂詞公式＞。如對(duì)于導(dǎo)彈的氣動(dòng)設(shè)計(jì)，對(duì)于一些準(zhǔn)確度特征，定義Precision(x，v)表示指標(biāo)x的精度為v。這樣就有:

Precision(X，v1)∨Precision(Y，v1)∨Precision(Mx，v1)…

3.3 設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)表示

圖1 導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)組成Fig.1 Content of missile design knowledge

對(duì)于導(dǎo)彈設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)，由于該類知識(shí)涵蓋范圍廣，故而按照其知識(shí)結(jié)構(gòu)的不同將其分為設(shè)計(jì)規(guī)則型專業(yè)知識(shí)和設(shè)計(jì)解析型專業(yè)知識(shí)，下面本文具體介紹以上2類設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)的表示方式。設(shè)計(jì)規(guī)則型專業(yè)知識(shí)指具有因果關(guān)聯(lián)的原理性知識(shí)，包括一些公理、算法等，本文采用產(chǎn)生式規(guī)則對(duì)其進(jìn)行表示，其形式為＜規(guī)則＞::=if＜前件＞，then＜后件＞。比如，在氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)中，其知識(shí)表現(xiàn)形式為規(guī)則，一條規(guī)則知識(shí)為:

If〈導(dǎo)彈選擇鴨式布局〉then〈導(dǎo)彈的舵面應(yīng)該安排在彈翼前面〉

設(shè)計(jì)解析型專業(yè)知識(shí)指通過(guò)解析式的形式表現(xiàn)出來(lái)的專業(yè)知識(shí)，包括計(jì)算公式、函數(shù)及一些算法。本文選擇框架來(lái)對(duì)這類知識(shí)進(jìn)行表示?？蚣苁顷P(guān)于一個(gè)對(duì)象或概念的一類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其有槽、側(cè)面及側(cè)面值組成。這樣就可以對(duì)解析型專業(yè)知識(shí)的名稱、實(shí)現(xiàn)方法、所依賴的計(jì)算引擎及輸入輸出進(jìn)行有效表示。以此也可以有效提供設(shè)計(jì)解析型專業(yè)知識(shí)的搜索和重用，并且利用一些優(yōu)化算法還可支持這類知識(shí)的自學(xué)習(xí)。導(dǎo)彈設(shè)計(jì)中一條框架知識(shí)如下:

3.4 設(shè)計(jì)協(xié)同知識(shí)表示

導(dǎo)彈設(shè)計(jì)協(xié)同知識(shí)指把解決工程應(yīng)用問(wèn)題的過(guò)程及約束描述出來(lái)，可以稱為解題知識(shí)的過(guò)程性表示，其本身是不能解決任何工程領(lǐng)域問(wèn)題的，只有與其他知識(shí)結(jié)合才有意義。導(dǎo)彈設(shè)計(jì)的應(yīng)用流程、解決問(wèn)題的步驟就是典型的協(xié)同知識(shí)，其具有順序性、交互性、時(shí)間性及并行性的特點(diǎn)。

當(dāng)前對(duì)過(guò)程性知識(shí)的表示有很多方法，其中較典型的有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣法、關(guān)鍵路徑法、Petri網(wǎng)絡(luò)法和面向?qū)ο蠓椒ǖ龋@些方法都各有優(yōu)缺點(diǎn)［12］。本文中采用Petri網(wǎng)的方法對(duì)導(dǎo)彈協(xié)同知識(shí)進(jìn)行表示，具體來(lái)說(shuō)，對(duì)于導(dǎo)彈氣動(dòng)設(shè)計(jì)流程這樣一類設(shè)計(jì)協(xié)同知識(shí)，其可表示為圖2。

圖2 氣動(dòng)分系統(tǒng)設(shè)計(jì)協(xié)同知識(shí)Fig.2 Collaborative knowledge of pneumatic sub-system

圖2中，P1，P2，P3，P4，P5 分別對(duì)應(yīng)流程中各模塊的設(shè)計(jì)階段，如P2表示氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)階段，而對(duì)于變遷規(guī)則，Ip1表示氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)完整，Ip2表示氣動(dòng)計(jì)算輸入?yún)?shù)完整，Ip3表示氣動(dòng)布局評(píng)估輸入?yún)?shù)完整，C1表示滿足布局評(píng)估要求。這樣，在Petri圖中，庫(kù)所中資源滿足變遷條件則遷移到下一個(gè)庫(kù)所，如不滿足則還停留在當(dāng)前庫(kù)所。

表1 常用知識(shí)表示方法評(píng)價(jià)Table 1 Evaluation of knowledge representation method

4 基于統(tǒng)一描述框架的本體化導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)模型

4.1 導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)統(tǒng)一描述框架

對(duì)于第3節(jié)得到的導(dǎo)彈設(shè)計(jì)領(lǐng)域的各類異構(gòu)知識(shí)，在基于知識(shí)的應(yīng)用中就會(huì)遇到如下問(wèn)題:①跨領(lǐng)域間的異構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)交流共享難以進(jìn)行;②各類異構(gòu)知識(shí)不能共享推理機(jī)，聯(lián)合推理困難;③各類異構(gòu)知識(shí)缺乏統(tǒng)一組織形式，使得知識(shí)管理混亂，從而不能有效使用這些知識(shí)。這樣，如何使這些異構(gòu)的知識(shí)得到統(tǒng)一的組織和一致性表達(dá)以有效支持知識(shí)的共享、重用、管理及其他知識(shí)應(yīng)用，就需要研究這些知識(shí)的統(tǒng)一描述機(jī)制。

導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)統(tǒng)一描述框架是導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)共享、重用和知識(shí)應(yīng)用的基礎(chǔ)，導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)統(tǒng)一描述框架界定了導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)的范圍和其所應(yīng)具備的基本特征，使得我們可以將各種異構(gòu)復(fù)雜知識(shí)通過(guò)特征進(jìn)行共享和處理。定義統(tǒng)一描述框架如圖3所示。

在該描述框架中，首先定義3個(gè)知識(shí)要素:標(biāo)識(shí)信息、知識(shí)元信息和聯(lián)結(jié)用以建立復(fù)雜系統(tǒng)領(lǐng)域知識(shí)的元知識(shí)。而后在頂層知識(shí)中定義出知識(shí)基元(knowledge element)和知識(shí)構(gòu)件(knowledge component)。其中知識(shí)基元是最小粒度的知識(shí)(對(duì)應(yīng)于一條具體知識(shí))，封裝了復(fù)雜系統(tǒng)工程領(lǐng)域各類知識(shí)的屬性和操作;知識(shí)構(gòu)件由較小粒度的知識(shí)基元或知識(shí)構(gòu)件構(gòu)成，通過(guò)聯(lián)結(jié)組織起來(lái)，這里的聯(lián)結(jié)可認(rèn)為是一類過(guò)程性信息。知識(shí)基元和知識(shí)構(gòu)件的實(shí)例化就成為實(shí)例知識(shí)，實(shí)例知識(shí)由于粒度的大小又可成為模塊部件知識(shí)，學(xué)科專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)等。

這樣，能夠解決完整復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題的知識(shí)就可以通過(guò)知識(shí)基元和知識(shí)構(gòu)件的層層組合構(gòu)造出來(lái)，如圖4所示。

圖3 導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)統(tǒng)一描述框架Fig.3 Unified description framework for missile design knowledge

圖4 復(fù)雜系統(tǒng)知識(shí)構(gòu)成Fig.4 Component of complex system knowledge

元知識(shí)層定義了導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)的3個(gè)知識(shí)要素，定義為:

(1)MKnowledge=::= ＜IDInfo，KmInfo，Coupling＞

其中，IDInfo::= ＜ Name，Type，Domain，Description＞，表示知識(shí)基元的標(biāo)識(shí)信息，用于描述知識(shí)基元的含義及類型。其中，Name表示知識(shí)名稱，Type表示類型，Domain表示所屬領(lǐng)域，Description表示簡(jiǎn)要描述。

(2)KmInfo:= ＜ConditionInfo，ResultInfo Use-Manner＞

表示知識(shí)元信息，用于描述知識(shí)基元的主要組成內(nèi)容。其中ConditionInfo即前提條件用于描述使用知識(shí)基元所需要的前提條件，ResultInfo即結(jié)果信息用于描述使用知識(shí)基元的能夠產(chǎn)生的結(jié)果，Use-Manner即知識(shí)基元使用方式。

(3)Coupling::= ＜Relation，Restriction＞

表示聯(lián)結(jié)，用于描述知識(shí)基元及知識(shí)構(gòu)件間的交互關(guān)系及約束信息。其中Relation表示知識(shí)間的交互關(guān)系，Restriction表示知識(shí)間的約束信息。

頂層知識(shí)描述了最小粒度及次小粒度知識(shí):知識(shí)基元和知識(shí)構(gòu)件。

KE::=＜IDInfo，KmInfo＞表示知識(shí)基元，是各類異構(gòu)知識(shí)體的最小組成單位，實(shí)際應(yīng)用中其對(duì)應(yīng)于一條形式化知識(shí)，如一條規(guī)則知識(shí)可以是一個(gè)知識(shí)基元，一條神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)也可以是一個(gè)知識(shí)基元。

知識(shí)基元通過(guò)“有意義的鏈接(關(guān)系和約束)”組織起來(lái)，構(gòu)成組合成為知識(shí)構(gòu)件。此外知識(shí)構(gòu)件與知識(shí)構(gòu)件、知識(shí)基元也可組合起來(lái)成為較復(fù)雜的知識(shí)構(gòu)件，用以解決較復(fù)雜的問(wèn)題。故而知識(shí)構(gòu)件定義為:KC::=＜KE/KC，Coupling＞。

4.2 導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)本體化建模

知識(shí)模型是用來(lái)整理并規(guī)范化解決應(yīng)用問(wèn)題的知識(shí)的，故而它是依照知識(shí)描述規(guī)范框架來(lái)定義和建立的。本體通過(guò)提供通用的概念和關(guān)系，能夠有效實(shí)現(xiàn)知識(shí)模型內(nèi)各層資源的統(tǒng)一描述和靈活配置，并能夠?qū)⑾嗷オ?dú)立的模型層次密切地聯(lián)系在一起，并且對(duì)于需要交換信息、共享信息的包含著復(fù)雜異構(gòu)知識(shí)的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，領(lǐng)域本體的建立將有助于消除概念和術(shù)語(yǔ)上的分歧，對(duì)領(lǐng)域內(nèi)的概念理解達(dá)成共識(shí)，故而本文利用本體來(lái)構(gòu)建復(fù)雜系統(tǒng)領(lǐng)域知識(shí)模型。

導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)本體化模型將描述導(dǎo)彈設(shè)計(jì)的概念、關(guān)系等知識(shí)關(guān)聯(lián)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)解決導(dǎo)彈設(shè)計(jì)問(wèn)題知識(shí)的總結(jié)和規(guī)范化處理。導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)模型如圖5所示。

導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)模型同樣為2層結(jié)構(gòu)，分別為導(dǎo)彈設(shè)計(jì)頂層知識(shí)本體層和導(dǎo)彈設(shè)計(jì)領(lǐng)域知識(shí)本體層。模型上層是導(dǎo)彈設(shè)計(jì)頂層知識(shí)本體層，這層中主要描述了構(gòu)成導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)模型的基本建模單元:導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)基元和導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)構(gòu)件。這些基本建模單元同樣由統(tǒng)一描述框架中的知識(shí)要素組成。并且導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)本體給出了知識(shí)基本建模單元所涉及的概念及其之間的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)模型的頂層規(guī)范。頂層知識(shí)本體模型如圖6所示。

模型下層為領(lǐng)域知識(shí)本體層，主要指某具體導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)模型，其包含了導(dǎo)彈設(shè)計(jì)各層級(jí)的設(shè)計(jì)知識(shí)。該層知識(shí)模型由上層定義的知識(shí)建?；締卧M合而成。此外，實(shí)例層也是導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)本體共享、重用的具體實(shí)現(xiàn)層。該層中會(huì)用到通用概念或者特定專業(yè)知識(shí)本體中的概念。

這樣通過(guò)以上規(guī)范化的知識(shí)建模，就能有效將導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)規(guī)范化和模塊化，從而有效支持基于知識(shí)的導(dǎo)彈設(shè)計(jì)。

4.3 各類知識(shí)在本體化模型下的映射

對(duì)于每一條形式化知識(shí)(規(guī)則、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、框架知識(shí)等)，其都能夠利用基本知識(shí)建模基本單元——知識(shí)基元來(lái)表示。而某一領(lǐng)域的知識(shí)體系能夠通過(guò)不同粒度的知識(shí)建模單元組成。

對(duì)于導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)，利用本文中研究的本體化知識(shí)模型可對(duì)其建模形成相應(yīng)的知識(shí)模型。這樣對(duì)于一條設(shè)計(jì)基本知識(shí)(一階謂詞邏輯表示):PInPara(Ma，vm)∨PInPara(H，vh)∨PInPara(α，va)…，其本體化模型如圖7所示。

對(duì)于其他形式的設(shè)計(jì)知識(shí)，其本體化模型也如上形式構(gòu)建。對(duì)于一個(gè)復(fù)雜知識(shí)體，如解決氣動(dòng)計(jì)算的知識(shí)，其包括氣動(dòng)力計(jì)算模型知識(shí)、空氣動(dòng)力矩計(jì)算模型知識(shí)、氣動(dòng)力計(jì)算流程和氣動(dòng)力計(jì)算基本知識(shí)這樣的知識(shí)基元。這樣按照本體化模型構(gòu)建出該知識(shí)構(gòu)件的統(tǒng)一描述模型如圖8所示。

5 應(yīng)用示例

本文在“某導(dǎo)彈設(shè)計(jì)”項(xiàng)目背景下，以導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)中的氣動(dòng)學(xué)科設(shè)計(jì)知識(shí)建模為例，進(jìn)行了本文中方法的應(yīng)用。

首先，利用知識(shí)獲取模板得到原始知識(shí)，知識(shí)模板如圖9所示。

圖9 導(dǎo)彈氣動(dòng)設(shè)計(jì)知識(shí)獲取模板Fig.9 Knowledge acquisition template for pneumatic design knowledge

而后將獲取的知識(shí)，利用第3節(jié)對(duì)應(yīng)的知識(shí)表示方法進(jìn)行表示，其中，設(shè)計(jì)輸入、輸出為設(shè)計(jì)基本知識(shí)，設(shè)計(jì)內(nèi)容描述為設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)，其余部分為設(shè)計(jì)協(xié)同知識(shí)。然后通過(guò)4.3節(jié)的內(nèi)容將這些形式化的知識(shí)轉(zhuǎn)化為本體化知識(shí)模型。

接著建立氣動(dòng)學(xué)科設(shè)計(jì)知識(shí)本體。將上述得到的知識(shí)輸入protégé 3.3.1中建立知識(shí)本體，其界面如圖10所示。

其中，對(duì)于一條氣動(dòng)設(shè)計(jì)基本知識(shí)(一階謂詞邏輯表示):PInPara(Ma，vm)∨PInPara(H，vh)∨PInPara(α，va)…，其進(jìn)行統(tǒng)一建模得到知識(shí)本體如圖11所示。

圖10 導(dǎo)彈氣動(dòng)學(xué)科設(shè)計(jì)知識(shí)本體建模Fig.10 Modeling of design knowledge ontology in pneumatic domain

圖11 氣動(dòng)設(shè)計(jì)基本知識(shí)統(tǒng)一建模Fig.11 Unified modeling of pneumatic basic knowledge

構(gòu)建出導(dǎo)彈氣動(dòng)專業(yè)學(xué)科設(shè)計(jì)知識(shí)本體后，利用protégé 3.3.1的Ontoviz工具生成其設(shè)計(jì)知識(shí)組成圖如圖12所示。

完成氣動(dòng)學(xué)科設(shè)計(jì)知識(shí)的統(tǒng)一建模后，生成知識(shí)本體文件pneu.owl。將統(tǒng)一建模得到的知識(shí)本體文件存入知識(shí)庫(kù)中，可供導(dǎo)彈設(shè)計(jì)師查詢和調(diào)閱。

圖12 導(dǎo)彈氣動(dòng)學(xué)科設(shè)計(jì)知識(shí)組成層次圖(局部截圖)Fig.12 Hierarchical structure chart of pneumatic design knowledge(part)

6 結(jié)束語(yǔ)

本文闡述了一種面向?qū)椩O(shè)計(jì)知識(shí)的統(tǒng)一描述框架和基于這種統(tǒng)一描述框架的本體化模型，該模型能有對(duì)各類異構(gòu)知識(shí)進(jìn)行統(tǒng)一組織和一致性表達(dá)，并且有效支撐導(dǎo)彈設(shè)計(jì)知識(shí)共享、重用和知識(shí)推理等知識(shí)應(yīng)用。文章最后通過(guò)一個(gè)應(yīng)用示例驗(yàn)證了本文研究成果的有效性。

下一步的工作包括:

(1)進(jìn)一步研究各類異構(gòu)知識(shí)的統(tǒng)一表示技術(shù)，基于知識(shí)內(nèi)涵的知識(shí)表示方法還有待研究。

(2)進(jìn)一步完善本體化知識(shí)模型，考慮知識(shí)集成中存在的“知識(shí)組合爆炸”問(wèn)題。

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