電動工具工業(yè)設(shè)計本體知識庫的構(gòu)建方法研究

摘 要：本文主要介紹了基于本體的工業(yè)設(shè)計知識庫的構(gòu)建，以電動工具為例，在研究了本體以及知識庫等相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，將本體論引入到工業(yè)設(shè)計知識庫的構(gòu)建過程中，提出了構(gòu)建基于本體的電動工具工業(yè)設(shè)計知識庫，介紹了知識庫構(gòu)建方法與步驟，搭建了基于本體的電動工具工業(yè)設(shè)計知識庫的基本模型。

關(guān)鍵詞：本體；工業(yè)設(shè)計；知識庫；電動工具

中圖分類號：TB47

在信息化的時代，網(wǎng)絡(luò)資料傳播飛快，快速有效低成本的開發(fā)出滿足用戶需求的產(chǎn)品是生產(chǎn)和服務(wù)領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)。利用知識庫可以有效實(shí)現(xiàn)知識重用，縮短研發(fā)時間，提高設(shè)計質(zhì)量，現(xiàn)有的工業(yè)設(shè)計知識庫資源十分匱乏，在知識管理方面存在較多的問題，主要表現(xiàn)在：

（1）主要管理對象為顯性知識和外部文獻(xiàn)。顯性知識可以通過教科書、學(xué)術(shù)期刊等載體查找，節(jié)約時間和金錢；而產(chǎn)品設(shè)計中的關(guān)系和規(guī)范等隱性知識，比較難細(xì)化、復(fù)制和傳播，因此成為競爭優(yōu)勢的基本點(diǎn)，但在現(xiàn)有的知識庫中卻少有提及。

（2）缺少對產(chǎn)品設(shè)計實(shí)例和設(shè)計過程中出現(xiàn)問題的統(tǒng)一整理，使得知識重用較為困難。在設(shè)計實(shí)例中，設(shè)計人員在設(shè)計初期收集的資料、實(shí)現(xiàn)過程中所產(chǎn)生的經(jīng)驗(yàn)等對產(chǎn)品的再開發(fā)設(shè)計具有啟發(fā)引導(dǎo)作用，而且重用實(shí)例可以縮短研制周期，避免出現(xiàn)重復(fù)性錯誤，加快產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)程。

（3）對現(xiàn)有工業(yè)設(shè)計知識整理的不夠全面，主要集中于產(chǎn)品設(shè)計階段，對產(chǎn)品后期設(shè)計和加工成型過程中的資料涉及較少，浪費(fèi)了大量資源。

對此，本文將本體引入到建立工業(yè)設(shè)計知識庫的過程中，由于本體的知識表示方法簡潔、清晰、可理解性和可擴(kuò)展性較強(qiáng)，建立的知識庫利于管理和重用，可以縮短產(chǎn)品設(shè)計時間，提高設(shè)計質(zhì)量。本文將以電動工具工業(yè)設(shè)計知識庫的建立為著手點(diǎn)進(jìn)行分析。

1 本體論

1.1 本體概述

1.2 電動工具工業(yè)設(shè)計知識本體

根據(jù)金芝本體研究結(jié)論，用于電動工具工業(yè)設(shè)計知識管理的本體屬于領(lǐng)域本體，主要描述該領(lǐng)域概念定義及其關(guān)系，明確該領(lǐng)域知識的基本概念和原理。電動工具領(lǐng)域本體是人為設(shè)計的關(guān)于電動工具工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域概念模型的一種，主要包括電動工具工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域概念集合、概念的屬性集及層次關(guān)系、概念間的關(guān)系集合、各個關(guān)系的屬性集及該領(lǐng)域的公理集。

2 本體與知識庫

2.1 本體與知識庫的關(guān)系

對知識庫而言，最核心的部分是知識表示。本體通過研究實(shí)物的概念并建立其結(jié)構(gòu)關(guān)系，理論性地表示各種約束和公理，通過它們可以檢查知識的完整性等。知識庫是概念實(shí)例化的體現(xiàn)，與本體的關(guān)系如圖2所示。

2.2 基于本體的電動工具工業(yè)設(shè)計知識庫

電動工具工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域本體主要由模塊庫、對標(biāo)庫、案例庫和斷面庫四部分組成，涵蓋了產(chǎn)品知識、設(shè)計知識和制作知識等。資料的獲取主要包括外部文獻(xiàn)、外部網(wǎng)絡(luò)和內(nèi)部專家、web資源及多媒體等手段，通過語義標(biāo)注和知識獲取完善知識庫。基于本體的電動工具工業(yè)設(shè)計知識庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖[3]如圖3所示。

2.3 基于本體的電動工具工業(yè)設(shè)計知識庫的構(gòu)建步驟

（1）建立本體框架。依據(jù)工業(yè)設(shè)計學(xué)科的內(nèi)容建立基本框架，電動工具工業(yè)設(shè)計基本要素如圖4所示；

（2）提取該領(lǐng)域中重要術(shù)語和概念。依據(jù)本體框架，提取框架內(nèi)所有概念；

（3）定義該領(lǐng)域中核心大類，確定類層次，定義屬性和類的（非）等級關(guān)系；

（4）選擇合適的本體描述語言或構(gòu)建工具對該領(lǐng)域本體進(jìn)行形式化編碼；

（5）本體的檢驗(yàn)。電動工具工業(yè)設(shè)計本體的檢驗(yàn)需要相關(guān)使用者的參與，本體庫也需要在使用過程中不斷完善。

2.4 利用Protégé建立電動工具工業(yè)設(shè)計知識本體

Protégé是由斯坦福大學(xué)基于Java設(shè)計開發(fā)的本體編輯和知識獲取軟件，提供了大量的知識模型與動作，便于構(gòu)建本體概念類，關(guān)系，屬性和實(shí)例，支持類和類層次結(jié)構(gòu)的多繼承，模板和私有槽，槽的任意面和定義前的明確說明，明確說明包括值、基數(shù)、約束、默認(rèn)值、逆轉(zhuǎn)槽、元類和元類的層次結(jié)構(gòu)[4]。Protégé開放源代碼，采用圖形化界面，操作人性化，用戶較容易學(xué)習(xí)，模塊劃分清晰，最廣泛的本體論編輯器之一。本文以Protégé作為本體構(gòu)建工具。圖5為初步建立的電動工具工業(yè)設(shè)計本體。

2.5 基于本體的電動工具工業(yè)設(shè)計知識庫的應(yīng)用

此知識庫有助于初次接觸電動工具產(chǎn)品設(shè)計的設(shè)計人員在最短的時間內(nèi)了解到最準(zhǔn)確的信息，對有電動工具設(shè)計經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計師，由于本體知識庫資料的查找更加快速準(zhǔn)確，表示出來的知識形式符合人們的日常習(xí)慣和思維方式，能幫助解決新產(chǎn)品設(shè)計、實(shí)驗(yàn)和制造過程中的問題，節(jié)約設(shè)計時間，提高設(shè)計質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計資源的再利用，避免了重復(fù)性的錯誤。

3 結(jié)束語

本文主要介紹了基于本體的工業(yè)設(shè)計知識庫的構(gòu)建，以電動工具為例，在研究了本體以及知識庫等相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，整理電動工具工業(yè)設(shè)計要素，并將本體論引入到工業(yè)設(shè)計知識庫的構(gòu)建過程中，建立了電動工具工業(yè)設(shè)計知識庫的基本模型，并對知識庫的構(gòu)建步驟以及Protégé的應(yīng)用進(jìn)行了介紹。

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