面向EDA主動知識輔助基礎(chǔ)原型的研究

張錫愛，崔紅飛

(河北科技大學機械工程學院，河北石家莊 050018)

面向EDA主動知識輔助基礎(chǔ)原型的研究

張錫愛，崔紅飛

(河北科技大學機械工程學院，河北石家莊 050018)

隨著EDA技術(shù)的飛速發(fā)展，電子自動化行業(yè)對設(shè)計師設(shè)置了較高的知識門檻，對此開發(fā)了面向EDA技術(shù)的主動知識輔助系統(tǒng)的基礎(chǔ)原型，實現(xiàn)其在領(lǐng)域機理層次上的主動知識輔助。系統(tǒng)具備主動判斷電子設(shè)計工程師知識缺陷并提供相應輔助的智能機制，從而對不同知識結(jié)構(gòu)的電子設(shè)計工程師提供有針對性的快速輔助，實現(xiàn)真正意義上的人機協(xié)作，達到其在高端設(shè)計中的低起點應用的目的。目前該系統(tǒng)運行良好，基礎(chǔ)原型有望形成電子自動化行業(yè)的伴侶軟件。

EDA；電子設(shè)計；主動知識輔助；基礎(chǔ)原型

當代社會處于以信息和知識為基礎(chǔ)的“知識經(jīng)濟”時期，知識經(jīng)濟在很大程度上要通過高科技含量的產(chǎn)品來實現(xiàn)[1]。信息化社會的發(fā)展離不開電子產(chǎn)品的進步，現(xiàn)代電子產(chǎn)品的性能不斷提高、復雜度不斷增大，而且產(chǎn)品更新?lián)Q代的步伐越來越快，實現(xiàn)這種進步的主要因素是電子設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，而電子設(shè)計技術(shù)的核心就是EDA(electronic design automation )技術(shù)，這就要求工程師不斷地提高自己的知識，隨之而來的是知識分子腦力勞動的不斷增加，同時設(shè)計所需的知識門檻也在不斷提高，其中以專家知識經(jīng)驗積累為主導，而年輕工程師又不能快速掌握，經(jīng)驗知識傳遞及人工腦力成本急需解決。

現(xiàn)代人們對知識輔助方面進行了不斷的研究，諸如專家系統(tǒng)、智能設(shè)計、Activex容器技術(shù)以及基于知識需求的主動式知識系統(tǒng)，這些研究很難有效判斷用戶知識缺陷，進而完成EDA技術(shù)的低起點應用。本系統(tǒng)主要通過建立知識結(jié)構(gòu)模型和系統(tǒng)知識存儲、提取模型，確立系統(tǒng)的知識存儲和輸出機制，基于人類快速利用知識的規(guī)律，建立合理的知識探詢方式，進而針對工程師知識結(jié)構(gòu)給予主動的知識輔助，系統(tǒng)以Cadence SPB為設(shè)計平臺，輔助其完成MP3的設(shè)計，來驗證面向EDA技術(shù)的主動知識輔助基礎(chǔ)原型的實用性和可行性。Cadence SPB系列軟件是當今流行的電子電路計算機輔助分析與設(shè)計軟件，不僅具有很強大的電路分析能力和圖形顯示處理能力，而且還可以對模擬電路、數(shù)字電路和模數(shù)混合電路等進行分析、設(shè)計和仿真，是一個功能強大的系統(tǒng)互連設(shè)計平臺[2]，Cadence SPB軟件功能如此強大但對于年輕設(shè)計師來說，由于缺少電子產(chǎn)品設(shè)計經(jīng)驗嚴重影響了設(shè)計效率，這就有必要對Cadence SPB 15.7軟件做主動知識輔助。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

主動知識輔助系統(tǒng)是基于知識的輔助工程，它以知識庫為核心，通過對知識庫的合理管理來實現(xiàn)[3]。系統(tǒng)基礎(chǔ)原型分為4層：交互層、應用層、數(shù)據(jù)層、知識源層(如圖1所示)。在知識源層和數(shù)據(jù)層基礎(chǔ)上，工程師通過登錄頁面，可直接知識檢索以及選擇主動輔助，實現(xiàn)對不了解或未掌握的經(jīng)驗和知識的快速獲取利用。

圖1 面向EDA技術(shù)的主動知識輔助基礎(chǔ)原型Fig.1 Research on active knowledge aided basic prototype oriented EDA

4個層次中交互層集中體現(xiàn)系統(tǒng)的構(gòu)架，交互層是工程師進入系統(tǒng)的通道，具有登錄、修改、注冊以及權(quán)限設(shè)定的功能。

應用層是交互層的基礎(chǔ)，分為7部分：知識檢索、設(shè)計主動輔助、仿真主動輔助、設(shè)計實例、EDA工具軟件、用戶論壇、專家信箱。對于管理員，另有后臺管理模塊。在應用層上系統(tǒng)實現(xiàn)對工程師主動知識輔助，完成對工程師的主動知識輔助最關(guān)鍵一環(huán)，體現(xiàn)整個系統(tǒng)的價值。

數(shù)據(jù)層用來完成電子設(shè)計自動化行業(yè)知識結(jié)構(gòu)層次的劃分，來實現(xiàn)知識更換的標準化。領(lǐng)域知識的結(jié)構(gòu)化分層表達是對任務(wù)和知識同時進行分層和分類，將處于同一子任務(wù)層次中、具有一定邏輯聯(lián)系的知識組織成知識子集,各個子集又構(gòu)成相應的知識框架[4]。

針對知識源層電子產(chǎn)品設(shè)計過程中涉及的知識具有多樣性、復雜性及動靜態(tài)并存的特性，將這些知識分為隱性知識和顯性知識[5]：對于隱性知識，知識工程師通過與領(lǐng)域?qū)＜抑苯訉υ捇蚴歉鶕?jù)大量數(shù)據(jù)探索、推敲總結(jié)得到；對于顯性知識，知識工程師通過文獻、設(shè)計資料等得到。

2 開發(fā)工具

基礎(chǔ)原型選用兼容性較好的Microsoft Windows XP操作系統(tǒng)，瀏覽器使用IE6.0。系統(tǒng)采用Microsoft SQL Server 2008建立知識庫，其提供了完整數(shù)據(jù)庫管理和解決方案，有很好的安全性、穩(wěn)定性和可靠性，為開發(fā)人員提供了很強的控制和很高的工作效率[6]。

網(wǎng)頁前端開發(fā)工具為Macromedia Dreamweaver8，它可以通過sqljdbc4.jar實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的鏈接并對Microsoft SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容進行操作。在傳統(tǒng)的網(wǎng)頁HTML文件中插入JSP和Java標記形成JSP文件，通過建立JSP頁面來實現(xiàn)界面設(shè)計使應用程序開發(fā)更加迅速、容易，開發(fā)出的Web應用能在不同平臺的操作系統(tǒng)上運行[7]。

J2EE是由Sun公司定義的一個開發(fā)分布式企業(yè)級應用的規(guī)范，它是以Java開發(fā)語言為中心的一個多層次的分布式應用模型和一系列的開發(fā)技術(shù)規(guī)范，對于社會科學類評估系統(tǒng)的設(shè)計而言是一個集聚靈活性、易維護性、企業(yè)開發(fā)高效性、安全性等優(yōu)點于一身的平臺[8]。服務(wù)器Tomcat是一個免費的開源的JSP/Servlet容器，技術(shù)先進，性能穩(wěn)定，運行占用的系統(tǒng)資源小，擴展性好，具有負載平衡與郵件服務(wù)等開發(fā)應用系統(tǒng)常用的功能[9]。

3 系統(tǒng)的功能界面

3.1主界面的設(shè)計

系統(tǒng)登錄界面是用JavaScript寫的JSP頁面，用來接收用戶的輸入數(shù)據(jù)[10]，它是進入系統(tǒng)的通道，因此主界面設(shè)計至關(guān)重要，用戶進入后就可以獲得系統(tǒng)的基本信息，一目了然，如圖2“面向EDA技術(shù)的主動知識輔助基礎(chǔ)原型”的系統(tǒng)登錄頁面所示：主界面在垂直導航條處，設(shè)置有系統(tǒng)說明，分別為系統(tǒng)介紹、知識檢索、設(shè)計主動輔助、仿真主動輔助、EDA工具軟件、實例、論壇和專家信箱。另外，在主界面下設(shè)置有后臺管理員入口，方便管理員進入后臺。

圖2 系統(tǒng)登錄頁面Fig.2 System login page

3.2知識檢索模塊的設(shè)計

知識檢索功能是為方便工程師根據(jù)自己的需求在知識庫內(nèi)有目的地查詢、搜索所需要的信息而設(shè)置，實現(xiàn)了拉取知識技術(shù)。在關(guān)鍵字一欄中輸入想搜索的內(nèi)容，如圖3“知識檢索界面”，系統(tǒng)會根據(jù)輸入的內(nèi)容以分頁形式逐步顯示所查找的有關(guān)信息。

圖3 知識檢索界面Fig.3 Knowledge retrieval interface

3.3知識輔助模塊的設(shè)計

知識輔助分為設(shè)計主動輔助和仿真主動輔助。設(shè)計主動輔助和仿真主動輔助均分為2個部分：知識檢測和知識輔助，按照先檢測后輔助的步驟進行。知識檢測部分以答題測驗為主的方法來判斷工程師的知識結(jié)構(gòu)。范圍選擇分為設(shè)計任務(wù)和設(shè)計類型。不同設(shè)計任務(wù)和設(shè)計類型，通過Random()函數(shù)抽取出不同的試題。系統(tǒng)根據(jù)工程師同一知識點掌握的情況，主動推出相關(guān)的知識。其他情況工程師可以選擇不用查看主動輔助的內(nèi)容。

知識輔助以綁定相對答案表的方式在界面中出現(xiàn)。對于一些隱性知識，由于JSP網(wǎng)頁無法以文字形式有效的表達清楚，因此大多采取圖片的形式進行表達。圖4為公式輔助界面，圖5為圖片輔助界面。

圖4 公式輔助界面Fig.4 Formula auxiliary interface

圖5 圖片輔助界面Fig.5 Photo assisted interface

3.4實例功能模塊的設(shè)計

對于一些難以用語言描述的知識，在系統(tǒng)實例界面加入一些典型實例，工程師可以直接搜索關(guān)鍵字找出相關(guān)內(nèi)容，點擊主題進入實例的詳解部分。該部分有文字、圖片、影像和動畫等信息，更有助于工程師利用、掌握知識。

3.5后臺管理模塊的設(shè)計

后臺管理模塊分為4個部分：用戶管理、論壇管理、專家信箱管理、知識庫管理。管理員對后臺管理模塊有操作權(quán)，保證用戶信息的完整性、論壇的時效性、專家郵件有效性和知識庫內(nèi)容的權(quán)威性等。管理員對后臺管理模塊的操作維護，保證了基礎(chǔ)原型系統(tǒng)的正常運行，保證了主動知識輔助的平穩(wěn)運行。

4 結(jié) 語

本文以應用在EDA技術(shù)內(nèi)的主動知識輔助基礎(chǔ)原型為例，闡述了電子設(shè)計領(lǐng)域主動知識輔助系統(tǒng)的研發(fā)過程及實現(xiàn)技術(shù)。系統(tǒng)以知識庫為支撐，通過機器與人之間的相互協(xié)同工作，當人的知識不足時，機器向人進行主動知識輔助，使專家的知識經(jīng)驗得到傳遞和共享，從而大大地減輕電子設(shè)計工程師不必要的知識預學習負擔，降低腦力勞動的成本。實現(xiàn)機器信息處理能力與人的知識推理能力的最佳結(jié)合，使設(shè)計人員將有限的精力集中到創(chuàng)新設(shè)計中去，顯著提高了年輕設(shè)計師的設(shè)計效率和知識應用能力。

主動知識輔助方法的研究，將會開拓一個具有良好應用前景的智能EDA軟件的發(fā)展方向，達到改善智能設(shè)計系統(tǒng)的效能和實用性的目的，將形成設(shè)計軟件的伴侶軟件產(chǎn)業(yè)，具有廣闊的發(fā)展與應用前景。

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Research on EDA-oriented active knowledge aiding basic prototype

ZHANG Xiai, CUI Hongfei

(School of Mechanical Engineering, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang Hebei 050018, China)

With the rapid development of EDA technology in electronic automation industry, a higher threshold of knowledge is set for designers. This paper develops an EDA-oriented active knowledge aiding basic prototype, which provides active knowledge assistant in the field. It offers intelligent support by finding out the drawdown of knowledge in different-level electronic design engineers and offers specific assistance, providing targeted quick assist for electronic design engineers with different knowledge structures, realizing man-machine cooperation and reaching the aim of technology application at low starting point in the high technology. At present, the system is running well, and it becomes partner software in electronic automation industry gradually.

EDA; electronic design； active knowledge assistant system; basic prototype

1008-1534(2014)02-0160-04

2013-09-29;

2013-12-16

河北省自然科學基金 (F2011208085)

張錫愛(1955-),女,河北石家莊人,教授，碩士,主要從事計算機輔助設(shè)計、機械CAD/CAE方面的研究。

E-mail:zkzxa@163.com

TP391.1

A

10.7535/hbgykj.2014yx0215

責任編輯：王海云

張錫愛， 崔紅飛.面向EDA主動知識輔助基礎(chǔ)原型的研究[J].河北工業(yè)科技，2014，31(2)：160-163.

ZHANG Xiai, CUI Hongfei.Research on EDA-oriented active knowledge aiding basic prototype[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology,2014,31(2):160-163.