機械產(chǎn)品方案設計的可拓本體相關(guān)網(wǎng)推理模型

王體春 華洋 秦家祺

(南京航空航天大學 機電學院，南京 江蘇 210016)

在全球經(jīng)濟一體化快速發(fā)展的影響下，我國制造業(yè)的產(chǎn)品設計社會需求、功能結(jié)構(gòu)、設計過程、制造模式等發(fā)生了深刻的變化，這也直接推動著我國從“制造大國”向“制造強國”邁進。提升復雜產(chǎn)品創(chuàng)新設計能力是我國制造業(yè)自強的必由之路，也是衡量我國先進制造技術(shù)水準最基本的技術(shù)保障[1-2]。復雜產(chǎn)品設計過程中除了包含有復雜的、多層次、多類型的靜態(tài)性設計知識、過程性設計知識等，往往還涉及到隱性的、關(guān)聯(lián)性的設計約束信息、設計限制信息、設計矛盾信息、設計關(guān)聯(lián)信息等，這些隱性的、關(guān)聯(lián)性的設計知識往往會導致設計矛盾問題的出現(xiàn)，使得復雜產(chǎn)品設計推理過程變得繁瑣和效率較低，難于獲得有效的產(chǎn)品設計理想解[3-4]。因此，對復雜產(chǎn)品設計進行有效的建模和推理分析具有十分重要的研究意義，從而能夠提升現(xiàn)代化復雜產(chǎn)品設計的質(zhì)量、效率以及競爭力[5-6]。本體論為復雜產(chǎn)品設計提供了較好的支持，它也是知識工程領(lǐng)域研究的一個熱點，其關(guān)注的重點主要體現(xiàn)在兩個方面：一是對本體的定義、構(gòu)造方法與原則以及本體評價等理論方面的研究[7-9]；二是對面向工程應用的領(lǐng)域本體構(gòu)造及其實現(xiàn)方法的研究[10-12]。但是，目前本體論研究存在的一個突出問題是已開發(fā)出來的本體和本體庫形式化程度不高，許多本體仍處于非形式化階段，只能提供領(lǐng)域術(shù)語的一個自然語言或類自然語言的定義庫，影響了本體技術(shù)在知識工程領(lǐng)域的深入應用，特別是在處理具有隱性的、關(guān)聯(lián)性的設計約束與限制問題、設計矛盾問題等方面還存在一定的局限性，在形式化、標準化和規(guī)范化的本體構(gòu)建、本體推理、本體重用與集成等方面還需要進一步的探討和完善[13-15]。為此，本研究將在已有研究成果的基礎(chǔ)上，將可拓理論[16-19]、本體論和智能推理算法相融合，提出一種基于可拓本體相關(guān)網(wǎng)的復雜產(chǎn)品方案設計可拓推理模型，以期為復雜產(chǎn)品方案設計的智能化、快速化提供支持。

1 可拓本體建模與相關(guān)性分析

1.1 可拓本體模型的構(gòu)建

在已有本體概念的基礎(chǔ)上，對產(chǎn)品設計關(guān)聯(lián)關(guān)系進行拓展，建立可拓本體模型OE：

OE={CE，SEo，SEc，AEo，AEc，XE，TE，F(xiàn)E，CAE}

(1)

其中：

CE表示可拓本體概念，一般可基于領(lǐng)域知識將產(chǎn)品、設計行為、設計關(guān)系等進行可拓類別劃分，并基于基元模型進行表述，形成基元特征、量值與對象名稱的有機整體。

SEo表示可拓本體概念層次關(guān)系集，用于表征可拓本體概念之間的層次關(guān)系或者概念集之間的層次關(guān)系。

SEc表示可拓關(guān)系集，用于表征可拓本體概念內(nèi)外部的可拓關(guān)系集合以及可拓關(guān)聯(lián)性，通常情況下可表示相關(guān)關(guān)系、蘊涵關(guān)系、矛盾關(guān)系、聚合關(guān)系、組合關(guān)系、共軛關(guān)系、可擴關(guān)系等。

AEo表示可拓本體概念屬性集，用于表征具有同一基元特征的同類對象集合。

AEc表示可拓關(guān)系屬性集，用于表征不同類別可拓關(guān)系的屬性表述。

XE表示可拓本體公理集，用于表征指導可拓設計的各種公理、定理、原則、標準和規(guī)范等相關(guān)內(nèi)容的集合，既包括描述可拓本體的公理，也包含解決矛盾問題的公理。

TE表示可拓約束與可拓變換集，可拓約束用以表征對可拓本體概念、概念集或者可拓關(guān)系的約束與限制，并以規(guī)則的形式進行表述；可拓變換集對可拓本體概念、概念集或者可拓關(guān)系進行操作的可拓變換方式集合，是對可拓本體概念行為狀態(tài)的表征，可拓變換方式往往需要基于可拓約束關(guān)系進行選取。

FE表示可拓本體函數(shù)集，用于表征可拓本體概念的映射關(guān)系以及可拓邏輯關(guān)系。

CAE表示可拓本體實例集。

1.2 可拓本體概念相關(guān)性的表現(xiàn)形式

相關(guān)關(guān)系是可拓本體概念中重要的可拓關(guān)系之一，是對設計對象可拓關(guān)聯(lián)性的表征。對可拓本體概念相關(guān)關(guān)系進行形式化、模型化表述，清晰地映射出其邏輯關(guān)系，將能有效地提升復雜設計問題求解的可拓推理能力。

針對設計對象的可拓本體概念，在公理化設計框架下，可以建立其對應的基元模型JE，一般表示為

RE∨IE∨GE∨ME

(2)

其中：N表示基元名稱，V表示物元特征量值，RE為可拓本體概念的物元或物元系統(tǒng)，IE為可拓本體概念的事元，GE為可拓本體概念的關(guān)系元，ME為可拓本體概念的復合元。

由此可以看出，復雜產(chǎn)品設計的可拓本體概念的基元模型可以看成是由物元或物元系統(tǒng)、事元、關(guān)系元、復合元組成的一個廣義基元系統(tǒng)。根據(jù)基元模型的關(guān)聯(lián)屬性，則可以形成具有樹狀結(jié)構(gòu)的相關(guān)網(wǎng)。一般情況下，基元模型的關(guān)聯(lián)類型有論域關(guān)聯(lián)、名稱關(guān)聯(lián)、特征關(guān)聯(lián)、量值關(guān)聯(lián)、特征元關(guān)聯(lián)、關(guān)聯(lián)函數(shù)關(guān)聯(lián)，分別表示為ΞΩ(JE|OE)、ΞN(JE|OE)、ΞC(JE|OE)、ΞV(JE|OE)、ΞCV(JE|OE)、ΞK(JE|OE)，若記關(guān)聯(lián)標記為ΞX∈{ΞΩ，ΞN，ΞC，ΞCV，ΞV，ΞK}，則對應的相關(guān)網(wǎng)可以表示如圖1所示。

圖1中，JEh、JEi、JEj、JEk、JEl、JEm等表示與基元JE相關(guān)聯(lián)的基元，h、i、j、k、l、m、x等表示子級相關(guān)聯(lián)基元的標識數(shù)字。

圖1 可拓本體概念相關(guān)網(wǎng)示意圖Fig.1 Extensional ontology concept related network diagram

1.3 可拓本體概念的相關(guān)聯(lián)性質(zhì)

可拓本體概念相關(guān)性包含多種相關(guān)類型，在各個相關(guān)類型下往往也具有不同的映射關(guān)系以及相對應的關(guān)聯(lián)性程度?？赏乇倔w概念間的相關(guān)聯(lián)程度可用關(guān)聯(lián)函數(shù)K(x)表征，假設根據(jù)領(lǐng)域知識設定可拓本體概念關(guān)聯(lián)度閾值為Ψ(K)，若滿足K(x)≥Ψ(K)，則稱之為強關(guān)聯(lián)，表明前者的變化會對后者產(chǎn)生明顯的影響，在對后者進行設計的過程中需要充分考慮前者的作用。若滿足K(x)<Ψ(K)，則稱之為弱關(guān)聯(lián)，表明前者的變化對后者的影響不明顯，在對后者進行設計的過程中可以弱化或者忽略前者的作用?？赏乇倔w概念相關(guān)性的映射關(guān)系一般可劃分為單關(guān)聯(lián)、一對多關(guān)聯(lián)、多對一關(guān)聯(lián)等3種形式。

可拓本體概念單關(guān)聯(lián)表示在相關(guān)網(wǎng)中的可拓本體概念之間具有一一對應的相關(guān)關(guān)系，即

(3)

可拓本體概念一對多關(guān)聯(lián)表示在相關(guān)網(wǎng)中的父可拓本體概念與多個子可拓本體概念之間存在對應的相關(guān)關(guān)系，即

(JEix|OE)…∧(JEin|OE)

(4)

其中，n表示子可拓本體個數(shù)，1≤x≤n。

可拓本體概念多對一關(guān)聯(lián)表示在相關(guān)網(wǎng)中的多個父可拓本體概念與子可拓本體概念之間存在對應的相關(guān)關(guān)系，即

(JEk1|OE)∧(JEk2|QE)∧…∧(JEkl|OE)∧…

(5)

其中，m表示父可拓本體個數(shù)，1≤l≤m。

2 可拓本體相關(guān)網(wǎng)模型的構(gòu)建

2.1 基于領(lǐng)域知識的設計方向生成

對于大型復雜產(chǎn)品設計而言，由于設計需求的多樣性以及設計約束條件的限制，單一的產(chǎn)品領(lǐng)域設計方向一般難于滿足產(chǎn)品設計需求，這就導致產(chǎn)品領(lǐng)域設計方向往往具有多種形式。不同的產(chǎn)品設計具有不同的設計方向，產(chǎn)品設計方向需要基于產(chǎn)品領(lǐng)域設計知識進行確定，為此需要基于領(lǐng)域?qū)＜覍︻I(lǐng)域設計知識進行搜集、整理、歸納分析，并基于一定的領(lǐng)域標準進行聚類或者分類處理，進而獲得相應的產(chǎn)品設計方向。假設第s個產(chǎn)品設計方向記為DCs，則產(chǎn)品設計方向集表示為DC：

DC={DC1，DC2，…，DCs，…，DCn}

(6)

(1≤s≤n)

2.2 可拓本體特征集的建立

確定各個產(chǎn)品設計方向下的設計特征，采用基元建模則可形成對應的可拓本體特征，假設第p個可拓本體特征記為Cp，則可拓本體特征集表示為C：

C={C1，C2，…，Cp，…，Cm}， 1≤p≤m

(7)

可拓本體特征一般具有多種類型，由此其對應的量值表述則可能有定性描述和定量描述兩種形式，并且在量值表述的過程中不可避免地會存在模糊信息。為了便于進行可拓本體特征的關(guān)聯(lián)性表征，需要進行量值的轉(zhuǎn)化，使其具有統(tǒng)一的關(guān)聯(lián)標度。為了表述的方便性，下文假定所有的可拓本體特征均為正向型的特征。

2.3 基于信息模型的可拓本體相關(guān)網(wǎng)構(gòu)建

基于式(6)給出的產(chǎn)品設計方向集DC，若SA是設計數(shù)據(jù)樣本集合，DCs對應的設計數(shù)據(jù)樣本數(shù)為NAs，則對于給定的產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)樣本進行相關(guān)網(wǎng)構(gòu)建所需的信息量I(NA1，NA2，…，NAs，…，NAn)為

I(NA1，NA2，…，NAs，…，NAn)=

(8)

基于式(7)給出的可拓本體特征集C，若Cp具有h個不同的特征量值{V1(Cp)，V2(Cp)，…，Vh(Cp)}，若設計數(shù)據(jù)樣本集合SA中可拓本體特征Cp量值取Vi(Cp)，1≤i≤h的數(shù)據(jù)樣本記為SAi(Cp)，則針對可拓本體特征Cp可將設計數(shù)據(jù)樣本集合SA劃分為h個子集{SA1(Cp)，SA2(Cp)，…，SAh(Cp)}。設NAis為子集SAi(Cp)中屬于設計方向DCs的樣本數(shù)，則對于量值取Vi(Cp)的可拓本體特征Cp的期望信息I(NAi1，NAi2，…，NAis，…，NAin)為

I(NAi1，NAi2，…，NAis，…，NAin=

(9)

則基于可拓本體特征Cp建立相關(guān)網(wǎng)所需要信息熵E(Cp)為

E(Cp)=

(10)

由此，基于可拓本體特征Cp對當前的產(chǎn)品設計可拓本體概念相關(guān)網(wǎng)分支節(jié)點進行相應樣本集劃分所需要的信息增益Gain(Cp)為

Gain(Cp)=I(NA1，NA2，…，NAs，…，NAn)-E(Cp)

(11)

若滿足

Gain(Ck)=max{Gain(Cp)|1≤p≤n}

(12)

(1≤k≤n)

則選擇可拓本體特征Ck為這一層級相關(guān)網(wǎng)的父級節(jié)點。采用相同的處理方式，以可拓本體特征Ck為父級節(jié)點對剩余的其他可拓本體特征進行類似的處理，則獲得每一層級的可拓本體特征節(jié)點。從可拓本體概念相關(guān)網(wǎng)的構(gòu)建過程可以看出，葉級節(jié)點即是對應的設計方向，父級節(jié)點和子級節(jié)點則是對應的可拓本體特征。基于葉級節(jié)點或者子級節(jié)點進行每一層級的關(guān)聯(lián)程度分析，若其滿足關(guān)聯(lián)閾值要求，則說明父級節(jié)點和子級節(jié)點具有強關(guān)聯(lián)特性，否則具有弱關(guān)聯(lián)特性。由此則能夠建立如圖1所示的復雜產(chǎn)品設計可拓本體概念相關(guān)網(wǎng)模型。

3 基于可拓本體相關(guān)網(wǎng)的方案設計可拓推理算法

3.1 設計方向的多層級灰關(guān)聯(lián)聚類分析

(13)

(14)

(15)

若存在海明距離

(16)

則設計對象DP與設計方向DCs關(guān)于主題特征CZj的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)ρsj(DP)為

(17)

其中，β∈[0，1]為分辨系數(shù)，一般取β=0.5。則設計對象DP與設計方向DCs的關(guān)聯(lián)度φs(DP)為

(18)

根據(jù)計算獲得的關(guān)聯(lián)度φs，若滿足

(19)

則設計對象DP對應的設計方向為DCi。

3.2 基于可拓本體相關(guān)網(wǎng)的關(guān)聯(lián)度計算分析

di(Cp)=

(20)

其中：

(21)

則對應的可拓關(guān)聯(lián)度Ki(Cp)為

(22)

對于定性或者離散型可拓本體特征Cp，其量值描述可以采用模糊隸屬函數(shù)φ(Cp)的形式，且滿足0≤φ(Cp)≤1。也可以將其量值轉(zhuǎn)化為模糊區(qū)間的形式，即V(Cp)=[Va(Cp)，Vb(Cp)]，Va(Cp)≤Vb(Cp)，對應的關(guān)聯(lián)度計算方式同上述的定量可拓本體特征計算過程相同。若設計對象DP需求域與對應設計方向DCi下可拓本體特征Cp的特征量值經(jīng)典域為點值之間的距離對應關(guān)系，則可采用一般的海明距離計算式獲得相應的距離。

3.3 基于可拓本體相關(guān)網(wǎng)的設計方案生成

若可拓本體特征Cp的權(quán)重為wp，對上述獲得的可拓關(guān)聯(lián)度Ki(Cp)進行加權(quán)求和，則獲得綜合可拓關(guān)聯(lián)度Ki(C)，即

(23)

假設設計方向DCi在相關(guān)網(wǎng)中的分枝數(shù)為N，第j個分支下的綜合可拓關(guān)聯(lián)度記為Kij(C)，若滿足

(24)

則可將設計方向DCi在相關(guān)網(wǎng)中的第l個分支下的設計屬性作為重用設計屬性進行新產(chǎn)品方案設計或者產(chǎn)品方案適應性設計，從而獲得相應的設計方案。

綜上所述，首先對設計對象進行可拓本體建模，基于領(lǐng)域知識生成對應的設計方向，并基于相關(guān)網(wǎng)模型構(gòu)建可拓本體概念相關(guān)網(wǎng)，然后基于設計需求進行領(lǐng)域設計方向的灰色關(guān)聯(lián)聚類分析，獲得設計對象所歸屬的設計方向，然后在相關(guān)網(wǎng)中進行可拓本體特征的匹配，獲得與設計對象設計需求最相符的設計屬性，進而進行后續(xù)的方案設計?；诳赏乇倔w相關(guān)網(wǎng)的復雜產(chǎn)品方案設計可拓推理模型的框架如圖2所示。

圖2 基于可拓本體相關(guān)網(wǎng)的方案設計可拓推理框架Fig.2 Design of extension reasoning framework based on scheme of extensional ontology related network

4 應用實例

大型水輪機方案設計包括轉(zhuǎn)動裝置方案設計、導水機構(gòu)方案設計、埋入裝置方案設計、布置裝置方案設計等多個重要組成部分，其設計過程是一項十分復雜的系統(tǒng)工程。而且，由于水輪機中流體運動的復雜性及其設計理論的不完善性，大型水輪機過流部分的方案設計需要基于相似理論和設計經(jīng)驗相結(jié)合的方式進行，即在水輪機設計相似理論的基礎(chǔ)上，保證幾何形狀相似、流體運動特性相似、動力特性相似。按照一定的規(guī)則和標準將尺寸較大的原型水輪機轉(zhuǎn)換成尺寸較小的模型水輪機，通過對尺寸較小的模型水輪機進行試驗分析并獲得相應的實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果，并將該模型水輪機的實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果轉(zhuǎn)換成原型水輪機數(shù)據(jù)，結(jié)合領(lǐng)域知識對轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)進行處理，進而進行水輪機的結(jié)構(gòu)設計?？梢钥闯觯诖笮退啓C方案設計過程中，模型水輪機的選型設計是至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)，選型方案設計的好壞直接影響到后續(xù)的水輪機方案設計的結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取。

(25)

將原型水輪機轉(zhuǎn)化成模型水輪機需要考慮眾多的設計影響因素，需要水輪機工程設計專家和設計人員結(jié)合領(lǐng)域設計知識進行試驗分析和轉(zhuǎn)化，并形成相應的模型庫。本研究主要是針對基于相似設計理論下獲得的水輪機模型庫進行選型方案分析。水輪機選型方案分析的首要目標是確定水輪機轉(zhuǎn)動裝置中的轉(zhuǎn)輪方案選型，在獲取模型轉(zhuǎn)輪的設計方案類別的基礎(chǔ)上，確定相應的設計參數(shù)和性能參數(shù)，然后基于這些參數(shù)進行后續(xù)的導水機構(gòu)、埋入裝置以及布置裝置等的方案設計。因此，本研究主要是考慮水輪機模型轉(zhuǎn)輪方案選取的幾個關(guān)鍵因素，以此確定水輪機模型轉(zhuǎn)輪的初步設計方案，以期為后續(xù)的水輪機結(jié)構(gòu)設計環(huán)節(jié)提供支持。

由于水輪機選型設計過程中很多設計屬性存在相關(guān)性，因而相關(guān)關(guān)系是水輪機選型設計可拓關(guān)系中一種重要的可拓推理關(guān)聯(lián)，為此需要建立領(lǐng)域設計方向下的可拓本體相關(guān)網(wǎng)。反擊式水輪機是目前常用的水輪機，通過咨詢領(lǐng)域設計專家得知，通常情況下，可將反擊式水輪機選型設計分為軸流式設計、斜流式設計、混流式設計和貫流式設計等設計方向，其設計方向劃分的主題屬性選為水頭特性、功率特性和負荷變化特性，通過采集以往成功的設計(案例)樣本數(shù)據(jù)，則可建立對應的相關(guān)網(wǎng)。表1給出了領(lǐng)域設計方向下部分水輪機選型設計采樣數(shù)據(jù)，H表示水頭，P表示功率，L表示負荷變化。

表1 選型方案設計領(lǐng)域的設計方向和屬性Table 1 Design direction and attributes of turbine type selection

若混流式設計、斜流式設計、軸流式設計和貫流式設計等設計方向分別用序號1、2、3、4表示，則基于第2.3節(jié)中給出的信息量計算模型，獲得水輪機選型設計相關(guān)網(wǎng)建立時需要的信息量：

對可拓本體特征水頭H進行相關(guān)網(wǎng)分析，高水頭Hmax全部為混流式設計，個數(shù)為9個，則有

I(NA11，NA21，NA31，NA41)=0。

中水頭Hmid有5個，其中混流式設計1個，斜流式設計3個，軸流式1個，則有

低水頭Hmin有5個，其中軸流式3個，貫流式2個，則有

則基于可拓本體特征水頭H建立相關(guān)網(wǎng)所需要的信息熵為

I(NA13，NA23，NA33，NA43)=0.616 4。

由此，基于可拓本體特征水頭H對當前的產(chǎn)品設計可拓本體概念相關(guān)網(wǎng)分支節(jié)點進行相應樣本集劃分所需要的信息增益Gain(H)為

Gain(H)=I(NA1，NA2，NA3，NA4)-

E(H)=1.106 7。

采用同樣的處理方式，可以獲得:

Gain(P)=I(NA1，NA2，NA3，NA4)-

E(P)=0.812 4，

Gain(L)=I(NA1，NA2，NA3，NA4)-

E(L)=1.098 2。

根據(jù)可拓本體概念相關(guān)網(wǎng)的構(gòu)建原則可知，可拓本體特征水頭H應作為相關(guān)網(wǎng)的根屬性。以可拓本體特征水頭H為根屬性對可拓本體特征功率P和可拓本體特征負荷變化L進行相似的處理過程。

當高水頭H=Hmax時，存在

說明功率P和負荷變化L在相關(guān)網(wǎng)中具有相同的層級關(guān)系。

當中水頭H=Hmid時，存在

說明功率P在相關(guān)網(wǎng)中處于負荷變化L的前一層級。

當?shù)退^H=Hmin時，存在

說明功率P和負荷變化L在相關(guān)網(wǎng)中具有相同的層級關(guān)系。

基于上述信息熵計算結(jié)果，并剔除不滿足閾值要求的關(guān)聯(lián)關(guān)系，則建立基于可拓本體特征關(guān)聯(lián)的水輪機選型設計可拓本體概念相關(guān)網(wǎng)，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 水輪機選型設計可拓本體概念相關(guān)網(wǎng)Fig.3 Extensional ontology concept related network of turbine type selection

從能量轉(zhuǎn)換形式上看，水輪機是一種將水能轉(zhuǎn)化成機械能的動力裝備，它的工況取決于水電站的工作水頭和設計流量?；谙嗨圃O計理論的水輪機模型試驗則是按一定的規(guī)則并根據(jù)條件選用較小的模型水頭及流量獲得模型轉(zhuǎn)輪在不同工況下的應用參數(shù)，而根據(jù)水輪機設計理論可知，水輪機的水頭與轉(zhuǎn)輪的直徑、出力以及工況點下的單位流量和效率還存在對應的函數(shù)關(guān)系。因此在工程設計中，一般根據(jù)水頭H(包括水輪機的設計水頭、最大水頭或者水頭段)作為轉(zhuǎn)輪設計類別選取的匹配屬性。通過咨詢領(lǐng)域設計專家和相關(guān)工程設計人員并查閱相關(guān)資料，混流式設計、斜流式設計、軸流式設計和貫流式設計等設計方向的水頭經(jīng)典域設定為[100 m，700 m]、[60 m，200 m]、[5 m，80 m]和[0，40 m]。若已知某設計對象的設計水頭為120 m，要求具有較高的輸出功率，可以看出，該設計水頭屬于中水頭范圍，故貫流式設計將不在設計范圍內(nèi)；由于混流式設計屬于中高水頭范圍，故其水頭經(jīng)典域需由原來的中高水頭經(jīng)典域[100 m，700 m]轉(zhuǎn)化為中水頭經(jīng)典域[100 m，200 m]，則可基于水輪機選型設計可拓本體概念相關(guān)網(wǎng)進行選取。由于只有一個主題匹配屬性，其計算過程相對較為簡單。利用第3.1節(jié)給出的計算模型，獲得設計對象與領(lǐng)域設計方向的匹配關(guān)聯(lián)度為φ=(1.00 0，0.833 3，0.784 3，0.666 7)?？梢娫撛O計對象屬于混流式設計，結(jié)合該設計對象的設計需求以及已建立的可拓本體相關(guān)網(wǎng)可知，該設計對象在滿足高水頭、高功率時具有中負荷變化特性。由此基于可拓相關(guān)網(wǎng)檢索，獲得相關(guān)設計實例數(shù)據(jù)，具體結(jié)果見表2。JY、TSQ、ET、LJX、XLD和GHY均為水電站代號。

表2 水輪機選型設計實例的設計屬性量值Table 2 Design attribute values of turbine type selection case of hydro turbine

以設計對象需求值為基準，可以獲得設計對象與各個設計實例關(guān)于不同設計屬性的距離，由于選型設計各個設計屬性數(shù)值可轉(zhuǎn)化為精確的量值，故可采用海明距離進行計算分析，具體結(jié)果見表3。

表3 水輪機選型設計距離計算結(jié)果Table 3 Distance calculation results of turbine type selection case of hydro turbine

采用均權(quán)處理可獲得關(guān)聯(lián)度序列為K(C)={0.211 4，0.912 5，0.351 6，0.640 1，0.075 2，0.935 1}?？梢钥闯觯O計對象與水電站GHY最相似，因而可將水電站GHY的模型轉(zhuǎn)輪HLA384作為該設計對象的重用對象，即獲得該設計對象的選型設計方案，并在此基礎(chǔ)上進行后續(xù)的結(jié)構(gòu)方案設計，進而獲得相應的結(jié)構(gòu)設計方案。

5 結(jié)語

本研究對一種新型的機械產(chǎn)品方案設計可拓本體相關(guān)網(wǎng)推理模型進行了探討和分析。通過建立復雜產(chǎn)品方案設計可拓本體模型，使得多類型的設計知識表述更加形式化、標準化和規(guī)范化，拓展了復雜產(chǎn)品方案設計過程中可拓關(guān)系、可拓變換、可拓推理的內(nèi)涵，更利于復雜產(chǎn)品方案設計深層知識的表達。通過建立一種基于信息模型的可拓本體相關(guān)網(wǎng)模型，不僅能夠挖掘出復雜產(chǎn)品方案設計過程中多類型設計知識之間的可拓關(guān)聯(lián)性以及相應的可拓約束關(guān)系，而且還能夠獲得更加豐富的隱含性設計知識，為復雜產(chǎn)品方案設計問題的解決提供了更強的知識儲備能力。通過建立一種基于可拓本體相關(guān)網(wǎng)的復雜產(chǎn)品方案設計可拓推理算法，提升了復雜產(chǎn)品方案設計的推理求解能力，從而能夠快速地從復雜產(chǎn)品方案設計可拓相關(guān)網(wǎng)中獲取與設計目標相符合的設計對象，進而作為復雜產(chǎn)品方案設計的可拓重用對象，提高了復雜產(chǎn)品方案設計的設計效率。最后，本研究結(jié)合大型水輪機的轉(zhuǎn)輪選型方案設計對文中的模型和算法實現(xiàn)過程進行了說明和分析，應用結(jié)果表明了相關(guān)模型和算法的有效性和可操作性。