第２期機械設計與製造
２０１２年２月
＆２６１
文章編號
產品知識模組本體的構建木
張太華顧新建何二寶
（貴州師範大學機械與電氣工程學院，貴陽５５００１４）（浙江大學現代製造工程研究所，杭州３１００２７）
；【摘要】對產品知識模組本體進行定義，並給出其內涵；提出了產品知識的模組劃分思想，即從產｛
？品、部件、零件及零件特性等幾個層次上採用結構模組方法對產品知識進行模組劃分，並給出產品知識；
；模組的正規化處理方法；對產品知識模組本體建模語言的選擇及產品知識模組本體的維護等內容進行；
｝描述；給出了產品知識模組本體的構建過程，該過程包括產品知識的領域選擇、模組劃分、本體元素確｛
；定、本體語言選擇、模組本體構建和動態本體進化等６個方面，並以例項說明該過程。
；？關鍵詞：產品知識；模組本體；產品知識模組本體；產品結構；模組劃分；正規化處理｛
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中圖分類號文獻標識碼：ａ
１弓ｉ本體技術能對多、言
亂、散的各種知識進行組織。但是，隨著
識的組織和管理，在產品知識領域，提高知識的可維護性和重用性。本體建模也有一些的研究 ，
但在本體建
知識數量的增多，本體對知識進行增、刪、改等維護變得越來越困模中沒有考慮到專利、文獻、手冊、規範、準則、模型和經驗等知難，知識的可重用性大打折扣。為了解決上述問題，模組本體口啦識，對產品的創新與開發幫助很小。運而生，其能彌補本體技術的不足，更好地實現對多、亂、散的知
擬採用模組本體的方法，依據產品結構［６１的形式對專利、文
★來稿日期**專案：國家自然科學**資助專案貴州省自然科學**資助專案（黔科合ｊ字
貴陽市工業振興科技計畫專案貴州師範大學博士科研啟動**資助專案
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國機械工程
２６２張太華等：產品知識模組本體的構建
…第２期
獻、手冊、規範、準則、模型、材料和經驗等產品知識進行模組本體構建，實現產品知識的更好共享和快速重用。
、等，直到滿足劃分的粒度要求為止，完成模組劃分過程。
接著根據文獻對產品知識模組樹進行構建，具體構造過程
如下：２產品知識模組本體的概念
產品知識模組本體是對產品知識的結構進行模組劃分所得到的產品知識模組進行正規化處理後，採用模組本體方法如「ｉｓ～
（１）樹的根節點是整個產品知識模組的入口知識模組 ；
（２）根節點的直接後繼節點和入口知識模組的子知識模組一一
ｐａｒｔ—ｏｆ（設計知識，搪瓷內膽）」對產品知識模組中各概念及關係進行語義建模所得到產品知識結構化的語義概念模型。
對應，樹枝的方向由根節點指向它的直接後繼節點；（３）以根節點的每個直接後繼節點為子節點，與步驟（２）相
定義１（產品知識模組本體）：產品知識模組本體是高度關聯性
的產品知識共享詞彙及其概念模型的明確形式化規範說明。
一似，可以將該直接後繼節點對應的知識模組中的所有知識模組組織成一棵有向子樹；
（４）採用與步驟（３）相似的方法處理每個新產生的葉子節點，如此類推有限次，直到所有的葉子節點對應的知識模組沒有子知識模組為止，得到（以儲水式電熱水器為例）產品知識模組
個產品知識模組本體ｏ可用四元組的形式來表示：
式中：ｃ—產品知識模組本體所包含的概念集合，用於描述產品知
集合，用於描述產品、部件、零件、特性等各概念之間的關係，如父子關係、整體與部分的關係等；ａ—公理集合，用於描述概念、物件屬性、資料型別屬性及例項之間的各種約束
如圖２所示。識的結構中產品、部件、零件及其特『生的功能；卜概念屬性樹，
規則；，＿一概念的例項集合。
３產品知識模組本體構建的技術基礎
產品知識模組本體構建技術主要包含構建原則ｐ模組劃分、正規化處理、語言選擇和本體進行化等幾個方面。
圖２產品知識模組的劃分
３．２產品知識模組的正規化處理
產品知識模組的正規化處理是為了把產品知識的維護工作分配給獨立工作的領域專家，從而提高產品知識的獨立進化和重
（１）保證產品知識模組樹只有乙個根結點，且各結點之間是（２）可在任何乙個骨架術語處對產品知識的結構進行模組
３．１產品知識模組的劃分
３．１．１產品知識模組劃分的思想
產品知識的一致『生表達和理解。其思想是：對產品知識從產品、部
具體過程如下：產品知識模組的劃分是為了便於知識的維護和重用，達到對用能力，件、零件及特ｆ生等幾個層次上採用結構模組方法對產品知識進行模有序的；
塊劃分，從而得到產品級、部件級、零件級及特性級（設計、製造和服
使其分解為兩個或多個簡單的子知識模組，每個子知識模務知識等）的產品知識模組。然後對每個產品知識模組採用本體語劃分，言進行語義構建，即可得相應的產品知識模組本體，各知識模組本塊最多只能有乙個父知識模組；
體間可通過關係橋規￣ｉ（ｂｒ 一、ｂｒ 一）進行連線，使得各知識模
塊本體相互不影響並保持整體完整ｉ生，如圖１所示。
（３）保證各知識模組之間只有縱向聯絡，沒有橫向聯絡，使各知識模組之間形成一種有根結點的定向有序樹；
（４）產品知識模組樹的終止結點與各種具體知識（如ｃａｄ檔案、資料檔案、專利文獻、**、標準等）相關聯。
３．３產品知識模組本體的描述語言選擇
選用ｏｗｌ語言啡為產品知識模組本體構建的語言，主要原因是ｏｗｌ語言可以完成如下任務：
（１）能實現對產品知識的更好推理；
（２）幫助共同理解產品知識，確定產品領域內共同認可的詞
匯，並從不同層次上給出這些詞彙（術語）相互關係的明確定義；
（３）為從結構、語義和特性層次上對產品知識進行整合打下
圖１產品知識模組本體分類結構表達
基礎；３．１．２產品知識模組劃分過程
產品知識進行模組劃分過程如下：
可劃分為 ，、…、個子知識模組，且子知識模組之間滿足
。（４）為在使用者與系統以及不同系統之間架起一座相互交流
和通訊的橋梁，實現透明訪問和互操作提供保證。
４產品知識模組本體的進化給定乙個產品知識的結構，設其為初始產品知識模組 ，ｍ３．
產品知識模組本體的進化是為了消除產品知識動態變化過
在除錯和應用過程中進行的一致化處ｎ ｎ…ｎ肘上和的關係。對於每個子程中產生的各種異構問題，
知識模組 ，又可進一步劃分成粒度更小的子知識模組 。、施：、理。進化過程具體如下：
ｎｏ．２
ｆｅｂ．２０１２機械設計與製造２６３
（１）ｏｗｌ文件集的收集、選擇和預處理；（２）生成候選關鍵詞集；（３）抽取產品知識術語；（４）對產品知識概念過濾、篩選；（５）確定產品知識概念、屬性等的分類層次體系以及結構、語義和特性相關度；（６）得到新的產品知識模組本體。
４產品知識模組本體的構建過程
根據產品本體構建的過程［吸模組本體的實際情況，可將產品知識模組本體的構建分為領域選擇、產品知識的模組劃分、本體元素確定、本體語言選擇、產品知識模組本體構建和動態本體進化等６個步驟，如圖３所示。
圖３產品知識模組本體的構建過程
（１）領域的選擇。首先要確定產品知識模組本體究竟要覆蓋什麼領域，將使用該本體幹什麼，依據產品知識模組本體中的信
息可以給什麼型別的問題提供解答，誰使用和維護產品知識模組本體等問題。如圖３中選擇的領域為家電領域。
（２）模組劃分。根據選擇的產品知識結構情況劃分成產品級、部件級和零件級等不同級別的模組。
（３）模組本體元素確定。根據選擇的領域物件，確定物件的
術語、事實、約束和規則等。例儲水式電熱水器中，「術語」是儲水式電熱水器所包含的基本和抽象的概念，這些概念有外殼、內膽、加熱管、保溫層等。
（４）語言選擇。選擇ｏｗｌ語言作為產品模組本體的構建語言，並採用自頂向下的方法構建產品知識模組本體。
（５）本體的構建。根據選擇ｏｗｌ語言，採用ｐｒｏｔｒｇ￣４進行產品知識模組本體的靜態本體構建。（６）本體的進化。
對產品知識模組本體中的知識進行修改、新增、刪除及不斷的演化等，從而使得原有的產品知識模組本體得到更新與完善。
５產品知識模組本體的構建例項
以儲水式電熱水器為例，其產品知識（專利、文獻、標準等）
的結構，如圖４所示。進行模組劃分和正規化處理後得到外殼、內
膽、加熱管、數顯型溫控器、安全閥、保溫層、防電牆和鎂棒等知識模組。每乙個知識模組都包括設計知識、製造知識和服務知識等。由於各模組所涉及的知識很多，且分布於不同的知識庫中，在此不可能一一枚舉出來。
在產品知識模組劃分結束之後，採用ｏｗｌ語言構建的產品知識模組本體（圖略）。
圖４儲水式電熱水器知識的結構（部分）
６結束語
（１）給出了產品知識模組本體的內涵，並對產品知識模組本體進行定義；
（２）參照一般本體和模組本體的構建原則，給出了產品知識模組本體構建的原則；
（３）提出了對產品知識的結構進行模組劃分和對產品知識模組進行正規化處理的方法；
（４）通過比較分析，選擇ｏｗｌ作為產品知識模組本體的構建語言；
（５）給出了產品知識模組本體的構建過程，並以儲水式電熱水器為例對產品知識模組本體的構建過程進行說明。
參考文獻
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與演算法［ｊ］．計算機整合製造系統
１９］ｈａｒｍｅｌ
基於液壓支架設計知識多學科本體構建整合
摘要 為解決複雜產品多學科及多領域的設計知識和資源的共享和重用問題，在研究本體技術的基礎上，統一本體模組化思想的前提下，提出了多學科本體建模和整合的方法。基於液壓支架的設計知識建立了多學科本體模型並整合，驗證了本文提出的多學科本體建模和整合的方法。關鍵詞 多學科 本體模組化 建模和整合 液壓支架 1...
產品需求分析和模組設計的分析方法
產品模組劃分設計實現方法 設計需求分解過程指南 1 主題內容與適用範圍 本指南為產品開發的初始階段的模組劃分 設計實現 需求分解規定了統一的 最基本的要求，它規定了產品設計需求分解階段的工作內容 方法 結果和評審。描述了產品設計初始階段設計需求分解 模組劃分 系統設計與實現方法的工作要求與指南。產品...
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