产品创新设计中基于本体理论的客户知识集成技术研究

为了支持产品创新设计过程的深入研究,针对客户知识在产品创新实践中的集成问题进行了研究.首先,根据产品创新活动的特点,建立了一种产品创新设计中的客户知识集成模型;其次,提出了基于"问题域-功能域"的客户知识转换方法,同时使用本体理论对客户知识进行建模,构建了包括客户创意、感性知识、客户需求、基本知识在内的客户知识概念本体树模型,实现了对客户知识的本体描述;随后,提出了用客户知识服务引擎来实现客户知识请求匹配的方法;最后,结合产品创新中客户知识集成系统的开发,对上述模型及方法进行了验让.     

An ontology-based product design framework for manufacturability verification and knowledge reuse

To achieve efficient development of high-quality product, manufacturing constraints must be fully taken into account at the early design stage. However, designers lack in-depth knowledge of manufacturing and production. Many time-consuming iterations of design changes are required between designers and manufacturing engineers. In order to minimize this knowledge gap, this paper presents an ontology-based product design framework for manufacturability verification and knowledge reuse to support the sharing and reuse of design and manufacturing knowledge. It aims at providing advices and feedback of restraints of manufacturing processes to the designers during the design process. The proposed framework consists of three major layers which include a foundation layer, a domain layer, and an instance layer. We use the Web Ontology Language (OWL), a standard of ontology representation language, to formalize the foundation layer. It contains the core product model and the standard ISO 10303 AP224 application protocol. The domain layer comprises extensional concepts and relationships for design and manufacturing integration and a rule base for manufacturability verification, which is represented in Semantic Web Rule Language (SWRL). In the instance layer, an inference engine is developed based on ontology and rule inference. It provides recommendations of manufacturability. Two case studies are provided as application examples to demonstrate the effectiveness of the framework.     

制造业信息系统多源异构知识集成

为了实现制造业信息系统中各类多源异构的数据、信息和知识层的集成，提出一个全新的可计算框架体系。通过定义一个应用领域的本体论，明确地定义其领域标准词汇和关系。同时，也形式化地定义一个对本体论具体状态进行详细说明的知识库，由此建立一个异构源的信息转化为通用的知识表示模型，解决知识集成过程中结构和语义两方面的异构问题。之后，应用资源描述框架模式(RDFS)作为信息和知识的核心转换技术，进行异构知识的转换和映射，实现异构知识集成。     

基于本体论和知识规则的大批量定制配置设计技术研究

在分析大批量定制模式下配置设计知识的基础上，规划面向产品族的配置设计本体、知识域及其属性，提出基于面向对象思想的产品配置设计模块。定义配置设计规则用于过程推理和配置知识演变，着重探讨了配置设计求解策略和实现算法。以配置设计知识模板为向导，实现配置设计方法的形式化表达，配置优化应遵循的原则。结合项目给出大批量定制配置设计的应用实例。     

基于知识粒度的TRIZ在创新设计中的应用

为实现发明问题解决理论(Theory of inventive problem solving,TRIZ)中概念解到特定解的,从认知心理学角度分析产品创新设计问题的解决机理,提出一种多粒度多层次的知识组织模型,将设计知识按照TRIZ原理、功能、行为-流对、科学效应、领域五种属性进行标注,每种属性又包括概念、语义和事实资源三种层次结构,构建多属性多层次的本地知识库,为设计者提供本领域知识。此外通过语义本体推理和语义扩展从专利数据库和网络资源中获取近领域、远领域知识,在创新设计问题解决过程中推送给设计者,有利于激发设计者进行联想类比,支持其从不同粒度分析和解决问题。最后建立基于多粒度知识组织的创新设计问题解决模型和系统框架,并结合III型铁路扣件的概念设计示例说明该模型的应用。     

产品设计知识分类及知识供应研究

产品设计是由一系列决策驱动的知识密集型过程,设计决策的效率和效果取决于对设计人员的知识供给,即从各种来源和渠道给设计人员提供产品生命周期内的各类相关知识,将产品设计知识进行合理分类是给设计人员提供知识的前提。本文通过对产品设计知识分类的相关研究文献分析,基于产品设计决策过程,将产品设计知识分为3大类,即产品知识,过程知识和产品支持知识,并作了解释和细分。着重就研究较少的产品设计支持知识,提出一种基于数据挖掘的制造知识获取及对设计人员的产品支持知识供应模式。从而为建立适用的产品设计支持知识库提供了思路和理论框架。     

基于本体的产品综合设计多视图模型研究

为满足产品综合设计过程中对可靠性、维修性、保障性数据及知识的共享需求,分析了综合设计过程中结构视图、功能视图,以及可靠性、维修性、保障性视图之间的相互关系.针对多视图模型不能很好地支持可靠性、维修性、保障性领域知识描述及共享的问题,提出了以产品与故障为核心的参考本体,进而构建了基于本体的性能与可靠性、维修性、保障性综合设计多视图模型框架.利用转换矩阵描述了多视图之间的映射机制.最后,给出了该模型在产品寿命周期管理系统中的实现方法,并以基于TeamCenter的性能与可靠性、维修性、保障性综合设计平台为例进行了应用验证.     

工业设计产品需求处理的知识模型研究

从工业设计出发,将本体论与产品需求处理结合起来,研究工业设计产品需求处理的知识建模方法。以数字电视一体机设计为例,对需求设计知识模型进行了验证,支持产品创新设计。     

面向产品创新设计的广义专家群体知识获取

为更好地从互联网获取适用的知识,以激发创新灵感,提出了一种面向产品创新设计的广义专家群体知识获取的思路及方法。首先对普通专家提供的知识样本进行分析,并提取样本特征。然后,针对产品创新设计知识的特点,构建了融入感性语义词汇的领域本体。基于领域本体,对专家知识样本特征词汇进行了扩展。在此基础上,通过搜索和过滤,获得了来自互联网的特殊专家的知识文本。进而运用知识元抽取技术,构建了广义专家群体知识库。最后,通过实例说明了特殊专家知识获取及过滤的效果,以及广义专家群体知识库的构建形式及结果。     

一种以面对面的设计知识组织与应用模型

鉴于目前知识组织模型对产品创新过程的支持力度不足,根据复杂机电产品创新设计知识的特点和类型,提出了一种"以面对面"的知识组织与应用模型.通过概念本体形式构建内部语义网络知识面,实现对事实知识创新属性的管理.利用Agent知识体对事实资源知识进行组织,并建立基于设计目录形式的外部资源网络知识面.借助对内外部网络知识面立体知识地图的搜索技术,为设计人员提供利于产品创新的多学科原理和具体策略知识,从而有效激励设计人员产生多种创造性的设计思路和具体方案.     

基于本体映射的设计知识库搜索方法

针对智能设计方法中的知识库搜索问题,提出了一种基于本体映射的设计知识库搜索方法。为描述复杂的产品设计知识,使用本体知识表示方法建立了产品设计知识库。将产品设计方案的搜索问题转换为本体映射问题,使用本体映射算法搜索本体知识库中符合设计需求的产品设计方案。设计并实现了一种结合了元素级映射技术和结构级映射技术的本体映射算法,并应用于基于本体映射的设计知识库搜索。最后,通过飞控作动器设计实例,验证了基于本体映射的设计知识库搜索方法的正确性和有效性。     

基于本体的汽车协同研发平台构建

为了有效组织管理汽车全生命周期领域内已有知识,把本体思想引入该领域的知识表示中,开发了基于本体的汽车协同研发平台。首先,建立了面向汽车全生命周期的领域本体构建模型,采用巴科斯范式对基于概念、关系、属性、规则和案例五要素的汽车领域本体进行统一的描述和表达;其次,把汽车全生命周期领域知识抽象为概念本体树,利用产品对象本体库、制造技术本体库和企业业务本体库组织和存储领域本体;最后,在本体知识库的基础上,开发基于本体的汽车协同研发系统。系统为汽车领域知识的检索、重用与共享提供了一个有效的平台。     

基于本体的领域知识共享研究

提出一和中基于本体实现领域知识共享的方法，对领域知识进行了层次化的表示，并以过程规范语言本体为例进行说明。同时，给出了基于本体的知识推理方法，设计了两种基于本体的应用系统共享领域知识的体系结构。最后，给出了该研究成果在工作流建模中的应用。     

基于本体的产品数据交换模型研究

传统的产品数据模型交换标准不能实现真正意义上的数据共享.为此,分析了该交换标准在数据集成中的应用,指出了传统数据交换方法的不足.在此基础上,讨论了基于本体的产品数据表达与交换,从本体建模的角度重新组织了Web本体描述语言的体系结构,并给出了产品数据交换标准形式化描述语言EXPRESS到Web本体描述语言的映射规则.提出了一个基于本体的产品数据交换模型,以导弹制导系统的数据交换为应用背景,详细描述了基于该模型的产品数据交换过程,并利用Protégé工具对数据交换结果进行了验证.     

Knowledge formalization for product–process integration applied to forging domain

Efficient and effective forging process selection for a given set of product characteristics and requirements is a multicriterion problem strongly influenced by interdependent factors like product complexity, design requirements, product quality, resource availability, and cost. These factors are formalized based on the information provided regarding the role and experiences of experts in product–process design; however, design representation is considered as a network of product and process parameters and expert’s knowledge as a set of constraints applied on the parametric network. This paper proposes an integrated product–process approach to evaluate its consistency and is useful in selecting suitable forging process and product design parameters. Computer support tool has been developed to present and to integrate the product parameters, the process characteristics, and the expert’s knowledge related to forging domain to select an appropriate forging process evaluated through a constraint propagation algorithm. This approach is validated through a case study presented at the end.     

本体思想在高速切削专家系统中的应用

为共享和重用高速切削领域内已有知识,把本体思想引入到该领域的知识表示中,提出了基于概念、关系、属性、规则和实例五要素的高速切削领域本体的形式化定义,建立了高速切削领域本体库.采用巴科斯范式对领域本体进行统一的描述和表达,并利用关系数据库的形式存储.以本体库作为专家系统的知识库,采用实例相似度及切削参数智能优化相结合的检索推理机制,构建了高速切削专家系统.系统为高速切削知识的检索、重用与共享提供了一个有效的平台,从而实现对高速切削领域内已有知识最大限度的利用.     

基于TRIZ与实例推理原理的产品绿色创新设计方法

为开发环境友好型绿色产品,提高绿色产品的创新效率,提出了基于TRIZ和实例推理原理的产品绿色创新设计方法。以本体论为基础,给出了绿色产品设计实例的表达机制,构建了绿色产品设计实例的本体库,实现了产品绿色创新设计案例知识的检索、重用和修正。建立了绿色设计属性与TRIZ冲突矩阵48个工程参数之间的关联表,实现了绿色设计属性向TRIZ工程参数的快速转化。建立了基于TRIZ和实例推理原理相结合的产品绿色创新设计支持平台,并以洗碗机底板的创新设计为例讨论了所提出方法的正确性和有效性。     

基于本体论的产品全过程知识共享研究

提出了一种基于本体论实现产品全过程知识共享的方法。对产品知识进行了层次化的表示,并借助ODLBKIF和基于角度知识描述语言进行了说明。同时,给出了基于本体论的知识推理方法。借助角度知识,对领域知识进行描述,且给出知识的通信机制,设计了基于本体论的应用系统共享产品全过程知识的体系结构。最后,通过实例模型提供了研究成果在实际建模系统中的应用。     

A new process-based ontology for KBE system implementation: application to inspection process planning

This paper focuses in the definition of a new ontology (Onto-Process) and the resulting informal model. The developed ontology constitutes an improvement to other ontologies since it covers the requirements of manufacturing processes engineering and, in particular, the inspection planning process with automated machines. Inspection planning activity usually implies to make repetitive and well-known decisions. These decisions are often based on the knowledge of inspection operators; therefore, it is a good candidate for implementing a knowledge-based engineering system. The sequence of activities involved in the inspection planning has been identified using Icam definition diagrams (IDEF0) in order to express the knowledge at a high level. These diagrams constitute an important support for defining the sequence of activities and the information flow. Later on, this information has been analyzed in depth using conceptual maps and it has been classified into units of knowledge. Then, each of these units of knowledge is decomposed into elementary objects of knowledge and relationships among them are defined. In a first approach, the ontology has been tested using a very particular but essential task in inspection planning: the activity related to the definition of contact points over inspection surfaces. In this activity, decisions must be made about the number, distribution, and sequencing of points. In the methodology developed in this paper the differences between form and non-form error inspection is considered. Finally, the knowledge required to support these decisions is represented using Onto-Process.