本体驱动的多学科协同设计知识建模方法研究

论文摘要

随着机械产品的功能和质量要求不断提高,产品设计的复杂程度也越来越高,产品设计愈加趋向于依靠多个学科专家的协同工作。鉴于不同的学科专家拥有不同的知识背景,往往使用不同的知识建模方法,因此对相同的产品设计会有不同的描述,造成学科知识无法正常共享,严重影响了多学科协同设计的效率。本文应用新型的本体建模技术,对多学科协同设计知识进行建模,为知识提供统一的表达形式,有效解决了知识共享问题。首先通过对多学科协同设计知识特点的分析,重新将多学科协同设计知识建模中的知识异构进行分类。本体驱动的知识建模,将知识异构转化到语义层;与此同时,本体映射技术能调解不同本体间的语义异构问题,通过建立语义桥梁来实现知识的共享以及重用。其次定义了多学科协同设计知识的提取原则,包括类的提取原则、Domain和Range设计规则、属性的提取原则以及量化区间原则;为了保障协同设计的效率,还要将产品设计任务分解成有限个子任务,任务分解要以定义的分解原则为指导,包括粒度适中原则、任务量均衡原则、时间一致性原则、相对独立性原则和设计经验优先原则。将分解得到的子任务（Sub-tasks）以本体语言（OWL）描述、以protégé4.0.2编辑存储,得到相应的任务本体。同一任务本体存在多个学科组合都能协同完成,为了选出最优的学科组合完成设计任务,通过遗传算法实现局部本体与学科之间的匹配搜索。应用本体推理技术进行知识包含关系检验和类的一致性检验,在推理的过程中,还可以检验类的层次是否与实际标准相符合。以水泵产品多学科协同设计为例,检验本体驱动的建模方法的可实用性和有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题研究背景与意义
• 1.2.1 机械产品设计模式的演变
• 1.2.2 机械产品多学科协同设计知识
• 1.2.3 知识描述方式的变化
• 1.2.4 课题研究意义
• 1.3 国内外研究现状及存在问题
• 1.3.1 国内外研究现状
• 1.3.2 存在问题分析
• 1.4 相关技术
• 1.4.1 本体技术
• 1.4.2 本体映射技术
• 1.4.3 本体推理技术
• 1.4.4 面向对象技术
• 1.4.5 语义网技术
• 1.5 本文的主要工作
• 1.5.1 本文的主要研究思路
• 1.5.2 本文的主要研究内容
• 1.5.3 论文的总体结构
• 1.6 本章小结
• 第2章 MCD 知识建模中的语义异构问题与解决技术
• 2.1 知识建模
• 2.2 知识建模中的语义异构问题
• 2.2.1 知识异构问题
• 2.2.2 语义异构问题带来的本体不匹配
• 2.3 语义异构解决技术
• 2.3.1 数据库模式匹配
• 2.3.2 XML 模式匹配
• 2.3.3 本体匹配（Ontology Matching）
• 2.4 本体驱动的知识建模
• 2.4.1 本体驱动的知识建模的主要工作
• 2.4.2 本体知识建模的基本关系集
• 2.4.3 本体知识建模所描述的知识类型
• 2.4.4 本体主要表示方法
• 2.4.5 本体语言
• 2.4.6 本体建模优势
• 2.5 本章小结
• 第3章 MCD 知识的表达与获取
• 3.1 领域知识的表达与识别
• 3.2 关系语义定义
• 3.3 知识获取
• 3.4 本章小结
• 第4章 本体驱动的MCD 任务规划与知识共享框架
• 4.1 MCD 任务与子任务
• 4.2 任务分解规则定义
• 4.2.1 任务分解及其必要性
• 4.2.2 任务分解规则定义
• 4.3 MCD 过程建模
• 4.3.1 任务本体定义
• 4.3.2 子任务与任务本体的转换及其实现
• 4.3.3 任务本体与学科之间匹配搜索
• 4.3.4 基于共享知识的多学科协同设计过程建模框架
• 4.4 基于本体的零件存储
• 4.5 知识共享方式选择
• 4.6 共享框架搭建
• 4.7 本章小结
• 第5章 本体驱动的MCD 知识建模的映射机制与推理规则
• 5.1 本体映射技术及其意义
• 5.2 本体映射方法
• 5.3 映射规则定义
• 5.4 映射规则定义方式
• 5.4.1 通过定义共享本体
• 5.4.2 通过启发式搜索
• 5.5 本体推理及推理规则
• 5.6 本章小结
• 第6章 本体驱动的水泵产品MCD 知识建模实例
• 6.1 总体建模框架
• 6.1.1 水泵设计任务分解
• 6.1.2 建模实现步骤
• 6.2 主要本体建立
• 6.2.1 标准件本体
• 6.2.2 零件设计本体
• 6.2.3 零件本体
• 6.3 本章小结
• 总结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
• 致谢