面向产品设计的语义化知识服务关键技术研究

发布时间：2017-12-15 11:19

  本文关键词：面向产品设计的语义化知识服务关键技术研究

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【摘要】：产品设计过程是一个基于知识的创新过程，产品设计领域大约75%的设计是基于实例的变型设计，即使在新产品设计中，大约60%以上的工作需要借鉴以往设计经验。由此可见，有效地管理企业已有产品设计知识，并利用这些知识为产品设计过程更好地提供知识服务，对于提升产品设计效率、设计质量以及创新能力具有举足轻重的作用。然而，目前产品设计知识管理与服务领域的研究工作主要集中在传统的知识表示、知识检索、知识推送等技术方面，对语义化的产品设计知识服务相关理论和关键技术研究仍有不足，这种不足导致了知识管理系统无法处理知识的语义信息，不能对知识进行语义层面的智能推理，使得设计人员难以获得真正所需的知识方案，造成了设计知识重用率低、设计周期长的现状。针对上述问题，论文以提高设计知识重用效率、缩短有效知识方案获取时间为目标，对面向产品设计的语义化知识服务相关理论和关键技术进行系统研究。首先，以语义学和语义网理论为基础，对产品设计领域本体建模、产品设计知识语义分析及产品设计知识语义表达模型进行研究，在此基础上，对基于语义模型的知识服务方法进行深入研究，为满足设计过程中的语义化知识服务需求提供技术支撑，最后，通过实验和应用案例验证论文研究成果的可行性和有效性。论文的主要研究内容如下： （1）面向产品设计知识语义表达的多层次多维度本体建模技术研究。针对目前产品设计领域本体中实例、概念和语义关系缺失，不能满足产品设计知识语义获取和表达需求的问题，提出面向产品设计知识语义表达本体（DKSRO）的多层次多维度建模框架，该框架包括元元本体层、元本体层、本体层和实例层四个层次。元本体层通过产品设计对象维、设计组织维、设计过程维和资源对象维四个主要维度为本体建模过程提供规范化约束，通过构建跨维度语义关联关系，解决本体中语义关系缺失问题。在此框架基础上，提出多维度元模型约束下自底向上的DKSRO本体构建方法，以实例层为基础，逐层向上提取领域概念并抽象语义关系，，使构建的领域本体更能准确反映领域内的真实语义环境。 （2）DKSRO约束下产品设计知识语义分析与提取技术研究。针对产品设计知识语义分析中专业产品代码不易识别、语义提取没有考虑上下文特征以及知识中隐含语义关系无法发掘等问题，提出DKSRO约束下产品设计知识语义分析与提取方法。利用多种分隔符体系混合的条件随机场模型（CRFs）进行产品设计知识中的实例名称识别，提高命名实体识别效率。基于DKSRO元本体层的维度约束，采用树状CRFs模型对产品设计知识中重要概念进行语义维度标注，为隐含语义分析提供基础。提出基于DKSRO中语义关联和公理的产品设计知识语义依存分析方法，通过语义维度间依存分析、概念关联依存分析、实例关联依存分析、公理及属性特征依存分析，发掘产品设计知识中隐含语义关联。 （3）以DKSRO为语义基础的产品设计知识语义建模技术研究。针对目前产品设计知识语义表达模型中产品对象不明确、隐含语义未表达、推理规则不完善及知识语义环境缺失等问题，提出以DKSRO为语义基础的产品设计知识双层语义模型，该模型在DKSRO本体层上关联了产品设计知识的语义单元模型（PDKSUM），通过语义单元模型中基本模型、语境模型和规则模型全面地表达产品设计知识的语义信息。利用语义依存分析表中核心词和关联关系对基本模型进行建模，通过核心词与SWRL规则中类谓词和属性谓词匹配实现规则模型建模，基于DKSRO对语境模型进行建模，最终形成产品设计知识完善的语义表达模型。 （4）结合SWRL推理和有向图理论的语义化知识服务技术研究。针对目前产品设计知识管理系统中知识检索和推送过程不能处理知识语义信息，导致知识使用效率低，知识价值没有得到充分利用等问题，提出结合SWRL推理和有向图理论的语义化知识服务方法，该方法以论文提出的产品设计知识语义表达模型为基础，对知识进行语义层面的操作和处理。通过服务需求模型与PDKSUM的匹配，初步确定候选语义单元模型的范围，采用PDKSUM规则模型推理策略将候选语义单元集合构成一个联通的有向图，最后利用有向图的拓扑序列生成知识服务的解决方案。 （5）基于语义模型的产品设计知识服务系统研究。结合上述关键技术的研究成果，设计基于语义模型的产品设计知识服务系统总体框架，介绍系统运行的总体流程和主要功能模块。基于Java和Ext等技术进行原型系统开发，以某军用车辆的行走系统设计过程为对象对服务系统进行应用验证。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.1;TB472

【参考文献】

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本文编号：1291773