基于本体的电动工具工业设计知识库的研究与构建

基于本体的电动工具工业设计知识库的研究与构建
作者：李善诗严波
来源：《艺术与设计·理论》2013年第07期
摘要：本体研究方面的综述文章很多，但尚未发现本体在电动工具的工业设计中的应用综述。

文章对电动工具的设计流程进行了分析，阐述了本体知识库的在电动工具工业设计领域的构建与利用。

通过探讨研究得出知识库中类的分类方法及属性，提出了关于电动工具工业设计知识库的构建方法和构建框架和相关应用。

关键词：本体电动工具工业设计知识库
检索：
前言
近年来，信息技术的迅猛发展，制造产业已经逐步地向数字化和智能化发展，随着产品多样化的发展，企业在完成新产品的开发时，必须不断地从外界获取各种信息，企业内部关于产品的知识和信息越来越庞杂。

与此同时，网络也为我们提供了海量的信息，可以通过浏览和搜索的方式获得，但是浏览时繁多的链接和数据容易让人迷失，而且并不是所有的信息都是对我们有价值的，这就需要人们大量阅读文档来获取信息，这样的信息获取方式是为人设计的，而不是计算机，这种信息集成方式大大减小了工作效率。

因此，将已有的知识集成，使它们专业化、领域化、抽象化，并且能够被计算机识别，以便于人机之间的交互，会大大缩短人们获取数据的时间。

本体最重要的特征是共享和重用，建立产品本体知识库，在产品的设计制造中，避免了以手工方式从头获取知识、建立知识框架，节省时间和精力。

近年来，关于本体的研究和应用不断发展，在医学、情报学、地理、军事等方面都得到了广泛的应用，并且都已经取得了较好的效果。

基于本体的电动工具工业设计知识库的创建与研究正是以电动工具的工业设计为切入点，建立可操作，可更新，可使用，全面系统的知识库。

一、电动工具的设计流程
产品设计的过程是从需求出发寻求解决方案的过程，电动工具的设计流程包括需求分析，概念设计和详细设计。

这样的设计流程表现了一个由粗到精，由抽象到模糊的过程。

在这样的设计流程中，随着设计产品和设计过程的复杂程度的提高，获取知识就成为了一个瓶颈问题。

概念设计作为需求知识到详细设计的一个过渡阶段，在设计中起着非常重要的作用，从需求分析到概念设计，设计者要充分了解需求知识，包括用户需求，市场竞争产品信息，市场占有趋
势等信息，根据已有问题的改良设计创新实例发散思维，进行设计。

详细设计则是基于概念设计，通过相关约束进行改进，并结合产品品牌DNA、人机分析、装配知识、成型原理、使用材料等进行设计方案的细化和确定。

本文针对电动工具设计流程以及设计过程中知识的使用情况提出电动工具工业设计知识库的构建方法。

二、电动工具工业设计知识库的构建框架和方法
电动工具工业设计知识库是面向市场的企业产品设计知识仓库，主要负责产品开发整个过程中的知识的收集管理和重用的任务，包括的知识的采集，整理，组织，表达，共享和重用等。

它将重复的工程和任务自动化，并将产品的材料，装配，形状，颜色，属性，约束，结构等知识通过浏览器和搜索引擎等检索工具及时准确地提供给设计人员。

就电动工具的设计流程和需求，本文将电动工具的工业设计知识库构建框架结构图如图1（知识库的构建框架结构）。

（一）知识源
知识源主要包括产品标准、产品文档、产品实例、产品应用系统和论坛信息及客户信息。

这些数据，如文档、图片、数据库等在进入知识库之前，要先进入临时存储器中，待知识管理员利用相关的分析工具和知识处理工具对已有的信息进行处理，净化，提取，并且转化为机器可以识别的语言后，进入知识库。

在知识库的长期使用过程中，知识管理员还负责对知识库的知识进行更新和维护。

（二）知识库
知识库包括产品知识集，设计资料集以及产品创新集。

知识库的构建方法采用本体构建中自顶向下的构建方法，顶层为最抽象的宏观概念，逐层递减，子类继承了父类的抽象特征，代表比其父类更具体或者范围更小的实体概念，最底层为最具体的概念体系。

1.定义类和类的层次属性
在电动工具的设计中，电动工具的种类很多，并且很多知识和概念过于细化和具体，在检索时容易混淆，造成知识繁杂，提取难度大的结果，因此，本文将电动工具的相关知识信息进行抽象和分析之后，提取了四大知识板块，分别为市场知识，电动工具类，约束知识，设计创新实例。

采用自顶向下的分类体系如图2（知识库的分类体系）所示。

2，定义类的一般属性
属性通常表示一个命题。

它在类中是很重要的一个部分，它将一个概念与其它概念和对象联系起来，起到一定的知识互通的作用。

（1）市场知识的属性包括：识别用户需求，市场竞争产品，市场占有趋势等。

（2）电动工具类的属性包括：产品品牌、产品说明书、产品性能、产品图档、产品外观比较等。

（3）约束知识的属性有：人机分析、装配知识、成型原理、使用材料等。

（4）设计创新实例属性有：产品功能拓展，方案评价等。

3.类的关系属性
在知识库的中，四大板块的主体知识相互约束和影响。

细分类与类之间的所属关系在建立知识库和知识库的知识搜索使用时都有重要的地位，例如关键字的提取，逻辑语言的表达，搜索引擎的识别能力等。

各类之间的关系属性可以表示为：约束知识制约电动工具的种类与形态，电动工具投放市场产生市场知识，设计创新实例依据这三者产生。

他们之间的关系结构如图3（类的关系属性）。

（三）人机交互界面
知识库的人机交互界面主要是用户界面和管理界面。

用户界面又可以分为内部用户和外部用户，内部用户可以通过身份验证使用搜索引擎和局域网对于知识库中的知识进行使用和共享，并且实时地对于相关数据和信息的写入和标注。

外部用户可以通过互联网用浏览器对于知识库部分公开的信息和知识进行浏览和下载。

管理界面则是前文中提到的知识管理员在知识库的使用过程中通过友好的界面对知识库中的知识进行更新和维护，确保知识库中的知识与时俱进。

基于用户界面看电动工具的工业设计知识库可以总结得到：基于需求分析的概念设计需要获取设计创新实例和市场知识；基于概念设计的详细设计需要获取约束知识和电动工具类的相关知识。

在知识库中，设计创新实例属于产品创新集，市场知识和约束知识属于设计资料，电动工具类的知识属于产品知识集。

他们之间的关系可以用图4（知识库的类与设计关系）表示。

三、对领域本体进行编码、形式化
在本体的构建中，需要用到各种辅助软件。

其中本体的构建软件现如今已经有很多种，如Ontolingua，Ontosaurus，protégé等。

其中，protégé是由斯坦福大学于2000年开发的一款本体构建软件，是集本体编辑与知识库编辑于一体的本体开发工具软件。

它有开放的源代码，并且界面风格与windows程序界面风格相似，用户比较容易学习使用它提供的图形界面和交互式的本体论设计开发环境。

本文以protégé为例，探讨本体构建方法。

根据本文前面的分析，在protégé环境下，建立类和子类，如图5（约束知识的protégé建立截图）为约束知识类和子类的大体框架建立的截图。

结语
本文通过分析电动工具的设计流程，以及电动工具的设计知识需求，提出了基于本体的电动工具工业设计知识库的构建框架，对电动工具的本体知识库中知识的分类方法进行了深入研究，并且能够通过protégé本体构建软件实现了该本体知识库的构建。

基于电动工具工业设计本体可以实现电动工具设计知识的共享、重用和知识快速检索等知识管理功能，能够大大提高工作效率。

参考文献
1 甘建候、姜跃、夏幼明：《本体方法及其应用》，北京，科学出版社，2011。

2 江河：《基于本体技术的领域知识库构建及应用》，59～62页，《太原师范学院学报（自然科学版）》，2010-4（9）。

3 胡金强、冀亚林、孟妍、杨斌：《基于protégé的装备保障知识本体构建方法》，207～210页，《现代电子技术》，2012（6）。

4 邰丽君、赵韩、董玉德、武照云：《基于本体的机械产品知识仓库研究与应用》，1～8页，《工程图学学报》，2010（2）。

5 杨志国、樊磊：《数据库系统概论本体设计及实现》，58～62页，《中央民族大学学报（自然科学版）》，2009（18）。

6 吴建绒：《论基于本体的领域知识库构建》，250～252页，《科技创新导报》，2010（30）。

7 毕鲁雁、焦宗夏、范圣韬：《基于本体映射的产品概念设计方案生成新方法》，895～898页，《北京航空航天大学学报》，2009-7（35）。