CN101814092A - 一种基于本体面向产品设计过程的知识集成方法 - Google Patents

Abstract

一种基于本体面向产品设计过程的知识集成方法，其要求按照下述步骤进行依次处理：知识源读入、知识源识别和分类、由原始知识源根据映射规则对应生成相应类别的局部本体、对局部本体进行集成并进而得到全局本体、生成对应全局本体的共享知识库。相对于现有技术而言，本发明充分考虑产品设计过程知识表现形式的多样性，克服了以往集成知识源的单一性，体现出良好的普遍性和充分性；同时，本发明针对存储形式多样的知识源的有效集成，提出了集成的快速响应机制，进一步体现了机制的可行性。

Description

一种基于本体面向产品设计过程的知识集成方法

技术领域：

本发明涉及产品设计过程中的数据处理方式和方法，特别提供了一种基于本体面向产品设计过程的知识集成方法。

背景技术：

现有技术中，随着科学技术的进步和生产力的高速发展，产品的功能和质量要求不断提高，更新速度持续加快，产品设计的复杂程度也越来越高。

产品设计过程涉及的数据呈现出不同的存储形式，比如：结构化的存储，半结构化存储，以及声音、图像等非结构化的形式存储等。不同的表现形式，使得数据的共享和集成存在不可逾越的障碍。存储形式的异构性，即表现形式的不尽相同，造成数据间的互操作变得复杂、困难，出现“信息孤岛”现象。这一现象的存在，阻碍产品设计的质量，也影响产品设计的效率。

中国发明专利公开号CN101350033，发明名称为“一种OWL信息到关系数据库的转换方法及装置”的技术方案公布了一种将以OWL形式存储的文件无损地存储于关系数据表中，方便查询其中的信息，实现资源共享的目的。

中国发明专利公开号CN101149749，发明名称为“一种基于语义的异质异构关系型数据库的数据集成方法”的技术方案公布了一种不同关系数据库间的数据集成方法。

上述方法都是单一考虑一种类型数据源的数据集成问题。如：.OWL文件基于本体的集成；再如，关系数据库基于本体的集成等。产品设计过程数据复杂，表现形式多种多样，对设计过程数据的集成，是设计过程资源实现共享的关键。对类型各异的数据的集成，难免会出现语义异构和语法异构。

针对上述问题和其他相关问题，人们期望获得一种技术效果更好的基于本体面向产品设计过程的知识集成方法。

发明内容：

本发明的目的是提供一种技术效果更好的基于本体面向产品设计过程的知识集成方法。

本发明提供了一种基于本体面向产品设计过程的知识集成方法(知识是有用信息的代称，是数据的显示表达)，其特征在于：所述面向产品设计过程的知识处理方法具体要求，按照下述步骤进行依次处理：知识源读入、知识源识别和分类、由原始知识源根据映射规则对应生成相应类别的局部本体、对局部本体进行集成并进而得到全局本体、生成对应全局本体的共享知识库；其中：

所述的知识源识别和分类过程中，要求将原始知识源进行格式识别，并在此基础上将其归类到以下三类之一中：结构化知识源、半结构化知识源、非结构化知识源；本发明克服了以往集成知识源的单一性，体现出良好的普遍性和充分性；不同类型知识源集成的快速响应，进一步体现了集成方法的可行性；

所述的结构化知识源指的是关系数据库中的数据，用二维表结构来逻辑表达实现；半结构化知识源指的是：文件系统XML、HTML形式存储的数据、.OWL文件，它能用有向图来表示；非结构化知识源指的是：多媒体知识源(图片、声音、视频以及其他各类多媒体数据)；

在由原始知识源根据映射规则对应生成相应的局部本体过程中，所述的映射规则具体是以下几种之一或其组合：条件规则、函数、表、程序。

知识源按照映射规则，生成与其对应的局部本体，将局部本体储存，便于知识的重用。这一操作也是建立全局本体以至共享知识库的基础。

所述基于本体面向产品设计过程的知识集成方法，其特征在于：在对局部本体进行集成并进而生成全局本体的过程中，根据快速响应机制进行知识的集成处理；

所述快速响应机制的具体要求是：对各种表现形式的知识源，在规定的时间内进行集成，每100Mb知识源对应的集成时间为至多为10秒。

该机制的目的在于降低数据集成的时间，有效地保证数据的共享和重用。

集成就是要将不同表现形式的知识的表达格式统一化，要求知识源根据各自的映射规则，进行运算，生成相应的局部本体。

所述基于本体面向产品设计过程的知识集成方法，其特征在于：在对局部本体进行集成并进而生成全局本体的过程中，局部本体的集成应用映射规则来对应实现；

所述的映射规则具体是以下几种之一或其组合：条件规则、函数、表、程序。避免了以往接口技术的构建费用高、维护困难等缺点

所述基于本体面向产品设计过程的知识集成方法，其特征在于：所述基于本体面向产品设计过程的知识集成方法中：

当知识源为结构化或半结构化时，各自对应的局部本体根据映射规则得到全局本体，此时全局本体即为共享知识库；

当知识源为非结构化时，将其局部本体作为全局本体中类或子类的约束，进而得到共享知识库；约束是根据局部本体所对应在全局本体中的类或子类将其进行分类添加，进而得到共享知识库。

关于本发明的相关问题解释：

本发明公开了一种基于本体的面向产品设计过程知识的集成方法。创新体现在如下两个方面。一方面，充分考虑产品设计过程知识表现形式的多样性，将知识源在结构上分为三类；另一方面，针对结构多样的知识源的有效集成，提出了集成的快速响应机制。通过以上两点，本发明克服了以往集成知识源的单一性，体现出良好的普遍性和充分性；不同类型知识源集成的快速响应，进一步体现了集成方法的可行性。

基于本体的数据集成，对于解决知识异构，尤其本体对语法异构的解决具有天然的优势。首先，本体提供了一个丰富的、预定义的词汇库，可作为与数据源的稳定的概念接口，并独立于其数据存储模式；其次，本体表示的数据足够支持相关数据源的转换；再次，本体支持一致的管理和非一致数据的识别等。由此得出，通过本体这一建模工具，有效解决产品设计数据的集成问题，提高数据集成的可行性。

相对于现有技术而言，本发明充分考虑产品设计过程知识表现形式的多样性，克服了以往集成知识源的单一性，体现出良好的普遍性和充分性；同时，本发明针对存储形式多样的知识源的有效集成，提出了集成的快速响应机制，进一步体现了机制的可行性。

附图说明：

图1是基于本体的面向产品设计过程知识的集成架构；

图2是知识源集成流程框架；

图3是HTML文件读取结果；

图4是关系数据库部分数据：

图5是基于本体的面向产品设计过程知识的集成实例。

具体实施方式：

实施例1

一种基于本体面向产品设计过程的知识集成方法，包括以下步骤：

(1)锁定设计过程知识源，读取数据：知识是有用信息的代称，是数据的显示表达。产品设计过程的复杂性，要求设计知识的使用者(或知识管理人员)能够根据所需的知识，锁定知识源，读取相应的数据；

(2)通过类型识别系统，将知识源分为结构化、半结构化和非结构化知识源三类：产品设计过程的复杂性，使得知识源彼此间呈现出显著的异质性。造成了知识表现形式的多样性，如设计过程知识以关系数据库、XML文件、HTML、.OWL文件、声音、图像等多种形式存在。这种差异会严重阻碍产品设计过程对所有资源的联合运用。通过表现形式将其划分，分类标准如下：

Mapping1结构化知识源：关系数据库中的数据；

Mapping2半结构化知识源：文件系统XML、HTML形式存储的数据、.OWL文件；

Mapping3非结构化知识源：图片、声音和其他多媒体息。

通过类型识别，将形式多样的知识依据建立局部本体的一致性原则最终分为三类，这一做法提高了知识集成的可行性。

(3)读取三类知识源到局部本体的映射规则：本体作为一种建模工具，在知识工程领域，用于知识表示，其本质是概念模型，W.N.Borst等人将本体形象地定义为：“本体是共享的概念模型的形式化的规范说明”。由于本体具有良好的概念层次结构和知识及语义表达能力，因此在知识的共享和重用方面发挥了重要的作用。针对本体的应用范围，将知识源对应的本体分为局部本体和全局本体，局部本体是指由单一类型知识源生成的本体，如结构化知识生成的局部本体1，半结构化知识源生成的局部本体2和非结构化知识源对应的局部本体3。全局本体是对不同类型局部本体的集成。

局部本体由不同的知识源生成，将知识源的异构，转化为局部本体的异构性问题。映射规则的定义目的在于解决异构问题，有些类型的映射规则在定义本体时同步定义，有些需要在知识源和本体的转化过程中予以定义。映射规则可以是条件规则、函数、表和程序的集合等；

(4)生成局部本体，并储存：知识源按照映射规则，生成与其对应的局部本体，将局部本体储存，便于知识的重用。这一操作也是建立全局本体，以至共享知识库的基础。

(5)触发局部本体集成的快速响应机制：不同局部本体的孤立存在，还是难以解决知识的异构性问题。如，局部本体1和2之间无法实现知识的无缝对接，对于知识的有效集成，需要局部本体集成的快速响应机制。当仅有一个局部本体时，此时的局部本体就是全局本体，无需再将其集成；当局部本体的数量大于1时，就要触发集成的快速响应机制，快速响应机制的目的在于在有效时间内将读取的类型知识源集成完毕；

(6)局部本体到全局本体的映射规则选择：对知识的异构性问题的解决已转化为局部本体间的异构性问题，多局部本体同时存在，局部本体间的异构会给知识集成带来困难，需要多局部本体的概念统一规范，将局部本体统一。由局部本体生成全局本体，需要通过定义映射规则来实现，避免了以往接口技术的构建费用高、维护困难等缺点，映射可以是一对一、多对一、多对多、一对多型。

(7)全局本体生成，添加约束：将局部本体集成，生成的本体即为全局本体。预添加的约束来源于非结构化的知识源，考虑到面向对象的表示方法中，不能为对象添加约束，只能为类或子类进行这一操作，本体编辑器将约束类似地添加在类或子类中，构成对类或子类的约束；

(8)生成共享知识库，知识集成完成：当有非结构化知识源存在时，全局本体不能作为设计知识的共享库，需要为全局本体的类或子类添加约束，生成共享知识库，共享知识库以本体的形式将知识存储，提供给领域内的知识使用者均认可的标准词汇表，更方便知识在产品设计中的共享、集成和重用。共享知识库生成，即知识集成完成。

实施例2

一种基于本体面向产品设计过程的知识集成方法，包括以下步骤：

(1)锁定设计过程知识源，读取数据：

知识是有用信息的代称，是数据的显示表达。产品设计过程的复杂性，存在多种存在形式的知识，如关系数据库存储、以HTML、XML、.OWL形式存在，与此同时，声音、图像等非结构化知识也存在于产品设计过程中。锁定知识源，读取数据，对所有知识源进行一个完整分析，确定知识源的存储形式及其含义等。

(2)知识源类型识别

通过类型识别系统，将知识源分为结构化、半结构化和非结构化知识源三类。如，HTML文件提取的信息如图3所示。

关系数据库举例：关于齿轮啮合的部分数据如图4所示。

针对该典型案例我们提出下述三个要点：

动力传动比不小于2mm；单级圆柱齿轮的传动比小于或者等于7；为提高精度，螺旋角必须精确到秒。

以上三种结构不同的知识同时存在于产品设计的过程中，知识源彼此间呈现出显著的异质性，这种差异会严重阻碍产品设计过程对所有资源的联合运用。通过表现形式将其划分，提高了知识集成的可行性。

(3)读取知识源到局部本体的映射规则

针对每个具体的知识源，可以为其定制一个局部本体来反映其数据源的元数据，即在提炼数据源模式的基础上建立对应的局部本体。本体更好地实现了知识的语义表达，局部本体由不同的知识源生成。将知识源的异构，转化为局部本体的异构性问题。映射规则的定义主要是解决异构问题，常用的定义方法有：结构类同(Structure Resem blance)、定义术语(Definition of terms)、丰富结构(Structure Enrichment)和注释元数据(Meta-Annotation)等方法。

针对图3到局部本体2的映射，将减速器设计方案、减速器主参数设计、设计审核、减速器设计完成映射为局部本体2的类；依次将参数1、参数2、参数3、参数4和参数5作为子类，其父类为减速器主参数设计；设计审核类有两个属性值，依次是通过和不通过。

针对图4到局部本体1的映射，依据如下规则：如果一个关系属于基本关系或依赖关系，则可以直接映射成本体中的类；如果是二元复合关系，且仅描述两个关系之间的M:N的联系，则它不能映射成本体中的类。而是将其中的主键映射成另一个属性所引用关系对应类的性质(可以是领域/范围)；如果一个二元复合关系不仅描述两个关系之间的M:N联系，而且还有其他属性，则此关系可以直接映射成本体中的类；三元及三元以上的复合关系，可以直接映射成本体中的一个类。此例中，可以将齿轮、减速器齿轮和齿轮轴映射为局部本体1的类。因为，复合关系的元数是三元或三元以上的情况。将关系数据库的列值映射为对应类的属性。此例中语义异构的解决，在定义本体时予以定义，如区分定义齿轮、减速器齿轮和齿轮中的id，区分定义齿轮和减速器齿轮的模数、齿数等。局部本体1中的关系集，来源于三个类的啮合条件。

针对由会议讨论内容生成局部本体3，考虑到在面向对象的表达中，可以为类或子类增加约束，而不为对象增加约束。为此，将会议内容提炼的三点，作为子类的约束。(选择的子类，由知识管理者完成)。

(4)生成局部本体，并储存：依次将局部本体1、2和3储存，便于知识的重用和管理。

(5)触发局部本体集成的快速响应机制：不同局部本体的孤立存在，还是难以解决其异构性，对于知识的有效集成，需要局部本体集成的快速响应机制。

具体实现步骤为：

a.依据不同的知识源，定义到其相应局部本体映射；

b.本体映射规则构成规则集；

c.读取局部本体到全局本体的映射规则。

(6)局部本体到全局本体的本体映射规则选择：局部本体与共享本体实现关联即通过本体映射来实现，这样的实现，可以是规则，函数，程序的集合等。映射规则的定义，就是为了实现局部本体里的术语与全局本体里的术语进行关联。

为了使生成的全局本体更好地实现知识的共享，尽量保持局部本体的结构和语义特征，生成的全局本体使用局部本体1的结构；通过局部本体1和2的关联，首先生成由局部本体1和2对应的全局本体。将局部本体1的类齿轮、减速器齿轮和齿轮轴与参数5(局部本体2的一个子类)关联，并定义为参数5的子类。

(7)全局本体生成，添加约束：预添加的约束来源于非结构化知识源，生成的全局本体(局部本体1和2的映射结果)。非结构化知识源的存在，首先将其映射为局部本体3，接着将局部本体3作为全局本体的类或子类的约束，以此得出共享知识库。

本例中，局部本体3生成的约束施加在子类参数1上。通过以上操作，共享知识库形成。

(8)生成共享知识库，知识集成完成：共享知识库以本体的形式将知识存储，本体的构建是为实现知识共享而设计的，但这种共享的能力需要建立在其他“共识”的基础上，很多情况下孤立的本体是没有意义的，需要一组预先达成的共识，也可以是一组本体描述的规范。

实施例3

一种基于本体面向产品设计过程的知识集成方法(知识是有用信息的代称，是数据的显示表达)，所述面向产品设计过程的知识处理方法具体要求，按照下述步骤进行依次处理：知识源读入、知识源识别和分类、由原始知识源根据映射规则对应生成相应类别的局部本体、对局部本体进行集成并进而得到全局本体、生成对应全局本体的共享知识库；其中：

所述的知识源识别和分类过程中，要求将原始知识源进行格式识别，并在此基础上将其归类到以下三类之一中：结构化知识源、半结构化知识源、非结构化知识源；本发明克服了以往集成知识源的单一性，体现出良好的普遍性和充分性；不同类型知识源集成的快速响应，进一步体现了集成方法的可行性；

所述的结构化知识源指的是关系数据库中的数据，用二维表结构来逻辑表达实现；半结构化知识源指的是：文件系统XML、HTML形式存储的数据、.OWL文件，它能用有向图来表示；非结构化知识源指的是：多媒体知识源(图片、声音、视频以及其他各类多媒体数据)；

在由原始知识源根据映射规则对应生成相应的局部本体过程中，所述的映射规则具体是以下几种之一或其组合：条件规则、函数、表、程序。

知识源按照映射规则，生成与其对应的局部本体，将局部本体储存，便于知识的重用。这一操作也是建立全局本体以至共享知识库的基础。

所述基于本体面向产品设计过程的知识集成方法，其特征在于：在对局部本体进行集成并进而生成全局本体的过程中，根据快速响应机制进行知识的集成处理；

所述快速响应机制的具体要求是：对各种表现形式的知识源，在规定的时间内进行集成，每100Mb知识源对应的集成时间为至多为10秒。

该机制的目的在于降低数据集成的时间，有效地保证数据的共享和重用。

集成就是要将不同表现形式的知识的表达格式统一化，要求知识源根据各自的映射规则，进行运算，生成相应的局部本体。

所述基于本体面向产品设计过程的知识集成方法，在对局部本体进行集成并进而生成全局本体的过程中，局部本体的集成应用映射规则来对应实现；

所述的映射规则具体是以下几种之一或其组合：条件规则、函数、表、程序。避免了以往接口技术的构建费用高、维护困难等缺点。

所述基于本体面向产品设计过程的知识集成方法中：

当知识源为结构化或半结构化时，各自对应的局部本体根据映射规则得到全局本体，此时全局本体即为共享知识库；

当知识源为非结构化时，将其局部本体作为全局本体中类或子类的约束，进而得到共享知识库；约束是根据局部本体所对应在全局本体中的类或子类将其进行分类添加，进而得到共享知识库。

Claims (4)

1.一种基于本体面向产品设计过程的知识集成方法，其特征在于所述面向产品设计过程的知识处理方法具体要求，按照下述步骤进行依次处理：知识源读入、知识源识别和分类、由原始知识源根据映射规则对应生成相应类别的局部本体、对局部本体进行集成并进而得到全局本体、生成对应全局本体的共享知识库；其中：

所述的知识源识别和分类过程中，要求将原始知识源进行格式识别，并在此基础上将其归类到以下三类之一中：结构化知识源、半结构化知识源、非结构化知识源；

所述的结构化知识源指的是关系数据库中的数据；半结构化知识源指的是：文件系统XML、HTML形式存储的数据、.OWL文件；非结构化知识源指的是：多媒体知识源；

在由原始知识源根据映射规则对应生成相应的局部本体过程中，所述的映射规则具体是以下几种之一或其组合：条件规则、函数、表、程序。

2.根据权利要求1所述的一种基于本体面向产品设计过程的知识集成方法，其特征在于所述的在对局部本体进行集成并进而生成全局本体的过程中，根据快速响应机制进行知识的集成处理；

所述快速响应机制的具体要求是：对各种表现形式的知识源，在规定的时间内进行集成，每100Mb知识源对应的集成时间为至多为10秒。

3.根据权利要求2所述的一种基于本体面向产品设计过程的知识集成方法，其特征在于所述的在对局部本体进行集成并进而生成全局本体的过程中，局部本体的集成应用映射规则来对应实现；

所述的映射规则具体是以下几种之一或其组合：条件规则、函数、表、程序。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于本体面向产品设计过程的知识集成方法，其特征在于所述的一种基于本体面向产品设计过程的知识集成方法中：

当知识源为结构化或半结构化时，各自对应的局部本体根据映射规则得到全局本体，此时全局本体即为共享知识库；

当知识源为非结构化时，将其局部本体作为全局本体中类或子类的约束，进而得到共享知识库；约束是根据局部本体所对应在全局本体中的类或子类将其进行分类添加，进而得到共享知识库。

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