CN107967518B - 一种基于产品设计的知识自动关联系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于产品设计的知识自动关联系统及方法，采用本体技术、机器学习算法、solr索引，实现基于复杂产品设计节点的设计知识快速检索与关联，在复杂产品设计过程中，关联知识通过贝叶斯网络基于案例学习得到的关联规则进行自组织，为用户提供参考设计解决方案，用户可根据系统推送的智能设计知识满足设计需求指标情况，对智能设计知识的适用性进行判定：若智能设计知识被采用，将作为设计结果在客户端进行展示，并存入知识库；若智能设计知识未被采用，客户端将参考关联知识进行人工设计，直到设计结果满足设计需求指标后，上传至知识库，作为产品设计案例存储。该系统实现设计知识有效重用，提升设计效率，缩短产品设计周期，降低人力成本。

Description

一种基于产品设计的知识自动关联系统及方法

技术领域

本发明涉及一种基于产品设计的知识自动关联系统及方法，属于知识工程、知识自动化领域技术领域。

背景技术

当代企业科研生产过程中，通过生产分工和自动化技术，体力型工作已实现自动化——由机器来完成，而知识型工作依然依赖于人。知识自动化就是要解决知识型工作实现自动化的问题，是知识型工作未来的发展趋势。知识自动关联是实现知识自动化的先决条件。

国内外知识关联的研究工作主要集中在如何通过关联规则从数据挖掘有效的信息,在图书馆管理、情报搜集、网络信息分析上运用较多,对于复杂系统设计过程的知识关联主要通过本体概念对知识进行层次化建模和表示，实现知识间的关联关系实例化。同时，侧重于知识显性关联关系的研究，即文献间的关联关系，如类别关联、关键词关联、属性关联、引问关联等。对知识间隐性关联关系的研究相对较少。

当前在复杂系统设计的流程中，各岗位设计人员主要依赖个人经验和个人知识开展设计工作，在产品或系统的设计中，往往要花费大量时间用于查找资料，导致产品设计进度慢、周期长。历史产品设计案例及资料散落在不同人的电脑中，导致案例不能很好的共享和重用，造成不同人员针对同一类设计工作进行重复性劳动，工作效率低下，人力资源浪费。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种基于产品设计的知识自动关联系统及方法，在复杂系统设计过程中，知识与设计活动自动关联并进行自组织，为设计人员提供参考设计解决方案，实现设计知识有效重用，提升设计效率，缩短产品设计周期，降低人力成本。

本发明解决的技术方案为：一种基于产品设计的知识自动关联系统，包括服务器端和多个客户端，服务器端设有知识库；

某个客户端制定产品设计流程，产品设计流程包括多个设计节点，将该产品设计流程上传到服务器端；服务器端接收到产品设计流程后，将产品设计流程发布到所有客户端上，各客户端根据各自负责的设计节点输入设计条件后送至服务器端；服务器端从知识库中根据设计节点和设计条件进行检索，检索到关联知识；服务器端根据知识库中的关联知识和从知识库中的案例学习到的关联规则，自组织出智能设计知识；服务器端将关联知识和智能设计知识送至客户端，客户端对智能设计知识的适用性进行判定，若智能设计知识被采用，将智能设计知识作为设计结果在客户端进行展示，同时将设计结果存入服务器端的知识库中作为相关产品的设计案例；若智能设计知识未被采用，客户端将拒绝信息发送给服务器端，服务器端剔除该条关联规则，同时客户端将参考关联知识进行人工设计，直到设计结果满足设计指标要求后，将手动设计结果上传至服务器中的知识库，作为产品设计案例存储。

产品设计流程包括的多个设计节点，每个设计节点一般以负责该设计活动的人员岗位名称命名，各设计节点之间存在串联或并联关系。存在串联关系的两个设计节点中，一般上游设计节点的输出为下游设计节点提供输入；存在并联关系的两个设计节点，一般由同一个上游设计节点提供输入，或为同一个下游设计节点提供输入。

在某一客户端绘制完产品设计流程后，进行产品设计流程发布，通过ht tp协议上传到服务器端，同时该产品设计流程在其它客户端可见。

设计条件是指完成该设计节点活动所需要的条件，一般包括输入条件(各类条件参数及具体数值)、约束条件(边界条件，包括设计参数的范围，及环境、材料、介质、成本等其它约束性条件)、支撑条件(完成该设计节点活动所需的软件、工具、模型等)、相关资源(其它可供参考的标准、报告、案例等资料性文档)。

根据设计节点名称和设计条件进行检索的要求和方式。在客户端将设计条件在设计节点处进行输入和手动关联，然后点击“关联知识检索”，服务器端会对设计节点名称和设计条件进行分词，提取关键词，采用本体技术及solr索引的方式在知识库中进行关联知识检索，支持全文检索、组合检索、布尔检索及模糊检索。

关联知识是与完成设计节点任务有关的、可参考利用的案例、方案、报告、论文等设计知识。

知识库中存储了本企业产品设计的历史案例、领域术语本体库及其它相关设计知识等，产品历史案例包括产品的型号、功能、性能指标及各流程节点设计方案报告等内容，记录了该产品的设计过程和结果。领域术语本体库是基于术语叙词表构建的行业领域本体，建立了术语与术语之间的关联关系。采用机器学习算法贝叶斯网络对知识库的历史案例进行学习和建模，构建各流程节点设计条件(以输入条件为主)与设计结果之间的关联规则。

自组织是指基于知识库中案例学习得到的关联规则模型，采用设计节点的设计条件及检索到的关联知识，自动组织出该设计节点的设计结果。

智能设计知识是指通过自组织方式得到的设计结果。

智能设计知识的适用性进行判定的标准是是否满足约束条件，是否达到设计指标要求。

一种基于产品设计的知识自动关联的方法，步骤如下：

(1)由客户端制定产品设计流程，产品设计流程包括多个设计节点，将该产品设计流程上传到服务器端；

(2)服务器端接收到产品设计流程后，将产品设计流程发布到所有客户端上，各客户端根据各自负责的设计节点输入设计条件后送至服务器端；

(3)服务器端从知识库中根据设计节点和设计条件进行检索，检索到关联知识；服务器端根据知识库中的关联知识和从知识库中的案例学习到的关联规则，自组织出智能设计知识；

(4)服务器端将关联知识和智能设计知识送至客户端，客户端对智能设计知识的适用性进行判定，若智能设计知识被采用，将智能设计知识作为设计结果在客户端进行展示，同时将设计结果存入服务器端的知识库中作为相关产品的设计案例；若智能设计知识未被采用，客户端将拒绝信息发送给服务器端，服务器端剔除该条关联规则。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)提供一种基于设计节点的知识自动关联系统，采用本体技术及solr分词、检索技术，实现设计知识和设计活动关联关系的自动建立，有效促进设计知识和历史案例的重用，减少设计人员查找资料的时间耗费，节约人力成本。

(2)提供基于设计活动的知识自组织智能设计与推送方法，通过贝叶斯网络构建设计条件与设计结果的关联规则，充分利用历史产品设计案例和设计知识，为设计人员提供参考设计方案，提高设计效率。

(3)提供依据用户行为反馈实现知识关联规则修正的方法，通过用户对智能设计知识的适用性判定，剔除不适用的关联规则，随着系统用户和设计案例的增多，智能设计结果的可用性和可靠性将不断提升。

(4)提供涵盖历史产品设计案例的知识库，通过服务器集中存储，有助于历史产品设计案例和设计知识的共享和重用，同时为产品设计状态追溯提供数据支撑。

附图说明

图1为本发明的整体架构图；

图2设计节点本体化建模图；

图3为本发明的基于产品设计的知识自组织及智能推送流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明一种基于产品设计的知识自动关联系统及方法，采用本体技术、机器学习算法、solr索引，实现基于复杂产品设计节点的设计知识快速检索与关联，在复杂产品设计过程中，关联知识通过贝叶斯网络基于案例学习得到的关联规则进行自组织，为用户提供参考设计解决方案，用户可根据系统推送的智能设计知识满足设计需求指标情况，对智能设计知识的适用性进行判定：若智能设计知识被采用，将作为设计结果在客户端进行展示，并存入知识库；若智能设计知识未被采用，客户端将参考关联知识进行人工设计，直到设计结果满足设计需求指标后，上传至知识库，作为产品设计案例存储。该系统实现设计知识有效重用，提升设计效率，缩短产品设计周期，降低人力成本。

为更好的理解本发明，先对一些基本概念进行解释说明。

客户端：是用户和服务器进行数据传输的中间系统，在客户端，用户向服务器发起操作请求，所述请求包括：制定并上传产品设计流程，输入设计条件，推送知识及设计结果展示，判定智能知识适用性；客户端负责解析数据，并以可视化的窗口的形式展示服务器响应用户请求的数据。客户端服务器最低配置要求：

CPU主频：1GHz

内存：1GB

硬盘容量：1T

以太网卡：百兆

服务器端：主要是响应用户的请求，由流程管理模块，知识库，知识关联模块组成；服务器根据用户的输入自动处理数据，所述数据包括：产品设计流程，设计知识文件，产品设计案例文件，领域本体文件。服务器最低配置要求：

CPU主频：128GHz

内存：64GB

硬盘容量：128T

以太网卡：千兆

知识库：存储了本企业产品设计的历史案例、领域术语本体库及其它相关设计知识等，产品历史案例包括产品的型号、功能、性能指标及各流程节点设计方案报告等内容，记录了该产品的设计过程和结果。领域术语本体库是基于术语叙词表构建的行业领域本体，建立了术语与术语之间的关联关系。

产品：主要是指复杂产品或复杂系统，设计工作一般由多个设计节点共同完成，各设计节点之间存在串联或并联关系。

关联知识：与完成设计节点任务有关的、可参考利用的案例、方案、报告、论文、资料等设计知识。

自组织：是指基于知识库中案例学习得到的关联规则模型，采用设计节点的设计条件及检索到的关联知识，自动组织出该设计节点的设计结果。

智能设计知识：是指通过自组织方式得到的设计结果。

如图1所示，本发明包括服务器端和多个客户端，服务器端包括流程管理模块、知识库、知识关联模块。

本发明具体实现过程如下：

(1)整个系统的运行流程从“制定产品设计流程”开始，在某个客户端，用户将梳理后的复杂产品设计流程以图形化的方式在系统中绘制出来，进行产品设计流程发布，通过http协议上传到服务器端；

(2)服务器端流程管理模块接收到产品设计流程后，将产品设计流程发布到所有客户端上；

(3)各客户端根据各自负责的设计节点输入设计条件后送至服务器端，其中设计条件一般包括输入条件(各类条件参数及具体数值)、约束条件(边界条件，包括设计参数的范围，及环境、材料、介质、成本等其它约束性条件)、支撑条件(完成该设计节点活动所需的软件、工具、模型等)、相关资源(其它可供参考的标准、报告、案例等资料性文档)等；

(4)服务器端知识关联模块对设计节点名称和设计条件进行分词，提取关键词，采用本体技术及solr索引的方式在知识库中进行检索，检索到关联知识，有效促进设计知识和历史案例的重用，减少设计人员查找资料的时间耗费，节约人力成本；

(5)服务器端知识关联模块采用机器学习算法贝叶斯网络对知识库的历史案例进行学习和建模，构建各流程节点设计条件(以输入条件为主)与设计结果之间的关联规则，根据从知识库中的检索到的关联知识，应用建立的关联规则，自组织出相对完整的设计方案，作为第一类知识“智能设计知识”推送到客户端，其它知识库中原有关联知识作为第二类知识“关联知识”在系统中以参考知识点的形式推送至客户端，充分利用历史产品设计案例和设计知识，为设计人员提供参考设计方案，提高设计效率；

(6)客户端对智能设计知识和关联知识进行可视化展示；

(7)客户端对智能设计知识是否满足设计指标要求进行判定，若智能设计知识被采用，将智能设计知识作为设计结果在客户端进行展示，同时将设计结果存入服务器端的知识库中作为相关产品的设计案例，快速设计即完成；若智能设计知识未被采用，客户端将拒绝信息发送给服务器端，服务器端剔除该条关联规则，同时客户端将参考关联知识进行人工设计，直到设计结果满足设计指标要求后，将手动设计结果上传至服务器中的知识库，作为产品设计案例存储，通过用户行为反馈实现知识关联规则修正，剔除不适用的关联规则，随着系统用户和设计案例的增多，智能设计结果的可用性和可靠性将不断提升，产品设计效率将大幅提升。

以某运载火箭设计方案为优选实时例，第一步，项目技术负责人根据经验制定设计流程，如总体-动力-弹道-气动-结构-控制-载荷等，将各流程节点上下游关系梳理清楚，在系统中以图形化的方式绘制出来，并进行设计流程发布；第二步，各岗位人员在各自客户端看到已发布的设计流程，以动力岗位人员为例，看到流程任务后，在动力设计流程节点输入设计条件，如发动机尺寸、运载能力、比冲等约束条件，计算软件、经验公式等支撑条件，以及其它可供参考的标准、报告、案例等相关资源；第三步，动力岗位人员在完成设计条件输入后，点击“关联知识”，系统会自动将两类知识推送到系统页面，第一类为“智能设计知识”，推荐出动力系统的设计结果，如液体发动机，直径3.35米，最大推力720吨等具体结果，第二类为“关联知识”，以列表的形式将知识库可供参考的知识条目推送出来，如XX火箭发动机设计方案、XX动力系统设计经验禁忌等；第四步，动力岗位人员对智能设计知识进行判定，若点击“采用”，则智能设计知识作为设计结果在客户端展示，同时存入服务器端的知识库中，该节点设计完成，若点击“不采用”，动力岗位人员将参考关联知识进行人工设计，直到设计结果满足设计指标要求后，将手动设计结果上传至服务器中的知识库，作为产品设计案例存储，该节点设计完成。

采用本体技术建立设计类知识的关联关系，以及设计知识与设计节点的关联关系。设计知识的本体化采用基于领域术语叙词表实现，设计节点本体化建模如图2所示，一个设计节点包括包括产品名称、节点名称、输入条件、约束条件、支撑条件、相关资源、输出结果。各设计节点之间存在串联或并联关系。存在串联关系的两个设计节点中，一般上游设计节点的输出为下游设计节点提供输入；存在并联关系的两个设计节点，一般由同一个上游设计节点提供输入，或为同一个下游设计节点提供输入。

知识自组织与智能推送流程如图3所示，依据设计节点名称、输入、约束等信息，知识关联模块采用本体技术及solr索引，对知识库中的相关联的设计知识进行挖掘，形成关联知识和关联规则，通过自组织，形成相对完整的设计方案作为第一类知识“智能设计知识”推送到用户桌面，其它知识库中原有关联知识作为第二类知识“关联知识”在系统中以参考知识点的形式推送给用户。用户对智能设计知识是否满足设计指标要求进行判定，若智能设计知识被采用，将智能设计知识作为设计结果在客户端进行展示，同时将设计结果存入服务器端的知识库中作为相关产品的设计案例，快速设计即完成；若智能设计知识未被采用，客户端将拒绝信息发送给服务器端，服务器端剔除该条关联规则，同时客户端将参考关联知识进行人工设计，直到设计结果满足设计指标要求后，将手动设计结果上传至服务器中的知识库，作为产品设计案例存储。

本发明的一种基于产品设计的知识自动关联的方法，步骤如下：

(1)由客户端制定产品设计流程，产品设计流程包括多个设计节点，将该产品设计流程上传到服务器端；

(2)服务器端接收到产品设计流程后，将产品设计流程发布到所有客户端上，各客户端根据各自负责的设计节点输入设计条件后送至服务器端；

(3)服务器端从知识库中根据设计节点和设计条件进行检索，检索到关联知识；服务器端根据知识库中的关联知识和从知识库中的案例学习到的关联规则，自组织出智能设计知识；

(4)服务器端将关联知识和智能设计知识送至客户端，客户端对智能设计知识的适用性进行判定，若智能设计知识被采用，将智能设计知识作为设计结果在客户端进行展示，同时将设计结果存入服务器端的知识库中作为相关产品的设计案例；若智能设计知识未被采用，客户端将拒绝信息发送给服务器端，服务器端剔除该条关联规则。

本发明采用本体技术及solr分词、检索技术，实现设计知识和设计活动关联关系的自动建立，有效促进设计知识和历史案例的重用，减少设计人员查找资料的时间耗费，节约人力成本，通过贝叶斯网络构建设计条件与设计结果的关联规则，充分利用历史产品设计案例和设计知识，为设计人员提供参考设计方案，提高设计效率，依据用户行为反馈实现知识关联规则修正的方法，通过用户对智能设计知识的适用性判定，剔除不适用的关联规则，随着系统用户和设计案例的增多，智能设计结果的可用性和可靠性将不断提升，涵盖历史产品设计案例的知识库，通过服务器集中存储，有助于历史产品设计案例和设计知识的共享和重用，同时为产品设计状态追溯提供数据支撑。

本发明未详细描述的部分属于本领域公知技术。

Claims (4)

1.一种基于产品设计的知识自动关联系统，其特征在于：包括服务器端和多个客户端，服务器端设有知识库；

某个客户端制定产品设计流程，产品设计流程包括多个设计节点，将该产品设计流程上传到服务器端；服务器端接收到产品设计流程后，将产品设计流程发布到所有客户端上，各客户端根据各自负责的设计节点输入设计条件后送至服务器端；服务器端从知识库中根据设计节点和设计条件进行检索，检索到关联知识；服务器端根据知识库中的关联知识和从知识库中的案例学习到的关联规则，自组织出智能设计知识；服务器端将关联知识和智能设计知识送至客户端，客户端对智能设计知识的适用性进行判定，若智能设计知识被采用，将智能设计知识作为设计结果在客户端进行展示，同时将设计结果存入服务器端的知识库中作为相关产品的设计案例；若智能设计知识未被采用，客户端将拒绝信息发送给服务器端，服务器端剔除该条关联规则；

产品设计流程包括的多个设计节点，每个设计节点以负责该设计活动的人员岗位名称命名，各设计节点之间存在串联或并联关系，存在串联关系的两个设计节点中，上游设计节点的输出为下游设计节点提供输入；存在并联关系的两个设计节点，由同一个上游设计节点提供输入，或为同一个下游设计节点提供输入；

在某一客户端绘制完产品设计流程后，进行产品设计流程发布，通过ht tp协议上传到服务器端，同时该产品设计流程在其它客户端可见；

关联知识是与完成设计节点任务有关的、可参考利用的案例、方案、报告、论文这些设计知识；

知识库中存储了本企业产品设计的历史案例、领域术语本体库及其它相关设计知识，产品历史案例包括产品的型号、功能、性能指标及各流程节点设计方案报告内容，记录了该产品的设计过程和结果，领域术语本体库是基于术语叙词表构建的行业领域本体，建立了术语与术语之间的关联关系，采用机器学习算法贝叶斯网络对知识库的历史案例进行学习和建模，构建各流程节点设计条件与设计结果之间的关联规则；

自组织是指基于知识库中案例学习得到的关联规则模型，采用设计节点的设计条件及检索到的关联知识，自动组织出该设计节点的设计结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于产品设计的知识自动关联系统，其特征在于：设计条件是指完成该设计节点活动所需要的条件，包括输入条件、约束条件、支撑条件、相关资源。

3.根据权利要求1所述的一种基于产品设计的知识自动关联系统，其特征在于：根据设计节点名称和设计条件进行检索的要求和方式为：在客户端将设计条件在设计节点处进行输入和手动关联，然后进行关联知识检索，服务器端对设计节点名称和设计条件进行分词，提取关键词，采用本体技术及solr索引的方式在知识库中进行关联知识检索，支持全文检索、组合检索、布尔检索及模糊检索。

4.一种基于产品设计的知识自动关联的方法，其特征在于步骤如下：

(1)由客户端制定产品设计流程，产品设计流程包括多个设计节点，将该产品设计流程上传到服务器端；产品设计流程包括的多个设计节点，每个设计节点以负责该设计活动的人员岗位名称命名，各设计节点之间存在串联或并联关系，存在串联关系的两个设计节点中，上游设计节点的输出为下游设计节点提供输入；存在并联关系的两个设计节点，由同一个上游设计节点提供输入，或为同一个下游设计节点提供输入；

(2)服务器端接收到产品设计流程后，将产品设计流程发布到所有客户端上，各客户端根据各自负责的设计节点输入设计条件后送至服务器端；在某一客户端绘制完产品设计流程后，进行产品设计流程发布，通过http协议上传到服务器端，同时该产品设计流程在其它客户端可见；

(3)服务器端从知识库中根据设计节点和设计条件进行检索，检索到关联知识；服务器端根据知识库中的关联知识和从知识库中的案例学习到的关联规则，自组织出智能设计知识；知识库中存储了本企业产品设计的历史案例、领域术语本体库及其它相关设计知识，产品历史案例包括产品的型号、功能、性能指标及各流程节点设计方案报告内容，记录了该产品的设计过程和结果，领域术语本体库是基于术语叙词表构建的行业领域本体，建立了术语与术语之间的关联关系，采用机器学习算法贝叶斯网络对知识库的历史案例进行学习和建模，构建各流程节点设计条件与设计结果之间的关联规则；自组织是指基于知识库中案例学习得到的关联规则模型，采用设计节点的设计条件及检索到的关联知识，自动组织出该设计节点的设计结果；智能设计知识是指通过自组织方式得到的设计结果，智能设计知识的适用性进行判定的标准是：是否满足约束条件，是否达到设计指标要求；

(4)服务器端将关联知识和智能设计知识送至客户端，客户端对智能设计知识的适用性进行判定，若智能设计知识被采用，将智能设计知识作为设计结果在客户端进行展示，同时将设计结果存入服务器端的知识库中作为相关产品的设计案例；若智能设计知识未被采用，客户端将拒绝信息发送给服务器端，服务器端剔除该条关联规则。

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