CN108647395A - 一种面向复杂产品设计过程的设计本体的构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种面向复杂产品设计过程的设计本体的构建方法,包括以下步骤:1)针对产品设计任务构建设计本体的多个核心领域本体;2)对核心领域本体的逻辑关系进行定义;3)利用OWL语言对被定义的逻辑关系进行描述,建立复杂产品设计过程的设计本体。本发明方法面向复杂产品设计过程的设计本体的构建方法解决复杂产品设计过程中各核心领域本体的关联性构建问题,让与产品设计任务相关的核心领域本体与设计过程融合起来,使设计人员清楚设计任务的关联要素,提高复杂产品的设计效率。
Description
技术领域
本发明涉及本体构建技术领域。更具体地,涉及一种面向复杂产品设计过程的设计本体的构建方法。
背景技术
复杂产品的设计过程可以从不同的维度进行分解,每个维度下的元素可以贯穿整个设计过程,并且不同维度下的元素间具有一定的关联性,元素间的关联性使得整个产品设计过程中涵盖的不同专业、任务、产品、模型的设计本体构建成为了可能。
复杂产品的设计过程需要不同的软件工具辅助,尤其在信息化与工业化深度融合下,计算机辅助软件和信息系统在设计过程中占据越来越重要的位置;在计算机辅助设计越来越成熟的背景下,以及虚拟样机理论的不断成熟,各个产品设计过程中产生的模型,贯穿了整个设计过程,让模型与物理实体的映射更加紧密;复杂产品的设计研发工作是一项知识密集型活,涉及不同学科、专业的知识以不同的载体、不同的方式展现。复杂产品研发过程中设计师往往通过查阅各种设计手册和参考设计案例的方式开展设计工作,手动查找效率低,重复性工作大,过度依靠设计师的主观思维。查找的设计知识碎片化,与设计过程和设计人员相脱离。如何让设计师需要的知识在合适的时间、合适的地方出现,免除设计师翻阅查找各种设计手册和设计案例,将极大地提高设计效率,也是设计过程智能化的一个重要体现。
复杂产品的设计过程中的设计本体是进行知识推送进而达到智能设计的重要方法。因此,需要提供一种面向复杂产品设计过程的设计本体的构建方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种面向复杂产品设计过程的设计本体的构建方法,解决复杂产品设计过程所涉及的产品、任务、专业、模型等关联性构建的问题。
为达到上述目的,本发明采用下述技术方案:
本发明提供了一种面向复杂产品设计过程的设计本体的构建方法,包括以下步骤:
1)针对产品设计任务构建设计本体的多个核心领域本体;
2)对核心领域本体的逻辑关系进行定义;
3)利用OWL语言对被定义的逻辑关系进行描述,建立复杂产品设计过程的设计本体。
进一步,所述设计本体的多个核心领域本体包括产品本体、任务本体、专业本体、模型本体、软件环境本体和数据本体。
进一步,所述产品本体包括如下子类中的至少一个:系统、分系统、设备、部件、组件和零件;
所述任务本体包括如下子类中的至少一个:方案选择、产品定义、评价判据、优化设计和仿真验证;
所述专业本体包括如下子类中的至少一个:气动专业、结构设计专业、电气设计专业和动力学;
所述模型本体包括如下子类中的至少一个:功能模型、性能模型和构造模型;
所述软件环境本体包括如下子类中的至少一个:平台软件、系统软件和工具软件;
所述数据本体包括如下子类中的至少一个:参数、文件和知识。
进一步,所述逻辑关系包括各核心领域本体内的继承关系和各核心领域本体间的关联关系;
其中,所述各核心领域本体内的继承关系被定义为包括:各核心领域本体与核心领域本体的子类的关系以及各子类与子类的元素的关系,如“产品本体”与“零件”的关系,“零件”与“零件的元素”间的关系;本发明所述零件的元素针对不同的复杂产品有所区别,例如当针对某型号导弹舱段结构设计的设计任务时,所述零件的元素可对应为螺钉、螺母、扭簧、销钉等元素。
所述各核心领域本体间的关联关系被定义为:
(1)产品本体与任务本体间的拥有/属于的关系:每个产品本体拥有一个或者多个任务本体;
(2)任务本体与专业本体间的需要/被需要的关系:每个任务本体需要一个或者多个专业本体支撑;
(3)专业本体与模型本体间的产生/产生于的关系:每个专业本体产生本专业的一个或者多个模型本体;
(4)模型本体与软件环境本体间的需要/被需要的关系:每个模型本体需要软件环境本体支撑;
(5)模型本体与数据本体间的参考/约束的关系:每个模型本体参考一些数据本体。
本发明的有益效果如下:
本发明面向复杂产品设计过程,针对产品设计任务构建设计本体的核心领域本体:产品本体、任务本体、专业本体、模型本体、软件环境本体和数据本体并对定义各核心领域本体的逻辑关系,解决复杂产品设计过程中上述核心领域本体的关联性构建问题,让与产品设计任务相关的核心领域本体与设计过程融合起来,使设计人员清楚设计任务的关联要素,提高复杂产品的设计效率。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明实施例提供的面向复杂产品设计任务的设计本体的构建方法的流程图。
图2示出设计本体的核心领域本体以及本体的子类和不同本体间的关联关系。
图3示出以某型号导弹舱段结构设计为例,展示了面向复杂产品设计过程的设计本体构建方法。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明,下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解,下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的,不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示,本发明的一个实施例提供了一种面向复杂产品设计任务的设计本体的构建方法,包括以下步骤:
1)针对产品设计任务构建设计本体的多个核心领域本体,如图2所示;
设计本体的多个核心领域本体包括产品本体、任务本体、专业本体、模型本体、软件环境本体和数据本体。
对于产品本体,复杂产品的设计工作往往是针对整个产品(系统)的不同部分(分系统)采用并行工作、协同设计的方式进行,将产品的总体设计指标进行分解,确定各分系统间的约束、接口关系,产品的各分系统获取指标后开展设计工作;产品本体按照产品设计任务分为如下子类:系统、分系统、设备、部件、组件和零件。
对于任务本体,在开展不同层级的产品设计任务时可分解为不同的任务本体,所述任务本体分为如下子类:方案选择、产品定义、评价判据、优化设计和仿真验证。
对于专业本体,在产品设计任务中需要不同的专业来支撑,复杂产品的设计过程会涉及多个学科专业,具体学科的构建需要根据具体产品的需求设置专业本体,专业本体包括如下子类:气动专业、结构设计专业、电气设计专业、动力学等。
对于模型本体,在产品设计任务中需要一个或多个专业的模型产生,模型是产品的虚拟化、数字化表示,模型本体分为如下子类:功能模型、性能模型和构造模型。
对于软件环境本体,在产品设计任务中为生成某个专业的模型需要软件环境来支撑,软件环境本体分为如下子类:平台软件、系统软件和工具软件。
对于数据本体,数据本体是整个设计的最核心的部分,在产品设计任务中为生成某个专业的模型需要参考一些数据,数据也会约束模型的生成,数据本体可以分为如下子类:参数、文件和知识。
在本实施例中,子类包含具体的元素,具体针对不同的复杂产品而定,例如产品本体下的子类零件包含螺钉、螺母、扭簧、销钉等元素。
2)对核心领域本体的逻辑关系进行定义;
逻辑关系包括各核心领域本体内的继承关系和核心领域本体间的关联关系;
其中,核心领域本体内的继承关系被定义为各核心领域本体与子类的关系以及子类与子类的元素的关系,如“零件”与“产品本体”的关系;
所述各核心领域本体间的关联关系被定义为:
(1)产品本体与任务本体间的拥有/属于的关系:每个产品本体拥有一个或者多个任务本体;
(2)任务本体与专业本体间的需要/被需要的关系:每个任务本体需要一个或者多个专业本体支撑;
(3)专业本体与模型本体间的产生/产生于的关系:每个专业本体产生本专业的一个或者多个模型本体;
(4)模型本体与软件环境本体间的需要/被需要的关系:每个模型本体需要一个或者多个软件环境本体支撑;
(5)模型本体与数据本体间的参考/约束的关系:每个模型本体参考一些数据本体。
3)利用OWL语言对被定义的逻辑关系进行描述,建立复杂产品设计过程的设计本体。
设计本体核心领域本体的逻辑关系用Web本体描述语言(Web OntologyLanguage,OWL)进行表示。OWL可以提供一种通用的处理web信息的内容的方法,可以由计算机应用程序读取。如,“零件(parts)”是“产品本体(products)”的一个子类。应用subClassOf表示类公理,描述两个概念之间的继承关系:
<owl:Class rdf:ID=”parts”>
<rdfs:subClassOf rdf:resource=”#products”>
</owl:Class>
如,两个本体间的对象关联属性:某一个“产品本体(products)”子类对应一项设计“任务本体(task)”,则:“包含设计任务(has-design-task)”的定义域是“产品本体(products)”,值域是“任务本体(task)”,用OWL表示为:
<owl:ObjectProperty rdf:ID=”has-design-task”>
<rdfs:domain rdf:resource=”#products”/>
<rdfs:rang rdf:resource=”#task”/>
</owl:ObjectProperty>
下面以某型号导弹舱段结构设计为例对本实施例提供的面向复杂产品设计任务的设计本体的构建方法作进一步地说明,如图3所示:
1、针对某型号导弹舱段结构设计的设计任务构建设计本体的核心领域本体;
根据实际航天飞行器产品型号建立产品本体。产品本体划分为:系统,分系统,设备,部件,组件和零件。其中,系统对应导弹总体元素;分系统对应气动、结构、控制、动力等元素;设备对应导引头、舵机、发动机等元素;部件对应舱段等元素;零件对应螺钉、螺母、扭簧、销钉等元素。本实例为产品本体下的部件子类下的舱段元素。
在开展不同层级的产品本体的设计过程中可分解为不同的任务,所述任务本体分为:方案选择,产品定义,评价判据,优化设计,仿真验证。本实例为任务本体下的产品定义子类下的外形尺寸设计元素。
复杂产品的设计会涉及多个学科专业,具体学科的构建需要根据具体产品的需求设置专业本体,如气动设计、结构设计、电气设计专业、动力学等。本实例需要专业本体下的结构设计子类。
在产品设计任务中会产生一个或多个专业的模型,模型是产品的虚拟化、数字化表示,模型本体分为功能模型、性能模型和构造模型。本实例在开展设备舱段结构设计的任务中,会产生舱段的模型,在模型本体下的构造模型子类包含舱段三维模型(长度、弹径、壁厚等几何尺寸参数)元素;性能模型子类包含力学特性、可制造性、可装配性等元素;功能模型子类包括承载、隔热、固定设备元素。
在产品设计任务中为生成某个专业的模型需要软件环境来支撑,软件环境本体分为平台软件、系统软件和工具软件。本实例需要软件环境本体下的平台软件子类的COSIM元素,系统软件子类的PRO/E、ANSYS元素,工具软件子类的材料力学计算程序元素。
数据本体是整个设计的最核心的部分,在产品设计任务中为生成某个专业的模型需要参考一些数据,数据反过来也会约束模型的产生,数据本体可以分为参数,文件和知识。本实例所述的数据本体包括设计前需要接受气动外形设计“参数”数据,该“参数”数据作为“输入”,对结构设计的轮廓空间产生“约束”;在设计过程中综合运用的“知识”数据,包括:工艺库、机械设计手册、导弹设计、工艺手册等元素,设计过程产生“文件”数据,包括“仿真数据文件”、“试验数据文件”和“产品定义文件”元素,分别保存在SDM、TDM和PDM中。
2、对核心领域本体的逻辑关系进行定义;
本实例中如产品本体下的子类某个关键部件包含优化设计的任务,需要结构设计专业参与,并在设计过程中会产生该部件的三维模型,而三维模型的构建需要PRO/E软件的支撑,并且该部件需要输入尺寸数据进行约束。
3、用OWL语言描述设计本体
利用OWL语言对被定义的逻辑关系进行描述,建立复杂产品设计过程的设计本体。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定,对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动,这里无法对所有的实施方式予以穷举,凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (6)
1.一种面向复杂产品设计过程的设计本体的构建方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)针对产品设计任务构建设计本体的多个核心领域本体;
2)对核心领域本体的逻辑关系进行定义;
3)利用OWL语言对被定义的逻辑关系进行描述,建立复杂产品设计过程的设计本体。
2.根据权利要求1所述的构建方法,其特征在于,所述设计本体的多个核心领域本体包括产品本体、任务本体、专业本体、模型本体、软件环境本体和数据本体。
3.根据权利要求2所述的构建方法,其特征在于,所述产品本体包括如下子类中的至少一个:系统、分系统、设备、部件、组件和零件;
所述任务本体包括如下子类中的至少一个:方案选择、产品定义、评价判据、优化设计和仿真验证;
所述专业本体包括如下子类中的至少一个:气动专业、结构设计专业、电气设计专业和动力学;
所述模型本体包括如下子类中的至少一个:功能模型、性能模型和构造模型;
所述软件环境本体包括如下子类中的至少一个:平台软件、系统软件和工具软件;
所述数据本体包括如下子类中的至少一个:参数、文件和知识。
4.根据权利要求2所述的构建方法,其特征在于,所述核心领域本体的逻辑关系包括:各核心领域本体内的继承关系和各核心领域本体间的关联关系。
5.根据权利要求4所述的构建方法,其特征在于,所述各核心领域本体内的继承关系被定义为包括:各核心领域本体与核心领域本体的子类的关系以及各子类与子类的元素的关系。
6.根据权利要求4所述的构建方法,其特征在于,所述各核心领域本体间的关联关系被定义为包括:
(1)产品本体与任务本体间的拥有/属于的关系;
(2)任务本体与专业本体间的需要/被需要的关系;
(3)专业本体与模型本体间的产生/产生于的关系;
(4)模型本体与软件环境本体间的需要/被需要的关系;
(5)模型本体与数据本体间的参考/约束的关系。
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