CN112163248A - 一种基于规则的工艺过程资源环境负荷数据规范化方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于计算机辅助设计领域，具体涉及一种基于规则的工艺过程资源环境负荷数据规范化方法，包括：(1)定义规则；(2)获取工艺过程的资源环境负荷数据条目，构建其数据属性实例；(3)构建该资源环境负荷数据的规范化属性实例；(4)设计规则计算单元，构建规则链，对待处理的资源环境负荷数据属性实例进行规范化计算，得到规范化的资源环境负荷数据。本发明提供的一种基于规则的工艺过程资源环境负荷数据规范化方法能有效解决由工艺类别多、工艺过程及其要素差异大、资源环境负荷数据构成多样、数据属性复杂且各异导致的资源环境负荷数据描述不规范问题，有助于实现工艺过程资源环境负荷数据的有效组织与管理、保障数据质量，为建设统一、规范、高数据质量的资源环境负荷数据库提供支撑。

Description

一种基于规则的工艺过程资源环境负荷数据规范化方法

技术领域

本发明属于计算机辅助设计与制造领域，具体涉及一种工艺过程的结构化表征方法。

背景技术

在制造过程绿色化，智能化发展的趋势下，对工艺过程资源环境负荷数据进行集成是实现工艺过程实时管控，增强工艺过程管理的绿色性、智能性、主动性、预见性的有效手段。其中工艺过程资源环境负荷数据是指工艺过程中消耗的资源、能源和其向环境排放的废弃物(包括气态、固态和液态)的数量，以及会对操作者产生职业安全影响的相关指标(如噪声、热辐射和电磁辐射等)的数值。然而，由工艺类别多、工艺过程及其要素差异大、属性多样且各异，使得资源环境负荷数据存在多源异构、类型复杂、描述定义不统一、以及缺乏规范性约束等信息质量问题。

在工艺过程资源环境负荷数据规范化集成方面，目前的研究更多偏向基于语义一致性的集成理论方面，但现有研究对资源环境负荷数据配置的灵活度不够，无法满足资源环境负荷数据动态变化需求，不利于工业大数据时代的海量数据信息的高效转换、存储和分析计算。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于规则的工艺过程资源环境负荷数据规范化方法，解决了由工艺类别多、工艺过程及其要素差异大、资源环境负荷数据构成多样、数据属性复杂且各异导致的资源环境负荷数据描述不规范问题，有助于实现工艺过程资源环境负荷数据的有效组织与管理、保障数据质量，为建设统一、规范、高数据质量的资源环境负荷数据库提供支撑。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于规则的工艺过程资源环境负荷数据规范化方法，所述方法具体为：

步骤1：构建一个四元组，定义为规则，并表示为：

Rule_i＝{RuleCategory,RuleId,RuleName,RuleValue}，

RuleCategory∈{Fea,Cal,Indentif}

式中，Rulei表示规则i，RuleCategory为规则所属域，规则所属域有特性域、计算域、标识域三类，Fea代表特性域，Cal代表计算域，Indentif代表标识域， RuleId为规则号，其值是唯一的，RuleName为规则名称，RuleValue为规则值；

如图2所示，特性域规则描述对属性的操作控制约束，包括：可变性、时序性、实时性、可写性，例如某些属性值是不能被改写的，例如CO2作为工艺过程的物料和作为工艺过程的排放废气其材料说明属于固化的静态属性值，该类原生数据的更改操作应该作失效处理；

计算域规则描述属性有关数值计算方面的约束，包括：数据类型、数据单位、数据缺省值、空值、最大取值以及最小取值，例如某些属性值不符合要求，例如转速值超出了规定的取值区间范围、或数据类型不符合指定要求；

标识域规则描述属性的静态信息，包括：主键、名称、描述以及注释例如某些属性值表达不规范，例如关于“主轴转速”存在“加工主轴转速”、“设备主轴转速”等多种语义指向相同，但表达相异的不规范问题。

步骤2：构建待处理的工艺过程资源环境负荷数据属性实例，具体包括：

2-1：选定待处理的工艺过程资源环境负荷数据，获取该条数据的值、数据含义和属性信息，并记为：

Data＝{DataValue,DataDescription,<Attribute_Raw|AttributeValue>}

式中，Data表示待处理的工艺过程资源环境负荷数据，DataValue表示该条数据的值，DataDescription表示数据的含义，<Attribute_Raw|AttributeValue>表示数据的属性信息及其值，Attributr_Raw表示属性字段的集合，AttributeValue 表示属性值的集合；

2-2：用规则对Attribute_Raw进行描述，表示为：

Attribute_Raw＝{Rule_j,...,Rule_k}

2-3：依据AttributeValue对规则j到规则k赋值，即对规则中的RuleValue 赋值，生成待处理的工艺过程资源环境负荷数据属性实例，记为：

AttributeCase_Raw＝{DataValue,<Rule_j|Value_j>,...,<Rule_k|Value_k〉}

式中，<Rule_j|Value_j>表示赋予了值的规则；

步骤3：构建数据的规范化属性实例，具体包括：

3-1：根据DataDescription明确数据属性的规范化要求，即明确需要规范化的规则和值就是指对步骤2中的构建的待处理的工艺过程资源环境负荷数据属性实例中的赋予了值的规则。

3-2：用规则对数据的规范化属性字段进行描述，表示为：

式中，Attribute_Std表示数据的规范化属性，

表示由特性域规则进行描述的特性域属性，由规则m到规则n构成，

表示由计算域规则进行描述的计算域属性，由规则u到规则v构成，

表示由标识域规则进行描述的标识域属性，由规则x到规则y构成；

3-3：依据属性字段的规范值对Attribute_Std中的所有规则赋值，即对规则中的RuleValue赋值，构建数据的规范化属性实例，记为：

步骤4：待处理的工艺过程资源环境负荷数据规范化计算过程，具体包括：

4-1构建规则计算单元，并表示为：

RuleChainUnit_a

＝{RulueChainUnitName,<Rule_p|Value_p>,〈Rule_q|Value_q>,Statement,Function,Output}

式中，RuleChainUnitName表示规则单元的名称，<Rule_p|Value_p>表示AttributeCase_Raw中的任意一组待规范化的规则键值对，<Rule_q|Value_q>表示AttributeCase_Std中的任意一组规范化的规则键值对，Statement为条件判断语句来判断规则键值对中规则同规则单元名称的逻辑关系，Function是根据已知规范化的规则设计的一种计算函数来对规则键值对的值进行规范化处理，Output 表示经过规则计算单元后输出的规范化数据。

4-2构建规则链，并表示为：

RuleChain＝{RuleChainUnit₁,RuleChainUnit₂,...,RuleChainUnit_n}

式中，RuleChainUnit_a a＝1,2,…,n为步骤4-1中所定义的规则单元，规则链是由AttributeCase_Std中的规则对应名称的规则计算单元组成。

4-3规范化计算

如图3所示，选取AttributeCase_Raw和AttributeCase_Raw按规则键值对进行拆分形成待规范化的规则键值对和规范化的规则键值对两大类，将这两大类规则键值对作为规则链的输入。根据规则计算单元中Statement语句判断规则键值对主键是否同规则单元名称相同，如果比较结果为YES表示该规则键值对是在此规则单元进行计算，通过Function计算函数对规则键值对的值进行规则化后输出规范化数据Output；如果比较结果为NO表示该规则键值对需要在其他的规则单元中运算。

通过遍历所有规范化的规则键值对来对待规范化的键值对进行规范计算，形成规范化的工艺资源环境负荷数据。

本发明的有益效果在于：依据本发明提出工艺过程资源环境负荷数据规范化方法，能够实现对现有研究对资源环境负荷数据配置的灵活度不够，无法满足资源环境负荷数据动态变化需求，不利于工业大数据时代的海量数据信息的高效转换、存储和分析计算。本发明提出一种基于规则的工艺过程资源环境负荷数据规范化方法，研究了规则化建模方法实现对异构数据属性的规范化表达，为资源环境负荷数据的统一表征、高效存储与检索、以及信息互联互通提供基础支撑。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

图1为本发明公开的一种基于规则的工艺过程资源环境负荷数据规范化方法的流程图

图2为工艺过程资源环境负荷数据规范化表达图

图3为规则链规则计算单元处理逻辑图

具体实施方式

下面将对本发明的具体实施方式进行详细的描述：

如图1所示，本发明的一种基于规则的工艺信息规范化方法，包括如下步骤：

步骤1：构建一个四元组，定义为规则，并表示为：

Rule_i＝{RuleCategory,RuleId,RuleName,RuleValue}，

RuleCategory∈{Fea,Cal,Indentif}

式中，Rulei表示规则i，RuleCategory为规则所属域，规则所属域有特性域计算域、标识域三类，Fea代表特性域、Cal代表计算域、Indentif代表标识域， RuleId为规则号，其值是唯一的，RuleName为规则名称，RuleValue为规则值；

如图2，从特性、标识、计算三个方面对工艺过程资源环境负荷数据属性特征进行分类，定义工艺过程资源环境负荷数据属性规则。工艺过程资源环境负荷数据属性种类繁多且描述不一，对工艺过程资源环境负荷数据属性进行规范化表征是多源异构的工艺过程资源环境负荷数据实现有效集成和互联互通的切入点，通过分析工艺过程资源环境负荷数据集成的需求和特点，借鉴面向对象思想在多源复杂信息表征上表现出强大的泛化、组织、封装、仿真和扩展能力，基于此进行扩展设计和定义，对资源环境负荷数据进行规范化建模，从特性类、计算类以及标识类等三个维度的规则对资源环境负荷数据进行规范约束,其中特性域规则描述对属性的操作控制约束，包括：可变性、时序性、实时性、可写性；计算域规则描述属性有关数值计算方面的约束，包括：数据类型、数据单位、数据缺省值、空值、最大取值以及最小取值；标识域规则描述属性的静态信息，包括：主键、名称、描述以及注释。进而为工艺过程资源环境负荷数据规范化和统一描述提供有效支撑。

步骤2：构建待处理的工艺过程资源环境负荷数据属性实例，具体包括：

2-1：选定待处理的工艺过程资源环境负荷数据，获取该条数据的值、数据含义和属性信息，并记为：

Data＝{DataValue,DataDescription,<Attribute_Raw|AttributeValue>}

式中，Data表示待处理的工艺过程资源环境负荷数据，DataValue表示该条数据的值，DataDescription表示数据的含义，<Attribute_Raw|AttributeValue>表示数据的属性信息及其值，Attribute_Raw表示属性字段的集合，AttributeValue 表示属性值的集合；

2-2：用规则对Attribute_Raw进行描述，表示为：

Attribute_Raw＝{Rule_j,...,Rule_k}

2-3：依据AttributeValue对规则j到规则k赋值，即对规则中的RuleValue 赋值，生成待处理的工艺过程资源环境负荷数据属性实例，记为：

AttributeCase_Raw＝{DataValue,<Rule_j|Value_j>,...,<Rule_k|Value_k>}

式中，<Rule_j|Value_j>表示赋予了值的规则。

步骤3：构建数据的规范化属性实例，具体包括：

3-1：根据DataDescription明确数据属性的规范化要求，即明确需要规范化的规则和值就是指对步骤2中的构建的待处理的工艺过程资源环境负荷数据属性实例中的赋予了值的规则。

3-2：用规则对数据的规范化属性字段进行描述，表示为：

式中，Attribute_Std表示数据的规范化属性，

表示由特性域规则进行描述的特性域属性，由规则m到规则n构成，

表示由计算域规则进行描述的计算域属性，由规则u到规则v构成，

表示由标识域规则进行描述的标识域属性，由规则x到规则y构成；

3-3：依据属性字段的规范值对Attribute_Std中的所有规则赋值，即对规则中的RuleValue赋值，构建数据的规范化属性实例，记为：

步骤4：待处理的工艺过程资源环境负荷数据规范化计算过程，具体包括：

4-1构建规则计算单元，并表示为：

RuleChainUnit_a

＝{RuleChainUnitName,<Rule_p|Value_p>,<Rule_q|Value_q>,Statement,Function,Output}

式中，RuleChainUnitName表示规则单元的名称，<Rule_p|Value_p>表示AttributeCase_Raw中的任意一组待规范化的规则键值对，<Rule_q|Value_q>表示AttributeCase_Std中的任意一组规范化的规则键值对，Statement为条件判断语句来判断规则键值对中规则同规则单元名称的逻辑关系，Function是根据已知规范化的规则设计的一种计算函数来对规则键值对的值进行规范化处理，Output

表示经过规则计算单元后输出的规范化数据。

4-2构建规则链，并表示为：

RuleChain＝{RuleChainUnit₁,RuleChainUnit₂,...,RuleChainUnit_n}

式中，RuleChainUnit_a a＝1,2,…,n为步骤4-1中所定义的规则单元，规则链是由AttributeCase_Std中的规则对应名称的规则计算单元组成。

4-3规范化计算

如图3所示，选取AttributeCase_Raw和AttributeCase_Raw按规则键值对进行拆分形成待规范化的规则键值对和规范化的规则键值对两大类，将这两大类规则键值对作为规则链的输入。根据规则计算单元中Statement语句判断规则键值对主键是否同规则单元名称相同，如果比较结果为YES表示该规则键值对是在此规则单元进行计算，通过Function计算函数对规则键值对的值进行规则化后输出规范化数据Output；如果比较结果为NO表示该规则键值对需要在其他的规则单元中运算。

通过遍历所有规范化的规则键值对来对待规范化的键值对进行规范计算，形成规范化的工艺资源环境负荷数据。

实施例：

假设获取到一条机加工艺过程中的资源环境负荷数据，为：“转速：2000r/s，数据来源：现场采集”，而在资源环境负荷数据库中，这条数据对应的规范化属性包括：“数据描述、单位、数据来源、数据置信度”，因此该条数据的规范化描述应为：“数据描述：主轴转速；单位r/min；数据来源：实测数据；数据置信度： 1”。所以该条目数据存在语义描述不规范、数据单位不一致、数据属性缺失问题。下面结合本发明提供的方法对这条数据进行规范化，其过程如下。

(1)获取数据条目构建其数据属性实例，获取“现场采集转速2000r/s”这条数据，得到该条数据的值：“2000”、数据含义：“转速”、属性信息：<采集方式|现场采集>和<单位|r/s>。对属性信息进行按规则描述：

Attribute_Raw＝{数据单位,数据含义,采集方式}

并对相应的规则赋值得到数据属性实例：

AttributeCase_Raw＝ {2000,<数据单位|r/s>,<数据含义|转速>,<采集方式|现场采集>}

(2)根据数据含义构建该条数据的规范化属性实例，首先根据数据含义明确需要规范化的字段如下

Attribute_Std＝{数据值,数据单位,数据含义,采集方式，置信度}

依据属性字段的规范值对Attribute_Std中的所有规则赋值，形成

AttributeCase_Std＝{<数据值|0.00>,<数据单位|r/min>,<数据含义|主轴转速>,<采集方式|实测>,<置信度|1>

(3)根据规范化属性实例中的规则字段进行规则链的生成。选取名为数据值，数据单位，数据含义，采集方式和置信度的规则单位串联形成规则链。将上述数据属性实例和对应的规范化属性实例输入到规则链中进行规范化计算。将数据属性实例和规范化属性实例按规则键值对进行拆分形成待处理的规则键值对和规范化的规则键值对两大类。假设第一个规则计算单元为数据含义规则计算单元，通过Statement条件判断语句来判断规则单元的名称“数据含义”同规则键值对的规则是否相同来确定该规则键值对是否在此计算单元中进行规范化计算，如果比较结果为YES，就通过Function计算函数对待规范化的值“转速”和规范化的值“主轴转速”进行赋值操作后输出规范化数据Output＝{<数据含义|主轴转速>}；如果比较结果为NO表示该规则键值对需要在其他的规则单元中运算。

通过遍历所有规范化的规则键值对来对待规范化的键值对进行规范计算，形成规范化的工艺资源环境负荷数据。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (1)

1.一种基于规则的工艺过程资源环境负荷数据规范化方法，其特征在于，包括：

步骤1：构建一个四元组，定义为规则，并表示为：

Rule_i＝{RuleCategory，RuleId，RuleName，RuleValue}，

RuleCategory∈{Fea，Cal，Indentif}

式中，Rule_i表示规则i，RuleCategory为规则所属域，规则所属域有特性域计算域、标识域三类，Fea代表特性域、Cal代表计算域、Indentif代表标识域，RuleId为规则号，其值是唯一的，RuleName为规则名称，RuleValue为规则值；

步骤2：构建待处理的工艺过程资源环境负荷数据属性实例，具体包括：

2-1：选定待处理的工艺过程资源环境负荷数据，获取该条数据的值、数据含义和属性信息，并记为：

Data＝{DataValue，DataDescription，<Attribute_Raw|AttributeValue>}

式中，Data表示待处理的工艺过程资源环境负荷数据，DataValue表示该条数据的值，DataDescription表示数据的含义，<Attribute_Raw|AttributeValue>表示数据的属性信息及其值，Attribute_Raw表示属性字段的集合，AttributeValue表示属性值的集合；

2-2：用规则对Attribute_Raw进行描述，表示为：

Attribute_Raw＝{Rule_j，...，Rule_k}

2-3：依据AttributeValue对规则j到规则k赋值，即对规则中的RuleValue赋值，生成待处理的工艺过程资源环境负荷数据属性实例，记为：

AttributeCase_Raw＝{DataValue，<Rule_j|Value_j>，...，<Rule_k|Value_k>}

式中，<Rule_j|Value_j>表示赋予了值的规则；

步骤3：构建数据的规范化属性实例，具体包括：

3-1：根据DataDescription明确数据属性的规范化要求，即明确规范化属性的字段和值；

3-2：用规则对数据的规范化属性字段进行描述，表示为：

式中，Attribute_Std表示数据的规范化属性，

表示由特性域规则进行描述的特性域属性，由规则m到规则n构成，

表示由计算域规则进行描述的计算域属性，由规则u到规则v构成，

表示由标识域规则进行描述的标识域属性，由规则x到规则y构成；

3-3：依据属性字段的规范值对Attribute_Std中的所有规则赋值，即对规则中的RuleValue赋值，构建数据的规范化属性实例，记为：

步骤4：待处理的工艺过程资源环境负荷数据规范化计算过程，具体包括：

4-1构建规则计算单元，并表示为：

RuleChainUnit_a＝{RuleChainUnitName，<Rule_p|Value_p>，<Rule_q|Value_q>，Statement，Function，Output}

式中，RuleChainUnitName表示规则单元的名称，<Rule_p|Value_p>表示AttributeCase_Raw中的任意一组待规范化的规则键值对，<Rule_q|Value_q>表示AttributeCase_Std中的任意一组规范化的规则键值对，Statement为条件判断语句来判断规则键值对中规则同规则单元名称的逻辑关系，Function为计算函数来对规则键值对的值进行规范化处理，Output表示经过规则计算单元后输出的规范化数据；

4-2构建规则链，并表示为：

RuleChain＝{RuleChainUnit₁，RuleChainUnit₂，...，RuleChainUnit_n}

式中，RuleChainUnit_a a＝1，2，…，n为步骤4-1中所定义的规则单元；

4-3规范化计算

将AttributeCase_Raw和AttributeCase_std作为规则链的输入；根据规则计算单元中Statement语句判断规则键值对主键是否同规则单元名称相同，如果比较结果为YES表示该规则键值对是在此规则单元进行计算，通过Function计算函数对规则键值对的值进行规则化后输出规范化数据Output；如果比较结果为NO表示该规则键值对需要在其他的规则单元中运算；

通过遍历所有规范化的规则键值对来对待规范化的键值对进行规范计算，形成规范化的工艺资源环境负荷数据。

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