基于本体的产品再设计知识建模与重用方法

叶工业控制计算机曳圆园员愿年第猿员卷第远期133

基于本体的产品再设计知识建模与重用方法

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李

聪

樊蓓蓓渊上海大学机电工程与自动化学院袁上海圆园园园苑圆冤

摘要院产品再设计很大程度上取决于对数据库中现有的设计知识的重用遥提出了一种基于本体的知识重用建模方法和重用策略遥根据产品再设计过程的本质和知识重用的特点袁将产品再设计分为了两种基本类型院结构再设计和参数化再设计遥基于知识的本体模型中描述了概念节点和其链接知识之间的关系袁避免了知识检索中不相关的知识项袁提高了知识重用的精度和效率遥最后通过汽车散热器的再设计验证了所提方法的有效性遥

关键词院产品再设计袁知识重用袁本体袁知识建模

粤遭泽贼则葬糟贼押陨灶贼澡蚤泽责葬责藻则熏葬灶燥灶贼燥造燥早赠遭葬泽藻凿噪灶燥憎造藻凿早藻则藻怎泽藻皂燥凿藻造蚤灶早皂藻贼澡燥凿葬灶凿则藻怎泽藻泽贼则葬贼藻早赠蚤泽责则燥责燥泽藻凿援粤糟糟燥则凿蚤灶早贼燥贼澡藻灶葬贼怎则藻燥枣责则燥凿怎糟贼则藻原凿藻泽蚤早灶责则燥糟藻泽泽葬灶凿贼澡藻糟澡葬则葬糟贼藻则蚤泽贼蚤糟泽燥枣噪灶燥憎造藻凿早藻则藻怎泽藻熏责则燥凿怎糟贼则藻凿藻泽蚤早灶蚤泽凿蚤增蚤凿藻凿蚤灶贼燥贼憎燥遭葬泽蚤糟贼赠责藻泽押则藻原凿藻泽蚤早灶燥枣泽贼则怎糟贼怎则藻葬灶凿则藻原凿藻泽蚤早灶燥枣责葬则葬皂藻贼藻则泽援栽澡藻噪灶燥憎造藻凿早藻原遭葬泽藻凿燥灶贼燥造燥早赠皂燥凿藻造凿藻泽糟则蚤遭藻泽贼澡藻则藻造葬鄄贼蚤燥灶泽澡蚤责遭藻贼憎藻藻灶贼澡藻糟燥灶糟藻责贼灶燥凿藻葬灶凿蚤贼泽造蚤灶噪噪灶燥憎造藻凿早藻熏葬增燥蚤凿泽怎灶则藻造葬贼藻凿噪灶燥憎造藻凿早藻蚤贼藻皂泽蚤灶噪灶燥憎造藻凿早藻则藻贼则蚤藻增葬造熏葬灶凿蚤皂鄄责则燥增藻泽贼澡藻葬糟糟怎则葬糟赠葬灶凿藻枣枣蚤糟蚤藻灶糟赠燥枣噪灶燥憎造藻凿早藻则藻怎泽藻援

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在产品的设计过程中袁有苑缘豫耀怨园豫的设计是重用原有设计或对其进行稍加修改遥现有设计知识的共享和重用有益于产品的新设计和再设计咱员原猿暂遥对于一个新的产品设计袁设计者需要花费大量时间来选择结构或是其参数袁而在设计重用过程中袁设计师需要更加关注于设计缺陷尧存在的问题以及客户对新产品设计的需求等遥产品得到重用设计过程是由许多迭代组成的袁对于每一次迭代及迭代所需设计知识是不同的袁因此袁本文研究了产品设计过程中知识重用的特点袁提出了一种更有效尧更高效的产品知识建模方法遥

本体渊燥灶贼燥造燥早赠冤是共享概念模型的形式化规范说明袁本体包含了概念模型尧共享尧明确化和形式化四层含义咱源暂遥本体提供了对领域知识的共同理解与描述袁可以有效地解决知识尧检索和推理等问题袁可以更好地用于知识共享和知识重用遥基于本体知识重用的研究很多袁悦澡葬灶等咱缘暂研究了专家系统知识库的知识获取和本体开发过程遥悦葬贼葬造葬灶燥等咱远暂提出了基于本体的方法袁将与特定形状相关的任务特定信息形式化袁陶俊龙等咱苑暂研究了本体概念及相关技术在机械产品智能设计中的应用遥方伟光等咱愿暂针对复杂产品设计的多学科性袁以领域本体为语义模型实现了雷达设计知识的结构化和维度化表示遥这些研究大多是关于在不同环境下的本体建模方法袁很少有关于产品再设计中基于知识建模和知识重用的研究遥

从产品设计知识的重用过程中可发现袁产品再设计通常涉及整个产品的某些部件尧零件尧材料或布局等袁由于问题的不同袁再设计相关知识也不同咱怨暂遥在再设计中袁与当前设计问题相关的知识可以直接找到并在需要时推给设计者袁相关知识包括了院可选择修改的子结构袁需要被修改的参数以及相关规则和设计公式遥基于以上考虑袁提出了再设计过程中的知识建模和知识重用方法遥

员方法与本体模型概述

该建模方法的思想是在再设计过程中袁从知识重用的需求出发来建立知识模型遥知识的组织是按照知识将被使用到的位置及其所涉及的子结构袁现有的再设计问题的本体模型可以被

看作是知识检索中的映射袁再设计迭代过程被视为本文的基本问题解决过程遥

图员知识建模和知识重用方法过程

图员显示了所提出的知识重用策略的总体过程遥本体建模技术支持当前再设计对象的本体模型袁并给出知识库中数据的表示和组织遥

本体模型包含产品的分解关系和构件的设计参数咱员园暂遥为了支持产品再设计袁需要建立相关领域的知识模型遥表示所有必要的概念和关系是知识重用的重要步骤袁产品再设计本体模型描述为一组类尧属性和约束遥

本体模型越喳类集体袁属性集合札

典型的类包括产品尧零件尧零件结构尧设计知识等袁属性包括了零件的结构参数尧产品与零件之间的关系尧零件与零件之间的关系尧问题与待调整参数之间的关系等袁简化的本体模型如图圆

134所示遥

基于本体的产品再设计知识建模与重用方法

证散热量和阻力要求的前提下袁需要对散热器进行再设计遥猿援圆知识建模与重用

图猿给出了散热器的分解关系和各部件的设计参数袁并且说明了与当前设计相关的概念和数据库中可能存在的子结构之间的联系遥在知识重用中袁如图猿所示袁本体结构可用于院淤寻找设计变量与设计规则相关知识曰于作为指导回溯知识地图袁指导结构再设计遥

在散热其设计时袁扁管横截面长蕴员尧横截面宽宰员袁波距棕和波纹带的波高匀匀等尺寸是影响总换热面积的主要因素袁考虑到散热器在汽车上的安装尺寸限制袁将散热器芯体的总宽宰与上述源个参数一起作为重新设计的决策参数遥

在保持原散热器的管排数及水管与波纹带排列方式不变的基础上袁对上述缘参数进行再设计遥再设计前后散热器的结构尺寸对比如表员所示袁原散热器的总面积为员愿援远远皂圆袁经再设计后散热器的总面积为员圆援愿源皂圆袁相比之下袁总换热面积减少了猿员援圆豫遥并且散热要求也能满足设计需求袁空气侧的流动阻力也在限定范围之内遥

表员

再设计前后散热器的对比

图圆产品再设计本体建模

圆不同类型再设计中的知识重用

在产品设计过程中袁一个产品或是产品一部分需要重新设计的可能有以下原因院淤在产品生命周期的重要阶段渊制造尧营销尧使用尧维修和回收冤出现了设计上的缺陷或问题曰于客户提出了新的要求或需求曰盂新材料或新技术的出现袁产品可以用更好的新材料或新技术遥

根据再设计的复杂性袁本文将再设计过程分为两类基本的再设计问题院参数再设计或结构再设计遥在参数再设计中袁设计对象渊产品或组件冤的结构相当固定遥再设计过程只需要更改设计变量袁这些设计变量由一组方程式尧规则或设计手册定义遥当在这种再设计迭代过程中时袁需要考虑三个问题院淤需要更改哪些设计参数以满足新产品的设计需求曰于具体有哪些参数需要进行重新计算曰盂涉及这些参数重新计算的设计公式尧设计规则和标准有哪些遥在结构再设计中袁由于新结构与旧结构明显不同袁情况会比参数再设计更加复杂遥因此结构再设计可以分成两类院一类是选择知识库中可用的新的不同子结构袁以适应新的设计需求曰第二类是重新设计一个新的结构来满足设计需求遥在第一种情况下袁我们可以找到现有的与子结构有关的情况袁并选择一个合适的满足设计需求遥在第二种情况下袁因为知识库中不存在类似结构袁再设计被看做是一项新的设计任务遥猿应用案例猿援员案例描述

本文对汽车散热器的再设计过程进行了研究袁提出了基于本体的知识建模和重用方法遥汽车散热器由进水室尧出水室及散热器芯三部分构成遥现有扬州通顺散热器厂某款散热器设计工况如下院散热量匝越猿猿园园园宰袁进风温度贼葬员越圆远援缘益袁进水温度贼憎员越愿远益袁水质量水量郧憎越员援缘噪早辕泽袁空气质量流量郧葬越园援远怨噪早辕泽遥由于目前铜尧铝等材料上涨幅度较大袁考虑生产厂家降低成本的要求袁在保

源结束语

本文提出的基于本体的知识建模和重用方法旨在提高设计过程中知识重用的效率袁本文主要贡献如下院

员冤通过对再设计过程知识进行重新组织和建模袁避免了不必要的知识项上的搜索时间曰

圆冤当参数再设计不能满足时袁本体模型可以作为一个再设计映射来指导回溯到另一个迭代再设计曰

猿冤参数化设计和结构设计都可以通过该方法得到支持遥

咱员暂哉造造皂葬灶阅郧援栽澡藻皂藻糟澡葬灶蚤糟葬造凿藻泽蚤早灶责则燥糟藻泽泽咱酝暂援北京院机械工咱圆暂张开兴袁杭晟煜袁赵秀艳袁等援面向设计重用的三维悦粤阅模型局部结咱猿暂颜端武袁魏雪艳袁赵飞援基于知识组件的产品设计知识重用方法研究咱源暂刘紫玉袁黄磊援基于领域本体模型的概念语义相似度计算研究咱允暂援铁咱缘暂悦援宰援悦澡葬灶熏再葬燥孕藻灶早熏蕴蚤灶蕴蚤悦澡藻灶援运灶燥憎造藻凿早藻葬糟择怎蚤泽蚤贼蚤燥灶

葬灶凿燥灶贼燥造燥早赠皂燥凿藻造造蚤灶早枣燥则糟燥灶泽贼则怎糟贼蚤燥灶燥枣葬糟燥灶贼则燥造葬灶凿皂燥灶蚤贼燥则蚤灶早藻曾责藻则贼泽赠泽贼藻皂眼允演援陨灶贼藻则灶葬贼蚤燥灶葬造允燥怎则灶葬造燥枣杂赠泽贼藻皂泽咱远暂悦葬贼葬造葬灶燥悦耘熏悦葬皂燥泽泽蚤耘熏云藻则则葬灶凿藻泽砸熏藻贼葬造援粤责则燥凿怎糟贼凿藻泽蚤早灶

燥灶贼燥造燥早赠枣燥则藻灶澡葬灶糟蚤灶早泽澡葬责藻责则燥糟藻泽泽蚤灶早蚤灶凿藻泽蚤早灶憎燥则噪枣造燥憎泽眼允演援允燥怎则灶葬造燥枣陨灶贼藻造造蚤早藻灶贼酝葬灶怎枣葬糟贼怎则蚤灶早熏圆园园怨熏圆园穴缘雪押缘缘猿原缘远苑现代制造工程袁圆园员缘渊员冤院员猿源原员猿怨

咱苑暂陶俊龙袁刘德仿袁王斌援本体在机械产品智能设计中的应用研究咱允暂援咱愿暂方伟光袁郭宇袁廖文和袁等援基于本体的复杂产品设计知识表示和标注咱怨暂张田会袁张发平袁阎艳袁等援基于本体和知识组件的夹具结构智能设计咱员园暂彭敏袁杨勤袁肖钦兰援基于产品再设计理论的家电产品模块化设计方

法咱允暂援现代机械袁圆园员源渊圆冤院源远原源愿

咱收稿日期院圆园员愿援圆援圆愿暂

咱允暂援计算机集成制造系统袁圆园员远袁圆圆渊缘冤院员员远缘原员员苑愿方法咱允暂援计算机集成制造系统袁圆园员远袁圆圆渊怨冤院圆园远猿原圆园苑员杂糟蚤藻灶糟藻熏圆园园圆熏猿猿穴远雪押源愿缘原缘园猿道学报袁圆园员员袁猿猿渊员冤院缘圆原缘苑

咱允暂援现代图书情报技术袁圆园员远袁猿圆渊缘冤院苑圆原苑怨

构检索方法咱允暂援农业机械学报袁圆园员苑袁源愿渊苑冤院源园缘原源员圆业出版社袁圆园员园

参考文献

图猿散热器本体知识模型