专利名称：一种基于本体的面向转子轴承系统协同设计方法
技术领域：
本发明属于机械领域，涉及一种复杂产品的协同设计方法，特别是一种 基于本体的面向复杂产品的转子轴承系统协同设计方法。
背景技术：
(l)随着计算机技术、通信技术的迅速发展，网络已经将不同地理 位置的机器，不同领域设计人员紧密地联系在一起。为了完成一个复杂的设计工作经 常需要不同领域的专家进行协作开发。计算机支持的协同工作(Computer Supported Collaborative Work, CSCW)正是在这种背景之下得到了广泛的发展。计算机支持的协同 设计(Computer Supported CollaborativeDesign， CSCD)是CSCW理论和技术在产品开发 过程中的有效应用，它以客户需求为目标，以所开发的产品为核心，组织不同专业领域的多 学科技术进行异地分布式协同设计，它可使分布式环境下不同主体都能同步或异步地参与 到产品的设计之中，从而大大提高了产品开发的质量和效率。 (2)知识库的实现主要涉及知识的表示、传递、推理和获取等方面，以实现问题求 解，满足用户的需求。本体是对概念化的显式说明，即把现实世界中的某个领域抽象成一组 概念，将领域中各种概念及相互关系显式地、形式化地表达出来，使得问题域中的概念与概 念、概念与对象、对象与对象之间的关系更加明确，从而大大减少对问题中概念和逻辑关系 可能造成的误解，以更好地实现知识的表达、存储、检索与共享。本体在知识库中的作用有 1)提供了一种结构化的表示领域知识的形式化方法；本体明确说明了领域概念，及概念之 间的关系，并且支持对领域规则的描述，是领域知识的形式化表示。 2)提高了知识的可重用性；本体提供了独立于应用的描述方法，使其可以在不同 系统之间重用，提高了知识重用的层次，这不但使开发人员减轻了工作负担，而且有效地促 进了来自不同领域的研究人员和组织间的交流。 3)支持将静态知识和操作知识进行分离；这样，相同操作方面的知识可以应用到 不同的领域中。 4)提高了知识的共享性。 方便了不同领域的系统开发人员和研究人员之间的沟通。本体也是人机在语义上 交互的最好的基础。
发明内容
本发明的目的是为转子轴承系统协同设计命题提供了有效地解决方 法，形成了一种基于本体的，面向复杂产品的，支持知识融合的既能辅助实现知识共享、重 用，又能协助异地设计主体协调分配设计知识的本体知识库映射。 —种基于本体的面向转子轴承系统协同设计方法，按照如下步骤(l)提取转子 轴承系统中现有数据，完成数据提取；(2)将所获取的数据进行本体表示，并完成对本体的 精炼，存入本体库中；(3)将步骤(1)中提取的数据进行分类，建立异构数据库，为本体库与 异构数据库建立映射模型，实现映射算法；(4)对步骤(3)中建立的异构数据库进行管理， 完成转子轴承系统的协同设计。 所述步骤(1)是指对转子轴承系统的设计资料、产品模型文档和数据、性能分析 数据、专家知识和设计经验进行提取。 所述步骤(2)所获取的数据是指数据库、计算程序、设计资料、设计经验、成功案例、人员、试验、客户信息。 所述步骤(3)按照如下步骤(a)数据分类，并将分类的数据按照相互关系存入 关系型数据库管理系统；(b)构建本体库时以数据表名称作为相关类的子类名，而数据表 中每一列的名称作为类的属性，每一列的数值类型和与属性对应的实例值的类型一致；(c) 对已建立的本体进行操作，与数据库管理系统进行连接，利用结构化查询语言对数据库中 数据表进行操作，实现本体库与知识库的映射；(d)映射算法的实现。 本发明的有益效果是为转子轴承系统协同设计命题提供了有效地解决方法，形 成了一种基于本体的，面向复杂产品的，支持知识融合的既能辅助实现知识共享、重用，又 能协助异地设计主体协调分配设计知识的本体知识库映射。
图1为本发明的整体实现流程图；图2为本体库与知识库映射算法流 程图；图3为异构数据库协同管理流程图；图4为协同设计知识库的主要功能图；图5为转 子轴承系统协同设计知识库的体系结构；图6为滑动轴承设计本体相关类及属性；图7为 本体库与知识库的映射模型。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步详细描述参见图1、2、3、4、5、6、 7，一种基于本体的面向转子轴承系统协同设计方法，按照如下步骤实现(l)提取现有数 据中的机械、控制、动力、电气、材料等方面知识信息；对机械、控制、动力、电气、材料等方面 的设计资料、产品模型文档和数据、性能分析数据、专家知识和设计经验等进行提取。在产 品协同开发过程中，设计人员根据自己的角色和承担的任务，按照一定的权限对产品设计 过程中的部分知识和数据进行操作。 (2)完成知识提取之后，将所获取的知识进行本体表示，并完成对本体的精炼，存 入本体库中；以转子轴承系统中的滑动轴承为例，说明本体表示、精炼存储的过程滑动轴 承设计的主要内容有(l)选择轴承形式；(2)选定润滑油及其参数计算；(3)选择轴承参 数；(4)静动特性参数计算；(5)参数校核。在参数校核满足要求之后，还需进行轴系动力 学设计，即稳定性计算、临界转速计算和不平衡响应计算。如果这三方面的计算都满足要 求，就可以进行转子、轴承和轴承座等零部件的图纸绘制。润滑油和静动特性参数计算可通 过对数据库中相应数据表插值获得，也可通过轴承性能计算程序计算得到。本文构建的设 计知识库用于支持转子轴承系统协同设计，对访问速度有一定要求，又加之专业轴承性能 计算程序对设计人员的要求较高，不利于一般设计人员的使用，因此本文对轴承性能数据 库的构建进行了研究。滑动轴承设计本体的相关类及属性见图6。滑动轴承的六个设计步 骤类都是类"滑动轴承设计"的子类，继承其属性，每个设计步骤类又根据需要分为"输入"、 "输出"、"计算"类，"输入"和"输出"类的属性包括相应的参数，"计算"类的属性主要是"调 用"，其实例为相应程序的存储地址，以便调用程序时能执行运算。 (3)对(1)中提取的数据进行分类，建立数据库，并采用Jena语义网框架为已构建 的本体库与知识库建立的映射模型，实现映射算法；1)数据分类，并将分类的数据按照相 互关系存入关系型数据库管理系统；2)构建本体库时以数据表名称作为相关类的子类名， 而数据表中每一列的名称作为类的属性，每一列的数值类型和与属性对应的实例值的类型一致。 3)对已建立的本体进行操作，与数据库管理系统进行连接，利用结构化查询语言 对数据库中数据表进行操作，实现本体库与知识库的映射。图7为本体库与知识库的映射
4模型。 4)映射算法的实现本体库与知识库的映射程序由面向对象的编程语言开发，需 要基于相应的关键程序包来实现对本体库和数据库的操作。这里主要使用Jena的本体 子系统和推理子系统的相关功能。这里用到Jena中两个重要的java类l)本体模型 0ntModel0ntModel对RDF模型进行了扩展，提供处理本体数据的功能。在使用语义网工具 包(本处用Jena软件包)处理本体时，首先建立一个本体模型，然后通过本体模型中定义 的方法操作模型。例如Jena通过model包中的ModelFactory类创建本体模型。下面为一 条创建本体模型的语句0ntModel ontModel = ModelFactory. createOntologyModel (); 该语句不含参数，应用默认设置创建一个本体模型，即使用0WL语言、基于内存，支持RDFS 推理。 本发明从本体表述语言(此处用了 0WL语言)文件获得本体，读取时调用 0ntoModel提供的Read方法。例如ontModel. read(" file:D:/rotor-bearing, owl"); 上述代码表示读取位于D盘根目录下的rotor-bearing, owl文件来建立本体模型。
2)接口 OntClass这个接口中定义了本体中与类相关的操作，通过OntModel中的 listClasses()可以返回模型中所有类组成的迭代器，然后调用0ntClass的各种方法进行 具体操作。 JDBC是用于执行SQL语句的Java应用程序接口 ，可为多种关系数据库提供统一访 问接口 ，它由一组用Java语言编写的类和接口组成。JDBC为数据库开发人员提供了 一个标 准的应用程序接口，本发明利用它来实现对数据库中数据表的操作。 (4)对以上中建立的异构数据库进行管理，成功支持转子轴承系统的协同设计；
转子轴承系统本体库为实现系统仿真数据和试验数据的协同处理提供了统一的接口，通过
本体语义推理机(Jena)可实现对异构数据库的协同管理、查询和操作。 在转子轴承系统设计过程中，承担某一角色的系统用户访问动态网页发出请求，
通过应用程序接口将用户请求发送至Web服务器。服务器上的应用程序进行逻辑判断，对
用户请求进行识别，得出访问对象。基于本体语义推理机(Jena)将识别结果与转子轴承系 统本体库中相应本体进行匹配，获得仿真数据或试验数据本体相关的类和属性。然后通过
接口对相应数据库进行连接和访问，不同异构数据库的连接和访问方式也不同，获得数据 库中所需数据后又通过接口和应用程序接口返回给用户。这里转子轴承系统本体库相当于 一个接口 ，捕获了异构数据库的数据结构和关键信息，用户可通过本体语义推理机(Jena) 对本体进行操作，访问对本体实例化的异构数据库中的数据，从而实现异构数据库的协同管理。 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定
本发明的具体实施方式
仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱 离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所
提交的权利要求书确定专利保护范围。
权利要求
一种基于本体的面向转子轴承系统协同设计方法，其特征在于，按照如下步骤(1)提取转子轴承系统中现有数据，完成数据提取；(2)将所获取的数据进行本体表示，并完成对本体的精炼，存入本体库中；(3)将步骤(1)中提取的数据进行分类，建立异构数据库，为本体库与异构数据库建立映射模型，实现映射算法；(4)对步骤(3)中建立的异构数据库进行管理，完成转子轴承系统的协同设计。
2. 如权利要求1所述一种基于本体的面向转子轴承系统协同设计方法，其特征在于 所述步骤(1)是指对转子轴承系统的设计资料、产品模型文档和数据、性能分析数据、专家 知识和设计经验进行提取。
3. 如权利要求1所述一种基于本体的面向转子轴承系统协同设计方法，其特征在于 所述步骤(2)所获取的数据是指数据库、计算程序、设计资料、设计经验、成功案例、人员、 试验、客户信息。
4. 如权利要求1所述一种基于本体的面向转子轴承系统协同设计方法，其特征在于， 所述步骤(3)按照如下步骤(a) 数据分类，并将分类的数据按照相互关系存入关系型数据库管理系统；(b) 构建本体库时以数据表名称作为相关类的子类名，而数据表中每一列的名称作为 类的属性，每一列的数值类型和与属性对应的实例值的类型一致；(c) 对已建立的本体进行操作，与数据库管理系统进行连接，利用结构化查询语言对数 据库中数据表进行操作，实现本体库与知识库的映射；(d) 映射算法的实现。
全文摘要
本发明公开了一种基于本体的面向转子轴承系统协同设计方法，按照如下步骤(1)提取转子轴承系统中现有数据，完成数据提取；(2)将所获取的数据进行本体表示，并完成对本体的精炼，存入本体库中；(3)将步骤(1)中提取的数据进行分类，建立异构数据库，为本体库与异构数据库建立映射模型，实现映射算法；(4)对步骤(3)中建立的异构数据库进行管理，完成转子轴承系统的协同设计。本发明的有益效果是为转子轴承系统协同设计命题提供了有效地解决方法，形成了一种基于本体的，面向复杂产品的，支持知识融合的既能辅助实现知识共享、重用，又能协助异地设计主体协调分配设计知识的本体知识库映射。
文档编号G06F17/50GK101794341SQ201010144308
公开日2010年8月4日 申请日期2010年4月12日 优先权日2010年4月12日
发明者席文奎, 袁小阳, 韩勇 申请人:西安交通大学