一种复杂产品设计的本体构建方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种本体构建方法，特别是一种面向复杂产品设计的本体构建方法。【背景技术】
[0002] 复杂产品设计是一项多层次、多阶段、分步骤的需要经过反复迭代，涉及行业标 准、设计公式、设计图片、设计经验取值、设计流程等多类型知识的复杂活动，包含大量设计 任务，需要多主体协同完成。复杂产品设计对设计人员的要求极高，同时对行业标准和以往 设计经验依赖较大。因此，对已有的产品设计、行业标准等通用类知识进行组织存储，发掘 专家头脑中的设计经验知识并将其表示出来，以便后续设计的共享与重用，将会对设计者 进行产品设计活动有很大的帮助。
[0003] "本体是概念化的明确的规范说明"其基本元素包括：概念、属性、关系、函数、公 理、实例。由于本体具有术语概念统一、语义关系表达明确等特点，近年来在产品设计知识 的表示、共享及重用中得到广泛应用，不仅能够形式化地定义产品设计领域知识，而且对产 品设计过程中产品功能、行为的语义关系等关键设计知识能充分表达，从而实现设计知识 的有效共孚。
[0004] 国内外已有的面向产品设计的本体构建方法可总结为：基于FBS功能-行为-结 构及其扩展或改进形式的表达、基于BDE模型的表达、基于产品设计生命周期的表达、以及 基于产品自身特点的表达四大类。其中，基于FBS模型的表达方法，由于其理论基础坚实， 能很好揭示产品设计中的内部关系而被广泛使用，也有许多学者根据描述对象自身特点对 FBS进行改进和扩充。然而，在实际应用中仍然存在知识表示不具有规范性，知识表达不充 分，理论构想与实际实现脱节，描述的知识无法为知识共享与重用提供有效的支持等不足。
【发明内容】
[0005] 本发明所解决的技术问题在于提供一种面向复杂产品设计的本体构建方法。
[0006] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种面向复杂产品设计的本体构建方法，步 骤如下：
[0007] 步骤1、确定本体面向的使用对象、构建分类、应用背景和实现功能这些要素及本 体中需要表达的知识；
[0008]步骤2、结合功能-行为-结构对复杂产品设计知识进行分类；
[0009]步骤3、利用顶层本体SUM0中的关系结合复杂广品特点自定义的相关关系，确定 本体中的数据属性和对象属性；
[0010]步骤4、基于FBS模型进行概念本体和设计本体的建模；
[0011]步骤5、利用prot6g6工具实现概念本体的构建，实现结构知识、实例知识在本体 中的表达；
[0012] 步骤6、利用prot6g6工具实现设计本体的构建，实现设计流程、设计经验、设计实 例在本体中的表达；
[0013] 步骤7、对复杂产品设计领域本体进行检验与评价，并根据结果对本体进行修正和 半 兀吾。
[0014] 本发明与现有技术相比，其显著优点为：（1)基于顶层本体SUM0实现语义框架确 定及基于FBS模型进行本体构建，使设计知识的表示更具有规范性；（2)充分分析复杂产品 设计流程及专家需求并提供丰富语义关系，能保证设计知识的充分表达；（3)充分结合已 有研究并在实际中探索并总结出方案，结果贴近实际；(4)完整的设计知识领域本体的构 建为设计知识的共享与重用提供有效的支持。
[0015] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
【附图说明】
[0016] 图1是本发明的基于FBS模型的面向复杂产品设计的本体构建和本体推理方法流 程图。
[0017] 图2是身管概念本体的建模图。
[0018]图3是身管设计本体的建模图。
[0019] 图4是身管父子类图。
[0020] 图5是身管属性图。
[0021] 图6是身管设计本体的类图。
[0022] 图7是身管设计本体的对象属性和数据属性图。
[0023] 图8是身管设计本体的属性图。
【具体实施方式】
[0024] 结合图1，本发明的一种面向复杂产品设计的本体构建方法，步骤如下：
[0025] 步骤1、确定本体面向的使用对象、构建分类、应用背景和实现功能这些要素及本 体中需要表达的知识；具体步骤如下：
[0026] 首先确定本体的需求用户为某特定复杂产品领域的设计人员，例如汽车设计人 员；其次确定本体的应用背景为某特定复杂产品领域，例如汽车设计领域。
[0027] 然后确定实现功能在本体中的体现为材料选择功能、子部件类型选择功能、设计 文本指导功能、设计流程参考功能和设计参数取值选择功能，其中材料选择功能具体是提 供产品所使用的各类材料信息；子部件类型选择功能具体是提供产品所使用各类子部件类 型；设计文本指导功能具体是提供设计中可参考文件，包括文档、图片、视频、公式；
[0028] 最后确定本体需要表达的知识为产品属性、特点、产品设计流程、设计规则、设计 实例。
[0029]步骤2、结合功能-行为-结构对复杂产品设计知识进行分类；具体步骤如下：
[0030] 步骤2-1、对复杂产品设计中的具体活动及涉及的知识进行分析，得到涉及产品的 材料、功用、设计标准、设计步骤、质量管理、具体应用背景知识；
[0031] 步骤2-2、利用FBS模型对步骤2-1得到的知识进行分类，所述FBS模型从功能、行 为、结构三方面进行分类，具体为：
[0032] 表1设计知识的分类
[0033]
[0034] 步骤3、利用顶层本体SUMO中的关系结合复杂广品特点自定义的相关关系，确定 本体中的数据属性和对象属性；
[0035] 步骤3-1、选取顶层本体SUM0来规范产品设计中的语义关系，并分析SUM0中概念 及关系的表述；
[0036] 步骤3-2、根据步骤3-1，结合复杂产品设计的要求，确定产品设计本体构中属性 的命名和定义，确定复杂产品设计本体的语义关系框架，所述语义关系框架指产品设计中 所存在的语义关系和逻辑关系；
[0037] 步骤3-3、根据步骤3-2中的命名规范及语义关系框架，最终确定复杂产品设 计中的对象属性，该对象属性包括等级关系和非等级关系。确定等级关系中的种属关系 subClassOf，整体部件关系hasPart和isPartOf，contains和properPart;确定非等级关 系包括物理位置关系、分类关系、材料属性关系、设计指导关系、过程关系。具体如表2所 示；
[0038] 表2部分对象属性
[0039]
[0040] 步骤3-4、确定产品设计中的数据属性，包括文本说明、图片说明、公式说明、材料 属性、取值限制，所述文本说明包括英文术语、优缺点、定义、原理、作用、用途、解释，图片说 明包括原理图图片ID、结构图图片ID、3D设计模型图片ID，公式说明包括公式编号/说明/ 名称、单位名称/符号、物理参数符号，材料属性包括材料、材料属性，取值限制包括大于小 于、有取值、若干取值选择。具体如表3所示：
[0041] 表3数据属性
[0042]
[0044] 步骤4、基于FBS模型进行概念本体和设计本体的建模；
[0045] 步骤4-1、确定概念本体对应FBS模型，包括结构模型、行为模型和功能模型，上述 模型包括：描述性知识、设计实例知识、设计指导知识、判断性知识、过程性知识、计算性知 识和手册性知识；
[0046] 步骤4-2、对概念本体进行建模，概念本体包括复杂产品设计领域的分类，部件组 成，具体实例以及具体描述知识四块内容；所述具体描述知识包括定义、优缺点、原理、作 用、经验、用途、限制类；
[0047] 步骤4-3、对设计本体进行建模，设计本体包括设计任务的确定和细分、设计指导 类知识的表示、具体设计过程的确定和细分表示、输出结果表示四块内容，其中设计指导类 知识包括设计指标、设计要求、设计注意事项，具体设计过程的确定和细分包括输入参数、 输出参数、设计公式、设计图片、参与人员、使用工具这些属性。
[0048] 步骤5、利用prot6g6工具实现概念本体的构建，实现结构知