一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及特征加工工艺知识的表达及推理领域，具体的涉及一种基于本体的特 征加工工艺知识表达推理的装置及方法。
【背景技术】
[0002] 特征加工工艺知识是工艺知识体系中非常重要的一部分，在三维工艺设计中，特 征加工工艺知识的核心价值在于为零件工艺路线提供具有参考价值的工艺基础，利用特征 的属性推理出的特征加工工艺能保证加工过程是经济、符合工艺要求的。
[0003] 知识表达对于问题能否求解、是否便于程序实现有重大影响，知识结构的正确表 示很关键，所以要选择和设计一种实用的表达模式。特征工艺知识表达考虑的因素包括 (但不限于）：1)表达是否准确、有效，推理规则是否直观、简单、可理解且符合人类普遍思 维；2)知识是否便于扩展和维护；3)知识是否便于计算机程序实现。
[0004] 现有技术中，知识的表达方法主要有以下五种：
[0005] (1)谓词逻辑表示法：此表示法将知识中的对象、性质、状况和关系等符号化后， 利用谓词合式公式和谓词描述前提条件和定理，然后利用逻辑公式证明新问题是否可从前 提条件中推理出。谓词逻辑表示法适合表示事物的状态、属性、概念等事实性知识以及事物 间确定的因果关系，但是不能表示不确定性知识，推理效率很低。
[0006] (2)产生式规则表示法：此表示法用"IFATHENB"的产生式规则形式来表示事 物或知识的因果关系。产生式规则表示法适用于经验型领域，知识的因果关系明确，自然灵 活，便于理解，推理过程清晰，但是不适合表达结构性知识，易造成规则冲突或组合爆炸。
[0007] (3)语义网络表示法：此表示法采用网络图表达知识，其中节点表示事物、概念和 情况等，弧线表示节点间的关系。语义网络表示法适用于依据明确分类进行推理的领域和 处理事物的状态、性质、动作间关系的场合，自然直接，符合人类思维习惯，但这种弱约束的 网络图无法保证推论的严格性和有效性，且知识的存储和检索较复杂。
[0008] (4)框架表示法：此表示法用框架和槽分别表示事物对象和对象的属性。一个框 架由一组槽组成，每个槽表示对象的一个属性，槽的值就是对象的属性值。框架表示法适用 于描述层次性好、继承性好且具有固定形式的对象。当出现多重继承时，易产生歧义，且不 善于表达过程型知识。
[0009] (5)参数过程图表示法：此表示法是一种基于参数表和过程图的可视化的知识表 示方法，用参数表达领域专家在决策过程中所考虑的各种因素，用过程图表达过程知识。参 数过程图知识表示法具有可视化、参数化的特点，比较适合表达工艺上动态的、过程性的知 识。但面对复杂的决策过程时，过程图的定义过于复杂，知识扩充和维护的难度较大。
[0010] 特征加工工艺知识是过程型知识，具有一定的领域特点，主要包括描述型知识 (特征的加工方法集）和推理型知识（特征与特征加工方法之间的关系）。描述型知识之 间有较强的关联关系，如特征加工方法与刀具、机床、加工精度等都有关联。推理型知识描 述较困难，不仅是因为知识条目总量较多，而且部分推理型知识没有量化或对象化，容易产 生模糊意义，且部分知识具有隐含意义。总体而言，上述方法较难对特征加工工艺的隐含意 义进行推理，且知识条目的可维护性和可推理性较差。
【发明内容】
[0011] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于本体的特征加工工艺知识表达系统 推理的装置及方法，可以解决过程型的特征加工工艺知识表达和推理难、可维护性差的问 题。
[0012] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于本体的特征加工工艺知识表 达推理的装置，包括依次相连的领域本体模块、图形参数化工艺本体建模模块、通用本体建 模模块和推理模块，所述图形参数化工艺本体建模模块与所述通用本体建模模块之间设有 数据接口，所述通用本体建模模块与所述推理模块之间设有插件；
[0013] 所述领域本体模块，其用于将机械加工领域内的工艺知识进行工艺知识本体建模 形成机械加工工艺领域本体；
[0014] 所述图形参数化工艺本体建模模块，其用于将机械加工工艺领域本体进行建模形 成参数化特征加工工艺本体，并为参数化特征加工工艺本体提供图像化特征加工工艺推理 规则，还用于将外部加工特征转化为特征属性，还用于将内部特征加工方法实例转化为特 征加工方法，形成外部特征加工方法树；
[0015] 所述通用本体建模模块，其用于将参数化特征加工工艺本体和图像化特征加工工 艺推理规分别对应转化为通用的静态工艺知识本体和工艺推理规则，还用于将特征属性转 化为内部特征实例；
[0016] 所述推理模块，其用于将通用的静态工艺知识本体根据工艺推理规则进行层次结 构和关系的优化，挖掘潜在的概念间的关系，得到完整优化的通用的特征加工工艺知识本 体，还用于将内部特征实例进行实例推理得到为内部特征加工方法实例。
[0017] 本发明的有益效果是：本发明一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的装置 在特征加工工艺知识领域内，利用本体理论进行特征工艺知识的表达，可以解决过程型的 特征加工工艺知识表达和推理难、可维护性差的问题；其次本发明利用图形化的方式表达 工艺知识，有助于用户掌握知识维护的方法，使知识表达更加形象，知识维护更加便捷。
[0018] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0019] 进一步，所述数据接口用于图形参数化工艺本体建模模块与所述通用本体建模模 块之间进行数据格式转换，所述插件用于通用本体建模模块与推理模块之间进行数据交 换。
[0020] 进一步，所述通用本体建模模块采用Prot6g6建模工具，所述推理模块采用 Pellet推理机，所述图形参数化工艺本体建模模块采用OGPTool。
[0021] 采用上述进一步方案的有益效果是：本发明选择支持OWL第二版和SWRL的 Prot6g6工具作为通用本体建模，一方面此工具提供面向用户的可视化本体编辑工具，可 以将图形化本体转化为0WL格式；另一方面此工具作为通用工具，可以与大部分推理机如 Pellet、FaCT++、Hermit、Racer等集成。
[0022] 进一步，所述Prot6g6建模工具和Pellet推理机均支持第二版OWL语言和SWRL 语言，所述第二版OWL语言为描述特征加工工艺知识本体的语言，所述SWRL语言为描述工 艺知识推理规则的语言。
[0023] 进一步，基于0WL的特征加工工艺知识本体的表达为四元组，所述四元组的格式 为（知识类，知识实例，属性，关系）；基于SWRL的工艺知识推理规则的表达由规则基元 组成，所述规则基元形如函数表达，用类名或关系名表示函数名，变量用问号"？ "加变量名 表示；基于〇PGTool的特征加工工艺知识本体建模的表达方式为本体结构树、实例、参数 流程图、约束规则和计算表达式。
[0024] 基于上述一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的装置，本发明还提供一种 基于本体的特征加工工艺知识表达推理的方法。
[0025] -种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的方法，包括以下步骤，
[0026]S1，将机械加工领域内的工艺知识在上述所述的一种基于本体的特征加工工艺知 识表达推理的装置中进行表达，得到表达的特征加工工艺知识本体；
[0027]S2,将外部加工特征结合表达的特征加工工艺知识本体在上述所述的一种基于本 体的特征加工工艺知识表达推理的装置中进行实例推理，得到外部特征加工方法树。
[0028] 本发明的有益效果是：本发明一种基于本体的特征加工工艺知识的推理方法利用 本体的特点，建立了特征工艺知识内各要素的关联关系，其维护的过程只需要按要求添加 实例，其维护成本大大降低，维护的效率大大提高。
[0029] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0030] 进一步，步骤S1的具体实现包括以下步骤，
[0031]S11，将机械加工工艺领域内的工艺知识作为数据源，以特征为核心概念，以本体 论作为理论基础，在领域本体模块中进行工艺知识本体建模，形成机械加工工艺领域本 体；
[0032]S12,将机械加工工艺领域本体在OGPTool中转化为计算机表达方式，并对计算 机表达方式的机械加工工艺领域本体进行建模，形成参数化特征加工工艺本体，同时0GP Tool为参数化特征加工工艺本体提供图像化特征加工工艺推理规则；
[0033]S13,将参数化特征加工工艺本体和图像化特征加工工艺推理规则通过数据接口 传递至Prot6g6建模工具中，并在Prot6g6建模工具中转化为Prot6g6建模工具支持的表 达方式和文件格式，分别对应生成0WL静态工艺知识本体和SWRL工艺推理规则；
[0034]S14,将0WL静态工艺知识本体和SWRL工艺推理规则通过插件传递至Pellet推理 机中，并通过Pellet推理机将0WL静态工艺知识本体根据SWRL工艺推理规则进行层次结 构和关系的优化，挖掘潜在的概念间的关系，得到完整优化的0WL特征加工工艺知识本体， 完成工艺知识的表达。
[0035] 进一步，所述完整优化的0WL工艺知识本体通过插件传递至Prot6g6建模工具中， 接着通过数据接口转换到〇GPTool中作为工艺知识存储起来。
[0036] 进一步，步骤S2的具体实现包括以下步骤，
[0037]S21，将外部加工特征输入至OGPTool中，并通过OGPTool转化为OGPTool的特 征参数；
[0038]S22,将特征参数通过数据接口传递至Prot6g6建模工具中，并通过Prot6g6建模 工具转化为内部特征实例；
[0039]S23,将内部特