一种基于设计理性知识模型的个体设计决策脉络提取方法与流程

本发明属于计算机应用技术领域知识资源管理与应用方法的研究内容，更具体地说，本发明涉及一种基于设计理性知识模型的个体设计决策脉络提取方法。

背景技术：

人们对设计的认识往往是由浅入深的过程，如在设计电子仪器过程中，往往从整机设计任务开始，分解为几个部件的设计，部件设计又可继续分解为精细部件的设计。由此得出人们在思考复杂问题时，通常难以考虑所有的细节问题，而是把复杂问题分解或简化，忽略其中的细节信息，从较抽象的层次开始处理，逐渐深入到具体的细节问题。

设计理性知识是设计思考过程的一种表达载体，主要通过设计意图、设计选项、设计决策及各类依据等知识要素及其逻辑关系连接而成。现有对设计理性知识的研究多关注于设计理性知识的表达与检索以及从专利等文本化信息中提取设计理性知识，同时作为检索结果推送给设计人员。然而缺少对所获取的设计理性知识模型进行挖掘，以使模型表达更为符合设计人员的思维习惯。设计理性知识模型完备地记录了设计思考过程，但并不能支持设计人员从不同层次、不同深度分析问题。已有研究指出设计理性知识模型中往往存在重复迭代过程，因此提出了识别重复迭代方法，并提出了相应的模型约简方法。然而该方法并未体现设计者分析问题的主次习惯，如设计过程中新手往往需要对多种候选方案进行权衡，而专家往往针对设计意图便可直接形成最终的设计决策，同时不同设计者对设计过程的关注点不尽相同，单一层次、单一粒度的模型表达对不同设计者更好地了解设计过程造成了困难。

个体设计决策脉络是指设计思考过程中的主线，一方面是指由设计思考过程中的主要事件所构成的演进过程，另外一方面是指由设计思考过程中具有重要价值的事件所形成的演进过程。设计理性知识模型是一类半结构化的知识表达模型，通过对模型结构特点的分析，可以获取由主要事件所形成的个体设计决策脉络；通过对知识特点的分析，则可以获取由特定价值知识所形成的个体设计决策脉络模型。同时依据不同的结构规模、价值程度也为不同粒度的个体设计决策脉络分层递阶结构的表达提供了可能。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于设计理性知识模型的个体设计决策脉络提取方法。

本发明的一种基于设计理性知识模型的个体设计决策脉络提取方法，包括以下步骤：

步骤一，将设计理性知识模型分解为设计意图片段(ip)、分析过程片段(tp)以及设计决策片段(dp)三种片段结构，采用基于owl的表达方法，依次从设计理性知识模型中提取设计意图片段、分析过程片段、设计决策片段；

所述的设计意图片段是指包括设计意图的分解演化以及该意图的产生过程的片段，在设计理性知识模型中分为初始意图、子意图及元意图；

所述的从设计理性知识模型中提取设计意图片段分为以下步骤：

1)遍历设计理性知识模型，获取所有设计意图节点；

2)判断该意图是否为子意图节点ei，若结果为否，则转入3)；若结果为是，则按推理方向<ei,pt1>，其中pt1＝<decompose-into,-1>，获取父意图节点sik，存入设计意图片段集合ip中；

所述的推理方向以<c,pt>形式表示，c是设计理性知识模型中任一元素，为推理的起点，pt＝<p,n>是一组关系方向的集合，p是设计理性知识模型中的元素间关系，n是一个非负整数，是对p的推理深度；

3)判断该意图是否为初始意图节点i，若结果为否，则转入4)；若结果为是，则按推理方向<i,pt2>、<i,pt3>同时进行推理，其中pt2＝<initiate,-1>，pt3＝<decompose-into,1>，获取其子意图及引发该意图的设计决策或设计操作，存入设计意图片段集合ip中；

4)按推理方向<si,pt1>、<si,pt3>同时进行推理，获取其父意图sik，子意图eik，存入设计意图片段集合ip中；

所述的分析过程片段是指由设计选项与选项依据所组成的知识片段；所述的从设计理性知识模型中提取分析过程片段分为以下步骤：

1)遍历设计理性知识模型，获取所有设计选项节点o；

2)对所有设计选项节点，按推理方向<o,pt4>，其中pt4＝<achieved-by,-1>，获取产生该选项的设计意图节点，存入it中；

3)按推理方向<it,pt4>，其中pt4＝<achieved-by,1>，获取该设计意图的所有设计选项，存入ot中；

4)按推理方向<ot,pt5>，其中pt5＝<refer-to,1>，获取各设计选项的选项依据rt，由此ot与rt共同组成了满足特定设计意图的思考过程片段tp。

所述的设计决策片段包括设计决策、决策权衡以及由此产生的设计操作；所述的从设计理性知识模型中提取设计决策片段分为以下步骤：

1)遍历设计理性知识模型，获取所有设计决策节点d；

2)对所有设计决策节点d，按推理方向<d,pt5>进行推理，获取设计决策的决策权衡节点，存入dt中；

3)按推理方向<d,pt6>，其中pt6＝<realized-by,1>，判断是否存在对应设计操作，若不存在，则d与dt构成了设计决策片段dp，若存在，则获取该设计操作，存入ct中，则d、dt与ct共同组成了该设计决策片段dp。

步骤二，根据商空间理论思想，采用一组三元组dr＝(x,f,t)表示设计理性知识模型；

所述的x是已识别出的三类设计理性知识片段x＝(ip,tp,dp),表示设计理性知识模型空间中的论域；所述的设计理性知识片段属性f表示各设计理性知识片段的知识价值，包括设计意图片段重要度c(ip)、分析过程片段可信度c(tp)以及设计决策片段合理性c(dp)；所述的t表示设计理性知识片段内部结构；

计算设计意图片段的重要性c(ip)，计算公式为c(ip)＝ki(i)+ko(i)，所述的ko(i)是意图节点的出度，所述的ki(i)是意图节点的入度；

计算分析过程片段可信度c(tp)，计算公式为所述的c(eij)为各个选项的可信度，根据直觉类可信度为0.2-0.4，经验类可信度为0.4-0.6，导出依据类可信度为0.6-0.8，固有依据类可信度为0.8-1的原则进行取值；所述的f(oi,tj)为设计选项对决策权衡的规则强度，由设计者或专家在建模过程中给出；

计算设计决策片段合理性c(dp)，公式为所述的c(tpj)是选项的可信度，所述的max{c(tpi)}是所有选项的可信度最大值；

步骤三，根据等价关系将任意分析过程片段粒化为decided-by关系，构建设计意图-决策树；

根据等价关系f(ipj,dpj)＞k,j＝1,2,...n；k＝1,2,...,n-1，将已经粒化得到的意图-决策结构合并粒化为相应关系，继续得到新的意图-决策结构；

所述的(ipj,dpj)表示第j层设计意图片段与设计决策片段组合而成的集合，所有初始意图节点定义为第一层，元意图节点定义为最后一层；所述的f(ipj,dpj)代表该结构层次；所述的k为对属性所取阈值；

定义等价关系公式，当元意图的设计意图片段重要度小于阈值ωi时，则对该设计意图片段、分析过程片段以及设计决策片段同时粒化为上一层级中的设计意图节点sikt-1，当分析过程片段可信度小于阈值ωj时，则将分析过程片段粒化为decided-by关系，当设计决策片段合理性小于阈值ωk时，操作过程同设计意图片段一致；

所述的等价关系公式为

所述的(ipt,dpt,dpt)表示第t层设计意图片段、分析过程片段及设计决策片段组合而成的集合，所述的sikt-1为当前元意图的设计意图片段中其父意图节点；所述的阈值ωi、ωj、ωk由设计者或者专家在建模过程中根据实际进行设定；

通过对论域和属性的不同粒化条件，构建不同粒度水平的分层递阶脉络模型。

本发明的有益效果是填补了现有技术对个体设计决策脉络的研究空白，本发明实现了对个体设计决策脉络的获取，通过对设计理性知识模型进行分析、约简，为不同粒度的个体设计决策脉络分层递阶结构的表达提供了可能，有助于依据设计者不同阶段的设计需求，快速获取有效的知识模型。本发明为复杂问题的分析提供了新的解决方法。

附图说明

图1是本发明个体设计决策脉络提取过程图；

图2是设计理性知识模型片段划分图；

图3是设计理性知识片段组成结构图；

图4是设计意图片段提取过程图；

图5是分析过程片段提取过程图；

图6是设计决策片段提取过程图；

具体实施方式

本实施方式是一种基于设计理性知识模型的个体设计决策脉络提取方法，如图1所示，具体分为三步：

第一步，将设计理性知识模型分解为设计意图片段(ip)、分析过程片段(tp)以及设计决策片段(dp)三种片段结构，即表达为由意图分解到候选方案生成，最终至设计决策产生同时可能触发新的设计意图的迭代演进过程，如图2所示。采用基于owl的表达方法，从设计理性知识模型中提取各个片段。

其中的设计理性知识片段采用树状结构进行表达，如图3所示，设计意图片段包括设计意图的分解演化以及该意图的产生过程；分析过程片段包括为满足设计意图而提出的设计方案以及方案所满足的设计依据；设计决策片段包括设计决策、决策权衡以及由此产生的设计操作，图1至5中标号、代号initiate为触发关系，decompose-into为分解关系，achieved-by为满足关系，refer-to为依据关系，decided-by为决策关系，realized-by为实现关系，after-of为顺序关系，i为设计意图集合，o为设计选项集合，d为设计决策集合，op为设计操作集合，e为设计依据集合。

其中基于owl的表达方法从设计理性知识模型中提取设计意图片段分为以下步骤，如图4所示：步骤一，遍历设计理性知识模型，获取所有设计意图节点；步骤二，判断该意图是否为子意图节点ei，若结果为否，则转入步骤三；若结果为是，则按推理方向<ei,pt1>，其中pt1＝<decompose-into,-1>，获取父意图节点sik，存入ip中；步骤三，判断该意图是否为初始意图节点i，若结果为否，则转入步骤四；若结果为是，则按推理方向<i,pt2>、<i,pt3>同时进行推理，其中pt2＝<initiate,-1>，pt3＝<decompose-into,1>，获取其子意图及引发该意图的设计决策或设计操作，存入ip中；步骤四，按推理方向<si,pt1>、<si,pt3>同时进行推理，获取其父意图sik，子意图eik，存入ip中；

推理方向以<c,pt>形式表示，c是设计理性知识模型中任一元素，为推理的起点，pt＝<p,n>是一组关系方向的集合，p是设计理性知识模型中的元素间关系，n是一个非负整数，是对p的推理深度。

其中基于owl的表达方法从设计理性知识模型中提取分析过程片段分为以下步骤，如图5所示：步骤一，遍历设计理性知识模型，获取所有设计选项节点o；步骤二，对所有设计选项节点，按推理方向<o,pt4>，其中pt4＝<achieved-by,-1>，获取产生该选项的设计意图节点，存入it中；步骤三，按推理方向<it,pt4>，其中pt4＝<achieved-by,1>，获取该设计意图的所有设计选项，存入ot中；步骤四，按推理方向<ot,pt5>，其中pt5＝<refer-to,1>，获取各设计选项的选项依据rt，由此ot与rt共同组成了满足特定设计意图的思考过程片段tp。

其中基于owl的表达方法从设计理性知识模型中提取设计决策片段分为以下步骤，如图6所示：步骤一，遍历设计理性知识模型，获取所有设计决策节点d；步骤二，对所有设计决策节点d，按推理方向<d,pt5>进行推理，获取设计决策的决策权衡节点，存入dt中；步骤三，按推理方向<d,pt6>，其中pt6＝<realized-by,1>，判断是否存在对应设计操作，若不存在，则d与dt构成了设计决策片段dp，若存在，则获取该设计操作，存入ct中，则d、dt与ct共同组成了该设计决策片段dp。

第二步，根据商空间理论思想，采用一组三元组dr＝(x,f,t)表示设计理性知识模型，其中x是已识别出的三类设计理性知识片段x＝(ip,tp,dp),表示设计理性知识模型空间中的论域，设计理性知识片段属性f表示各设计理性知识片段的知识价值，包括设计意图片段重要度c(ip)、分析过程片段可信度c(tp)以及设计决策片段合理性c(dp)，t表示设计理性知识片段内部结构。

依次计算设计意图片段的重要性c(ip)，计算公式为c(ip)＝ki(i)+ko(i)，所述的ko(i)是意图节点的出度，所述的ki(i)是意图节点的入度。计算分析过程片段可信度c(tp)，计算公式为所述的c(eij)为各个选项的可信度，根据直觉类可信度为0.2-0.4，经验类可信度为0.4-0.6，导出依据类可信度为0.6-0.8，固有依据类可信度为0.8-1的原则进行取值，所述的f(oi,tj)为设计选项对决策权衡的规则强度，由设计者或专家在建模过程中给出。计算设计决策片段合理性c(dp)，公式为所述的c(tpj)是选项的可信度，所述的max{c(tpi)}是所有选项的可信度最大值。

第三步，根据等价关系将任意分析过程片段粒化为decided-by关系，构建设计意图-决策树。

根据等价关系f(ipj,dpj)＞k,j＝1,2,...n；k＝1,2,...,n-1，将已经粒化得到的意图-决策结构合并粒化为相应关系，继续得到新的意图-决策结构。其中(ipj,dpj)表示第j层设计意图片段与设计决策片段组合而成的集合，所有初始意图节点定义为第一层，元意图节点定义为最后一层，f(ipj,dpj)代表该结构层次，k为对属性所取阈值。

定义等价关系公式当元意图的设计意图片段重要度小于阈值ωi时，则对该设计意图片段、思考过程片段以及设计决策片段同时粒化为上一层级中的设计意图节点sikt-1，当分析过程片段可信度小于阈值ωj时，则将分析过程片段粒化为decided-by关系，当设计决策片段合理性小于阈值ωk时，操作过程同设计意图片段一致。其中(ipt,dpt,dpt)表示第t层设计意图片段、分析过程片段及设计决策片段组合而成的集合，sikt-1为当前元意图的设计意图片段中其父意图节点，阈值ωiωjωk由设计者或者专家在建模过程中根据实际进行设定。

最后通过对论域和属性的不同粒化条件，构建不同粒度水平的分层递阶脉络模型。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，对于本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明不加创造性地进行改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。