基于知识图谱的民用飞机需求分析方法

本发明涉及民用飞机需求分析领域，具体是一种以知识图谱为技术手段进行条目化需求分析的方法。

背景技术：

1、需求管理是一种系统化的方法，用于查找、记录、组织和跟踪系统需求变更。该方法旨在获取、组织和记录系统需求，并确保客户和项目团队在系统需求变更方面保持一致。有效的需求管理应包括清晰明确的需求阐述、每种需求类型所适用的属性，以及需求与其他需求和项目工作之间的可追溯性，从而实现需求的完整性、可追溯性和一致性。在民用飞机领域，需求管理是民机机载系统研制工作的重要组成部分，主要对需求捕获、需求分析和需求确认过程中产生的需求，以及功能分析、设计综合、集成、验证和确认过程中产生的需求，开展需求的设计、验证和确认进行工程管理，确保产品严格满足所需要求。

2、传统的民用飞机系统的需求分析是基于文档进行管理的，需求以自然语言进行记录，设计人员通过人工将设计结果与需求文本联系起来，如果需求没有得到满足，就需要返工，导致需求迭代开发的时间长、成本高。目前，在航空领域，专门的需求管理工具已被应用，实现了从文档到数据库的需求迁移和管理。然而，这些工具缺乏对需求语句本身的语义理解和分析，以至于基于文本的需求管理工作与基于模型的设计研发过程(model baseddefinition，mbd)无法强耦合，大大降低了需求在“客户需求-产品设计-产品验证”这一链路中的传递速率，导致需求更改时无法及时、完整地识别影响因素，需求未被正确实现或需求未被完整验证的现象时有发生，这极大增加了系统研制的周期和成本。

3、此外，当前需求多以非结构化语句表达，导致需求完整性和正确性分析工作强依赖于工程评审，需求在“客户需求-产品设计-产品验证”中的链式传递与符合性管理只能依赖于人工。由于需求管理人员的知识不对称和业务水平不同，这导致了在需求开发和维护过程中的风险显著增加。

4、近年来，知识图谱作为一种结构化的人类知识形式，引起了学术界和工业界的广泛关注。它是目前表现力丰富、扩展性和自学习能力最好的知识库构建方案。在制造业领域，技术研发和产品研制是知识密集的活动，因此制造业知识工程成为众多研究学者关注的焦点，将其应用到产品设计、生产管理等领域成为了制造业研究和应用的重要方向之一。而知识图谱是传统知识工程在人工智能和大数据时代的延续，利用以文档规则解析及大规模预训练语言模型方法为主的信息抽取技术手段对民机需求文档进行知识图谱化，设计领域知识图谱的架构，定义实体类型和实体属性，用三元组的方式表示飞机设计需求知识，构建结构化的飞机设计需求领域知识图谱，通过合理的知识表示方法对需求进行存储和利用是有潜力的研究方向。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的缺点，本发明提出了基于知识图谱的民用飞机需求管理与分析方法，该方法细化了需求管理条目的颗粒度，并利用图数据库在多跳关系查找方面效率高的特点，发明了新的需求分析方法。

2、本发明的技术解决方案如下：

3、一种基于知识图谱的民用飞机需求分析方法，其特点在于，包括如下步骤：

4、s1.需求定义：根据民用飞机需求知识图谱本体模型及民用飞机需求场景，创建民用飞机需求实体、实体间关系类型和实体属性的模型；

5、s2.需求抽取：对非结构化的需求文本进行知识抽取，转换为符合知识图谱结构的知识图谱数据，包括需求类别、参数类型、参数值；

6、s3.需求管理：利用neo4j图数据库来进行所述知识图谱数据的存储与可视化，利用cypher语句实现对数据库的操作，完成需求的增加、删除、更改、查找管理功能，生成民用飞机需求知识图谱。

7、s4.将所述民用飞机需求知识图谱通过大数据关联分析，包括需求链路完整度计算、需求链路跟踪、需求链路推荐、需求设计完整度计算。

8、进一步，所述s4.中

9、a.需求链路完整度计算，公式如下：

10、

11、式中，衍生需求的需求数量、记录有高级别需求的需求数量、全部需求数量从所述民用飞机需求知识图谱中查找；

12、b.需求链路跟踪：从所述民用飞机需求知识图谱中的需求节点到其属于的系统节点之间的全部路径；

13、c.需求链路推荐：针对无上级需求记录的非衍生需求x，首先在所述民航运行知识图谱中定位其属于的需求类型和其所属部件属于的子系统，查找从子系统到需求类型的链接中包含的需求合集；

14、将x与yi∈y作为句子对输入需求语句匹配模型，输出的句子对间的余弦相似度作为置信度分数对输出结果进行排序，返回置信度最高的k个结果；

15、若结果中含有存在高级别需求的部件级需求，则对其进行需求链路跟踪作为当前需求x的需求链路推荐结果，余弦相似度为推荐的置信度；

16、d.需求设计完整度计算：首先针对新型号技术规范中每一条需求，在已建立的知识图谱中找到对应的需求实体，且每一条待对齐需求x都已确定需求来源的设备节点和需求类型节点，利用图查询语言cypher快速定位已建立图谱中的候选需求实体集合y；

17、对于待对齐需求x和候选需求y∈y，输入需求语句匹配模型中，输出两条文本的余弦相似度；选择相似度cos(θ)>ξ的需求实体作为对齐结果，其中ξ∈[0,1]是阈值，对齐结果如果存在多个则选择相似度最高的一个。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用知识图谱和图数据库在可解释性和多跳关系查找时效率高的特点，最终提高了需求链路完整度计算、需求链路跟踪的速度；利用知识图谱可以理解需求语句文本特征的特点，可以实现需求链路的推荐和需求设计完整度的计算。

技术特征：

1.一种基于知识图谱的民用飞机需求分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于知识图谱的民用飞机需求分析方法，其特征在于，所述s4.中

技术总结
基于知识图谱的民用飞机需求分析方法，利用知识图谱和图数据库在可解释性和多跳关系查找时效率高的特点，最终提高了需求链路完整度计算、需求链路跟踪的速度；利用知识图谱可以理解需求语句文本特征的特点，最终可以实现需求链路的推荐和需求设计完整度的计算。

技术研发人员：李元祥,王紫荆,王旭阳,张怡旎,张宇轩,杨永胜
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17