大连工业大学 辽宁大连 116034
摘要：为有效地管理大规模客户化产品协同设计过程中使用的各种设计知识、方法和案例，需要构建产品设计知识库。设计知识的内容包括新产品和客户化产品设计知识、设计原理和标准、设计实例、配置、变型设计方法等。采用面向对象建模技术和方法构建知识表达模型，并将对象模型映射到关系数据库进行存储，按照数据库的组织策略来组织知识库。构建基于J2EE平台的知识库引擎，采用实例推理和规则推理相结合的方法，实现知识的智能检索和问题求解，从而有效地支持产品敏捷定制设计的快速实现。
关键词：知识库管理系统；产品表达；知识库建立
大规模客户化（Mass Customization，MC）产品协同设计系统旨在实现企业与企业之间、企业内各部门之间以及企业与客户之间产品的异地协同设计、共享和获取大量设计知识。为此构建了产品设计知识库（Product Design Knowledge Base，PDKB）来存储和管理 MC协同设计过程中所需的设计知识，以便企业能快速获取这些知识，有效地促进问题求解，提高产品设计质量，实现满足客户个性化需求的产品设计，因此 PDKB 被认为是MC协同设计的关键。
1 MC 协同设计系统
MC协同设计系统基于MC设计原理，采用基于Web技术的应用网络环境，实现低成本、大批量，满足客户个性化需求的产品设计。系统结构如图1所示，在逻辑上由硬件层、操作系统层、数据层、协同设计平台层和应用层组成。运用 Java技术和CORBA语言开发中间件形成Object Web，构成了协同设计平台；采用基于C /S模式加上中间件的三层结构模式。
MC协同设计系统要求集成各种产品知识，，以便在产品设计时，进行协同设计的人员能迅速找到相关知识，减少重复性工作。因此，有必要对设计知识进行收集、整理，以形成较为完善、动态的知识管理机制。
2 设计知识库的内容
设计知识库集成了产品设计知识与MC设计的大量方法和案例，其知识来源包括产品的基本知识，以及来自产品工程师、技术人员、市场营销人员和管理人员的领域知识。
面向MC的产品设计技术（Design for Mass Cus- tomization，DFMC）是实施MC 的核心。由于在产品设计中采用了DFMC技术，使得MC生产具有可操作性。DFMC 将产品设计划分为新产品设计和客户化产品设计两个层次。因此知识库中包括以下知识：
（1）新产品设计知识新产品设计是由市场驱动的，针对某个客户群可能的需求，确定产品族，进行产品族的设计和开发，获得能够覆盖一类产品的产品模型，涉及到产品功能、原理、结构以及现有模块和新模块方面的信息。这部分知识包括产品框架、各种可用的模块、模块之间的不同交互方式（约束、规则、资源的产生和消耗等）、配置模型文档、各种算法和实验数据等。
（2）客户化产品设计知识它是针对客户订单，在相应的产品族的支持下迅速地进行产品配置和变 型，获得满足订单需求的具体产品。这部分知识包括产品功能模型、结构模型、原理模型、制造模型及其映射关系、配置规则、约束、分析、优化方法等，此外还包括配置和变型设计所遵循的设计原理、标 准和设计实例。已完成的设计实例对于设计工程师而言，是一类较为完整并可以借鉴的知识。
3 知识表达模型
3.1面向对象的知识表达方法
面向对象的知识表达方法，是将多种单一的知识表达方法按照面向对象的程序设计原则，组织成一种混合表达形式。目前是把面向对象与框架、产生式规则等表达方法相结合加以应用。混合知识表达方法增强了知识表达能力，实现了数据与操作的封装，具有抽象性、封装性、继承性等特点。但是这种系统表达方法复杂，且缺少有效的实现方法，难于管理和维护，因此知识管理系统结构复杂，知识库不易维护，检索、推理速度慢，从而限制了知识管理系统的应用。此外，混合知识表达方法目前一般采用面向对象编程语言来实现，这就使得在进行知识表达时，需要根据计算机概念而不是根据实际应用来思考问题。对象建模技术（Object Modeling Technique，OMT）超越了程序设计方式，把一组相互作用的对象的数 据和行为紧密结合在一起，能够根据实际需要进行抽象思维。本文根据知识的特点，采用OMT建立对象模型，同时映射到关系数据库中进行存储，能有效地实现知识的管理。
3.2对象建模技术
OMT 以面向对象的技术为基础，对应用领域基本概念进行抽象，创建应用领域对象模型。该模型包含了该对象的特性以及它们的行为描述。对象模型通过描述系统中的对象，对象之间的联系、属性，以及刻画每个对象类的属性和操作来表示系统的静态结构。对象模型用包含对象类的对象图来表示，其中对象类按层次排列，并共享公共结构和行为特征。对象类定义了每个对象实例所取的属性值和执行的操作。
4系统实现及其应用
基于PDKB的活塞式空压机的设计过程具有如下特点：（1）在功能配置阶段，可以从PDKB中查询空压机的功能分解、约束关系、功能配置方法等知识，从而快速确定结构配置条件。（2）在结构配置阶段，根据结构配置条件，可以从PDKB 中查询结构分解、约束关系、规则，获得活塞式空压机的结构树；然后通过知识库引擎，获得相似实例；从而准确、快速地确定活塞式空压机的BOM表，完成装配模型的设计。（3）在变型设计阶段，可查询、浏览 PDKB 提供的变型设计方法，以便确定最佳变型设计方案。（4）在全新设计阶段，PDKB可以提供产品全新设计原理、规则、约束、标准等知识，便于进行功能、原理、结构设计。
5结束语
提出了采用OMT建立设计知识的表达模型，并映射到关系数据库中，实现知识库的组织。这种方法把对象模型的语义尽可能地放入到关系数据库表中，因此，有益于关系数据库的内在查询、更新和完整性机制。但这种方法也存在一些局限性，如概括映射到表时，会产生较多的关系表，使得超类对子类的导航可能较慢。因此有待于研究一种合理的映射策略，即不会产生太多的关系表，又能够实现超类对子类的快速导航。此外，这种映射方法没有考虑类的操作方法及其子类对超类操作方法的继承，这也是进一步研究的方向。
参考文献
[1]康雪峰.周洪玉.基于数据库技术的面向对象知识表示[J].哈尔滨理工大学学报，2001，6（3）：1-3.
[2]宛延，定海.面向对象分析和设计[M].北京：清华大学出版社，2001
论文作者:王悦茗,李俊南,付倩宇,赵春莹
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年14期
论文发表时间:2019/10/17
标签：知识论文; 对象论文; 模型论文; 方法论文; 产品设计论文; 知识库论文; 产品论文; 《建筑学研究前沿》2019年14期论文;