广东 佛山 528255
【摘 要】通过把冲压工艺知识抽象为冲压工艺领域本体，将本体思想引入冲压工艺知识表示中，以利于知识的共享和重用。针对冲压工艺的特点，提出了基于概念、关系、属性、规则和实例五要素的冲压工艺领域本体的形式化定义，采用BNF范式对领域本体进行统一的描述和表述，实现了BNF范式与关系数据库之间的转换。通过构建冲压工艺领域本体，以关系数据库的形式存储，完成冲压工艺的知识表示。
【关键词】冲压工艺；知识表示；领域本体；本体构建；知识共享和重用
1 冲压工艺领域本体的定义
目前一般把本体划分为通用本体、常识本体、领域本体、语言学本体、任务本体等多种。
本文的研究建立在基于知识的冲压模具三维数字化设计系统的基础上，针对的是冲压工艺领域。在该项目中，冲压工艺就是获得产品知识模型，基于知识向导，实现弯曲件毛坯展开、毛坯优化排样、工步优化排样以及工艺参数计算，生成毛坯排样图、工步排样模型和计算结果报告等。
冲压工艺包括各种概念性、规则性、经验性和过程性等知识。本文将这些知识抽象为冲压工艺领域本体，将其描述为若干概念，概念具有属性、规则。概念问有关系，关系受规则约束，关系本身也可能具有属性。另外，由于冲压工艺是以经验为主的领域，其实例是值得保留和借鉴的，因此，将实例也作为冲压工艺领域本体的一个集合。
根据Gruberl6 对本体的定义以及冲压工艺领域的特点，本文对冲压工艺领域本体的定义如下：冲压工艺领域本体是对冲压工艺领域中存在的概念的一种详尽的特征化描述，即冲压工艺领域本体是对冲压工艺领域内的概念、关系、属性、规则和实例五要素的一种描述，是实现领域知识共享和重用的基础。其中概念是冲压工艺领域中规范化的、公认的术语，是具有相同属性或行为对象的集合。它除了指一般意义上的概念。还可以指冲压工艺方面的任务、功能、行为等。如圆孔、弯曲是一般意义上的概念。毛坯排样、工步排样是冲压工艺的行为，本文将这些也作为概念来处理。关系是领域概念问的连接或关联。关系存在于多个概念之间。关系本身在概念化的过程中以概念的形式存在，关系之问也可以构成新的关系。概念问的关系主要有Is—a关系、A—kind～of关系、A～part—of关系等。
2 冲压工艺领域本体的构建
冲压工艺领域本体的构建是从冲压工艺知识中总结和抽取领域概念、关系、属性、规则和实例，并以一定的形式存储到计算机中的过程。构建过程如下：①分析冲压工艺领域。列举有关冲压工艺的重要术语，定义概念分类层次，形成概念本体树；分析概念间关系；对概念及关系进行属性提取和规则提取；选择和分析实例。② 根据概念本体树定义概念，形成概念库；定义概念问的关系。形成关系库；再定义概念属性和关系属性，形成属性库；定义概念规则和关系规则，形成规则库；概念的实例化形成实例库。在定义本体的同时，必须使用本体编辑器进行本体的词法分析检查、语法分析检查和语义分析检查。概念库、关系库、属性库、规则库和实例库共同构成本体库。本体库是建立在网络和关系数据库等构建平台之上的。
2．1 冲压工艺概念本体树
图1 冲压工艺概念本体树
本体是对领域的概念化，概念和关系是本体的基本构件，其中概念是核心。因为关系是用来描述领域概念问的联系。其本身也可以当作概念来处理。属性、规则和实例是依附于某一概念的，所以本体的构建应以概念为中心。本文采用自顶向下法来建立冲压工艺领域本体的概念分类层次，即从冲压工艺领域中最大的概念开始，通过添加子类将这些概念细化，而后用领域概念本体树表示，如图1所示。
2．2 冲压工艺领域本体的存储
本体形式化的描述大多采用BNF范式，但对BNF范式转换成计算机语言并在计算机中存储却分歧很大。采用中性语言知识交换格式（KIF）、采用XML语言进行转换和存储，这些方法均要编写程序，有可能最终还是将程序又转换成数据库。本文直接采用关系数据库的形式对冲压工艺领域本体进行存储。这样能充分利用关系数据库的特点，不需编写程序，就可实现数据本身的共享和重用。同时，根据关系数据库的原理可以看出，概念库、关系库、属性库、规则库和实例库之间是相互关联的，形成一定的组织结构。某一概念有其属性和规则，概念之间有关系，关系也可能受其属性和规则的约束。实例是某一概念或某一关系的具体化，且具有具体的属性、属性值和具体的规则。因为每一属性，每一规则都属于某一概念或关系，并已在属性库、规则库中有关联，所以为了减小数据的冗余度，实例库中不再出现概念分类号和关系号 冲压工艺领域本体的数据结构和关系如图3所示。
图2 冲压工艺领域本体的数据结构和关系
3 实例分析
以图4a所示的冲压件为例来说明上述基于本体的冲压工艺知识表示方法。假设产品的编号为001。
该冲压件为弯曲件，将其展开后进行毛坯排样，可以单排、斜排或对排等，经过综合考虑材料利用率、模具结构、成本等因素后，选择单排，如图4b所示。根据毛坯排样图，拟定工步排样的方案，如图4c所示。本文将用上述基于本体的知识表示方法，将此过程中涉及的知识表示出来。
图3 冲压件及其工艺示例
首先列举出该冲压件在工艺设计中的相关术
语，即抽取出领域概念。根据图1所示的冲压工艺概念本体树，可确定该冲压件的冲压工艺领域本体概念，概念之间的关系，属性，规则，最后将此冲压件作为实例添加进实例库中。概念、关系、属性、规则和实例分别使用编辑器进行词法、语法和语义分析检查后，存储在关系数据库当中，从而完成图3所示冲压件的工艺知识表示。
根据关系数据库的原理，可以便捷地查询出某一概念与哪些概念有关，具有哪些属性和规则。如压弯这个概念，它与冲孔、落料同级别，与弯曲是父子关系，它具有弯曲内半径、弯曲角度、弯曲方向等属性，它还要满足最小弯曲半径等规则，它与冲孔的关系具有弯曲冲孔间距的属性，这一关系也要满足最小间距规则等。压弯的实例就是Bendl、Bend2等，这些实例必须具备它所属概念的属性，并将属性具体化，即给出属性的值，同时受所属概念及关系的规则约束。又如工步排样这个概念，它具有工步总数、第几工步、工步排样图形等属性。若要查询实例001冲压件的工步排样情况，从实例库中就可得知工步总数共9步，第1步是冲工艺孔，第2步是同时冲孔Holel到Hole4等。若同时结合工步排样图来看，001冲压件的工步排样情况就更加明了。
由此可见，从本体的思想出发，把冲压工艺知识看作冲压工艺领域本体，将其描述为概念、关系、属性、规则和实例，并用关系数据库来存储，非常方便地就可检索到所需的领域知识，更为重要的是，通过维护和使用关系数据库，来完善冲压工艺领域本体，为该领域的研究者们提供一组概念、关系、属性、规则和实例，有利于实现知识的共享、重用和标准化。
4 结论
知识的表示不仅要简洁、明确、可理解和可扩充，而且要做到有利于知识的共享和重用。基于本体的知识表示方法是解决这一问题的有效途径。本文提出了基于概念、关系、属性、规则和实例五要素的冲压工艺领域本体的形式化定义，同时采用BNF范式对领域本体进行统一的描述和表达，实现了BNF范式与关系数据库之间的转换，通过抽取冲压工艺的概念、关系、属性、规则和实例，构建本体库，完成冲压工艺的知识表示。然而，冲压工艺领域涉及的知识是复杂的、多样的，本文建立的冲压工艺领域本体仅仅是初步的，本体库的内容还需进一步完善，含量还需逐步扩充，对复杂知识的表示能力有待进一步研究。
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论文作者:冯坤城1,万惠林2,周燕3
论文发表刊物:《低碳地产》2015年第8期
论文发表时间:2016/8/25
标签：本体论文; 概念论文; 工艺论文; 关系论文; 领域论文; 属性论文; 知识论文; 《低碳地产》2015年第8期论文;