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    基于本體論與可重構原理的小型農業機械概念設計研究

    來源:UC論文網2018-04-12 08:59

    摘要:

      [摘要]文章引入了本體論的方法的一般思想,提出了基于本體論的產品功能結構建模方法,并以此作為了設計知識標準化的基礎分析工具。接著研究了設計過程的標準化的實現了提出了小型農機設備的系統模塊劃分技術,設...

      [摘要]文章引入了本體論的方法的一般思想,提出了基于本體論的產品功能結構建模方法,并以此作為了設計知識標準化的基礎分析工具。接著研究了設計過程的標準化的實現了提出了小型農機設備的系統模塊劃分技術,設計約束轉化技術,設計知識過程重用技術等相關研究內容,形成了基于本體論原理的小型農機產品設計知識,信息,過程的建模及應用方法體系。


      [關鍵詞]本體論;標準化;可重用;概念設計


      中圖分類號:TB472文獻標識碼:A文章編號:1009-914X(2018)13-0325-02


      一.小型農機設計知識的管理研究


      小型農機設計過程中的知識的管理工作主要可以分為兩個部分:知識的標準化與知識的可重用。知識的標準化需要基于規則化的產品信息管理模型,如產品的全生命周期分析的方法。通過對產品全過程知識進行分析研究,依據一定的原則形成產品設計知識的重用體,使不同的產品設計,生產環節都可以直接共享產品全過程的知識。避免了知識的重復開發,對于提高產品的設計效率具有重要意義。


      產品的全過程的知識描述是以產品的全生命周期分析為基礎,將所有與之相關的產品設計知識進行有序的組織,形成標準的知識體系如圖1所示。該知識體系提供了一種面向產品全生命過程的知識體系構建方法。


      這種面向產品設計全過程的知識體系構建思想,提供了產品設計中的知識重用效率,讓工程設計人員盡可能地應用該領域中已存在并廣泛應用的技術和方法,縮短了產品的開發周期,降低了產品的設計成本,對于小型農機設備設計具有重要參考和實用價值。


      二.基于本體論機械功能建模的原理研究


      產品的功能設計是產品概念設計的關鍵任務之一,主要是針對用戶提出的需求分析出產品設計需要滿足的總的功能要求。然后對用戶需求分析獲得的產品總功能作為分析對象,進行功能分解,并將分解所得的所有功能元之間的關系進行有機整合,形成產品的功能結構。產品的功能結構既是用戶需求分析的技術表達文件,也是產品概念設計中確定產品原理方案的重要參考。因此產品功能將用戶需求引入到產品設計中,并將產品的設計概念變成技術實現途徑的轉化過程。


      產品的功能描述即有概念層面的定義,這些是開放的也就是面向用戶的定義過程,用戶可以定義產品的功能,同時也具有技術層面的定義,產品功能的分解實際是以技術實現手段確定的過程驅動實現得,因此功能能夠實現從用戶域到功能域再到結構域轉化知識,信息的轉化的關鍵,產品功能建模就是將這些信息標準規范化。因此在產品功能設計中功能建模是一個重要研究內容。


      1)產品功能建模的關鍵因素


      產品功能建模就是把產品功能中的關鍵信息通過形象化的符號來進行表示。現有的建模方法主要體現兩種思路,一種是從功能本體出發如EMS的產品功能模型,以流的轉化作為功能的體現,因此功能模型中的元素也比較簡單,只有被定義的功能用框圖表示,以及三種類型的流用不同類別的線型來表示;另一種思路是從行為的角度來進行產品功能建模,用系統的元素,部件,實體的屬性關系作為功能實現的載體來對產品的功能進行建模,為區別產品功能中不同類別的實體,通過會區分多種實體如構件,制品,超系統等符號來進行定義。兩類方法各有利弊,第一種雖然只包含了兩類要素,但是所建模表達的信息偏重于用戶域,并不是從技術實現角度出發得,因此產品功能結構的技術求解難度較大;第二種方法包含了多種技術系統組件的元素,是從技術實現的角度來進行功能建模,更偏向技術結構域知識的應用,但是建模過程難度大專業性強,周期長。因此基于本體論的功能建模方法的提出需要兼顧兩者的特性。


      2)產品功能建模的重要問題


      產品功能建模多采用符號化的建模方法,因此每一種建模手段都有配套使用的一組符號系統。這種表示方法具有顯著的直觀性,信息量較大。設計一個完備符號化建模方法需要解決幾個關鍵的技術問題:對產品功能模型中的關鍵要素的標準化表達,標準的建模方法流程,模型的后處理手段及技術應用。


      本文研究的基于本體論的機械產品功能建模的方法符合符號化建模方法的一般特征,因此需要研究解決的問題也包括了三個層面:


      第一:產品功能建模的符號系統研究,提出一種全新的符號系統能夠將產品功能中的信息元素與本體論的方法有機地組合起來。


      第二:建模的主要策略,研究解決如何將產品功能結構轉化成為基于本體描述的新的知識模型。


      第三:標準化的建模步驟的研究,具體而言就是如何根據步驟一步步地將產品的用戶需求分析的結果轉化成為技術設計人員可用的標準化的設計知識表達體系模型。


      三.基于本體論機械功能建模的重要策略及流程


      基于本體論的機械產品功能建模具體操作過程中,需要將產品功能分析的結果通過本文新提出的符號系統來進行表達。在這個過程建模人員需要遵循幾條重要的建模策略:


      轉化產品功能分析的各個功能元。


      利用傳統的方法對產品進行功能分析,當得到了產品的功能分解結果后,不再繼續使用傳統建立產品的功能結構,而是直接利用本文提出的建模來用新的符號系統對產品功能相關的信息進行形象化表達。首選需要解決的問題是將產品功能元轉化成為符號系統中的實體類元素,可以利用SFA功能三元件模型的基本思想找到產品中各個功能元之間的關系,絕大部分是現有知識可達因而可以將原有功能的黑箱轉化成為白箱模型。


      2)分析各個功能元中功能作用的載體信息,如果這些信息是可知得,可以用明確的屬性來表達關系,如果這些作用的因素是未知得則保留其描述特征,因此對產品功能相關的所有實體的可達屬性進行分析,構成面向各個功能元實現的不同實體-屬性的不同的分布子圖。


      3)分析各個功能元之間的相互關系,引導各個功能元之間的從屬關系或相互關系,這一工作類似于傳統的建立產品功能結構的過程。將各個功能元相關的實體對象,屬性通過關系特征進行聯系最終形成了完整的新型的產品功能結構圖。


      4)關于功能建模完整性的判斷,利用新方法建立的產品功能模型的完整程度也需要驗證其正確性才能保證后續對其應用而展開工作的合理有效性,模型的完整性驗證包括:屬性與實體對應的完整度驗證,屬性,實體關系對應的完整性驗證等。


      根據上述的建模策略具體的建模過程如圖2所示。具體步驟包括7個步驟如下:


      步驟1:用戶的需求分析確定產品總功能。


      步驟2:產品的功能分析對產品的總功能進行分解獲得產品的各個功能元。


      步驟3:將產品的功能元轉化成為實體類。


      步驟4:將分析出的實體類進行分類


      步驟5:確定各實體類的各類屬性。


      步驟6:完成各實體與功能元之間的關系分析與確定


      步驟7:驗證模型的完整性完成建模工作。


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        作者:李彥偉等


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