（机械制造及其自动化专业论文）网络化产品设计信息过滤中若干关键技术研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 随着信息技术、计算机技术和网络技术的迅速发展，世界经济全球化进程正 在大大加快。企业为了在竞争中立于不败之地，必须通过缩短产品的研发周期和 制造周期，改善产品性能、降低成本，使新产品能够尽早进入市场，从而赢得竞 争的主动权。 产品信息作为设计的载体，随着设计方式的改变，传统设计过程中的产品信 息交换与共享的手段已无法满足现代企业制造设计的需要。传统的设计方法受到 了巨大的挑战，一些具有良好应用前景的先进制造技术和设计方法应运而生。运 用信息过滤和计算机网络技术可很好的实现产品设计信息的交换与共享、有效地 提高设计效率和质量、缩短产品设计开发的时间，最终赢得市场竞争。 本文在本课题组提出信息过滤系统的基础上，对其相关的若干关键技术进行 了研究。首先结合课题组先前的工作完善了基于协同设计的信息过滤系统；然后 对产品设计中存在的信息资源集成和统一规范方面的不足问题，采用x m l 技术 用数据整合的方法初步予以解决；对影响设计信息过滤系统可靠性的指标进行了 分析，并运用综合模糊评价法对其可靠性予以评价：网络环境中产品设计信息过 滤系统的安全问题也十分重要。为此，本文最后构建了网络化设计信息安全技术 的体系结构，并基于密码技术构建了产品设计信息管理安全框架体系。 关键词：信息过滤，信息整合，可靠性，信息安全 武汉理丁大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , c o m p u t e rt e c h n o l o g ya n d n e t w o r kt e c h n o l o g y , t h ep r o c e s so ft h ew o r l de c o n o m y sg l o b a l i z a t i o nh a sb e e n a c c e l e r a t e dg r e a t l y i fa ne n t e r p r i s ei nc o m p e t i t i o nw a n tb ei n v i n c i b l e ，i tm u s ts h o r t e n i t sp r o d u c t d e v e l o p m e n tc y c l e a n dm a n u f a c t u r i n gc y c l e ，i m p r o v ei t s p r o d u c t p e r f o r m a n c e ，r e d u c i n gc o s t s ，s om a k ei te n a b l en e wp r o d u c t se n t e rm a r k e ta ss o o na s p o s s i b l e ，a n dt h e r e b y g a i n i n gt h ei n i t i a t i v ei nc o m p e t i t i o n p r o d u c ti n f o r m a t i o ni st h ed e s i g nc a r r i e r s w i t ht h ew a yo fd e s i g n i n gc h a n g e s ， t h em e t h o di nt h et r a d i t i o n a lp r o d u c td e s i g np r o c e s sc a nn o tm e e tm o d e r nd e s i g n r e q u i r e m e n t sa tt h ee x c h a n g eo fi n f o r m a t i o na n ds h a r i n go ft h em e a n so fp r o d u c t i o n t r a d i t i o n a ld e s i g nm e t h o d sh a v eb e e ne n c o u n t e r e de n o r m o u sc h a l l e n g e s ，s o m eh a v e g o o dp r o s p e c t sf o rt h ea p p l i c a t i o no fa d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g ya n dd e s i g n m e t h o d sh a v ee m e r g e d u s i n gi n f o r m a t i o nf i l t e r i n g t e c h n o l o g ya n dc o m p u t e r n e t w o r k sc a nr e a l i z et h ee x c h a n g ea n ds h a r i n go fp r o d u c td e s i g ni n f o r m a t i o np e r f e c t l y , i m p r o v i n gd e s i g ne f f i c i e n c ya n dq u a l i t ye f f e c t i v e l y , s h o r t e np r o d u c td e s i g na n d d e v e l o p m e n tt i m ea n dw i nt h em a r k e tc o m p e t i t i o nu l t i m a t e l y t h ew o r ko ft h et h e s i si so nt h eb a s i so fi n f o r m a t i o nf i l t e r i n gs y s t e mt h a t p r e s e n t e db yo u rw o r k g r o u p ，s ot h ea u t h o rm a i n l yd or e s e a r c h o ns o m ek e y t e c h n o l o g i e sr e l a t e dt ot h es y s t e m f i r s t l y , t h ea u t h o rb e t t e r e dt h ei n f o r m a t i o nf i l t e r i n g s y s t e mb a s e do nc o o p e r a t i v ed e s i g n ；s e c o n d l y , f o rt h ed i s f i g u r e m e n ti ni n f o r m a t i o n i n t e g r a t i o nr e s o u r c e so fp r o d u c td e s i g na n dt h el a c ko fu n i f i e ds t a n d a r d s ，t h ea u t h o r s o l v e dt h ep r o b l e mp r e l i m i n a r yb yu s i n gx m la n dd a t ai n t e g r a t i o ns o l u t i o n ；t h i r d l y , t h er e l i a b i l i t yo fi n f o r m a t i o nf i l t e r i n gs y s t e md e s i g n e dt oa f f e c to fi n d i c a t o r sa n a l y z e d a n de v a l u a t e du s i n gi n t e g r a t e dv a g u el a wt oa s s e s si t sr e l i a b i l i t y ；f i n a l l y , n e t w o r k e n v i r o n m e n ti sa l s oi m p o r t a n tt ot h ep r o d u c t si n f o r m a t i o ns e c u r i t y t h e r e f o r e ，t h e a u t h o r f i n a l l yd e s i g n a n db u i l tt h en e t w o r ki n f o r m a t i o ns e c u r i t y t e c h n o l o g y a r c h i t e c t u r e ，a n db u i l ti n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e ms e c u r i t yf r a m e w o r kb a s e do n p a s s w o r dt e c h n o l o g yi np r o d u c td e s i g n k e y w o r d s ：i n f o r m a t i o nf i l t e r i n g ，i n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o n ，r e l i a b i l i t y , i n f o r m a t i o n s e c u r i t y i i 武汉理工大学硕七学位论文 第1 章绪论 信息技术、计算机技术和网络技术的迅速发展，使得经济活动按网络化的形 式加以重组。当今企业要想在竞争中立足，必须通过缩短产品的生命周期，改善 产品性能、降低成本，使新产品能够尽早进入市场，赢得竞争的主动权和优势。 于是传统的设计方法受到了巨大的挑战，一些具有良好应用前景的先进制造技术 和设计方法应运而生，例如：计算机集成制造系统、敏捷制造、精益生产、并行 工程、智能制造、虚拟制造、动态联盟等。基于网络的产品设计已成为计算机辅 助设计领域中的研究热点和前沿技术，并显示出良好的发展前景。 1 , 1 网络化产品设计中的信息交换与共享 现代产品设计是基于知识、以产品性能特征为驱动的设计过程。设计过程的 关键就是知识的获取，知识获取从另一个角度看就是设计信息的交换与共享。 1 1 1 传统的产品信息交换与共享技术 传统的产品信息交换与共享技术是面向传统企业经营模式发展起来的。企业 通常运用计算机辅助系统自动处理信息以提高效益，然而这些信息处理系统往往 只为某一个或几个阶段服务，以致系统的信息模型不一致，数据交换格式不统一， 相互之间很难交换、共享信息，形成信息“孤岛”。 产品是领域专家工作的共同对象，产品信息模型应反映产品生命周期中所有 阶段的需求和结果，其表达方式能够被所有产品开发阶段所理解，这就导致了协 同设计中产品信息结构复杂，数量大，版本多。它不仅要求其支持技术支持多学 科领域群体协同工作，还要求把产品信息与开发过程有机的集成。 1 产品信息建模与信息共享 产品信息交换与共享的实现离不开相应的产品信息模型。产品信息模型的发 展，是从传统的面向几何的信息模型发展到面向特征的信息模型，从特征的信息 模型发展到现在集成的产品模型。 产品的全生命周期设计中涉及的信息很多，包括：设计信息、制造信息、检 验信息、使用维护信息等。在不同计算机系统之间实现信息共享，最理想的方式 是用一种共同的计算机可识别的形式表达产品信息，这样才能能够保持信息的完 整性和一致性。 面向几何的信息建模，由于缺乏完整的信息从而无法全面描述产品信息；面 向特征的信息建模，由于无标准的特征定义，使产品信息的表达形式达不到广泛 武汉理工大学硕士学位论文 统一；同时由于二者模型不一致，难以实现信息交换与共享。 2 产品信息交换与共享的方式 各产品模型对应的信息共享方法从最初的点对点专用接口方式、文件级间接 交换方式发展到数据库集成方式、分布式松散交换方式。 ( 1 ) 点对点的直接交换方式 在两个系统问通过确定相互间的数据结构和建立一对一的信息转换机制进 行数据交换。两个独立系统间直接交换需丌发双向接口，通过专用接口的数据交 换针对性强，运行效率高，但可充性不够，如e m a i l 等方式。 直接交换方式较为典型的是基于几何模型的不同系统之间专用接口方法。 ( 2 ) 文件级的间接交换方式 不同的系统具有各自独立的数据库文件系统，系统问的信息通过数据标准的 交换方式实现。 对于基于产品几何模型的间接交换而言，由于各c a d c a m 系统所配置的前 后处理器基本上仅实现数据标准规范( 如i g e s ) 的一个子集且互不相同，这样通 过数据标准的数据交换过程中会出现错误或信息丢失；基于s t e p 的文件【4 1 】交换 也属于应用数据交换标准的间接交换。s t e p 中制定有应用协议标准，s t e p 文 件具有共同的表示方法，使不同应用领域内的应用模型相统一，并具有相容性。 目前的间接交换方式尚不能满足基于网络化产品设计对信息交换与共享平 滑、实时等的要求。 f 3 1 公共数据库级的交换方式 通过统一的产品模型和公共数据库来实现产品信息的交换与共享的方式称 为基于公共数据库级的信息交换与共享。可以分为两类：一类是基于产品几何模 型的多功能集成系统。系统多功能模块之间在公共数据库支持下共享统一的产品 模型。信息在多功能模块之间快速、双向、连续流动，实现充分的信息共享以支 持产品的协同设计。目前已有多个机械计算机辅助工程( m c a e ) 壹ii - d e a s 、u g i i 等就是这样的多功能集成系统【3 ”。系统另一类就是基于集成产品模型的公共 数据库的信息共享，如基于s t e p 数据库的信息共享。 基于统一产品模型的公共数据库方式的优点是信息在各功能之间可平滑、实 时地信息共享。 h ) 集中式耦合性集成的交换方式 协同设计对信息管理技术要求更高，要求把产品信息与开发过程有机地集成 起来，做到把正确的信息在恰当的时间以恰当的方式传递。 集中式紧耦合性集成的交换在前三种交换方式的基础上将所有与产品相关 的信息和所有与产品相关的过程集成，即信息集成与过程集成的统一。典型的如 武汉理工大学硕士学位论文 p d m ，从j 义来讲它覆盖了设计、工艺、制造、销售、服务等领域，提供产品 开发生命周期的信息管理及并行的协作环境。 1 1 2 传统的产品信息交换与共享方式的缺点 传统的产品信息交换与共享技术侧重于企业内部环境，目前的企业内部实现 系统信息无缝紧密性的高度集成，此技术基本上能满足系统内信息交换与共享的 需求。但还存在下列几方面的不足： ( 1 ) 开放性、异构兼容性差 分布式企业环境下信息交换与共享的最基本要求就是具备异构系统间跨平 台的兼容特性。由于传统的产品信息交换与共享技术注重于企业内部的产品信息 集成，且主要是面向功能实现，并未考虑其它外部异构系统的兼容性，没有提供 开放的接口。 信息交换与共享的连贯性差 实时、准时地获取所需的信息对于提高网络化的设计质量至关重要。 n e tm e e t i n g 、e - m a i l 无疑会干扰设计交互的流动性，中断设计的连续进程， 同样也会影响信息获取的实时性。麻省理工学院的j o h nh a y m a k e r 认为：“n e t m e e t i n g 、e m a i l 干扰了讨论与发现的流动性与机会性时，给交流带来空间和时 间上的约束，它使得可以立即进行设计交互的人员数量受到了限制，因而再也不 能充当连接广大分布式网络的首选媒介了”1 1 1 。可见，传统的信息交换缺乏一 种对设计进程的连贯性支持，制约了设计人员发现、解决问题的机会，并限制了 设计人员进行创新的能力。 f 3 ) 适应性、柔性差 由于市场环境的变化，企业的信息系统将随企业的经营过程和组织方式的改 变而相应调整。为了保证企业在不同的历史时期积累大量的信息和现有的系统能 共享集成，保证系统能够随着新软件系统的引入及企业经营过程重组的要求方便 的重构，要求企业成员的系统具有良好的容错能力、可扩展性和可重组性，能够 快速响应由于市场变化所引起的企业经营过程的变化。 ( 4 ) 设计过程的协作性、灵敏性差 网络化设计中，由于不同系统之间体系结构、运作环境和信息表达均不同， 导致不同系统的交流需要通过制定系统各自的通讯规则。信息交换与共享的过程 中不免有人为地自动化程度低的查找与口头通信，这样就缺少一种自发获取信息 的途径和一种同一的信息表达和有效的交流方法。不但耗时且通用性也不够，严 重影响了协作程度和灵敏性。 1 2 网络化产品设计中的信息过滤 武汉理r 大学硕士学位论文 1 2 1 信息过滤的优势 互联网的开放和自由决定了其资源具有数量庞大、内容丰富、类型多样等特 性。网络在给人们带来丰富多彩的信息资源的同时，也有其不利的一面：用户需 花费大量的时间在浩如烟海的信息资源中发现他所需要的信息，甚至有时候找不 到。据有关统计分析，“至少9 9 的用户检索到的信息中有9 9 是不相关的”【4 7 】。 信息过滤是针对用户动态的信息需求，在动态的信息源中过滤掉与用户的信 息需求不相关的信息，然后按照相关度将信息推送给用户的过程。信息过滤技术 能够适应网络环境下动态变化的信息源以及信息用户动态的信息需求所带来的 挑战，用户可以便捷地获得信息过滤系统提供的主动式的个性化服务，从而解决 了信息时代用户面对的信息过载的问题。 与信息检索相比，信息过滤更加强调动态信息管理与主动信息传递。当设计 人员面对纷杂的数据和巨大信息“噪音”的挑战时，企业必须尽快采用先进的信 息技术以适应网络的这种无序与多样，这就需要采用信息过滤等方式来改善产品 设计效果。 1 2 2 网络信息过滤的方式及分类 ( 1 ) 网络信息过滤从过滤手段划分 基于内容的信息过滤 基于内容的信息过滤是将信息资源内容和用户兴趣模型进行相似性匹配，按 照相关度排序把用户兴趣相匹配的信息推荐给用户，比如文本分析、图像识别等 的信息。 基于网址的信息过滤 基于网址的信息过滤是屏蔽非法网站常用的技术，首先构造出一致的非法网 站的i p 地址数据库并建立了一个类似代理的程序对用户发送的请求消息进行分 析与i p 地址进行匹配，如果匹配成功，则将用户的请求进行屏蔽或断开。 协作信息过滤( 社会过滤) 系统通过注册用户信息或跟踪用户的浏览信息，利用编辑模块得出用户兴趣 模型，然后系统利用用户之间研究兴趣的相似性而对其进行兴趣聚类，系统再把 获得反馈评价较高的信息列在前面，向有相似信息需求的用户推荐。它既能过滤 文本信息，又可应用于视频、音频等非文本介质。 混合信息过滤 混合过滤就是将基于内容的过滤与协作式过滤或将基于网址的过滤与协作 式信息过滤结合起来控制不适宜的信息传播。 f 2 1 按过滤操作的发生地划分 4 武汉理t 大学硕士学位论文 基于信息源的过滤系统。用户需要将其兴趣特征报告给信息提供者，然 后用户可以得到与此特征匹配的信息； 基于服务器的过滤系统。过滤操作发生在服务器端，用户将自己的兴趣 特征报告给服务器，服务器收集信息并选择合适的信息发布给用户； 基于客户端的过滤系统。所有输入的信息项都经过一个本地的过滤器检 验，去掉无关或有害的内容。 ( 3 ) 按系统的主动性，可分为主动的和被动的： 主动的信息过滤系统会自动将合适的信息发布给它的用户： 被动的信息过滤系统是从输入的信息流中过滤掉不相关的或者有害的信 息项。 ( 4 1 按获取用户兴趣特征的方法划分 显示方法。主要包括预定义用户兴趣特征、显式地获取用户反馈，可减 少系统学习的负担： 隐式方法。获取用户兴趣特征通过分析用户的行为来获取用户兴趣用户 对每个信息项的反应被记录下来，从而获取用户对数据项的实际评价： 另一类获取用户兴趣模型特征的方法介于显式和隐式之间，包括文档空 间法和立体特征推理法。 1 2 3 产品设计中的网络信息过滤 网络信息过滤系统虽然主要是针对互联网上的信息泛滥问题，但它也作为解 决网络化设计中的信息交换与共享问题提供了一种全新的思路。 然而，基于网络的机械产品信息设计有着自身的特点。首先它主要是针对产 品设计，围绕某一产品的信息类型更加广泛，动态的信息量更加繁多，而且设计 信息随时间、市场以及其它不确定因素的变化尤为突出：此外，为增加创新能力， 保证设计质量，提高设计效率，不同的设计人员对实时信息的需求更为迫切，信 息需求的涉及面更广。 为此，本课题组以网络信息过滤技术为基础，结合机械产品设计信息的自身 特点，提出了一种基于网络的产品设计信息过滤系统，初步解决了基于网络的产 品设计中信息交换与共享所存在的问题与不足。 1 3 国内外的相关研究现状与发展 信息过滤的历史可追溯到2 0 世纪5 0 年代。1 9 5 8 年，l u h n 提出了“商业智 能”的概念。s d l ( s e l e c td i s s e m i n a t i o no fl i l f o 珊a t i o n ) 也被认为是信息过滤的前身。 1 9 8 2 年，d e n n i n g 在c a c m 中首次提出了“信息过滤”的概念。他描述了 武汉理二【：人学硕士学位论文 一个信息过滤需求的例子，对于实时的电子邮件，采用了“内容过滤器”来实现， 采用的主要技术有层次性组织的邮箱、独立的私人邮箱、特殊的传输机制、阈值 接收和资格验证等。 2 0 世纪8 0 年代末，美国人c r o f t 提出了信息过滤与信息检索的不同，并对 信息过滤作了初步研究。 2 0 0 0 年，麻省理工学院的j o h nh a y m a k e r 等人将过滤的方法引入到建筑领域 来辅助远程协同设计，其主要通过过滤来解决协同设计中的表达、语义、交流以 及冲突的问题，从而生成一致性和创新【1 l o 国内方面，清华大学的童秉枢、田凌针对网络化产品协同设计的特点和多种 应用要求，提出了多模式协同设计的思想；基于x m l 和v r m l 技术，建立了 支持网络化协同设计信息集成、过程集成和知识集成的集成模型；设计并实现了 一个通用型网络化协同设计支持系鲥4 】【1 3 。 电子科技大学的卢军针对网络信息的实时过滤问题，提出了一种基于代理服 务器的网络实时过滤机制【3 4 】。广东工业大学的李卫华教授提出了个性化网络信 息过滤a g e n t 的结构及其实现方案，并讨论了用相关反馈评价机制更新用户兴趣 模型的问题。 东南大学的徐宝文、张卫丰等人论述了搜索引擎与信息获取的关键技术，分 别从站点和用户的角度，实施了基于客户端和服务器端的个性化应用研究1 5 】。 武汉理工大学的肖佩、何彬等人将信息过滤技术引入到机械产品设计中来， 提出了网络化产品设计信息过滤的概念，分析了适合于产品设计信息过滤的关键 技术和网络实现技术，并初步构建了一个信息过滤系统【3 3 】 4 9 】。 在数据信息整合方面，国内已经有了关于数据交换和共享的解决方案。主要 体现在以下几方面：以企业应用集成为目标设计的产品，使用对象技术和工作 流进行合成业务进行业务数据的交换和共享，各参数与系统紧密耦合：按照不 同的数据类型和流量等，定义不同的传输通道，绑定不同的传输组件；建立数 据的提供者和使用者，对数据交换的方法和策略达成共识，形成一种约定，即契 约之上的数据交换与共享。 此外，东华大学的杨晓丽等人研究了利用本体论模型、数据挖掘等方法实现 x m l 在网络信息资源整合中作为中间件数据形式的应用；北京建筑工程学院的 刘静纨探讨了在智能建筑系统的数据整合，并对整合的数据进行抽取、清洗、转 换和加工工具进行了比对和介绍。 信息安全就是通过计算机、网络和密码技术，保护在公用通信网络中的传输、 交换和存储的信息的机密性、完整性和真实性。信息安全的结构层次包括：物理 安全、安全控制和安全服务。密码技术是网络安全的核心。数据安全技术也已经 武汉理工人学硕士学位论文 由传统的只注重保密性转移到了保密性、真实性、完整性和可控性的完美结合， 并且相继发展了身份认证、消息确认和数字签名技术。1 9 9 1 年美国国家标准与 技术协会公布了数字签名标准( d i g i t a ls i g n a t u r es t a n d a r d ，d s s ) 。数据加密技术 是解决网络上信息传输安全的主要方法，而加密算法的设计是核心。 7 0 年代后期，美国的数据加密标准d e s 和公开密钥密码体制的出现成为近 代密码学发展史上的两个重要里程碑。 d e s 是由i b m 公司在7 0 年代提出来的。1 9 9 7 年美国国家标准局公开征集 并正式公布实施数据加密标准d e s 。j a m e sm e s s e y 于1 9 9 0 年提出i d e a 密钥算 法，被认为是现今最好的最安全的分组密码算法；l o k i 在1 9 9 0 年提出了l o k i 算法，作为d e s 的一种替代算法。 目前，人们提出了很多技术来解决i n t e r n e t 的安全问题，比如防火墙技术、 入侵检测技术和应用密码技术等，都可应用在以i n t e m e t 为信息交换平台的网络 设计制造当中，用以解决其信息安全问题，但依然存在很多技术问题。 1 4 论文研究的目的和意义 1 4 1 目的 在以现代信息技术为支撑的网络环境中，集信息的收集、存储、组织加工和 提供信息服务为一体的先进设计制造技术，面对信息超载的挑战，面对用户多样 化的信息需求，急需采用先进的信息过滤技术来满足用户的个性化信息需求。 本文以引入设计信息过滤的理念和方法予以解决，并对基于本课题组所提出 的产品设计信息过滤系统的相关技术进行了论述和探讨，论文的研究工作主要体 现在以下几个目的： ( 1 ) 为了使所课题组提出的产品设计信息过滤系统能更好实现产品设计信 息的交换与共享，为设计人员和企业带来更大的便利。本文对产品设计信息过滤 系统中的相关环节进行了完善与补充。 ( 2 ) 采用基于x m l 语言技术来实现产品数据信息整合，这样便于集中管理， 建立一种统一的标准不仅能对设计信息需求的表达进行规范，还可作为不同的设 计信息格式进行转换的依据。为此，本文探讨了基于网络化产品设计信息过滤系 统中产品信息的存取、处理和表达的问题。 f 3 1 解决信息过滤系统中的安全性和可靠性方面的问题。系统的安全性对整 个企业都有着至关重要的影响，建立相应的安全措施可以解决这一点；系统的可 靠性也是成功实现产品设计信息交换与共享的重要保证。 1 4 2 意义 7 武汉理工人学硕士学位论文 ( 1 ) 本论文的研究体现了现代设计方法的发展趋势。以设计信息为研究对 象，通过过滤实现其自动交换与共享，提高了设计的自动化程度，缩短了设计时 间，改善了设计质量，提高了设计人员的创新能力。 ( 2 ) 论文研究也适用于设计信息及其整合与管理的研究领域。本文中的研究 包括设计信息特征，设计信息的收集、表示方法，信息和设计的相互作用等方面 的研究，并以解决产品设计信息交换与共享所在的问题为最终目标，迎合了该领 域的发展方向。 1 5 课题来源和主要研究内容 1 5 1 课题来源 湖北省自然科学基金：数字制造中产品维修数字化的关键技术研究( 项目编 号：2 0 0 1 a b b 0 8 6 ) 1 5 2 主要研究内容 本论文研究的主要工作有以下几个方面： ( 1 ) 对网络化产品设计信息过滤系统作进一步研究和完善。引入中间件技术 来更好地完善该系统以及功能组件。 ( 2 ) 采用x m l 语言，来统一规范本过滤系统中所涉及到的产品设计信息。 初步探讨了映射模式机制，并以电磁换速制动器中的设计信息为实例进行表述。 ( 3 ) 结合层次分析法对影响设计信息过滤系统可靠性的指标进行了进一步地 分析，运用综合模糊评价法对其可靠性予以评价。 ( 4 ) 探讨了网络环境中产品信息安全问题。初步构建了网络化产品设计信息 过滤系统中的信息安全技术的体系结构并基于密码技术分析了产品设计信息管 理安全框架体系。 8 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章网络化产品设计信息过滤系统 2 1 产品设计信息过滤的概念 本文中的产品设计信息过滤，是指在网络环境下，通过建立一种信息过滤系 统来对设计人员上传的所有设计信息进行处理与筛选，从而实现设计信息的重新 分配与流动；并且，客户端用户能够根据自己的需求自动获取相应的信息，又可 以将实时的信息传递给对其感兴趣的其他设计人员。 2 1 1 产品设计信息过滤与设计信息检索 美国计算机学家n i c h o l a sj b e l k i n 和w b r u c ec r o f t 于1 9 9 2 年发表的一篇颇 具有权威性的文章中指出：“信息过滤( i n f o r m a t i o nf i l t e r i n g ) 与信息检索 ( i n f o r m a t i o nr e t r i e v a l ) 就如一枚硬币的正反面”。二者的目标都是选取合适的信 息，但侧重点不同： ( 1 ) 信息过滤主要关注用户的长线信息需求( 一定的时间内比较固定的信息 需求1 ，而信息检索则主要关注用户的短线信息需求； ( 2 ) 信息过滤的处理对象是非结构化( 如网页) 或半结构化( 如电子邮件) 的数 据，主要用来处理文本信息，而信息检索主要处理结构化的数据( 如数据库记录) ： ( 3 1 信息过滤主要是去掉与用户的信息需求不相关的信息，信息检索则是检 出与用户的信息需求相关的信息； ( 4 ) 信息过滤针对的是相对动态变化的信息源，而信息检索则是相对静止的 信息源。 l f 和i r 的基本结构如图2 - 1 所示。其中，c o l l e c t i n g 是从文档集中收集相关 信息，s e l e c t i n g 是对过滤或检索的操作进行处理，d i s p a l y 是将结果提供给用户。 臣三习臣三习匹司 图2 - 1 i f 和i r 的基本结构 由此可知，产品设计信息的过滤和检索同样有着上述的区别和紧密的联系。 如表2 - 1 所示。 表2 - 1 设计信息的过滤和检索的异同 产品设计信息过滤产品设计信息检索 信息源动态变化的相对静止的 处理对象非结构化或半结构化的数据结构化数据 信息需求表示没计人员需求模型 检索词 9 武汉理t 人学硕士学位论文 算法向量空间模型、潜在语义索引、 布尔逻辑模型、向量空间模型等 决策树、最近邻居算法等 涉及范嗣包含数据在内的多种学科内容 静态文本数据 用户特点小范围多用户的长期使用大范围少i | = 户的短期使用 信息过滤又可理解为：“为满足设计用户动态的信息需求，在动态的信息源 中过滤掉不相关信息，然后按相关度排列把信息推送给用户的过程”。这里涉及 到两个“动态”：用户的“动态”信息需求及信息源的“动态”变化。 2 1 2 产品设计信息过滤与数字权益管理技术 产品设计信息过滤和数字权益管理技术有着及其密切的关联和相似。 ( 1 ) 数字权益管理技术( d i g i t a lr i g h t sm a n a g e m e n t ，d r m ) d r m 是指对数字化信息产品在网络中交易、传输和利用时所涉及的各方权 利进行定义、描述、保护和监控的整体机制，是数字化信息环境可靠运行和不断 发展的基本保障之- - t 嘲。d r m 的核心是数字化信息只能被授权用户和使用，以 防在传输过程中被非法截获、破译并非法复制和传播。d r m 是一个系统框架， 它由各种相关技术按照特定的方式组合而成，用来在数字作品从生产者到发布者 再到用户，以及从用户到其他用户流动的过程中，保护三者的权益。d r m 涉及 到多方面的技术，包括资源标定技术、数字水印、密码技术、权利描述语言和信 任管理技术等【加】1 2 1 】。 ( 2 ) 系统结构 在d r m 中，从用户的角度，希望在传统信息产品交易利用中已获得的权益， 保障数字内容可靠性，保障数字信息交易利用的方便性，保护用户隐私，保障 d r m 机制本身的互操作性、透明性和后向兼容性。 产品设计信息过滤系统中，用户方为处在异地的设计人员，通过密码登录系 统，并去对设计信息过滤知识库访问以及递交用户模板等权益，以保证所获取设 计信息的有用性、可靠性，实现信息交换与使用的方便性。 设计信息过滤系统中的过滤系统相当于d r m 中信息服务机构，两者都支持 多种形式灵活组配的信息传输模式，立足于对不同信息内容和内容组合的操作， 立足于各自机制下信息获取和传递的方便性经济型性，并保障各自机制的互操作 性和可伸缩性。 ( 3 ) 描述语言 d r m 首先应准确定义和描述“谁拥有怎样的数字产品信息的怎样的权限、 按照怎样的协议和交易方式将哪些权限在怎样的范围内授予给谁”。这些信息必 须用标准的开放的和计算机可识别的方式描述和标记，d r m 系统才可能自动进 行相应的记录、识别、解析和解释，并据此进行权限控制。 在设计信息过滤系统中，这种权限靠设计人员递交的模板来设置控制，过滤 1 0 武汉理工人学硕十学位论文 系统根据模板的类型来对现有的信息进行分析计算，然后决定怎样的信息可以授 予给他。 二者的核心都是开放性描述语言，基于通用数据字典和概念集，并以计算机 可识别的标准格式来描述用户需求和信息服务系统的管理标准。唯一不同的是信 息过滤中的信息开放性更强。 2 1 3 网络化产品设计信息过滤与网络信息过滤 网络化产品设计信息过滤的关键技术以互联网上信息过滤技术中相关理论 为基础，但鉴于产品设计信息的特殊性，很多方面需要作有针对性的改进。产品 设计信息的特殊性有以下几点： ( 1 ) 产品设计信息的内容更加集中，所有的信息内容基本上是围绕产品模型 展开的，产品设计信息过滤具有很强的针对性、目标性。 ( 2 ) 产品设计信息的表达方式更加简明直接，专业性更强。 ( 3 1 产品设计信息的构成呈多样化，涵盖结构化、半结构化和非结构化的信 息，信息的描述方式也多种多样。 f 4 ) 产品设计信息大都随时间的变化性很强。 产品设计信息过滤从i f 理论中引用或移植过来的相关技术虽然联系密切， 但根据产品设计信息自身的特点，还是存在着明显的区别【3 3 j ： ( 1 ) 用户模板( u s e rp r o f i l e ) 信息过滤系统主要面对的是半结构化和非结构化的数据，它为设计人员的长 期的信息需求提供服务。用户的兴趣模型可以用模板文件( p r o f i l e ) 的形式来表示。 过滤系统将信息和用户模板文件进行比较，根据比较结果选出用户需求的信息。 用户模板在产品设计信息过滤中为设计人员需求模板：在i f 中，用户可以 手工建模，也可以半自动建模和自动建模。 用户大都是具有专业水准的设计人员，信息需求的表达上专业性更强，并且 产品设计信息动态性强。因此，设计人员需主要借助于手工的方式建立自己的需 求模板，并根据实时的需求作临时更新。 r 2 1 特征抽取( f e a t u r ee x t r a c t i o n ) i f 理论中的特征抽取是指通过对原文档信息内容的结构分析，抽取出有意 义的文档，再生成结构化的有价值的信息。它通常是将一篇文本中的虚词去掉， 按留下的主干词出现的频率或位置决定其权重。 而产品设计信息过滤中，由于产品设计信息的表述特殊，很多虚词代表重要 的含义，而且设计信息类型的多样化决定权重不能完全按照出现的频率来确定。 因此，产品设计信息过滤中的特征抽取必须严格以设计人员提交的需求模板 上的特征项作为索引，再根据不同的信息类型，按照对应的方式和算法逐一进行 武汉理工大学硕士学位论文 搜索、分析、计算，提取出相关特征项在该篇信息中的权重。 ( 3 1 相似匹f l a ( s i m i l a rm a t c h i n g ) 将一篇产品设计信息提取后的特征项与需求模板中对应的特征项进行匹配， 计算出相似度，再根据相似度来决定信息的流向。i f 中的算法适合产品设计信 息过滤的算法不多，而传统的余弦算法较为合适。 2 2 产品设计信息过滤的理论基础 2 2 1 用户需求表征与需求模板 在产品设计信息过滤技术中，需求模板是一个非常重要的组件。设计人员通 过网络获取所需的信息，必需要先对所需信息的特征进行合理的规范、表达，也 即是用户需求表征。用户需求表征是通过设计人员需求模板( 用户模板) 来进行描 述和实现的。 用户模板文件从内容上可以划分为基于兴趣和行为的两种类型，具体实现时 可以综合这两种表达方式。用户模板既能用文件形式来组织，也可以用关系数据 库或其它数据库来组织。 产品设计信息过滤中的设计人员需求模板类似于i f 中建立的用户模板，且 类型较多。如布尔逻辑模型、概率模型和向量空间模型等，本文重点研究向量空 间模型。 ( 1 ) 布尔模型( b o o l e a nm o d e l ) 布尔模型易于实现，是当前许多商用系统的理论基础。其表达形式如下： d f = ( w j l ，w f 2 ，) 其中，n 是特征项的个数，为1 或o ，分别表示特征项k 在文本t 中出现 或不出现。 布尔模型中的文本表示是向量空间模型中文本表示的特殊形式，只采用二元 权重。布尔模型中的匹配是由特征项和布尔运算构成的布尔表达式表示的。布尔 运算包括：a n d ( 与) 、o r ( 或) 、n o t ( q e ) 。布尔模型中的判断就是确定文本中的特征 项能否使一个表达式为真。 ( 2 ) 概率模型( p r o b a b i l i s t i c i n f e r e n t i a lm o d e l ) 由于信息过滤中相关判断的不确定性和过滤信息表示的模糊性，人们需要用 概率的方法解决这方面的问题。概率模型基于概率排序原则：给定一个用户的兴 趣特征表示和集合中的文档概率模型来估计用户兴趣特征与文档相关的概率。 ( 3 ) 向量空间模型( v e c t o rs p a c em o d e l ，v s m ) 向量空间模型中文档包含的信息多种多样，如图形，文字和多媒体等信息。 对于所有的文档可以用特征项集合d ( t ，t ：，t 。) 表示，其中t 。( 1 = k = n ) 是文档中 武汉理t 大学硕+ 学位论文 的项。对含有n 个项的文档的特征集d ( t 。，t ：，t 。) ，项气( 1 = k = n ) 常常被赋予一 定的权重，用来表示它们在文档d 中的重要程度。 v s m 用向量d = ( f l ，w l ；f 2 ，w ：；t 。，w n ) 的形式来表示，其中t k 表示文档 中的项，m 是项t 。的权重。 产品设计信息过滤系统中的需求模板采用v s m 来表示具有如下优点： ( 1 ) v s m 使得对检索向量中关键词权重的赋值成为可能，计算得到的相似度 可对取得的文档按照相关度进行排序。 ( 2 ) 结构简明、直观，便于描述所需信息的特征。 ( 3 ) 便于与特征向量进行相似匹配，有利于网络编程技术予以实现。 ( 4 ) 便于管理、维护、修改和更新，适于对动态设计信息进行过滤的要求。 用户需求模板须根据需要不断地在设计过程中进行更新：每次提交模板之 前，用户应尽可能预测出当日口最需要设计信息的内容，并能有效地描述其特征， 表示出其特征项的权重并确定合理的闽值。这对用户获取所需信息的查全率有很 大的影响。 2 2 2 特征抽取 ( 1 ) 特征抽取 特征抽取是产品设计信息过滤系统的重要组成部分，它具体实现了从信息仓 库中的文本设计信息到特征向量的转化，为过滤出相关文本信息提供数据。对用 户浏览的每篇文档信息，系统要对其按序号的顺利进行逐个处理，步骤为：按需 求模板传递过来的特征项作为索引，以此在该篇信息内进行查找，并按照相关的 方式确定该特征项在该篇信息中所占的权重，然后将此权重的数据以特征向量的 形式输出，以供相似匹配阶段使用，如此循环，直至结束。 随着所对应的特征值的增大，特征向量表达的信息的重要性也随着上升。从 词频空间到概念空间转化的过程中，可忽略掉不重要的概念。这样不仅降低了向 量的维数，而且过滤掉了部分噪音。 ( 2 ) 特征项权重的计算 特征项权重( m ) 是指特征项( f 。) 能够代表文档( d ) 能力的大小，体现了特征项 在文档中的重要程度。这样文档d 的向量可以表示为d ( h 。，w n ：，w n ，) ，其中 m ，w ：，w m 分别代表文档d 特征项t ，t ：，0 的特征项权重。 由v s m 的特点可知，特征项的权重计算是文档分类的关键，其计算常用的 方法有布尔函数、开根号函数、对数函数、t f i d f 函数等，其中t f i d f 函数应 用最为广泛。 t f i d f 函数的基本思路是使用频率因子t f ( t e r mf r e q u e n c y ) 进行特征项的 赋权，同时还要考虑文档集因子i d f ( i n v e r s ed o c u m e n tf r e q u e n c y ) ，体现出信 武汉理上大学硕士学位论文 息过滤内容与文档的相关度大小， i d f = l o g ( n n ；) ，其中n 为文档集合 2 2 3 相似匹配 一般采用使用出现频率的倒数来计算， h ，为过滤内容在文档中出现的次数。 相似匹配是用户判断待过滤信息与用户模板的符合程度的一项重要指标。产 品设计信息过滤采用相似度匹配的方法，通过对信息经过特征提取后，将特征向 量与设计人员需求模板的权重向量进行相似比较，计算出相似度，再根据相似度 的大小决定该信息的流向。 1 相似度( s i m i l a r i t y l 相似度是指两个文档信息相关程度的大小，当文档以向量来表示时，可用向 量文档向量间的距离来衡量，一般使用内积或夹角0 的余弦来计算，两者夹角越 小说明相似度越高。 。 。i 一 刚m ( d 1 , d 2 ) = c o s 0 = ( 荟w l k w 2 k ) j 荟( 2 荟( w 2 j 2 ( 2 - 1 ) s i m 表示第二个文档与第一个用户模板进行匹配后的相似度：w 1 。表示第二 个文件经过特征抽取后特征项权重的空间向量表示，w