（机械制造及其自动化专业论文）网络化产品设计信息过滤器的设计与可靠性.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 中文摘要 网络及其相关技术的迅猛发展，使得基于网络的分布式设计成为现实可能。 产品设计和网络技术的有机结合是实现t q c s 目标的有效手段和重要途径，而 基于网络的产品设计中需要解决的一个关键问题就是如何进行设计信息的交换 与共享。 传统的设计信息交换与共享的方式存在着快捷性、连贯性、协作性和灵敏 性差等多方面的缺陷，严重制约着产品设计的速度、效率和质量。对此，本文 提出用设计信息过滤的方式解决这其中的有关问题。产品设计信息过滤是以设 计过程中的动态设计信息为对象，以信息过滤( i f ) 技术和网络实现技术作为理论 基础，可以实现较高自动化程度的设计信息交换与共享，减少设计人员间交互 的压力，有效地缩短设计时间，提高设计效率与质量。 本文从产品设计信息过滤的概念和内涵出发，详细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，在概括和总结了产品设计信息特点的基 础上，对网络化产品设计信息过滤器进行了结构和基本功能组件的设计；研究 和阐明了过滤器的框架模式、功能基础以及基本功能组件，并且实现了基本组 件的功能：就网络化产品设计信息过滤器的可靠性作了相关的探讨，提出了改 善可靠性的几种途径和方法，并对过滤器的评价也作了初步的研究。最后，在 所构建系统的基础上，以汽车电磁缓速制动器机械装置部分的网络协同设计作 为对象，来验证了所建立的产品设计信息过滤的相关理论与过滤器的可行性， 以及对实际应用的指导性和辅助效果。 关键词：信息交换与共享，产品设计信息过滤，网络化产品设计信息过滤器， j a v a 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h e r a p i dd e v e l o p m e n to fi n t e r n e ta n de o m p u t e rt e c h n o l o g yh a sm a d ei tp o s s i b l e t od e s i g nd i s t r i b u t i v e l yt h r o u g hi n t e m e t p r o d u c td e s i g ni n t e g r a t e dw i t hi n t e r n e ti s o n eo ft h em o s te f f e c t i v ew a y st or e a l i z et h eg o a lo f t q c s h o w e v e r , i np r o d u c t d e s i g nb a s e do nw e b ，g r li m p o r t a n tp r o b l e mt h a tm u s tb es o l v e di sh o wt oe x c h a n g e a n ds h a r e d e s i g ni n f o r m a t i o n t r a d i t i o n a l l y , t h e r ea r em a n yd i s a d v a n t a g e si ne x c h a n g i n ga n ds h a r i n gd e s i g n i n f o r m a t i o n ，s u c h a st h e p o o r n e s s o f r a p i d n e s s ，c o h e r e n c e ，c o l l a b o r a t i o na n d s e n s i t i v i t y , w h i c hh a v ee x c e e d an e g a t i v ei n f l u e n c eo nt h e q u i c k n e s s ，e f f i c i e n c ya n d q u a l i t yo fp r o d u c td e s i g n a sar e s u l t ，d e s i g ni n f o r m a t i o nf i l t e r i n gi sp r e s e n t e di nt h i s p a p e rt os o l v et h ea b o v ep r o b l e m s d e s i g ni n f o r m a t i o nf i l t e r i n gi sm a i n l ya i m i n ga t t h ed y n a m i c a li n f o r m a t i o ni np r o d u c t d e s i g n a n db a s e do ns o m et h e o r i e so fi fa n df i l e i m p l e m e n t e dt e c h n o l o g yt h r o u g hi n t e r n e t ，w h i c he n a b l e sd e s i g n e r st oc o m p a r a t i v e l y a u t o m a t i c a l l ye x c h a n g ea n ds h a r ed e s i g ni n f o r m a t i o n t h e r e f o r e ，d e s i g ni n f o r m a t i o n f i l t e r i n g a l s oc a na l l e v i a t et h ep r e s s u r eo fi n t e r a c t i o nb e t w e e nd i f f e r e n td e s i g n e r s ， e f f e c t i v e l ys h o r t e nt h et i m es p e n to nd e s i g na n di m p r o v et h ed e s i g ne f f i c i e n c ya n d q u a l i t y s t a r t i n gw i t h t h ec o n c e p ta n dc o n n o t a t i o no f p r o d u c td e s i g ni n f o r m a t i o nf i l t e r i n g ， t h i s p a p e ra n a l y z e s t h e k e yt e c h n o l o g y i n d e t a i ls u i t a b l ef o r p r o d u c td e s i g n i n f o r m a t i o nf i l t e r i n g ，i n c l u d i n gs o m et h e o r i e so fi fa n di n t e m e tt e c h n o l o g y , w h i c h u n d e r l i et h es t r u c t u r a la n db a s i cf u n c t i o n a lc o m p o n e n t d e s i g no f p r o d u c ti n f o r m a t i o n f i l t e rb a s e do nw e b a c c o r d i n g l y , t h ef r a m em o d e l ，f u n c t i o n a lb a s i so fi n f o r m a t i o n f i l t e ra n dt h ei m p l e m e n t a l p r o c e s so f b a s i cc o m p o n e n t sa r ei l l u s t r a t e da n dr e s e a r c h e d t h i sp a p e ra l s of u r t h e rs t u d i e st h e r e l i a b i l i t yo f i n f o r m a t i o nf i l t e r , p u t sf o r w a r ds o m e a p p r o a c h e st oi m p r o v i n gi t sr e l i a b i l i t ya n dc a r r i e so u tap r e l i m i n a r yr e s e a r c ho nt h e e v a l u a t i o no fi n f o r m a t i o nf i l t e r a t l a s t ，b a s e do nt h es y s t e mw h i c hh a sb u i l t ，t h e c o l l a b o r a t i v ed e s i g nf o rt h em e c h a n i c a ld e v i c eo fa u t oe l e c t r o m a g n a t i cr e t a r d e ri s u s e da sa ni n s t a n c et op r o v es o m er e l a t i v et h e o r i e sa n dt h es y s t e mt h a th a v eb e e ns e t u p ，w h i c ha l s ot e s t i f yt ot h eg u i d a n c ea n da v a i lo f p r a c t i c a la p p l i c a t i o n k e y w o r d s ：i n f o r m a t i o ne x c h a n g ea n ds h a r e ，p r o d u c td e s i g ni n f o r m a t i o nf i l t e r i n g ， p r o d u c td e s i g ni n f o r m a t i o nf i l t e rb a s e do n w e b ，j a v a i i 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 随着计算机软硬件技术和网络技术的迅速发展，以及市场竞争的日趋激烈， 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；而从市场发展的角度来看，企业不仅仅需要以最短的时间、 最低的成本生产出最好的产品，提供最好的服务，更重要的是提高产品创新设 计的能力，能够以最快的速度开发出具有独占性技术的产品。因而，作为敏捷 制造、并行工程和网络化制造的基本支持技术，基于网络的产品设计( 网络化 设计) 已经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 网络化产品设计中信息交换与共享的一般方式及不足 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 的关键就是进行知识获取，知识获取从另一种角度来看就是设计信息如何进行 交换与共享。 基于网络的产品设计包括网络环境下的协同设计、并行设计、虚拟设计、 定制设计、综合设计和集成设计等。其核心在于利用网络构建一条畅通于设计 人员、客户和供应商之间的信息流，并呈现出如下所述的特点： 设计人员通过网络在全球范围内，以最快的速度获取设计所需的各种最新的 信息和知识，从而促进了创新和快速地设计。 客户通过网络参与到设计中，与设计人员进行实时地信息交流，以便拉近客 户与设计人员间的距离，使产品设计最大限度地满足客户的要求。 企业内部各部门、主机企业及配套企业间的网络互连，促进了信息的交流与 共享，以便进行协同设计，提高了设计效率。 面向市场机遇，企业通过网络建立基于“双赢”原则的动态联盟，实现企业 之间的异地协同设计。 可见，基于网络的产品设计是通过网络实现对全球分布的设计资源的快速 调集与利用，设计中所牵涉到的关键问题同样是如何进行设计信息的共享与交 换。 网络化产品设计中的信息交换与共享一般有以下几种方式： ( 1 ) 间接交换 所谓间接交换指的是在客户机朋日务器模式下，将设计信息存放在服务器端， 武汉理工大学硕士学位论文 设计者位于客户机端，客户机通过浏览器访问服务器获取所需的信息。为此， 需要在客户机n 务器模式下，建立并行设计、协同设计等设计模式下的网络界 面，所有的设计者通过该设计系统的网络界面共事设计信息资源，进行分布、 并行和合作的设计工作。在该交换中，每个应用系统具有各自独立的数据库文 件系统，应用层间的信息通过数据标准进行交换。由于各c a d c a m 系统所配 景的前、后处理器基本上都仅实现数据标准规范( 如i g e s ) 的一个子集且是互不 相同的子集，因此，通过数据标准的数据交换在交换过程中经常会出现错误或 信息丢失的现象。基于s t e p 的文件交换也属于应用数据交换标准的间接交换。 它与基于几何的产品模型的间接交换的区别是：s t e p 中制定有应用协议标准， s t e p 文件是集成产品模型按应用协议标准进行产品信息映射产生的，具有共同 的表示方法，从而使不同应用领域内的应用模型相统一，并具有相容性。虽然 s t e p 文件不会引起类似于i g e s 数据转换的信息丢失等情况，但成熟的集成产 品模型的公布与应用，还需要相当长的时间。总体而言，间接交换的方式难以 满足网络化设计对信息交换与共享平滑、实时等的要求。 ( 2 ) 基于公共数据库方式的交换 基于公共数据库的信息交换与共享是通过统一的产品模型和公共数据库实 现信息共享的方式。根据以上定义，其信息共享有两类：一类是目前基于几何 的产品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。目前出现的多个机械计算机辅助工程( m c a e ) 系统，如s d r c 公司的i - d e a s 、e d s 公司的u g i i 等就是这样一种多功能集成系统。它们是以 基于统一产品模型的数据库为核心，系统将产品开发所需的设计、分析、测试 和加工等集成于一体。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并行设计。另一类就是基于集成产品模型s t e p 的公 共数据库的信息共享。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，但可交换的信息的范围偏小。 ( 3 ) 直接交换 直接交换就是各个设计者之间直接进行的信息交换。由于网络化设计是通 过网络进行的，设计具有异时性、异地性，这就给设计信息的直接交换带来了 困难。设计者之间需要通过e m a i l 等方式预先确定一个公共的时间，在公共时间 内通过n e tm e e t i n g 直接进行信息的交换。这种交换方式也是在交换的两个系统 间( 或功能模块间) ，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， 直接进行信息和数据交换。通过专用接口的数据交换针对性强，接口易实现， 运行效率高，但可扩充性不够* ，。 直接交换与间接交换的区别明显，与公共数据库方式的信息共享相比，共 2 武汉理工大学硕士学位论文 同点是公共数据库方式各功能模块之间的信息交换也是直接的，区别是直接交 换针对的是不同的功能系统，各功能系统各有自身的产品模型和数据库，系统 间自然没有公共数据库。 上述方式能够从一定的方面和程度上解决信息交换和共享的问题，但至少 还存在如下几个方面的缺陷： ( 1 ) 信息交换的快捷性差。由于市场环境的变化，设计人员已有的信息系 统将随企业的经营过程和组织方式的改变而相应调整。不同的历史时期和设计 阶段积累的大量信息和现有的系统为了保证能够集成，要求现有的信息交换系 统必须其有良好的容错能力、可扩展性和可重用性，能够快速响应由于市场变 化所引起的各种改变。但是传统的方式却缺乏相应的适应性和柔性。一旦企业 经营过程随市场需求发生交化，将导致系统全局的变更。对于间接方式，这种 不断的改变势必也会造成存放于服务端的设计信息成倍地增长，设计人员不仅 要将大量的时间花在各自系统的调整上，还得在设计过程中耗上成倍的时间查 找自己所需的信息。最终直接受到影响的将是信息交换的快捷性。 ( 2 ) 信息交换的连贺性差。设计是一个针对特定的对象进行逻辑思维的过 程，网络化设计也是一个感知、协同的过程，思维和感知只有在一种连贯、不 中断的进程中，才有可能产生出更多的创新来。因丽实时、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 tm 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。”可见，传统的信息交换缺乏种对设计进程的连贯性支持，制约了设 计人员发现问题、解决问题的机会，因而也限制了设计人员进行创新的能力与 机会。 ( 3 ) 信息交换与共享的协作性和灵敏性差。所谓灵敏性是指信息交换中能 够敏锐地捕捉到对方信息对自己的有用程度。网络化设计中，典型的如协同设 计、并行设计等，由于不同系统之间体系结构不同、运作环境不同和信息表达 的不相同，导致不同系统的交流，无论是间接方式还是直接方式，都需要通过 制定系统各自的通讯规则。信息交换与共享的过程中都少不了人为的自动化程 度低的查找与口头通信，缺少一种自发获取信息的途径，也缺乏一种统一的信 息表达与有效的交流方法。因而这种方式即耗时又不具有通用性，协作程度低， 灵敏性差。 ( 4 ) 开放性、异构兼容性差。分布式环境下信息交换与共享的最基本要求 武汉理工大学硕士学位论文 就是具备异构系统间跨平台的兼容特性。由于传统的信息交换与共享技术注重 的是内部的产品信息集成，并且是面向功能实现，很少考虑与其它外部异构系 统的兼容性，没有提供开放的接e l ，因而传统的信息交换与共享的开放性与兼 容性差。 1 2 网络化产品设计中的信息过滤问题 上世纪九十年代中后期，网络及其相关技术的迅猛发展，使得基于网络运 作的分布式设计成为现实可能。面向和依托网络是实现产品设计信息交换与共 享的重要途径和方法。这其中，基于i n t e r n e t 的信息过滤技术( i f ) 的日渐成熟， 不仅给解决传统信息交换与共享所存在的问题带来了新的生机，而且也为产品 设计信息过滤的提出提供了技术支撑和理论背景。 信息过滤技术近年来在信息处理系统中应用越来越广泛。网络信息过滤是 根据用户的信息需求，运用一定的标准和工具，从大量的动态网络信息流中选 取相关的信息或剔除不相关信息的过程。利用具有过滤功能的工具，根据一定 的要求设置过滤条件，在运行过程中一旦触发条件则将有关的信息拒之门外， 而其他信息可以进入“3 。随着网络的日益普及和信息量的激增，信息过载、信息 污染等问题正严重困扰着广大用户，单靠信息检索的方法从庞大的动态信息流 中获取相关的信息或把无用信息剔除已是无能为力的事情，于是网络信息过滤 作为筛选信息、满足用户需求的有效方法便应运而生。 网络信息过滤有利于减轻用户认知压力。它在为用户提供所需要信息的同 时，着重剔除与用户不相关的信息，从而提高用户获取信息的效率；它根据用 户信息需求的变化提供稳定的信息服务，能够节约用户获取信息的时间，从而 极大地减轻用户的认知负担，起到减压阀的作用。网络信息过滤对个性化信息 服务起到了巨大的推动作用。通过网络信息过滤，可以减少不必要的信息传递， 节约宝贵的信道资源；利用网络信息过滤，可以对网络信息的流量、流向和流 速进行合理的配置，使网络更加畅顺。而对于用户来说，信息过滤由于剔除了大 量的不相关信息的流入，可以避免塞车现象。随着网络不良信息的泛滥，信息 过滤作为解决不良信息问题的技术手段更是受到社会各方面的广泛关注。过滤 网络不良信息是信息过滤的最重要的应用之一。 网络信息过滤的方法较多，从过滤的手段来看，可以分为基于内容的过滤、 基于网址的过滤和混合过滤3 种。基于内容的过滤是通过文本分析、图像识别 等方法阻挡不适宜的信息：基于网址的过滤是对认为有问题的网址进行控制， 不允许用户访问其信息；混合过滤是将内容过滤与网址过滤结合起来控制不适 4 武汉理工大学硕士学位论文 宜信息的传播。从是否对网络信息进行预处理来看，信息过滤可以分为主动过 滤和被动过滤两种。主动过滤是预先对网络信息进行处理，如对网页或网站预 先分级、建立允许或禁止访问的地址列表等，在过滤时可以根据分级或地址列 表决定能否访问。被动过滤是不对网络信息进行预处理，过滤时才分析地址、 文本或图像等信息，决定是否过滤o u “1 。 网络信息过滤虽然主要是针对互连网上的信息泛滥问题，但它同样为解决 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。典型的将过滤的 概念与思想引入到其它领域的有美国麻省理工学院建筑系的j o h nh a y m a k e r ， w i l l i a mp o r t e r 等人，他们提出了“过滤器”的概念，主要用于解决建筑领域协 同设计中的通讯、信息存储与加工以及协调等方面的问题0 1 。他们认为过滤调节 设计既是一种设计的工具，又是一种对设计进行思考的工具，使用这样的一种 理念和方法可以在协同设计中增加更多产生一致性与创新的机会。 但是，j o h nh a y m a k e r 等人研究的对象，针对的实例主要局限在建筑设计， 基于网络的机械设计和建筑设计相比有着更多自身的特点，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，同时，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。这一系列特点决定了在网络化产品设计领域 中引入信息过滤的技术和思想更有必要，意义更加深远。但是，产品设计信息 过滤毕竟要以产品设计为中心，以解决信息交换与共享所存在的问题为目的， 而且过滤的对象( 设计信息) 有着更为鲜明的特点，因此产品设计信息过滤不仅 要以i f 中的相关技术作为理论基础，还要根据自身的特殊性作有针对性的改进， 力求寻找一种新的、比传统方式更为合理、有效的方法来解决基于网络的产品 设计中的信息交换与共享所存在的问题。 1 3 国内外相关的研究现状与发展 近几十年来，基于网络的信息过滤技术得到了飞速的发展。早在上世纪八 十年代末期，美国人c r o f t 就指出了信息过滤与信息检索的不同，并对信息过滤 作出了初步的研究。s t a n f o r d 开发的一种w e b 信息过滤检索系统，它采用了一种 p a g e r a n k 算法。对查询性能进行了优化。m i t 媒体实验室开发了一种名为l e t i z i a 的w w w 分类a g e n t ，它能通过广度优先搜索w e b 页面，通过监视用户的浏览 途径，对文档进行词法分析，推荐相关文档，并进行分类，给用户提供个性化 信息和导航建议。p a z z a n i a n d b i l l s u s 描述了一个名为s y s k i l la n dw e b e r t 的过滤系 武汉理工大学硕士学位论文 统，该系统能够基于从用户中收集的肯定和否定反馈推荐新的w e b 站点。”“”“”。 美国麻省理工学院研制的系统a m a l t h a e a ( m o u k a s ，1 9 9 7 ) 支持利用两种代理进行 过滤：信息过滤i f 和信息发现i d 。在a m a l t h a e a 中。其核心部分包括用来表达具 体内容范围的加权关键词向量1 。2 0 0 0 年，麻省理工学院的j o h nm 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 。 国内方面，清华大学的路海明博士长期致力于基于信息的a g e n t 协作过滤算 法提出了多a g e n t 的宏观聚类效果和自组织现象。电子科技大学的卢军博士针 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信息实时过滤 机制；同时，还提出了一种高效的关键词集合匹配方法( k p s m m ) 。k p s m m 可 以实现关键词集合的高效过滤，其性能比传统的字符串过滤方式有较大提高。 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嘲1 。然而，这些 国内的相关研究都是局限在纯互连网上的信息过滤问题。 清华大学的田凌、童秉枢针对网络化产品协同设计的特点和多种应用需求， 提出了多模式协同设计的思想，定义了几种典型的协同设计模式；基于x m l 和 v i l 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统。西安交通大学的 郑刚等进行了协同处理系统中信息流转过程的设计“3 “。这些研究基本上都牵 涉到了信息的处理，但他们并没有从根本上涉及到如何在网络化设计中实现一 种自动化程度较高的信息交换与共享。 另外，南京大学、北航等国内很多所大学对基于网络的信息过滤技术都做 了相关研究。但将信息过滤技术和网络化产品设计中的信息交换与共享联系在 一起进行研究，这方面国内尚属空白。 1 4 论文研究的目的和意义 针对网络化设计中传统信息交换与共享所存在的有关问题，本文引入设计 信息过滤的理念和方法来予以解决，整个论文的研究主要体现以下几个目的： ( 1 ) 解决设计信息的传递问题。即实现将“正确的信息在正确的时间以正 确的格式传递给正确的人”。正确的信息表示信息的可信度，传递的信息应该是 其他设计人员所需要的，能够被他们作为一种设计中可以利用的依据；正确的 时间则强调的是传递信息的实时性和准时性，实时性是指设计人员应该尽可能 侠地将设计进程中产生的有效信息传送出去，准时性则指一个设计人员能够将 6 武汉理工大学硕士学位论文 设计信息在其他设计人员预期的时间内传递出去；正确的格式表示传递的信息 是否能够在异构平台中被接收和识别，比方说，各个设计人员的c a d 系统如果 不相同的话，传送的图形就要考虑到有一种统一的中间格式来转换，或者针对 不同的系统，分别采取能被其兼容接受的格式；正确的人则意味着传递的信息 必须要有尽可能准确的方向，尽量避免信息的误入和泛滥。 ( 2 ) 解决设计信息的获取问题。设计人员获取的信息不仅要可靠、有用， 获取的过程还应作到连贯、自发。这种获取是一种自动的，实时的，预期中的， 快捷的，有利于设计人员设计进程的顺利推进和实施，不仅可以避免传统点对 点通讯所带来的交互上的压力和复杂性，还可以避免n e tm e e t i n g 式的集中信 息获取所造成的设计进程的中断。 ( 3 ) 解决设计信息的存储、处理和表达的问题。网络化设计中的信息过滤 器能对设计人员上传的所有设计信息进行存储，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迸行规范，同时还能作为不同的设计信息格式 进行转换的依据。 本论文是以设计信息过滤的相关理论和方法以及信息过滤器的设计和可靠 性作为研究的主要内容，其意义主要在于： ( 1 ) 论文的研究充分体现了现代先进设计方法的发展趋势。追求最快的时 间( t ) ，最好的质量( q ) ，最低的成本( c ) ，最优的服务( s ) 是现代设计永恒的主 题。本论文以设计信息为研究对象，通过过滤实现其自动交换与共享，最终目 的是为了提高设计的自动化程度，缩短设计时间，改善设计质量，提高设计人 员的创新能力。因此研究产品设计信息过滤是对t q c s 的一种积极响应。 ( 2 ) 适用于产品设计信息及其集成与管理的研究领域。本论文的研究同样 包括设计信息及其使用情况，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存在 的问题为最终的目标，迎合了该领域的发展方向；同时，在很大程度上是对该 领域相关方面的一个补充。 ( 3 ) 理论创新上的意义。将产品设计信息过滤引入到机械设计领域来解决 信息交换与共享问题，目前在国内还没有系统的研究，国外也只局限在建筑领 域的范围内。本论文的研究为传统的信息交换与共享提供了新的方法和途径， 这保证了本论文研究的先进性，具有较强的理论创新意义。 ( 4 ) 工程应用上的意义。本论文的研究是出于网络化产品设计中的实际需 求，针对所存在的问题，用j a v a 开发出了具有一定通用性的设计信息过滤器。 能够应用于不同的工程实例中，来解决设计进程中信息的交换、共享、存储以 及协调方面的问题，因此论文的研究体现了一定的实用性。 7 武汉理工大学硕士学位论文 1 5 本文的主要工作 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 本论文研究的主要内容包括如下几个方面： ( 1 ) 网络化产品中设计信息过滤的相关理论的研究。包括概念的提出、设 计信息过滤的三大关键技术( 用户模板，特征抽取以及相似匹配技术) 的研究 以及基于j a v a 的实现技术基础。 ( 2 ) 网络化产品设计信息过滤器的研究，包括过滤器体系结构与功能组件 的设计、功能基础的阐述以及实现过程的研究。 ( 3 ) 提高过滤器可靠性的途径及其评价。 ( 4 ) 应用实例。以汽车电磁缓速制动器机械装器部分网络协同设计作为对 象，来验证了所建立的产品设计信息过滤的相关理论与系统的可行性，以及对 实例应用的指导性和辅助效果。 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章网络化设计中产品设计信息过滤的理论基础 2 1 产品设计信息过滤 针对网络化产品设计中信息交换与共享的一般方式所存在的问题以及信息 过滤技术的发展，本文提出用产品设计信息过滤来实现设计信息的自动交换与 共享，以解决其中的一些相关问题。 本文中所提到的产品设计信息过滤，是指在网络环境下，通过建立一种计 算装噩( 过滤器) 来对用户( 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。通过过滤，客户端的用户一方面能够根 据自己的需求自动获取相应的信息，另一方面又可以将实时的信息传递给对其 感兴趣的其他人员。 2 1 1 产品设计信息过滤与数字权管理技术 设计信息过滤在很多方面类似于数字权管理技术。所谓数字权益管理 ( d i g i t a lr i g h t sm a n a g e m e n t ，以下简称d 鼢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一o ”。它包括知识产权保 护，但涉及更为广泛的是多样化对象在数字信息交易利用中的活动与权益。产 品设计信息过滤是对设计信息在网络中交换、传输和利用所涉及到的各种要求 和功能进行定义、描述、处理和监控，两者都涉及到多方参与者以及不同的具 体要求。“。在数字权管理中，用户希望在传统信息产品交易中利用已获得的权 益( 例如合理使用和出借、转让权利) ，保障数字内容可靠性、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，并能提供增值服务。产品设计信息过滤中，用户方为处在异地的设计人 员，通过密码登陆过滤器系统，并取得对系统中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，保证信息交 换与利用的方便性。设计信息过滤系统中的过滤器相当于数字权益管理中信息 服务机构，两者都支持多种形式灵活组配的信息传输运作模式，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 性，并保障各自机制的互操作性和可伸缩性。在描述语言上，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 武汉理工大学硕士学位论文 用户需求和信息服务系统的管理标准，以及描述用户和信息服务系统的管理方 式，支持这些信息以开放形式发布、组织和管理。以便能被自动发现、获取和 解析，并在此基础上决策。数字权限管理首先应准确定义和描述谁拥有什么数 字信息产品的什么权限、按照什么协议和交易方式将哪些权限在什么范围授予 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。 在设计信息过滤中，这种权限是靠设计人员递交的模板来控制的，过滤系统根 据模板的类型来对现有的信息进行分析计算，然后决定什么样的信息可以授予 给他。唯一不同的是这些信息的开放性更强，不仅涉及到结构化，半结构化的 信息，还包括非结构性的信息。 2 1 ，2 产品设计信息过滤与设计信息检索 设计信息检索和设计信息过滤都是帮助用户寻找自己感兴趣的信息，有着 极为密切的联系，但区别也明显。“过滤”实质上是建立在“检索”基础之上， 但又有其自己的应用背景和处理技术。设计信息检索和设计信息过滤的相互关 系类似于一个硬币的两面，是统一体的两个不同侧面。其主要区别在于： 表2 一l 设计信息检索与设计信息过滤的异同 项目设计信息检索设计信息过滤 信息源相对静态的结构化的数据库大量、动态的、多种结构的信息 需求表示检索词设计人员需求模型 目标选择相关条目发送相关信息过滤不相关信息 涉及范围静态文本数据包含数据在内的多种学科内容 用户特点大范围多用户的短期使用小范围少用户的长期使用 ( 1 ) 设计信息过滤的用户需求呈多样化，有相对稳定、长期查询的信息， 也有随设计进程需要临时的、不确定的信息查询；而信息检索的用户查询则是 随机的、易变的。 ( 2 ) 设计信息过滤所面对的信息源是动态的；而设计信息检索所面对的信 息流是相对稳定的。 ( 3 ) 设计信息过滤的用户需求是相对稳定的，所以需要保存和维护，依此 更新和改善效果；而设计信息检索的用户查询则是短暂的，不必保存和维护的。 ( 4 ) 设计信息过滤较之设计信息检索更需要用户的反馈，通过用户提供的 反馈，增进需求的表达能力，改进过滤效率。 武汉理工大学硕士学位论文 ( 5 ) 设计信息检索针对的设计信息主要是结构化、半结构化的，如数据库 查询，而设计信息过滤针对的动态信息还包括非结构化的信息。 表2 - 1 列出了两个概念在多个方面详细的区别。 2 1 3 产品设计信息过滤与网络信息过滤的关联与区别 产品设计信息过滤的关键技术是以互连网上信息过滤技术( i f ) 中相关理论 作为基础的，但是鉴于设计信息有其独有的特殊性，因此很多方面需要作有针 对性的改进。设计信息的特殊性主要表现在以下几个方面： ( 1 ) 设计信息的内容更加集中，主要是针对某一特定对象( 产品) ，所有 信息内容基本上是围绕产品模型展开的。因此，过滤的针对性、目标性更强。 ( 2 ) 设计信息的表达方式更加简明直接，专业性更强，很少有含义上的延 伸和潜在语义的发掘。 ( 3 ) 设计信息的构成呈多样化，涵盖结构化、半结构化、以及非结构化的 信息( 在i f 中主要是以非结构化的信息为主) 。因此，信息的描述方式也多种多 样，不仅有以数据、文本、图形来描述，还有图像、视频等类型的描述方式。 因此，设计信息过滤的方式趋向复杂化、多样化( 本论文主要以数据、文本、图 形作为过滤内容来研究) 。 ( 4 ) 很多设计信息随时间( 设计进程) 的变化性很强。比方说不同阶段的设 计图形，计算、分析结果，因此，有某种程度上的不确定性：而i f 中基本上是 固定的、确定的。 根据设计信息自身的特点，产品设计信息过滤从i f 理论中移植或引用过来 的相关技术虽然联系密切，但还是存在着明显的区别，以下分别对此一一介绍。 ( 1 ) 用户模板( u s e rp r o f i l e ) 用户模板在设计信息过滤中称为设计人员需求模板，在i f 中，用户可以手 工建立自己的用户模板，也可以半自动建模和自动建模。在手工建模中，用户 需要罗列出自己的兴趣项；半自动建模中用户必须给出示例文档( 用户感兴趣的 文档类型和样本) ，过滤系统再根据给出的文档集提取出该用户的兴趣项并组建 对应的用户模板；自动建模是根据用户的行为( 长期关注和查找、访问、浏览中 所涉及到的信息类型，内容，范围) 来建模，但是自动化越高的建模方式，对过 滤系统的要求也就越高，过滤的复杂程度越高，准确性也难保证。在产品设计 信息过滤中，由于涉及到的用户多为具有专业水准的设计人员，信息需求的表 达上专业性更强，而且设计信息动态性强，随设计进程的变化大，不确定因素 也很多。因此，决定了设计人员必须主要借助于手工的方式建立自己的需求模 板，很多模板需要根据实时的需求作临时的更新。 武汉理工大学硕士学位论文 ( 2 ) 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 义的事实，再生成结构化的有价值的信息，也就是将文本离散成特征的集合。i f 中的特征抽取通常是将一篇文本中的虚词( 没有特定意义的词) 去掉，留下主干 词，再按这些主干词出现的频率或位置决定其权重。而设计信息过滤中，由于 设计信息的表述不一样，往往很多虚词代表重要的含义，比方说符号、数字和 编号等，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。 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在一篇信息中一一进 行搜索、分析、计算，提取出相关特征项在该篇信息中的权重。 ( 3 ) 相似匹配( s i m i l a rm a t c h i n g ) 设计信息过滤中同样有相似匹配，即将一篇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 中过滤算法很多，但是适合设计信息过滤的算法并不多，本论文中采 用传统的余弦算法，理由将在后面的章节中予以说明。 总之，i f 中的相关技术是产品设计信息过滤的理论基础，对其技术引用得 是否恰当，以及改进是否合理将决定设计信息过滤的成败。 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 产品设计信息过滤中，设计人员通过网络获取所需的信息，必须要先对所 需信息的特征进行合理地表达，这就是用户需求表征。用户需求表征是通过设 计人员需求模板( 也叫用户模板) 来描述和实现的。 设计人员需求模板有些类似与i f 中手工建立的用户模板，但其类型更多， 典型的有向量空间模型，即模板是采用向量来表示。模板的向量表示如下式。 p r o f i l e ( i ) 2 ( x f l ，w n ) ，( xj 2 ，w 。2 ) ，( x 。3 ，、v n ) ，( x * ，w * ) 其中p r o f i l e ( i ) 表示第i 个用户模板( i _ 1 ，2 ，3 ，) ；x 。( m = 1 ，2 3 ，k ) 表示此 模板第m 个特征项；w 。( m = 1 ，2 3 ，k ) 表示第1 1 1 个特征项权重。 需求模板采用向量空间模型来表示的好处主要体现在： ( 1 ) 结构简明、直观，便于描述所需信息的特征，信息的有用程度可以用 权重来进行量化。 ( 2 ) 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。 ( 3 ) 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。 武汉理工大学硕士学位论文 图2 2 是此类模板的普通样式。 图2 2 用户模板普通样式图 对于不同类型的设计信息，特征项的表示法可以分以下几种： ( 1 ) 单一关键词法。主要是针对简单的非结构化或半结构化的文档信息， 几个关键词就基本上可以代表整篇信息的主题。如大部分的项目信息、企业的 业务计划等就属于这种情况。 ( 2 ) 关键词+ 布尔表达式法。布尔表达式法就是用布尔运算符把用户感兴 趣的词连接起来作为特征项。比方说“圆锥直齿轮”o r “直齿圆锥齿轮”，两个 词都代表同一特征项：“蜗轮”a n d “蜗杆”，表示两个词必须同时出现在一篇信 息中，该特征项才有效。这主要用于词与词间关联性强的设计信息中，如装配 信息。 ( 3 ) 短语表示法+ 区域表示法。对于设计结果、分析结果等有些结构性较 强的设计信息，往往在起始位置就表明了该信息的类型。因此，用短语( 如“x x 轴设计结果”) 加上其位置( 如“第一行”) 作为附加条件。 同时，考虑到用户对设计信息的需求具有一定程度上的不确定性，用户需求 模板必须根据需要不断地在设计过程中进行更新。在每次提交模板之前，用户应 尽可能预测出当前最需要设计信息的内容，并能有效地描述其特征，表示出特征 项的权重，确定出合理的阈值。因为这在很大程度上决定着用户获取所需信息的 查全率。 武汉理工大学硕士学位论文 设计人员需求模板按照设计人员对信息的需求可分为：固定模板、可变模 板和临时模板三种类型。固定模板表示设计人员对某一类设计信息长期、固定 不变的需求，设计人员提交了一次就不需要改动：可变模板是针对设计信息随 设引进程的变化以及过滤的效果而建立的一种可以更新、修改的需求模板，此 类模板需要经常根据需要做相应的改动；临时模板完全是应对设计人员对某类 信息临时的、突发的需求而建立的，此类模板提交过一次后可以删除或自动还 原为空白。对设计人员需求模板进行分类主要是便于对模板进行管理和维护， 避免设计人员的重复工作，以及提高信息过滤的准确性。 2 2 2 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，它具体实现从信息仓 储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。特 征抽取是一个对待过滤信息进行预处理的过程。对用户浏览的每一篇信息文档， 系统要对其按序号的