（机械设计及理论专业论文）主动知识辅助系统的研究及其在结构设计中的应用.pdf

河北科技大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品或成果。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：牲亚箍 指导教师签名： 2 _ o l o 年5 月弓驴日 7 0 l u 年岁月岁d 日 河北科技大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权河北科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 口保密，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 留采保密。 ( 请在以上方框内打“ ) 学位论文作者签名：经亚壶 2 妙仞年f 月3 伊同 指导教师签名： i 矽，汐年岁只弘目 摘要 摘要 产品设计是一项知识密集型的工作，设计的每一步都贯穿着设计经验、规范、 方法和原理等知识的应用。很多设计经验和方法等隐性知识都是由设计专家不断摸 索总结而来的，而随着专家的退休或调离，这些宝贵的经验知识便自然地大量流失。 另外，对于年轻设计师来说，由于缺乏经验，他们在设计过程中往往需要专家的指 导。否则只能自己摸索，严重影响了设计的质量和效率。 为解决上述问题，论文进行了主动知识辅助方法的研究。在大量收集领域内的 专家经验、原理规范等知识的基础上，对设计师的设计任务进行分析，通过判断个 人知识结构来确定其设计过程中的知识需求，对其进行个性化的知识辅助。实现将 恰当的知识，在恰当的时候，传递给恰当的人，有效减轻设计师的知识预学习负担， 提高设计效率和质量，增强企业的市场竞争力。 论文在理论研究的基础上，将主动知识辅助方法应用于服装设计领域，研发了 一套服装结构设计主动知识辅助系统，以降低结构设计对设计师门槛知识的要求， 实现专家经验知识的有效传承。首先对系统进行需求分析，包括总体需求目标、数 据需求、功能需求、业务流程和系统管理。在需求分析的基础上，对系统的总体结 构进行设计，将系统的研发抽象为知识库的构建和系统功能的实现两部分。根掘系 统的需求分析，结合常用的服装结构设计软件，确定系统所包含的知识为结构设计 专家多年积累的设计经验、设计理论以及服装c a d 系统设计技巧等知识。通过人工 获取和半自动获取的方式从设计专家、专业书籍等知识源获取知识后，经过分析、 归纳和总结，以面向对象的方法进行知识表示，采用关系数据库技术通过概念结构 设计、逻辑结构设计和物理设计完成知识库的构建，实现知识的存储。系统采用j s p 技术进行人机交互界面的设计和功能的实现，并将整个系统分为前台客户端和后台 管理两个子系统。前台客户端子系统包括特体制板、c a d 应用、快速检索、知识辅助、 设计实例和信息更新六个功能模块；后台管理子系统包括用户管理、问题管理、知 识管理、公告管理和修改资料五个模块。系统通过服装款式与顾客的体型特征获取 设计师的设计任务，在此基础上通过判断设计师的知识层次确定其知识需求。之后， 在知识库中查询与知识需求相匹配的知识，经过过滤、分类、排序后，基于人类快 速利用知识的规律，实现了对设计师快速、高效的知识辅助。 服装结构设计主动知识辅助系统的研发验证了主动知识辅助方法的实用性和其 在设计领域广泛的应用价值。 关键词主动知识辅助；结构设计；服装c a d ：知识需求；专家经验；知识传承 河北科技人学硕十学位论文 a b s t r a c t p r o d u c t sd e s i g ni sak n o w l e d g e i n t e n s i v ej o b ，e v e r ys t e po fd e s i g nr u n st h r o u g ht h e a p p l i c a t i o no fk n o w l e d g es u c ha sd e s i g ne x p e r i e n c e ，s p e c i f i c a t i o n ，m e t h o d sa n dp r i n c i p l e ， e t c l o t so ft a c i tk n o w l e d g e ，f o re x a m p l e ，e x p e r i e n c ea n dm e t h o d ，i so b t a i n e dt h r o u g h c o n s t a n t l yg r o p ea n ds u m m a r i z eb yd e s i g ne x p e r t s ，b u tw i t ht h er e t i r e m e n to rt r a n s f e ro f e x p e r t ，t h e s ev a l u a b l ee x p e r i e n c ea n dk n o w l e d g ew i l ln a t u r a l l yl o s s f u r t h e r m o r e ，f o r y o u n gd e s i g n e r s ，d u et ot h el a c ko fe x p e r i e n c ek n o w l e d g e , i nt h ep r o c e s so fp r o d u c e s d e s i g n ，t h e yo f t e nn e e dt h ed i r e c t i o no fe x p e r t s o t h e r w i s e t h e yh a v et og r o p eb y t h e m s e l v e s ，i m p a c to nt h eq u a l i t ya n de f f i c i e n c yo fd e s i g ns e r i o u s l y t os o l v et h e s ep r o b l e m s ，t h et h e s i sc o n d u c t st h er e s e a r c ho ft h em e t h o do fa c t i v e k n o w l e d g es u p p o r t o nt h e b a s i so fc o l l e c t i n gl o t so fk n o w l e d g e ，s u c ha s e x p e r t e x p e r i e n c e ，p r i n c i p l e sa n dn o r m s ，e t c i nt h ef i e l d ，a n a l y s e st h ed e s i g nt a s ko fd e s i g n e r , d e t e r m i n et h ek n o w l e d g en e e d so fd e s i g np r o c e s sb yj u d g i n gt h e i n d i v i d u a lk n o w l e d g e s t r u c t u r e ，a n dt h e np r o v i d ep e r s o n a l i z e dk n o w l e d g es u p p o r tt od e s i g n e r t oa c h i e v et h a t t r a n s f e rt h ea p p r o p r i a t ek n o w l e d g et ot h ea p p r o p r i a t ep e r s o na tt h e a p p r o p r i a t et i m e ， e f f e c t i v e l y a l l e v i a t et h ek n o w l e d g ep r e s t u d yb u r d e no fd e s i g n e r s ，i n c r e a s e d e s i g n e f f i c i e n c ya n dq u a l i t y , a n de n h a n c et h em a r k e tc o m p e t i t i v e n e s so fe n t e r p r i s e ： o nt h eb a s i so ft h e o r e t i c a l r e s e a r c h ， t h et h e s i s a p p l i e s t h em e t h o do fa c t i v e k n o w l e d g es u p p o r tt ot h ef i e l do fc o s t u m ed e s i g n i n g ，r e s e a r c h e sa n dd e v e l o p sa na c t i v e k n o w l e d g es u p p o r ts y s t e mo fc o s t u m es t r u c t u r a ld e s i g n ，t or e d u c et h et h r e s h o l d k n o w l e d g er e q u i r e m e n t s o fs t r u c t u r a l d e s i g n t o d e s i g n e r s ，r e a l i z e t h ee f f e c t i v e t r a n s m i s s i o no fe x p e r t e x p e r i e n c ek n o w l e d g e f i r s to fa l l ，t h et h e s i sc o n d u c t st h e r e q u i r e m e n ta n a l y s i so ft h es y s t e m ，i n c l u d i n gg e n e r a ld e m a n dt a r g e t ，d a t ar e q u i r e m e n t ， f u n c t i o n sr e q u i r e m e n t s ，b u s i n e s sp r o c e s s e sa n ds y s t e mm a n a g e m e n t o nt h eb a s i so f r e q u i r e m e n ta n a l y s i s ，c o n d u c t st h eo v e r a l ls t r u c t u r ed e s i g no ft h es y s t e m ，t h ed e v e l o p m e n t o ft h es y s t e mi sa b s t r a c t e di n t ot w op a r t s ：t h ec o n s t r u c t i o no fk n o w l e d g eb a s ea n d r e a l i z a t i o no fs y s t e mf u n c t i o n s a c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n ta n a l y s i so ft h es y s t e m ， c o m b i n e dw i t hs t r u c t u r a ld e s i g ns o f t w a r et h a tc o m m o n l yu s e d ，d e t e r m i n e st h ek n o w l e d g e t h a tt h es y s t e mi n c l u d e sa r ed e s i g ne x p e r i e n c et h a ts t r u c t u r a ld e s i g ne x p e r ta c c u m u l a t e ， d e s i g nt h e o r ya n da p p a r e lc a ds y s t e md e s i g ns k i l l s ，e t c a f t e ro b t a i n sk n o w l e d g ef r o m k n o w l e d g es o u r c e s ，s u c h 嬲d e s i g ne x p e r t s ，p r o f e s s i o n a lb o o k s ，e r e b yt h em e t h o do f t t a b s t r a c t a r t i f i c i a l a c q u i s i t i o na n ds e m i a u t o m a t i ca c q u i s i t i o n ，u s i n gt h eo b j e c t - o r i e n t e dw a yt o c a r r yo u tk n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o nt h r o u g ha n a l y s i s ，i n d u c t i o na n ds u m m a r y , t h e nv i a c o n c e p ts t r u c t u r a ld e s i g n ，l o g i c a ls t r u c t u r a ld e s i g na n dp h y s i c a ld e s i g n ，c o m p l e t e st h e b u i l d i n go fk n o w l e d g eb a s eu s i n gr e l a t i o n a ld a t a b a s et e c h n o l o g y , a c h i e v e st h es t o r a g eo f k n o w l e d g e t h es y s t e mu s e sj s pt e c h n o l o g yt od e v i s et h eh u m a n - c o m p u t e ri n t e r f a c e ，a n d d i v i d e st h ew h o l es y s t e mi n t ot w os u b s y s t e m s ：f o r e g r o u n dc l i e n t s i d ea n db a c k s t a g e m a n a g e m e n t t h es u b s y s t e mo ff o r e g r o u n dc l i e n t - s i d ei n c l u d e ss i xf u n c t i o nm o d u l e s ： s t r u c t u r a ld e s i g nf o rs p e c i a lb o d y , a p p l i c a t i o no fc a d ，q u i c ks e a r c h ，k n o w l e d g es u p p o r t a n dm e s s a g er e n e w ；t h es u b s y s t e mo fb a c k - s t a g em a n a g e m e n ti n c l u d e sf i v em o d u l e s ： u s e r sm a n a g e m e n t ， q u e s t i o n sm a n a g e m e n t ，k n o w l e d g em a n a g e m e n t ， a n n o u n c e m e n t m a n a g e m e n ta n de d i tp r o f i l e 1 1 1 es y s t e mg e t sd e s i g n e r sd e s i g nt a s kt h r o u g hc l o t h i n g s t y l e sa n db o d yf e a t h e ro fc u s t o m e r , o nt h i sb a s i s ，d e t e r m i n e st h ed e s i g n e r sk n o w l e d g e n e e d st h r o u g hj u d g i n gh i sk n o w l e d g el e v e l a f t e rt h a t ，i n q u i r e sk n o w l e d g et h a tm a t c h e s t h ek n o w l e d g en e e d sa tt h ek n o w l e d g eb a s e ，t h r o u g hf i l t e r i n g ，c l a s s i f i c a t i o na n ds o r t ， b a s e do nt h el a wo fq u i c k l yu t i l i z i n gk n o w l e d g eo fh u m a n ，r e a l i z e sq u i c k l ya n de f f i c i e n t l y k n o w l e d g es u p p o r t t ot h ed e s i g n e r ， t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fa c t i v ek n o w l e d g es u p p o r ts y s t e mo fc o s t u m e s t r u c t u r a ld e s i g nt e s t sa n dv e r i f i e st h ep r a c t i c a b i l i t yo ft h em e t h o do fa c t i v ek n o w l e d g e s u p p o r ta n di t sa p p l i c a t i o nv a l u ei nt h ef i e l do fd e s i g n ： 。 。 一 k e yw o r d s a c t i v ek n o w l e d g es u p p o r t ；s t r u c t u r a ld e s i g n ；a p p a r e lc a d ；k n o w l e d g en e e d ； e x p e r te x p e r i e n c e ；k n o w l e d g eh e r i t a g e i i i 目录 目录 摘要i a b s t r a c t ，i i 第1 章绪论。1 1 1 研究背景1 1 2 国内外研究现状2 1 3 课题的意义及应用前景3 1 3 1课题研究的意义_ 3 1 3 2 课题的应用前景4 1 4 课题的来源及主要内容4 1 4 1 课题的来源4 1 4 2 课题的主要内容_ 。4 第2 章主动知识辅助方法的研究：- 6 2 1 知识与知识辅助：。6 2 1 1 知识j 6 2 1 2 知识辅助7 2 2 主动知识辅助的理论方法：。8 2 2 1 人机协作技术9 2 2 2 知识学习与利用9 2 2 3 知识提供1 0 2 3 主动知识辅助的特点1 0 2 4 本章小结。1 1 第3 章主动知识辅助系统需求分析与结构设计1 2 3 1 系统需求分析1 2 3 1 1 系统总体需求目标1 2 3 1 2 系统数据需求1 2 3 1 3 系统功能需求。1 2 3 1 4 系统业务流程1 3 3 1 5系统的管理和维护1 4 3 2 系统结构设计1 4 河北科技大学硕士学位论文 3 2 1 知识源层1 4 3 2 2 知识存储层1 6 3 2 3 知识处理层1 9 3 2 4 人机交互层2 1 3 3 本章小结j 2 2 第4 章主动知识辅助系统知识库的设计2 4 4 1 知识库的设计要求2 4 4 2 服装制板知识分类2 4 4 3 知识的存储模式2 7 4 4 概念结构设计2 7 4 5 逻辑结构设计与物理设计2 8 4 6 本章小结。3 5 第5 章主动知识辅助系统的实现3 6 5 1 系统的开发模式j ：一：3 6 5 1 1 g ，s 模式3 6 5 1 2 b s 模式3 6 5 2 系统开发的关键技术“一3 7 5 2 1 j s p 技术：_ 3 7 5 2 2 数据库访问技术。：3 8 5 3 系统人机交互的实现3 9 5 3 1 前台首页的设计3 9 5 3 2 特体制板模块4 0 5 3 3a 气d 应用模块4 4 5 3 4 快速检索模块4 6 5 3 5 知识辅助模块4 7 5 3 6 设计实例模块4 8 5 3 7 信息更新模块5 0 5 3 8用户管理页面5 0 5 3 9问题管理模块5 0 5 3 1 0 知识管理模块5 2 5 3 1 1公告管理模块5 3 5 3 1 2 修改资料模块j 5 3 i l 目录 5 4 本章小结。5 5 结论5 6 参考文献5 8 攻读硕士期间所发表的论文6 1 致谢6 2 i i i 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1研究背景 2 0 世纪9 0 年代，知识经济悄然兴起，知识丌始像资本、原材料、劳动力一样作 为一种要素投入生产，以提高投资的回报率。具体考察一下当今设计领域的现状， 不难发现企业的核心能力及竞争优势己非传统的生产要素可以维系，必须依赖于知 识的运用、管理与整合，同时运用信息手段协助企业内知识活动的进行，使领域内 的知识不仅能被系统化的收集、筛选、分类、存储在知识库中，还能被企业员工利 用【啦】。具体体现在以下两个方面： 一方面，当前企业面临着内部知识资产大量流失的问题。许多设计、原始创新 中所使用的经验、方法、技能、创意等隐性知识都是由老一辈专家不断摸索总结而 来的，年轻设计师要想获得这些知识，只能当老专家的学徒，或者自行摸索，其效 率可想而之。另外，随着人员的流动，知识便“自然”地随着专家的调离或退休而 大量流失。这些知识是企业的宝贵财富，是体现企业核心能力的关键。如何获取、 存储并应用存在于专家头脑中的隐性知识，实现知识的共享、传承和创新，成为企 业重要的任务。 另一方面，产品设计是一项知识密集型的创造性工作，高效的知识服务在设计 过程中至关重要，设计师对于知识的运用和把握已成为决定产品质量的关键【3 】。而随 着设计原理的不断发展深入、设计经验的不断创造积累以及设计工具的不断推陈出 新，知识的数量以爆炸性的方式增长，人类学习知识的速度甚至赶不上知识更新的 速度，快速获取知识的能力比掌握知识更为重要。调查发现，在产品设计过程中， 设计师往往要花费8 0 以上的时间来获耿所需要的知识。如何从海量的知识中快速获 得自己所需要的信息和知识，实现知识的高效利用成为产品设计的一大难题【4 制。因 此，必须构建知识学习、共享和创新的平台，以促进知识的积累、沉淀和传递，提 高知识的利用效率【7 1 。 随着人们生活水平的不断提高，服装已不仅是遮寒蔽体的生活用品，它已成为 美化和装饰人体、表现穿着个性与气质的一种艺术手段。服装企业为了适应小批量、 多品种、周期短的市场需求，也开始实行“量体定制、单量单裁”的服装生产模式。 然而，很大一部分人群由于年龄、生活习惯、职业等因素导致身体的某些部位发生 畸形变化，成为特殊体型。针对特殊体型的人群，若按照正常体型服装的要求进行 结构设计，生产出来的服装不仅不会给人以美感，反而会暴露出体型的缺陷和不足， 产生这样或那样的着装弊病【引。因此，设计师通常要对特殊体型人群的结构图进行适 河j l 年：t 技人学硕十学何论文 当的补j 下。 由此可见，服装结构设计是一项经验性很强的工作，服装结构设计处理的完美 可以有效地弥补人体体型的不足，起到扬长避短的修饰作用【9 】。服装结构设计师被视 作把设计理念转化为可操作实践的承上启下的灵魂人物，他们不仅要了解人体特征， 更重要的是要充分认识并掌握人体结构、服装造型以及人体与服装平面图的关系等 知识，并根据人体的动态及静态特征，运用服装工艺手段完成结构设计，达到矫讵 体型缺陷、美化服装外观造型的效果。 而在现代化的工业生产中，对服装结构设计师来说，受过专业培训、有多年设 计经验、熟悉不同特体样板补正技巧、能熟练使用智能化的设计软件的专业制板师 却是少之又少【1 0 】。许多中小型的服装企业由于缺乏经验丰富的专业设计师，生产的 服装不能满足体型各异人群的需求，长期积压在仓库里。在对服装企业的调查和交 流中发现：结构设计师们确实需要一种“能够帮助他们运用专家经验知识完成个性 化设计的系统 ，以降低设计师的经验知识门槛，减轻设计师不必要的知识预学习负 担，使其将有限的精力集中到创新设计中去，充分地发挥自己的灵感和创意。 1 2 国内外研究现状 针对设计师如何在产品设计过程中利用知识，人们进行了大量的研究。如文献 1 1 提出了一种基于分布式产品设计的w e b 知识管理系统。，文献 1 2 提出了基于设 计仓库的产品设计知识管理方法，文献 1 3 提出了基于工作流的知识建模及系统框 架等。但现有的设计知识辅助系统只对方案设计或详细设计某一部分的知识进行管 理，设计者只能被动地进行检索查询，不能理解设计意图、原则等。而且，在很多 情况下一个设计新手往往不知道在什么阶段该检索、在哪里检索以及如何检索设计 知识，这很可能导致其在这方面花费大量的时间，甚至花费了大量时间也得不到需 要的知识，不能很好地满足产品设计的需要【1 4 】。更重要的是，由于个人因素的影响， 设计过程中不同设计师所需要的知识也不尽相同，这在知识检索过程中无法体现。 一些研究者提出将业务过程和知识管理相结合的办法，利用业务过程来促进知 识的利用和传递。如p w ：h c h u n g 等提出了基于任务的过程管理框架【l5 】；g i o r g o s p a p a v a s s i l i o 等提出了d e c o r ( d e l i v e r yo f c o n t e x t - s e n s i t i v eo r g a n i z a t i o n a lk n o w l e d g e ) 方法【1 q ；i g o rh a w r y s z k e w y c z 也对此进行了有益的探索【1 7 】。虽然上述研究取得了很 大进展，但是还存在以下不足：企业知识源是不断变化的，在过程模型建立时， 需将现有知识源同任务相联，连接的知识源一旦发生变化，静态连接方法无法对知 识更新做出反应；对于相同的业务任务来说，不同的人由于个人水平和背景的差 异，对于知识的需求是不同的。该方法中知识的供给仅仅考虑业务任务的需要，依 然没有考虑用户的差异。 2 第】章绪论 近几年来，浙江大学和南京航空航天大学也在进行相关的研究。浙江大学提出 了一种基于知识管理的、以工作流驱动的、产品设计知识主动推送体系结构，采用 基于设计对象的文本相似度计算方法，通过相似度计算对设计人员匹配适当的知识 【1 8 】。该方法实现了知识的推送，但缺乏有效的用户知识缺陷判断机制，知识提供的 针对性较差，有可能导致用户在已经熟悉的知识上浪费时间。南京航空航天大学计 算机应用研究所提出了一种基于知识需求的主动式知识系统，它根据用户的知识需 求检索异构知识源，将检索结果主动提供给用户，解决了异构知识源的问题，但关于 用户业务活动的粒度通知识源粒度的匹配问题尚需进一步研究9 1 。 在服装行业，随着服装c a d 的普及，一些研究者进行了关于如何利用服装c a d 进行快速服装设计的研究，例如浙江大学与杭州爱科电脑技术有限公司提出了基于 服装设计知识库的c a d p d m 系统集成逻辑数据结构。该系统将服装设计知识分为 新款开发知识和客户化设计知识进行管理，随时提供给需要它的用户【删，但是缺乏 服装结构设计专家经验知识的收集。在结构设计部分该系统采用的是参数化的设计 方法，而对于有特殊需求的部位，需要通过交互方式输入数值进行调整。该方法比 较适用于有经验的设计师，对设计师的门槛要求较高，它不能在设计过程中根据设 计师的需要进行主动地知识辅助。服装结构设计所需要的经验知识较多，操作较为 复杂，已有文献中关于对服装结构设计师在设计过程中进行主动性经验知识提供的 研究尚无所悉。 “ 1 3 课题的意义及应用前景 。 ：“ 1 3 1 课题研究的意义 目前，关于知识系统的理论研究和系统应用发展迅速，但实用性较强的知识系 统仍在不断探索之中。只有从人类思维的基本特性和领域知识的基本结构出发进行 研究，才能建立高效的辅助设计师工作的知识系统。课题组对主动知识辅助系统进 行了初步尝试，本文针对服装结构设计进行了主动知识辅助系统应用实例的研发。 课题的主要研究意义如下： ： ( 1 ) 提供了一种主动知识辅助的方法，既满足了设计师完成设计过程中经验知 识的需要，又解决了其由于不同背景、不同知识层次而造成的个性化差异问题，提 高了设计的质量和效率。 ( 2 ) 通过收集服装设计领域的经验知识构建知识库，实现了专家经验的传承与 共享。 ( 3 )本课题的研究大大减轻了服装结构设计师的知识预学习负担，最大程度地 实现知识的共享，降低服装结构设计对制板师的门槛知识要求，缓解了服装结构设 计高级人才紧张的压力。 气 河北科技人学硕十学1 7 ：论文 ( 4 )本课题能够显著改善智能设计系统的效能，可以获得一种具有软件产业潜 力的人一机协作智能设计系统的基础原型，有望形成设计类软件的伴侣软件产业，对 现代设计做出较明显的贡献。 1 3 2 课题的应用前景 针对设计人员来说，本课题能够有效减轻他们的知识预学习负担，降低脑力劳 动的强度，使其将更多精力放到创新设计中去；针对设计企业来说，本课题能够有 效地存储多年积累的设计经验，实现知识资产的不断积累和增值，提高生产效率和 企业的市场竞争力。由此可见，本课题的理论研究将有非常广阔的应用前景。 另外，本题的研究成果可以很好的解决专业服装制板人才紧缺的难题。服装行 业采用主动知识辅助系统，可以快速提高结构设计人员的整体素质，缓解专业制板 师人才紧缺的压力，缩短生产周期，减少设计成本，提高市场竞争力，为企业带来 非常可观的经济效益。 1 4 课题的来源及主要内容 1 4 1 课题的来源 。 本课题来源于河北省自然科学基金项目“主动知识辅助系统及其在人机协作智 能设计中的应用研究”，项目编号：f 2 0 0 6 0 0 0 3 4 0 。 1 4 2 课题的主要内容 。 本课题的主要任务是对主动知识辅助方法进行理论研究，收集服装结构设计领域 的经验知识，通过一般知识结构模型，建立机器知识存储提取模型，确立机器知识 存储和输出的合理机制，基于人类快速利用知识的规律，建立合理的知识探询机制， 进而针对设计师知识探询的结果，有针对性地给予主动的设计知识辅助，完成应用 系统的研发。具体研究内容如下： ( 1 )主动知识辅助方法的理论研究分析知识的特点与传统知识辅助方法的缺 陷，在此基础上，提出主动知识辅助的方法。根据人机协作、知识工程等理论研究 人类快速利用知识的规律，通过对设计师知识需求的判断进行针对性的知识辅助， 使其能够快速利用所提供的知识做出决策。 ( 2 )系统的需求分析与结构设计根据主动知识辅助方法的特点，以服装结构 设计为例，对系统的总体需求、数据需求和功能需求等进行分析，并对系统的总体 结构进行设计，确定知识获取、知识表示、知识需求判断以及知识提供的方法，为 后续工作打下基础。 ( 3 )知识库的构建根据知识库的设计要求以及知识内容的树形结构，确定知 4 第1 章绪论 识的存储模式，进行知识库的概念结构设计、逻辑结构设计和物理设计，建立基础 知识库，实现知识的存储。 ( 4 )确定主动性知识辅助的实现机制，完成人机交互界面的设计与实现根据 主动知识辅助的特点，进行系统功能模块的设计，并在知识库的支撑下，采用j s p 技术和j d b c 技术，完成人机交互界面的设计与各功能模块的实现，最终完成整个 系统的开发。 5 河北科技人学硕十学何论文 第2 章主动知识辅助方法的研究 2 1 知识与知识辅助 2 1 1知识 知识是人们对自然界j 人类社会和思维活动规律的认识和掌握，是人们把大量 事实和思想投入熔炉后提炼萃取出的可供使用的东西。根据美国知识管理专家维 那艾利( v e r n a a l e e ) 提出的“知识原型”概念【2 l 】可知，知识、信息和数据具有一 定的层次关系，如图2 1 所利2 2 1 。数据对事实性的表达，是信息载体上反映信息内 容并且能被接受者识别的物理符号，如视频、音频、图形、图像、文字等；信息是 对概率性的表达，是表述出的数据，其与数据的关系是内容与形式的关系：而知识 是对规律性的表达，是信息的运用和生产性的使用，同时又是人类进行智能活动的 基础，可以指导人们的行动、影响人们的决策和计划能力。从某种意义上说，知识 的创造就是对新规律的发现和表达。 。 i(厂。，+三兰、)，f i ，信息 、 i 一般来说，知识具有以下特性【2 3 2 5 】： ( 1 )可表示性知识本身并不是一种物质的东西，因此它可以用各种方式表示 出来，即具有可表示性。 ( 2 )可存储性通过各种物理或逻辑的方法将知识表示出来后，即可以对其进 行存储。 ( 3 )可处理性知识以某种形式被表示出来后，就可以对其进行各种处理。 ( 4 )可传递性知识既可通过书本或广播媒介来传递，也可通过教师的语言来 6 第2 章主动知识辅助方法的研究 传授，还可通过计算机网络等来传输，并且在传输过程中知识的含义不变。 ( 5 ) 可增长性科学技术的飞速发展导致知识在进行快速的更新，甚至不断有 新的学科知识出现，因此知识具有非常鲜明的可增长性。 ( 6 ) 关联性每一项知识点都不是孤立存在的，同一知识体系内的知识总是存 在这样那样的关联。 ( 7 ) 相容性即存在于一体的所有知识之间应该是互相不矛盾的。 ( 8 ) 时效性知识的时效性要求知识服务同样具有实效性，以满足高效知识检 索和修改的应变需求。 ( 9 ) 学科特性知识的学习都是以学科体系进行的，即使是同一词语在不同的 学科中代表的意义也有所不同。 ( 1 0 )与行为紧密相关人们获取知识的目的在于利用知识去对周围的事务进 行有利于自己的、有目的的改造活动，只有向用户提供与其当前行为紧密相关的知 识才能称得上是有价值的知识服务。 2 1 2知识辅助 巷j 在当今设计领域，高竞争能力的企业对员工知识处理的需求相当严重，现实迫 切需要一种能够缓解脑力劳动强度的方法。所谓脑力劳动强度可以从两个方面理解： 一方面是从事企业工作的脑力劳动者自己的前期知识准备时间；另一方面是企业必 须雇佣的高成本劳动者的数量。后者直接决定了企业的脑力劳动力成本。这两者是 j 下比关系，降低前者等于降低后者，反之亦然。 一个系统需要操作者所具备的最小知识量称为“人类门槛知识 ( h b k ) 。，一个 带有h b k 代价的系统一般有图2 2 a 所示的形态，即当系统能力初步提高的时候， h b k 值是逐步降低的；但是随着系统能力的进一步提高，h b k 值大幅度增加。在这 样的系统中，企业对h b k 的需求是动态的。使用这样的系统，随着竞争的加剧，企 业的脑力劳动成本是逐步增加的。图2 2 b 是理想的智能设计系统，它的h b k 需求 是静态的，并不会随着系统能力的提高而出现大幅度的增加。 经验证明：单纯凭借机器智能来解放人类的智力，并降低脑力劳动强度的难度 过大、效果不佳，必须走人一机智能协作的道路。很多近现代设计系统都曾经进行过 类似的研究，这些系统包括：智能设计( i n t e l l i g e n c ed e s i g n ) 、公理设计( a x i o m a t i c d e s i g n ) 、创新设计、t r i z ( t h et h e o r yo f i n v e n t i v ep r o b l e ms o l v i n g ) 、知识辅助辅导 系统( k n o w l e d g es u p p o r t t u t o rs y s t e m ) 、专家系统( e x p e r ts y s t e m ) 等。 智能设计是一种强调知识自动处理的设计方法，它阐述了人机结合哲理，但是 必须丰富可操作的部分才能实现真正的人机协作系统 2 6 1 。 创新设计和公理设计研究的是设计的一般原则，结论是一种适合人或机器使用 7 河北科技人学硕十学位论文 h b h b k 0 系统能力0 系统能力 a ) 带有h b k 代价的设计系统b ) 理想智能设计系统 a ) d e s i g ns y s t e mw i t hh b k c o s t b ) i d e a li n t e l l i g e n td e s i g ns y s t e m 图2 - 2 系统能力与门槛知识要求的关系 f i g 2 2 t h e r e l a t i o n s h i po fs y s t e ma b i l i t ya n dr e q u i r e m e n to ft h r e s h o l dk n o w