（机械电子工程专业论文）基于语义本体的注塑模具设计标准关联性研究.pdf

摘要 摘要 模具设计标准是设计人员在设计模具标准件时参照的准则。面对大量的标 准，如何让设计人员又快又准地找到其需要的标准，尤其是相关的标准? 当我们 将各种标准通过计算机的模具知识管理系统管理起来后，传统的搜索方法，如基 于关键字的方法显然无法很好地满足用户在获得目标设计资料的同时很好地获 得其他有参考价值的相关设计资料。因此，根据模具设计标准的关联特征，将知 识搜索从简单的字符匹配搜索提高到基于语义本体的自动关联，是解决此问题的 重要途径。基于这种思路，本文对基于语义本体的注塑模具设计标准的自动关联 进行了研究，主要内容如下： 1 对注塑模具设计标准的知识体系进行分析，此基础上分析并完善已有的 模具设计领域本体结构，从而建立面向设计标准的注塑模具领域本体模型。 2 改进已有的研究成果o w ls q l 本体存储模式，建立基于关系数据库的 注塑模具本体存储模式。 3 根据注塑模具设计标准的知识点设计知识标签，从而确立面向注塑模具 设计标准的语义标注模型并设计适合注塑模具设计标准的语义标注流程。 4 通过分析语义相似路径与概念相似度之间的联系，提出基于注塑模具本 体的概念相似度的计算方法。根据注塑模具设计标准的关联特征，提出基于多知 识特征的设计标准相似度计算方法和计算机实现算法。在此基础上设计基于语义 本体的注塑模具设计标准的自动关联流程。 5 利用前面的研究成果，在原模具知识管理系统中，开发了基于语义本体 的注塑模具设计标准的自动关联功能。 关键词：注塑模具，本体，相似度，语义检索 广东工业大学工学硕上学位论文 a b s t r a c t s t a n d a r d sf o r t h em o u l dd e s i g na r et h ep r i n c i p l e sr e f e r e dt ob yd e s i g n e r sw h e n t h e yd e s i g ns t a n d a r d i z e dp a r t sa n dc o m p o n e n t si nam o u l d i ns om a n ys t a n d a r d sf o r d e s i g n ，h o wt oh e l pd e s i g n e r ss e a r c hf o rs t a n d a r d sq u i c k l ya n da c c u r a t e l y , e s p e c i a l l y r e l a t e ds t a n d a r d s ，i sa ni m p o r t a n tp r o b l e mi nt h em o u l dm a n u f a c t u r e r w h e nw e m a n a g ea l lk i n d so fs t a n d a r d si nt h em o u l dk n o w l e d g em a n a g e m e n ts y s t e m ( m k m s ) b yu s eo fc o m p u t e r s ，t r a d i t i o n a ls e a r c h i n ga p p r o a c h e s ，s u c ha st h o s eb a s e du p o nt h e k e yw o r d s ，c a n tv e r yw e l lm e e tt h er e q u i r e m e n tf r o mu s e r sw h e nt h e yw a n tt oo b t a i n b o t ht a r g e td e s i g nd a t aa n dr e l a t e dv a l u a b l er e f e r e n c e s t h e r e f o r e ，a c c o r d i n gt ot h e r e l a t e dc h a r a c t e r i s t i c so ft h es t a n d a r d s ，t oi m p r o v et h es e a r c he f f i c i e n c yf o rt h e k n o w l e d g eb a s e do ns e m a n t i co n t o l o g yw h i c hc a l ld i s c o v e r yn a t u r a lr e l a t i o n s h i p s a m a n gc o n c e p t sa u t o m a t i c a l l yf r o mt h o s eo u t o f - d a t es e a r c hp a r a d i g m so p e r a t e do n t h ec h a r a c t e r - m a t c hp r o c e s s e s ，i sa l li m p o r t a n tw a yt os o l v et h i sp r o b l e m i nt e r m so f t h i st h o u g h t ，t h i sp a p e ri sd e v o t e dt ot h er e s e a r c ho nt h ec o m p u t e rd i s c o v e r yo ft h e n a t u r a lr e l a t i o n s h i p sa m a n gc o n c e p t sa u t o m a t i c a l l yi nd e s i g ns t a n d a r d so fi n j e c t i o n m o u l db ym e a n so fs e m a n t i co n t o l o g y t h em a i nc o n t e n to f t h i sp a p e ri sa sf o l l o w ： 1 o nt h eb a s i so ft h ea n a l y s i st ot h ek n o w l e d g es y s t e mo ft h ed e s i g ns t a n d a r d s f o ri n j e c t i o nm o u l d s ，t h i sp a p e ri m p r o v e st h eo n t o l o g i c a ld o m a i ns t r u c t u r eo ft h e m o u l dd e s i g nk n o w l e d g e ，t h e r e b yb u i l d i n gu pa no n t o l o g i c a ld o m a i nm o d e lf o r i n je c t i o nm o u l d so r i e n t e dt ot h ed e s i g ns t a n d a r d s 2 t h i sp a p e rp u t sf o r w a r da ni m p r o v e ds t o r a g ep a t t e r nf o rt h eo w l _ s q l o n t o l o g yw h i c hi sn e c e s s a r yf o ru s t oe m p l o yt r a d i t i o n a lr e l a t i o n a ld a t a b a s e 3 i na c c o r d a n c ew i t ht h ek n o w l e d g ep o i n t so ft h ed e s i g ns t a n d a r d s ，t h i sp a p e r i n v e n t san e wk i n do fk n o w l e d g el a b e l sa n dt h e nb u i l d su pt h es e m a n t i ca n n o t a t i o n m o d e la n df i n a l l yd e s i g n st h es e m a n t i ca n n o t a t i o nf l o wt o w a r d st h ed e s i g ns t a n d a r d s 4 am e a s u r eo fc o n c e p ts i m i l a r i t y , w h i c hi sb a s e du p o nt h ei n j e c t i o nm o u l d o n t o l o g y , i sp r o p o s e db ya n a l y z i n gt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ns e m a n t i cs i m i l a rp a t ha n d c o n c e p ts i m i l a r i t y i nv i e wo ft h er e l a t e dc h a r a c t e r i s t i c si nt h ed e s i g ns t a n d a r d s ，w e p r o p o s et h es i m i l a r i t ym e a s u r e so fd e s i g ns t a n d a r da n dd e s i g nt h ea u t o m a t i c a l l y a b s t r a c t r e l a t i n gf l o wo ft h ed e s i g ns t a n d a r d sb a s e du p o ns e m a n t i co n t o l o g y 5 o nt h eb a s i so fa b o v er e s e a r c hr e s u l t s ，w ed e v e l o paf u n c t i o nt or e a l i z e c o m p u t e rd i s c o v e r yo ft h en a t u r a lr e l a t i o n s h i p sa m a n gc o n c e p t sa u t o m a t i c a l l yi nt h e d e s i g ns t a n d a r d sb yu s eo fs e m a n t i co n t o l o g yi nt h em o u l dk n o w l e d g em a n a g e m e n t s y s t e m k e yw o r d s ：e c t i o nm o u l d ，o n t o l o g y , s i m i l a r i t y , s e m a n t i cr e t r i e v a l 广东i q k 大学工学硕士论文 独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以 标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，不包 含本人或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明，并表示了谢意。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的，论 文成果归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。 指导老师签名：声灰劲 论文作者签名：牺衫 0 2 a 1 5 旷年6 月严 日 第一章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 模具知识管理系统 第一章绪论 知识管理能帮助人们有效、充分利用知识，加强竞争力。为此，不少企业和 组织正根据自身的特点开发专用的知识管理系统，如图书馆知识管理系统、工艺 知识管理系统和产品知识管理系统。广东工业大学数字化制造系统研究室选取某 大型模具企业的模具设计知识为研究对象，将知识管理的先进管理理念引入模具 知识管理领域，应用n e t 开发平台，用c # 开发语言和m ss q ls e r v e r 开发了一 套基于模具设计知识的“模具知识管理系统 【l 】，其主要功能如下： 1 提供完善的知识库维护功能，可以进行知识库的基础数据配置和知识项 的录入、修改和删除操作。 2 提供灵活的设计标准目录编制功能。通过知识不同的知识特征表示进行 分类，形成企业内部的模具知识地图。 3 提供全方位的知识存储方案，同时存储相关的设计标准完整文字描述和 相关设计图形文件( 支持a u t o c a d 和p r o e 等文件) 。 4 提供目录浏览、基于知识特征和关键词的搜索等两种搜索方式。提供友 好的知识输出界面。 5 提供知识投诉及版本分布功能，通过用户反馈形成了知识反馈机制。 6 提供完善的知识权限管理功能，保障知识的正确扩散。 目前，该系统存储了丰富的模具知识，条理清晰。这些知识主要通过图、文 档的形式保存在计算机中，其说明用文本的形式存储在关系数据库中。就功能而 言，该系统提供了知识管理系统所应有知识编辑维护功能，也提供了目录浏览、 基于关键词的自由搜索功能，企业用户能轻易地获取到目标知识，因此能满足企 业在知识管理方面的一般应用，有力地推进了企业的知识管理进程。 广东工业大学工学硕上论文 1 1 2 注塑模具设计标准管理 上一节提到在模具知识管理系统中有一块功能是用于管理模具设计标准的。 模具设计标准是模具设计参考的依据。在大型的模具设计企业中，存在大量的设 计标准，包括来自模具行业、企业本身、客户及供应商的设计标准。而对于小型 的企业，一开始设计标准可能不多。但随着设计标准的不断积累和版本的更新， 设计标准也会越来越多以致增加管理及查找的难度。如果能在越短的时间内方便 地找到在设计模具过程中需要的标准，就越能够提高设计效率。因此，如何使模 具设计人员在设计模具的过程中方便快速地找到所需的设计标准将是一个重要 的研究课题。 面对大量的设计标准，如果以手工的方式去查找所需的标准肯定很麻烦。浪 费了时间也就降低了设计效率。而通过计算机来管理模具设计标准，将能利用搜 索工具来提高搜索的速度。另外，通过计算机对设计标准进行上传、修改、更新 也比较方便。目前，在该模具知识管理系统中提供的成熟的检索技术是基于设计 标准目录和关键字。这两种方式缺乏知识处理能力和理解能力，不能理解知识间 的关系，必然影响设计标准的查准率和查全率。把信息搜索从基于自然语言的层 面上的查找提高到基于语义的层面上的查找，是解决问题的根本和关键 2 1 。 本课题就是在模具知识管理系统的设计标准管理模块基础上，借鉴当前的语 义研究成果，进行基于语义本体的注塑模具设计标准关联性的研究，试图为该系 统提供一套切合实际、行之有效的语义关联方法，实现设计标准的自动关联，从 而使该系统能够发挥更大的作用。广东工业大学数字化制造系统研究室已经研究 总结了模具设计知识的特点，对模具设计领域知识本体的构建进行分析，在此基 础上提出了知识语义相似度和相关度的量化算法 3 1 。后来又提出了一种基于关系 数据库的，能够存储和利用本体的主要信息的本体存储模式 4 1 。已有的研究成果 为本文做进一步的研究打下了良好的基础。但是，这些研究成果还未成熟。一方 面，对于模具领域本体的构建的方法论以及本体的存储还不能很好的与实际结 合。另一方面，基于本体的语义标注以及基于多知识特征的相似度计算还未进行 过具体的研究。而这些对于实现注塑模具设计标准的自动关联都是很重要。针对 这种实际情况，我们将在之前研究的基础上借鉴当前的语义研究的最新成果，在 2 第一章绪论 已经建立的模具知识管理系统中研究实现设计标准的自动关联。 1 2 注塑模具设计标准自动关联的关键问题 实现设计标准的自动关联主要面临了以下两个关键问题： 1 面向设计标准的知识标签的设计与语义标注 语义标注是一种很常见的提取文本数据元信息的方式。从语义w 曲的角度 来看，在传统w e b 上添加语义信息，将w e b 的状态从机器可读提高到机器可理 解，这是整个语义w e b 实现的基础。语义标注相当于对设计标准进行文档的语 义预处理。文档的语义预处理是基于本体进行语义搜索的非常重要的环节，预处 理的好坏直接影响到信息检索的结果。而进行语义标注的前提是对文档进行分析 并设计知识标签。针对注塑模具的设计标准，如何进行知识标签的设计和语义标 注是本文面临的关键问题之一。 2 基于多知识特征的设计标准的关联度计算 设计标准的自动关联需要有一套可量化的排序算法。其本质也即是进行知识 相似度的计算。文献【l ，5 】已经在基于模具知识本体的语义相似度方面做了一些 研究，但仍有待改进与完善。这主要体现在其语义相似度的计算还处于理论阶段， 还没有一套对应的实现算法使之能够在计算机上实现并验证；而在语义相关度方 面，计算方法以及实现算法都有研究成果，但只是针对单概念的语义相关度的计 算。而设计标准的相似度是基于多知识特征的，即多概念集合的相似度计算。因 此，本文将借鉴这些研究成果并结合注塑模具设计标准的特点提出基于多知识特 征的设计标准相似度算法。 1 3 本文的研究内容 本章的前两节首先介绍了模具知识管理系统和注塑模具设计标准的管理，说 明了进行设计标准管理的必要性；分析了目前注塑模具设计标准的管理功能不足 及现行的搜索技术，提出了需要解决的关键技术问题。这其实展现本文研究的背 景和脉络。本文的第二章将首先介绍本体的理论，包括本体的概念及应用、一些 主流的本体描述语言和本体编写工具；还介绍了领域本体构建的方法。这些都将 广东工业大学工学硕士论文 为后面的章节提供必要的理论支持。接着通过对注塑模具设计标准知识体系的分 析，确定了设计标准中所蕴涵的知识点并以此分析其关联性。最后介绍面向设计 标准的注塑模具领域本体的构建过程及其模型。本文的第三章将借鉴已有的 o w ls q l 存储模式，设计基于关系数据库的注塑模具的本体存储模式，使模具 知识管理系统能够更好的存储本体。本文的第四章介绍了语义标注的目的和原 理；通过对现有标注工具的分析和总结，根据注塑模具设计标准的特点，对其知 识标签进行设计，从而确立面向注塑模具设计标准的语义标注模型。本文的第五 章在分析目前主流的相似度的计算方法的基础上，提出了适合于注塑模具设计标 准的相似度计算方法及其在计算机上的实现算法；最后针对设计标准的管理功能 模块的具体应用设计基于相似度的设计标准自动关联流程。本文的第六章应用上 述提出的方法，在模具知识管理系统中实现了设计标准的自动关联功能，详细介 绍了其运作架构和实现过程。 4 第二章注塑模具领域本体的构建研究 第二章注塑模具领域本体的构建研究 由第一章可知，本文将借助本体来实现注塑模具设计标准的语义自动关联。 本体的概念比较抽象，所涉及的内容比较多，还不为广大读者所熟知。为帮助读 者更好了理解本文，本文有必要先介绍一些基础的本体概念及本文所要涉及的本 体相关知识。 2 1 本体理论概述 2 1 1 本体论 本体( o n t o l o g y ) 源自于形而上学的哲学分支，它对客观世界的事物进行分 解，发现其基本的组成部分，进而研究客观事物的抽象本质。近年来，本体的概 念越来越多地被应用于计算机知识工程领域，用于对客观世界的存在进行系统化 描述，方便了知识的重用和交互。人们己经从不同的角度和方面为本体论概念进 行了定义。目前获得大部分研究者公认的本体定义是g r u b e r 于1 9 9 3 年提出的定 义：即“本体论是概念模型的明确的规范说明【6 】 。后来，b o r s t 在此基础上，给 出了本体论的另外一种定义：“本体论是共享概念模型的形式化规范说明 7 】。 s t u d e r 等对上述两个定义进行了深入的研究，认为本体论是共享概念模型的明确 的形式化规范说明。这包含4 层含义 8 】：概念模型( c o n c e p t u a l i z a t i o n ) 、明确 ( e x p l i c i t ) 、形式化( f o r m a l ) 和共享( s h a r e ) 。 1 概念模型：指通过抽象出客观世界中一些现象( p h e n o m e n o n ) 的相关概 念而得到的模型。概念模型所表现的含义独立于具体的环境状态。 2 明确：指所使用的概念及使用这些概念的约束都有明确的定义。 3 形式化：指本体论是计算机可读的( 即能被计算机处理) 。 4 共享：指本体论中体现的是共同认可的知识，反映的是相关领域中公认 的概念集，即本体论针对的是团体而非个体的共识。 虽然不同研究者对本体有不同的描述，但是从内涵上来看，他们对本体的认 广东工业大学工学硕士论文 识是一致的，都是把本体当作某个领域内不同主体( 人、代理、机器等) 之间进行 交流的一种语义基础，即由本体提供明确定义的词汇表，描述概念和概念之间的 关系，作为使用者之间达成的共识。因此，本体的用途包括交流、共享、互操作、 重用等。 目前，本体已经被广泛应用于知识工程、自然语言处理、数字图书馆、信息 检索和w e b 异构信息的处理、软件复用、面向对象技术和语义w e b 等领域。本体 之所以能得到这么大研究和发展，是因为本体具备了以下的功能 9 】： ( 1 ) 在用户和软件代理之间共享对信息结构的理解：这是建立本体的一个很重 要的目标。 ( 2 ) 分离领域知识和应用知识：本体和具体的应用分离，同一个本体可以应 用于相关的不同的具体应用。 ( 3 ) 使得领域假设更加清楚：当我们关于领域的知识改变的时候，可以很容 易改变那些假设。 ( 4 ) 提供了对领域知识的复用：如果一个研究组织定义了一个细致描述时间 的本体，其他的组织和个人就可以把这个本体简单地应用到其他领域。另外，如 果我们需要建一个大的本体，我们可以集成几个己经存在的本体来描述大领域的 一部分。 ( 5 ) 分析领域知识：本体术语的规范定义，使得领域知识分析成为可能。 2 1 2 本体描述语言 本体语言使得用户为领域模型编写清晰的、形式化的概念描述成为可能，因 此它应该满足以下要求f l o 】： ( 1 ) 良好定义的语法( aw e l ld e f i n e d s y n t a x ) ( 2 ) 良好定义的语义( aw e l ld e f i n e d s e m a n t i c s ) ( 3 ) 有效的推理支持( e f f l c i e mr e a s o n i n gs u p p o r t ) ( 4 ) 充分的表达能力( s u f f i c i e n te x p r e s s i v ep o w e r ) ( 5 ) 表达的方便。陛( c o n v e n i e n c ee x p r e s s i o n ) 随着本体研究的发展，在国内外研究工作者及机构的努力下，一些描述语言 陆续诞生 1 1 1 。主要有x m l 、r d f 、r d fs c h e m a 、d a m l + o i l 和o w l 等。w 3 c 6 第二章注塑模具领域本体的构建研究 组织对目前的主流本体描述语言进行分析，提出了本体语言栈，如下图所示： 图2 1w 3 c 本体语义栈 f i g 2 1t h ew 3 c so n t o l o g ys e m a t i cs t a c k 在这些语言中，o w l ( w e bo n t o l o g yl a n g u a g e ) ，是w 3 c 推荐的语义互联网 中本体描述语言的标准。它是从欧美一些研究机构的一种结合性的描述语言 d a m l + o i l 发展起来的，其中d a m l 来自美国的提案d a m l o n t ，o i l 来自 欧洲的一种本体描述语言。在w 3 c 提出的本体语言栈中，可以看到o w l 处于 最上层。o w l 语言主要通过类公理构造符，创建类及其层次、属性关系、实例 等来描述知识。因此，o w l 语言在w e b 内容的机器可理解性方面要强于x m l 、 r d f 和r d fs c h e m a ( i f s ) 等所能达到的程度 1 2 ，1 3 】。 2 1 3 本体编写工具 到目前为止，已经出现了许多本体编写工具。根据这些工具所支持的本体描 言，大致可以分为两类 1 4 j 。 第一类包括o n t o l i n g u a 、o m o s a u r u s 和w e b o n t o 等。这三个工具的共同点是都 基于某种特定的语言( o n t o l i n g u a 基于o n t o l i n g u a 语言，o n t o s a u m s 基于l o o m 语 言，w e b o n t o 基于o c m l 语言) ，并在一定程度上支持多种基于m 的本体描述语言。 第二类包括p r o t 6 9 6 系列、w e bo d e ，o n t oe d i t 和o i l e d 等。这些工具最大的 7 广东工业大学工学硕士论文 特点是独立于特定的语言，可以导入或导出多种基于w e b 的本体描述语言格式。 其中，除了o i l e d 是一个单独的本体编辑工具外，其他都是一个整合的本体开发 环境或一组工具。它们支持本体开发生命周期中的大多数活动，并且因为都是基 于组件的结构，很容易通过添加新的模块来提供更多的功能，具有良好的可扩展 性。 以上介绍的两类本体编写工具都不能实现本体在关系数据库的存储。广东工 业大学数字化制造系统研究室自行开发的一个本体编辑器能够实现本体在关系 数据库的存储。该编辑器是其开发的模具知识管理系统的有机组成部分。本文将 使用该研究成果进行本体的编辑，并在其基础上根据实际需求做相应的修改与完 善。 2 2 领域本体构建方法 领域本体是指这样一类本体，它们在一个特定的领域中可重用，提供该领域 特定的概念定义和概念之间的关系，提供该领域中发生的活动以及该领域的主要 理论和基本原理等。对特定领域的本体研究和开发目前已涉及许多领域，包括企 业本体、医学概念本体、酶催化生物学本体和陶瓷材料机械属性本体等。 目前己有的本体很多，出于对各自问题域和具体工程的考虑，构造本体的过 程也是各不相同的。通过分析总结，本体的构建原则”1 可以概括如下： 1 明确性和客观性：本体应该用自然语言对所定义术语给出明确的、客观 的语义定义。 2 完全性：所给出的定义是完整的，完全能表达所描述术语的含义。 3 一致性：由术语得出的推论与术语本身含义是相容的，不会产生矛盾。 4 最大单调可扩展性：向本体中添加通用或专用的术语时，不需要修改其 己有的内容。 5 最小承诺：对待建模对象给出尽可能少的约束。 6 最小编码偏差：本体的建立应尽可能独立于具体的编码语言。 7 兄弟概念间的语义差别应尽可能小。 8 使用多样的概念层次结构实现多继承机制。 9 尽可能使用标准化的术语名称。 第二章注塑模具领域本体的构建研究 当前对构造本体的方法及其性能评估还没有一个统一的标准，不过在构造特 定领域本体的过程中，有一点是得到大家公认的，那就是需要该领域专家的参与。 文献【1 4 】借鉴软件工程学n 6 1 中的基于软件生命周期的方法论，用于构建领域本 体。 1 需求分析：明确领域本体构建的目的、范围、用途和使用者。 2 制定计划：充分了解现有资源，针对需求分析制定出本体建设的“项目 计划书”，主要包括建设目标、方法、任务分配和时间要求等。 3 实施领域本体的建设： ( 1 ) 领域信息的收集和分析 首先通过收集领域信息充分了解领域知识。信息来源包括专家、书籍和网络 等。 ( 2 ) 重点概念和关系的确定 在充分了解领域知识之后，提出该领域中的重点概念和概念之间的关系。经 过领域专家的确认，作为领域本体的核心概念集。 ( 3 ) 建立本体框架 对领域中的概念按照一定的逻辑规则把它们进行分组，形成不同的工作领 域，从而形成一个领域知识的框架体系，得到领域本体的框架结构。 4 确认与评价：通过确认与评价，看建立的本体是否满足了开始提出的需 求，是否满足本体的建立准则，本体中的术语是否被清晰的定义了，本体中的概 念及其关系是否完整等。 5 进化：本体的开发应该是一个反复迭代的过程。特定领域的本体的初始 版本建立后，通过反复地将其应用到实际系统中或与领域专家交流来评价和排 错，直至满意。这个反复迭代的过程将贯穿于本体的整个生命周期。经过确认和 评价的本体是螺旋模型中一个阶段的成果，整个模型是螺旋上升的。 2 3 注塑模具设计标准知识体系分析 通过上一节的领域本体构建方法的介绍，可以看出需求分析在本体的建设过 程中是重要并且首要的一个阶段。在这一节，本文将通过分析注塑模具设计标准 的知识体系来明确需要建立一个什么样的领域本体。 广东工业大学工学硕士论文 2 3 1 注塑模具设计标准中蕴涵的知识点 根据模具标准汇编 r q 的分类，注塑模具设计标准可分为以下几类： 1 基础标准( 如名词术语) ：用于规定注塑模具领域中模具的结构要素以及 模具设计中用到的主要术语和定义。 2 零部件标准：用于规定模具零部件的尺寸、结构型式、材料、适用范围 和技术条件等。 3 技术条件标准：用于规定模具的设计与制造的技术要求和条件等。 4 工艺标准：用于规定模具的结构工艺性和公差等。 在这几类标准中，零部件标准是最常用并且最综合的一类标准。零部件标准 不仅规定了模具零部件的尺寸、结构型式、材料和适用范围等信息，有时还会引 用技术条件或工艺标准。因此，这几类标准是密切关联的。由于零部件标准是最 综合的一类标准，通过分析这类标准我们将得到最全面的需求分析信息。 一般来说，一个模具设计标准是由一段文字描述和图形文件组合而成的，它 能够完整地说明一个模具设计过程的步骤或者一项明确的设计要求和原则。一段 简明扼要的文字描述就象一篇文章的摘要一样，可以让设计师了解到设计标准中 包含了哪些内容。经过分析与归纳，本文认为注塑模具设计标准蕴涵的主要知识 如下： 1 设计标准的类型：说明该设计标准属于哪一类标准( 如属于零部件标准) 。 2 设计标准规定的对象：说明该设计标准规定了模具的某个或某些零部 件。 3 设计标准适用的范围：说明该设计标准适用于模具中的哪些位置或零部 件。 4 设计标准规定的内容：说明该设计标准包含了哪些内容，可以是模具零 部件的尺寸、结构型式、设计原则、技术条件或是加工方法。 5 设计标准规定的材料：说明该设计标准规定的模具零部件所采用的材 料。 1 0 第章注塑模具领域本体的构建研究 2 3 2 注塑模具设计标准的检索方法与关联性分析 对于注塑模具设计标准的检索方法，目前技术比较成熟的有： 1 基于目录的检索 基于目录的检索是按某种分类规则组织信息。信息按主题建立分类索引，每 个大类所包含的子类有精炼的描述，每个子类都有对应的信息。目录结构由人工 来构造，这样的分类又有利于人们按照习惯逐层缩小查询的范围。然而，这种检 索方法将主题分类具有很大的模糊性和主观性，对于使用者来说，有时并不知道 所需信息属于哪一个分类。 2 基于关键字匹配的检索 基于关键字匹配的检索是最基本也最常用的检索方法，几乎每一个搜索引擎 都采用了这一方法。其搜索过程大致是：用户提交关键字，如果某设计标准的描 述信息中出现该关键字，就将这一设计标准列进搜索结果。用户提交的关键字中 还可以包括“与”、“或和“非等逻辑检索来加强精确定位。但是，采用 从字符的表现形式进行匹配的方式，并不能识别自然语言。面对语义上相关或者 相似的信息，这种检索方法不起作用。 以上这两种的检索方法已不能满足用户在语义上和知识上的需求。而本体具 有良好的概念层次结构以及强大的逻辑推理支持，因而基于本体的语义检索成为 了目前研究的热点。基于本体的信息检索其基本设计思想可以总结如下： 1 在领域专家的帮助下，建立相关领域的本体。 2 收集信息源中的数据，并参照已建立的本体，把收集来的数据按规定的 格式存储在元数据库( 关系数据库、知识库等) 中或为这些数据建立与本体的映 射，如本体标识。 3 对用户检索界面获取的查询请求，查询转换器按照本体把查询请求转换 成规定的格式，在本体的帮助下从元数据库( 关系数据库、知识库等) 中匹配出 符合条件的数据集合。 4 检索的结果经过定制处理后，返回给用户。 根据这种设计思想，我们需要结合领域本体分析注塑模具设计标准的关联 性。从上一节可以知道，设计标准主要蕴涵了“设计标准的类型 、“规定的对 广东工业大学工学硕上论文 象 、“适用的范围”、“规定的内容”和“规定的材料 五个知识点。每一个 知识点都有其对应的子类。特别是设计标准“规定的对象”，其对应的是模具 中各个零部件。这些零部件通过分类以及在模具中的结构和位置，将各个设计标 准紧密的联系在一起。只要将这些知识点组织起来，连成一张知识网络，那么就 可以通过这张知识网络找到设计标准的关联标准。从图2 2 可以看到知识网络将 设计标准联系了起来。 图2 2 注塑模具设计标准的关联性 f i g 2 - 2t h er e l a t i v i t yo fi n j e c t i o nm o u l dd e s i g ns t a n d a r d s 2 4 面向设计标准的注塑模具领域本体的构建 2 4 1 注塑模具领域知识的收集 实施领域本体的构建，首先要收集领域知识。信息的来源包括专家、书籍、 网络、甚至是其它的本体等相关资料。本文的注塑模具领域知识主要通过以下途 第二章注塑模具领域本体的构建研究 径来获取： 1 查询专业书籍，浏览专业网站 主要查询的注塑模具的专业书籍是注塑模具设计手册【1 8 】、模具标准汇 编【1 7 】和企业的模具设计标准等；主要查询的专业网站有中国模具网、中国塑料 模具网和中国模具设计论坛等。 2 咨询模具领域专家 通过与模具领域专家进行综合探讨，以获取一些实际应用的知识。咨询的领 域专家主要是模具制造企业的设计或制造工程师。 2 4 2 注塑模具基础知识领域本体结构分析与完善 文献 1 将模具设计领域本体分为三个层次：顶层本体、企业层本体和应用 层本体。顶层本体指基于本体的模具基础设计知识的表达和描述。该本体定义了 整个模具设计领域的基类及其关系。企业层本体指对应于模具设计知识体系结构 中的企业级模具设计标准部分的知识的本体形式化描述。应用层本体指在模具设 计基础知识背景下和模具设计标准的约束下的设计过程的本体，是对顶层和企业 级本体的实例化。 从本体论可以了解到，建立本体方便了知识的重用和交互。因此，在实际的 应用中，本文认为面向注塑模具设计标准的领域本体只需建立到注塑模具基础知 识的层次。这一层次的本体的应用范围最广，具有通用性，能够应用于任何注塑 模具的企业。 通过对注塑模具基础知识的分析，我们了解到注塑模具的知识，尤其是注塑 模具设计与制造的企业标准，往往按照注塑模具的类型( 如：二板模) 、构成注 塑模具的功能系统( 如：顶出系统) 和零部件( 如：定模板) 进行分类，这样我 们就可以按照类型、系统、零部件建立注塑模具的知识特征，并以此建立注塑模 具本体语义模型。 在本体中，概念间的关系链分为两种类型：直接关系链和间接关系链。直接 关系链是指两个概念之间的关系链没有包含其它概念；间接关系链是指两个概念 之间的关系链包含一个以上的概念：间接关系链由两个或两个以上的直接关系链 构成。而在注塑模具领域本体中，概念间的直接关系链存在多种类型。我们认为， 广东工业大学工学硕士论文 注塑模具本体的概念间的直接关系链有三种基本类型：配合( m a t c h ) ，部分与整 体( p a r t o f ) 和继承( k i n d o f ) 。 1 配合关系链：这类直接关系链连接的两个概念所对应的零件在注塑模具的 装配位置中是直接接触配合的。配合关系链具有两个方向，即如果概念c 1 和c 2 之间存在一条从概念c l 指向c 2 的配合关系链，那么这两个概念之间还存在一条 从概念c 2 指向c 1 的配合关系链。图2 - 3 所示的是针阀式浇口热流道注塑模装配 图的一部分。从图中可以看出，1 5 推件板与1 4 定模板是直接接触配合的，它们 所对应的概念在注塑模具本体中可以通过配合关系链连接起来。 i 定寝寝饭2 一热谶港锾3 暖嗡蕴、搓力弹餮sv 一旗菇6 u 磁位瓣7 一浇昭爨 8 一加热器 9 补形翱l o ，臻燕外壳l i 。一如热嚣1 2 磺墙体1 3 一喷嘴头1 4 定攘扳l s 一接l 乍饭1 6 一掇芯 图2 3 针阀式浇口热流道注塑模装配图局部 f i g 2 - 3t h ep a r t i ma s s e m b l yd r a w i n go fh o tr u n n e ri 玛e c f i o nm o u l d i i lp i nv a l v et y p e 2 部分与整体关系链：这类直接关系链连接的两个概念在注塑模具的组成结 构中体现的是部分与整体的关系。部分与整体关系链的方向是从“部分概念 c l 指向“整体概念c 2 。例如，在注塑模具中，顶出系统是由顶杆、顶杆固定板等 部分组合而成。因此，概念“顶杆 与“项出系统”可以由部分与整体关系链连 接起来。 3 继承关系链这类直接关系链连接的两个概念在注塑模具的分类结构中体 现的是子类与父类的关系。继承关系链的方向是从“子类概念c l 指向“父类 概念”c 2 。例如，二板式注塑模具是卧式注塑模具其中的一类。因此，概念“二 板式注塑模具与“卧式注塑模具可以由继承关系链连接起来。 1 4 第j t 章注埋模具领域本体的构建研究 2 4 3 面向设计标准的注塑模具本体模型 通过上一节的分析，我们可以建立起注塑模具基础知识领域本体的模型。接 下来，我们还需建立注塑模具设计标准与注塑模具基础知识领域本体的关系，从 而形成面向设计标准的注塑模具本体模型。建立这种关系，需要在设计标准所蕴 涵的知识点中找出包含注塑模具基础知识的知识点。可以看出，在2 3 1 节所提 到的设计标准的五个知识点中“设计标准规定的对象”和“设计标准适用的范围” 面对的正是注塑模具的基础知识，包括模具的零部件及其结构位置。因此，我们 可以将注塑模具基础知识本体中的概念作为“设计标准规定的对象 和“设计标 准适用的范围”的实例，从而建立面向设计标准的注塑模具本体模型。图2 - 4 展 示了面向设计标准的注塑本体模型的局部。 广东工业大学工学硕士论文 图2 4 面向设计标准的注塑模具本体模型的局部 f i g 2 - 4t h ep a r t i a li n j e c t i o nm o u l do n t o l o g ym o d e lt o w a r d sd e s i g ns t a n d a r d s 1 6 第二章注塑模具领域本体的构建研究 2 5 本章小结 本章首先介绍了本体的理论以及领域本体的构建方法，从而为构建注塑模具 领域本体提供了理论支持。接着对注塑模具设计标准的知识体系进行分析，确定 注塑模具设计标准中蕴涵的知识点及其检索方法。接着，从领域本体建模的角度 对注塑模具领域知识进行收集，并分析已有的模具设计领域本体结构，在此基础 上进行完善，从而建立面向设计标准的注塑模具领域本体模型。 1 7 广东工业大学工学硕士论文 第三章基于关系数据库的注塑模具本体存储模式 注塑模具本体属于比较大规模的领域本体。随着领域本体中资源的增加，领 域本体的结构越来越复杂，领域本体的查询效率显得十分重要。所以，如何合理 的存储大规模的领域本体，支持高效的本体查询是一件很有意义且具有挑战性的 任务。基于文件系统的存储方式实现简单，但是效率低，而且很难适应数据量较 大的情况。与之相比，基于关系数据库系统的方法更适合处理大规模的本体。关 系数据库技术比较成熟，应用广泛，并且它的事务系统可以确保操作的正确，无 须再重新开发。所以，目前利用关系数据库来存储本体是比较可行的方式。 3 1 现有基于关系数据库的本体存储模式分析 由于本体模型和关系模型的差异，可以有很多种在关系模型中存储本体的方 法。现有的基于关系数据库的本体存储模式都有各自的局限性，不适于存储大规 模的本体。大致可分为种存储模式水平模式，垂直模式，分解模式和混合模式 1 9 1 。 ( 1 ) 水平模式：水平模式在数据库里只需要一张通用的表，表的列为实例、 实例的类型以及所有的属性的名字。每一个实例为表中的一个纪录。文献 2 0 ，2 1 】 提到了这种存储模式。这种存储模式的数据模型比较简单，但是存在一些缺点： 大量的列：考虑到知识库的规模和本体中属性的数目，大量的列有可能超出 关系数据库对列的数目的限制。 对属性值的限制：对于一个实例，这种表的结构使得其对于每个属性只能有 一个。然而，很多属性都是多值的。 稀疏性：很明显，无论记录的属性有没有值，每个属性都占据一个域。因此， 数据库中就会有很多空的域。 维护性：当系统合并一个新的本体或改变一个己存在的本体的时候，就需要 重新组织表的结构。如果表非常大，这种改变的代价是非常大的。 性能：这种方法导致数据库大小明显加大，加载时间较长。 ( 2 ) 垂直模式：这种模式包含一张三元组表，表中的每个实例都对应于一个 三元组。在这种模式下需要将本体中的所有信息都使用三元组来表示。 第三章基于关系数据库的注塑模具本体存储模式 p r o t 6 9 6 1 2 2 1 、j e n a 2 3 1 和s n o b a s e l 2 4 1 都是使用这种存储模式。这种模式设计简单，并 且模式稳定，随着本体的修改只需要修改表中相应的元组。另外，该模式通用性 好，因为现有的本体模型都可以转换为模型来表示。但是，对于开发人员来说， 这种模式的可读性差，设计有关的语句比较困难并且容易出错。除此之外，该模 式最大的不足在于，对于每个本体查