（机械制造及其自动化专业论文）饰品设计知识获取方法研究及其应用.pdf

摘要 本文结合浙江省科技计划重点项目( 2 0 0 5 c 1 1 0 3 5 ) “基于知识的饰品创新设计集成 管理平台研究及其应用”，针对饰品设计的特点，对知识库构建过程中的知识获取这一瓶颈 问胚进行了深入研究，提出了基于粗稽集理论的饰品设计知识获取方法，同时给出具体实例 分析，并设计实现了一个知识获取原型系统。 第一章简要介绍了饰品行业发展的现状以及发展所面i 临的机遇与挑战，由此引出对知识 及知识获取的需求，紧接着阐述了知识获取的概念、研究现状以及知识获取的方法，最后提 出了论文研究的目的、意义与内容。 第二章首先介绍了饰品产品开发过程及其概念设计过程，然后在分析比较了几种常用 知识表示方法的基础上，确定采用框架表示法和产生式规则表示法相结合的方法来表示饰 品设计领域知识。 第三章对知识获取这一构建知识库过程中的瓶颈问题进行了深入研究。首先对当前几 种比较常用的知识获取方法进行分析比较，针对饰品设计知识的特点，确定采用粗糙集理 论和面向属性归纳方法相结合的知识获取方法，并对这两种理论方法分别进行了简要介绍 髓后给出基于粗糙集理论的饰品设计知识获取的具体过程，包括数据选取、数据预处理、 属性与属性值的约简以及规则生成与评价应用等几个部分 第四章根据前一章提出的基于粗糙集理论的饰品设计知识获取方法，结合实例进行分 析，然后给出知识获取系统在辅助设计方面所起的作用，最后对饰品设计知识获取系统迸 行结构和功能设计并初步实现了一个原型系统。 第五章对全文进行了总结，指出了论文的主要研究成果和不足之处，并对下一步的研 究工作进行了展望。 关键词：知识获取；租糙集；饰品设计：知识表示 a b s t r a c t c b n i b i n e dw i t hl h em a j o rp r o j e c to fs c i e n a n d 瞰h l o g yp l 柚o fz h e j i 卸gp v i n c c r c 辩砌叩t h ei n t e g r a t i o nm a n a g e m e n tp l a t f o n no fo m a m e n t si 加o v a t i o nd e s i 卫皿b a 辩d k n o w i e d g ca n d 酗a p p l i c a t i o ni no m a i 酩n t 如d u s t 嘎t h ct h e s i s 托辩a r c h e st b ek n o w l e d 筘 a o q u i s i t i o np b l e mw h i c hi st h eb o m e - n c c ko fl m o w l e d 2 r e _ b a c 0 璐t f i l d i o n a “n r d i n gt ot h e c h a m c i e f i s i i co ft h eo m a m 印td e s i 卯，t b el d i o w l e d g ca c q u i s i t i 鲫i m t h o db a do nr o u g h t si s p f 叩0 s c d t h e n 蹰i n s t a n j sp r 0 v i d e df 盯柚a l y s i s a n dt h ep f o i o t y p cs y s l e mo fl m o w l e d g e q u i s i 曲n i sd e s 咖e d 翘da c t u a i i z e d c h a p t e i o 雠h d e f l yp 他n 协t h es 忸l 惦q u oo fo m 啪e n ti n d u s t r ya n dt h eo p p ( h t u n i t i e s 粕d c b a l l e n g c si n 如d e v e l o p l 】肥峨w h i c he j i c nl h em q u i t e l n e n to fk n o w l e d g ea n db l o w l e d g e a c q u i s i 缅礼t h c nt h ep a p e fi n t r o d u c e st h ec o n c c 畴f c s e a r c hs t a t 惦柚dm e t h o d s0 fl m o w l e d g e a c q u i s i d o n f i n a l l y ，l h ei n t c n t i ，s i g n 访啪卸dn m i nc o n t e 吣o ft h e 豫彻c ha 他i l l u m i l l a t e d c h a p t e r 押oi n t m d u st h ed e v e l o p m e n lo ft h eo m a 眦n t 卸dt h c n c c p d a ld e s i 印p r o o e 蛙 b a s c d 柚“y z i n g 柚d m p a r i i l gs e v e r a i 彻m e t h o d so fh o w k d g ef e p 他辩n t a t i o n t h e p a p e rc o n 丘r i 璐a d o p i i n gt h em e t h o do fi m o w l e d g c 他p r e s e n 洲o nb a s c d 皿f r a n 犯a n dp r o d u c t i o n 删er e 舻獬n t a n o nt oi e p r e s e n tn l e 叫l 砌e md e s i 朗| m o w l e d g e o a p 把ft h r c ef o c u 辩s 曲峙f 墩砌e m p h a s i s m c 岫1 l e d 窖ea c q i l i s i 妇咖k mw h i c hi st b e b 0 坩e 删畦o fh a w l e d g e b a 辩n s l r u c i i 蚀a f 衙a n a l y z i n g 柚d 叫，a r i 堍t h cm a i nm e m d d s0 f l a l o w l e d g ca c q u i s i n o ni n 咖m o nu a tp 托n t h cp a p c rc h st h er o u g h t si 犯t b o d 咖b i 珀甜w j t ht h ea l 仃i b u t c 州知t c da p 但c ha o r d i n 2t ot h ec h a m c 比r i s co fo m 枷e n td e s i 目皿 h ”w k d g c 勰d 恤et h f i 器a 孵b r ! i e a yi n t f o d u c c d t h e nt h cp a p e rp f 姗t st h e n c f c t cp i d c e 醛o f k n o w l c d g ca c q u i s 砸o nm e t h o db a s c do nr o i l 曲t s w l 血hi n c l u d e s v e r a lp a n s 笛d a t a l e d i ， d a t ap r e t i e a t m e n la t 啊b u t e s 代d u c t i o na n dv a l u e sr e d u c t i 如。n l l ec r e a t i o 卸de v a l u a n a o c o r d i n gt ot h em e t h o do fk n o w l e d g ea c q u i s i t i o np 他辩n 锄i 王lt h ef o m 蝌c h a p t e c h a p t e rf o u f a p p l i e s “t o 柚i n s t a i l c c t h e nt h ep a p e rp i l t s 缸阿缸dt h ef u n d i o ft h ck 加啊l e d g c q u i s i t i 衄 s ”t e mi na 豁i s t i l l go m a m e n td 鼯i g n ，w 岫f o n ) w sb yt h es m i a 【l l i e 柚d 置i i 撒瞎md i g no ft h e k n o 、v l c d g ca c q u i s j t i 仰s y s t c m 阳k v a m 幻咖a i m md c s i 垆f i n a n yt h ep m l o t y p cs y s t e mi s a c t u a l i z e d t h e l a s tc h a p t e r 曲n a r i z e s t h ec h i c f i e a r c ha c h i c 、嘲嗍t 柚ds h o r l a g e so f t h ep a p e ra n d p r o s p e c bf 叫t h c 如t i l r ci e a r c hw o r k k e yw o r d s ： k n o w l e d g e a c q u i s i t i o n ：r o u g hs e 蛾o 眦m e n td c s 蜘；勋o w l e d g er e p 陀蝴纽t 蛔 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，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，也不包含为获得逝望盘堂或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。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谢意。 学位论文作者签名王秀，签字日期2 叼年弓月j 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解迸婆盘堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权逝鎏盘堂可以将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、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书)， | 学位论文作者签名： 签字日期：i 司年 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 啊 婵醐。岬1 月【j 日 电话： 邮编： 日 髫形 乏铀 第一章绪论 【摘要】本章首先简要介绍了饰品行业发展的现状以及发展所面l 临的机遇与挑战，饰品生产企业 要想在竞争激烈的市场中占有一席之地必须提高其产品的设计效率，而经验知识的积累程度往往 决定了设计效率的高低，由此引出对知识及知识获取的需求，接着阐述了知识获取的概念、研究 现状以及知识获取的方法最后提出了论文研究的目的、意义与内容。 1 1 课题研究的背景 1 1 1 饰品行业发展的现状及发展所面临的机遇与挑战 饰品行业是从珠宝首饰、工艺礼品行业中分离出来而形成的一个新兴产业。饰品作为新 经济的增长点，在发达国家已逐步走向成熟。各种档次的专卖店、销售点星罗棋布；各种款 式、各种层次的产品充分满足了日益增长的市场需求。世界四大时尚之都巴黎、纽约、伦敦、 米兰以及亚洲的首尔、东京、香港等国际著名的饰品之都，年贸易总量( 包括转口贸易) 近 1 0 0 0 亿美元，已形成一个庞大、规范的市场化体系，领导全球饰品行业的潮流和发展。 1 1 1 1 饰品行业发展的现状及发展趋势 目前我国饰品行业还处于初期发展阶段，但随着社会经济、文化的飞跃发展，人们的生 活品味、生活质量正在发生着质的飞跃，与国际社会的全面接轨使得人们的生活理念发生了 巨大变化，崇尚时尚、追逐流行、塑造个性已成为国人的生活主旋律，从而成就了新世纪中 国饰品行业的无限商机”j 。 从生产来看中国饰品加工主要可分为三大生产出口基地： ( 1 ) 以广东( 东莞、佛山等) 为主的华南生产基地。它们的特征是，主要以香港的设 计风格为主，产品一般都是以来样加工为主。其产品的流向也大部分是通过香港转口到东南 亚、奥、美等地。 ( 2 ) 以福建、浙江为主的基地。这部分的厂家的产品多半是按国外饰品需求设计，产 品绝大部分出口，其特征是产量规模化，在价格上极具竞争优势。近年来国外大型跨国公司 的采购中，这些厂家的产品都被列为采购之列。 ( 3 ) 以青岛为主的基地。这部分厂家大多数为韩国厂商，其设计一般不外露，产品直 接出口韩国，日本和美国等地。 除此之外就是以工艺品形式出现的小规模零散厂家。这些厂家的产品多半是用自己独特 的产品形式来销售带有地域特色、民族特色、民间特色的装饰品。同时中国饰品消费的五大 片区已初步形成：以北京为中心的华北片区、以上海为中心的华东片区、以哈尔滨大连为中 心的东北片区、以广州为中心的华南片区和以成都为中心的西南片区。此五大片区外加省会 城市的加盟连锁店的设立。基本完成中国饰品消费总体布局 2 0 年以前，中国市场没有形成真正意义上的饰品行业，当时的饰品主要是伴随家具 行业、礼品业、鲜花、床上用品等产品的分散式销售。2 0 0 0 年以后，随着中国经济的不断 升温，广州、上海、北京等地饰品消费费用方面开始上升，所以在2 0 年后出现了一些小 型的饰品专营店。大型城市的饰品趋势是：一些国外的大型跨国公司看好中国饰品的巨大市 场，一些大型卖场都专门推出了饰品专区，饰品专营以及商场柜台是主要的两大销售渠道。 中小城市的饰品消费由于受收入水平等方面的限制，目前仍然保留以前的销售方式，即以鲜 花店、礼品店的形式销售饰品，其产品一般都是较普通的饰品，产品的档次偏低，但近来已 逐步朝着大城市的销售模式转变。 从中国饰品行业发展的历程来看，目前饰品行业处于一个稳定、快速发展的阶段，未来 3 - 5 年内，随着国民经济的持续快速增长及人们物质文化生活水平的不断提高，饰品行业的 消费必将更加大跨步地向前发展。同时，随着社会的发展，人们的观念不断进化，创业意识 不断增强，人们不再将钱当作“死钱”，而是“以钱生钱”，将有限的资金投入到有前途的事 业，通过奋斗实现资金的无限回报。必将为饰品行业带来大量的代理商和加盟经销商等渠道 新生力量。 当今饰品早已从穿衣打扮的点缀中分化出来，成为时尚的风向标，在市场日趋完善的今 天，已升华为一个独立的财富产业；饰品也是一种流动的文化，透过一件件小小的饰品，可 以看出佩戴者的品味和文化素养返璞归真、时尚个性、精致工艺是饰品今后的流行趋势。 以前国内流行饰品风格多为华丽、炫耀、花俏，而国外的尖端流行饰品却早已崇尚古典、个 性化，并看重天然材质。这几年，国内流行饰品也已慢慢跟上国际趋势，那些太过炫耀太过 夸张的饰品渐渐淡出人们的视线，取而代之的是简洁素雅又具个性的饰品。饰品的基本发展 趋势具体可总结为如下几点： ( 1 ) 饰品的扩展化。由以往的首饰进而发展到手饰、脚饰、胸饰、包饰、车饰，台饰、 床饰和房饰，人们开始追求生活中的各个方面搭配一致 ( 2 ) 饰品的可爱化和小巧化趋势。其中日韩和美国的卡通文化发挥了重要作用，在饰 品中卡通化、可爱化的形象随处可见，也大受欢迎。 ( 3 ) 饰品的日常化潮流。节日和个人纪念日的重要性上升，人际关系符号化的发展都 使饰品的需求数量和购买频率大幅上升，表现在由星座、情侣等为符号代表的相关饰品的热 销。 ( 4 ) 低端饰品的发展。从材料、样式到渠道饰品的平民化、大众化倾向非常突出。 优质与廉价是消费者选择饰品的两大首要考虑因素，将低端饰品的质量提升，是我们应该遵 循的趋势。 1 1 1 2 饰品行业发展面临的机遇与挑战 饰品是大众型消费品，它拥有广大的消费人群，市场潜力巨大。仅2 0 0 5 年，女性饰品 的消费量全球共计超过1 4 0 0 亿人民币。而目前我国的饰品人均占有率极低，因此需求旺盛、 潜力无限。目前我国女性饰品人均占有率不足5 ，而东京为鹋2 、新加坡为4 8 、香港 为5 4 、韩国为鹋、马来西亚为4 7 泰国为6 8 ，如图1 1 所示随着国内经济的不 断发展和国民收入的高速增长，女性对饰品的需求剧增，她们变得更为时尚，不断追求个性 和魅力，更崇尚文化和风情。中国的女性饰品极具开发价值，有明显饰品消费需求的女性从 8 岁到5 5 岁，我国约有5 亿人。如此庞大的消费群体，每年的消费需求将达数百亿元l u o 据 专家预计，2 0 1 2 年我国的女性饰品占有率将增到5 5 以上。 2 图1 - 1 目前我国与其他国家饰品人均占有率比较 但是我们不可忽视的是，在中国各行各业竞争逐渐激烈的时候，饰品行业的竞争仍然处 于初级状态。行业没有国内知名品牌，拥有全国性网络的厂家非常少，能够进行品牌推广和 自行建立办事处进行市场开发的更是凤毛麟角，整个行业缺乏做品牌的能力和市场营销的观 念，缺乏真正有能力的人才。随着w 1 d 的加入，中国目前正面临着一个难得的机遇，国外 公司正在大量以o e m ( 即生产商只负责生产过程，营销风险，资金风险全部由销售商承担， 而作为补偿，销售商拥有销售商品的冠名权) 的方式在中国采购其商品，因此现在许多饰品 行业大厂家基本是在做出口。如何真正成长为自我品牌，在市场中立足，成为每一家饰品企 业面临的现实问题。 随着社会的发展和人民生活水平的提高，人们对金属饰品的外观设计、表面质量和材料 性能有了更高的要求。当前生产各种金属饰品、工艺品产品广泛采用铅锡合金，铅锡合金熔 点低、流动性较好、无热裂倾向，是传统的各种中高档饰品、工艺品产品的基材。但由于铅 锡合金的生产工艺可控性差和材料标准的不统一性，造成多数饰品企业的材料质量和性能不 稳定。特别是铅锡合金中含有较高含量的铅( 部分还含有少量的镉) ，近年来世界各国的医学 专家已发现含铅、含镉合金对人类健康和环境卫生构成了威胁，欧盟、美国、日本和中国等 医学研究机构均已做出了铅、镉对人类环境造成危害的报告，欧盟、美国、日本政府也相继 提出了对舍铅、含镉合金应用的政府限令，因而含铅、含镉合金，包括金属饰品、工艺品产 品的应用将面l f 自严格的限制。铅锡合金己不能满足人们对现代生活质量和金属饰品性能及安 全性的追求，开发无铅、无镉，对环境友好的环保型合金代替含铅、镉合金，是饰品行业所 面临的刻不容缓的课题i z j 。 饰品行业是新兴产业、朝阳产业，但也是劳动密集型的产业。因为饰品行业的工艺看似 简单，可是加工环节烦琐，一件小小的饰品要经过4 0 多道工序。而且每道工序都没有采用机 械化、自动化来替代，全靠手工操作同时又由于产品小，上面附着的配件，如水钻、弹簧 扣更微小，需要大量的劳动力，尤其是眼神好的年轻劳力。过去认为我国的劳动力低廉，是 一大优势，但随着改革开放的不断深化，工业经济突飞猛进的发展，劳动力越来越稀缺。而 且薪酬也不断攀升，占成本的比例越来越大，更何况年轻劳力在岗位上的周期也很短，这样， 饰品行业的劳动力来源就愈显得紧张。由此为了提高饰品的生产工艺水平，稳定饰品的内外 在质量，实现饰品生产的机械化、自动化已提到议事日程上来了。当前饰品行业正在走科技 创新发展企业的新路子。同时人们对于饰品的需求目益趋向个性化和时尚化，这就对饰品生 产企业提出了更高的要求，更好的把握流行趋势、提高饰品设计效率成为影响饰品行业发展 的重要因素。 3 1 1 2 饰品行业发展对知识及知识获取的需求 饰品行业市场需求波动大，产品季节性强、生命周期短、款式翻新快，新工艺、新材料 应用层出不穷。饰品在季节交替中有淡旺季之分和品种款式的更换，一般在春秋两季是属于 淡季，夏冬两季和节庆日饰品是旺季。流行饰品最关键的要素是时尚、艺术与原创，跟随大 众喜好和主流媒体的导向，把握大众文化，体味主流风尚是饰品企业发展壮大所不可缺少的 饰品设计不同于珠宝首饰设计，后者材料成本高，产品具有收藏保值等功能，一般都是 长期佩带的因此设计款式变化不多，通常为一些经典样式。而流行饰品不受材质所限，材质 选择更加广泛，而且由于其材料成本低，可以随意设计出各种式样满足人们不同的喜好，创 意具有更大的自由空间。从功能角度来说，饰品更强调与服装和空间、场合的搭配，时尚、 流行、价格低廉、选择广泛是其最大的卖点，因此设计效率成为饰品生产企业最重要的竞争 力。 饰品设计分成艺术设计和技术设计。技术设计旨在解决物与物的关系，即产品的内部功 能，结构原理和组合条件。技术设计更多考虑的是产品自身的合理性和它对人生理上的作用。 艺术设计作为以工程技术和美学艺术相结合为基础的设计体系，不同于技术设计艺术设计 在解决物与物的关系的同时，侧重解决物与人的关系，涉及产品的外观造型、色彩搭配等方 面。艺术设计还要考虑产品对人的心理和生理的作用，以提高产品在市场上的竞争力。在饰 品行业刚刚起步的阶段，饰品设计往往考虑较多的是其功能性及技术实现，而随着行业的发 展，人们对饰品的需求日益朝着个性化和时尚化的方向发展，因此在设计过程中更多的开始 考虑饰品的艺术性。 饰品设计以艺术设计为主则在饰品企业的设计部门出现了这样的问题：早期设计师由于 未接受艺术方面的系统教育，虽然实际经验丰富但有时不免缺乏艺术灵感；而新进的一些科 班出身的设计师往往过分注重艺术性而忽略了工艺上的可实现性，最终都导致设计产品评审 不能通过，降低了设计效率。目前制约饰品行业发展的主要因素就是新产品开发周期长、成 本高，使得企业无法快速响应客户需求、紧跟时尚潮流。 目前饰品行业新产品开发周期均在半个月以上，若再加上开发过程中和客户反复沟通修 改设计则投入市场的时间还要再长一些。此外，设计师设计出的图纸常常由于其经验不足未 能准确把握潮流趋势、以前开发过的相似产品不畅销、工艺受限无法量产等原因被否决掉， 浪费了大量时间和精力。当前大多数饰品企业都是采用手工绘图设计的方式，产品生产出来 之后设计图纸以及一些相关的文档即被束之高阁，使得这些宝贵的资源无法进行利用。一些 大型企业即便是采用二维三维电脑绘图。设计图纸也是分散存储在各个设计师的电脑中，无 法实现知识共享与经验交流，达到借鉴前人成功经验的目的同时企业缺乏相关知识的积累， 使得设计师需要花费大量时间查阅学习工艺、材料等方面知识，因此迫切需要建立饰品知识 库来解决这一问题。没有知识库的支持也无法对新手进行系统的培训，仅靠其在实践中摸索 将需要较长的时间，而且没有知识积累使得人员流动对企业来说损失很大。 本文研究的饰品设计知识获取问题作为知识库构建过程中的瓶颈，就是在这样的背景下 产生的。现代设计是基于知识的设计，新产品是新知识的物化，新产品创新设计的核心问题 是“新知识获取”纠。产品数据库及资料库( 例如材料库，造型库、工艺库、色彩库等) 包 括了十分丰富的信息，但传统的信息检索机制和统计分析方法只能获得一些简单信息，不能 充分利用这些数据资源，这远远满足不了人们对数据内部隐含的、有价值的信息即知识获取 的需求。如何更好地利用这些数据资源，以达到与人的知识创新过程有机结合，是信息社会 4 发展到一定阶段的客观要求。因此本文将要研究的就是如何通过大量丰富的产品信息获取饰 品设计知识，进而建立饰品设计知识库，提供给设计师在设计过程中所需的各方面知识，将 隐性的知识显性化，尤其是以往设计过程中的经验知识，使得设计师能够进行经验交流和知 识共享，辅助其进行快速创新设计，提高设计效率，最终增加企业的市场竞争力，促进饰品 行业的发展。 1 2 知识获取概述及知识获取方法研究 1 2 1 知识获取概述 知识获取就是将用于领域问题求解的专家知识从某种知识源( 如人类专家、文本、数据 库) 中总结和抽取出来，转换为计算机知识库系统中的知识的处理过程。从广义角度讲，知 识获取过程还应包括计算机系统从原有知识中产生新知识的过程，即机器学习。通常，知识 源的知识并不以一种现成的表示形式而存在，因此需要作为知识获取主体的知识工程师通过 自己的努力来抽取和表示所需要的知识刚。 会谈、试验、数据采集和分析归纳是构成知识抽取的几个主要步骤。会谈是指知识工程 师直接与领域专家会话，把专家的专业知识和经验抽取出来；试验是指知识系统对一定数量 的问题进行试探性解答；数据采集则是对问题基本特征，求解向题所采用的方法或策略的记 录，以及求解结果的收集与整理；分析归纳是指在前几步的基础上，去粗取精，去伪存真， 归纳总结出用于问题求解的事实、过程和判定规则。 知识获取要研究的问题主要包括：对知识源中的知识的理解，认识、选择、抽取、分类 和组织的方法；从已有知识和实例中产生新知识，包括从外界学习新知识的机理和方法；对 知识的求精、检查，保持知识的一致性、完全性和无冗余性的方法。目前知识库系统的知识 获取方式主要有三种：非自动型知识获取、全自动型知识获取和半自动型知识获取。 非自动型知识获取方式是指知识工程师作中间人，沟通知识源和计算机系统，由知识工 程师对知识进行抽取、组织和编码。主要采取的技术是与领域专家会谈技术。但由于知识工 程师对所研究领域缺乏了解、专家资源的缺乏，及人与人交流过程容易产生认知误差，使得 非自动型知识获取成为一个费时、低效而且不精确的过程。非自动型知识获取方式如图1 - 2 所示。 图1 2 非自动型知识获取方式 自动型知识获取是指知识获取过程完全由知识获取工具或知识库系统自动完成，由领域 专家直接提供知识、数据和有关资料，知识工程师只是协调知识获取过程，如维护系统运行 等自动型知识获取方式如图1 - 3 所示。由于领域问题的广泛性和复杂性，目前尚没有一个 通用的涉及知识获取全过程的知识获取工具。数据库中知识发现( k d d ) 是当前应用比较 成功的自动型知识获取方法之一，题) d 是人工智能和数据库技术相结合的产物，它是指从 5 数据集中识别出有效的、新颖的、潜在有用的且最终可理解的模式的非平凡过程，其基本过 程包括：数据预处理、聚焦，数据挖掘、知识评价四个步骤。 世时掣网 医习医习广 兰竺到1 医磊虱小；赢i 叫l o 一一一 =h 知癸悃 r r l j 也- 掣网i i 视觉处理1 】 r 了e a 】! 。 广磊 打副u 图1 - 3 自动型知识获取方式 半自动型知识获取指借助于知识获取工具的帮助来完成知识获取的过程，但知识工程师 的干预是不可缺少的。原先知识工程师需要通过人工方式获取的一部分知识，现在可以通过 知识获取工具来完成。但由于知识获取工具的不完善，某些方面的知识还是采用人工获取方 式更加方便。在知识库建立初期可以采用这种方式，先由知识工程师通过人工方式获取部分 知识，然后随着知识的积累选择合适的知识获取方法，开始尝试采用自动获取方式来进行知 识获取，不断完善知识库，半自动型知识获取方式如图1 4 所示。 图1 4 半自动型知识获取方式 知识获取过程不是一蹴而就的，而是涉及知识系统构造的整个生命周期。一般而言，知 识获取过程分为以下几个阶段：识别阶段、概念化阶段、形式化阶段、实现阶段和测试阶段。 具体如图1 - 5 所示。 重新识别 售政概毒 重新设计 _ l 重新表示j lliii 黼h l 识别问题l 一 1 羹歉卜一嘉裴黧卜_ 特征i i ii 圆圈 图1 - 5 知识获取的阶段 识别阶段是知识获取的开端，其工作主要包括：确定人员和任务、问题识别、确定资源 6 ( 知识源、时间、计算机设备和经费) 以及确定目标，即确定建立系统的目的和知识获取的 范围。概念化阶段是确定领域的基本概念及其关系，对系统的各主要任务作进一步分解，如 确定数据类型，确定什么是已知的、什么是需要推理的等等。形式化阶段是把概念化阶段概 括出来的关键概念、子鲺题和信息流特征映射成某种合适的知识表达方式，包括确定数据结 构和问题求解模式。实现阶段是将形式化阶段得出的知识映射成可执行的程序，实现一个知 识基系统原型。测试阶段是选用更多、更全面的例子从整体( 表示、推理、结构) 上全面评 价原型系统，对不合适部分进行修改。 设计一个新的知识库系统，知识工程师需要学习一门新的专业，尽管知识工程师有着比 较广的知识面，但还是要在此领域专家的指导下，阅读大量的文献，收集大量的资料，从而 获得有用的领域共性知识；同时，还要花费相当大的精力与此领域专家进行深入沟通，以获 取属于专家的个性知识，也即启发性知识。实践证明，知识获取是一个十分困难的过程，其 原因有以下几点： ， ( 1 ) 知识的失真通过各种途径获取到的知识的表示法与知识库系统中的知识表示法 不一致，因此需要对知识的表示进行转换，在此过程中可能会导致某些原有知识的丢失和某 些新知识的进入 ( 2 ) 知识表示的不精确。专家的启发性知识中，有的是多年经验的总结，可以快速的 解决面临的问题，但往往难以将用到的知识精确的表达出来。 ( 3 ) 知识表示与获取方法的不统一。知识的形式是多种多样的，不同形式的知识在不 同领域内有着相应的表示方法和获取方法，但要在一个给定的系统中，表示并获取一切相关 的知识，往往是困难的。 ( 4 ) 知识库系统的完善过程复杂。为了获得良好的知识库系统，知识工程师要根据知 识的形式及知识与推理控制策略间的相互作用来选定知识表示方法，要对知识库中知识的正 确性、完备性等进行反复的测试和完善。目前，此方面的技术还比较有限。 1 2 2 知识获取研究现状 知识获取是人工智能的基本研究课题，人们在这方面展开着广泛的研究。经过几十年的 发展，知识获取经历了专家系统，基于数据库的知识发现等几个发展阶段，取得了一定的成 果。由于采用“填鸭式”的知识获取方式，知识再丰富能力不强，使得专家系统的发展举步 维艰。专家系统知识获取效率低的主要原因在于过多依赖知识工程师以人工方式向领域专家 获取专门知识。提高专家系统知识获取效率的根本途径是实现自动获取。在这种情况下，基 于数据库的知识发现应运而生，它是从大量不完全的、有噪声的、模糊的、随机的数据中挖 掘出隐含的、有用的、尚未发现的信息和知识，帮助决策者寻找数据间潜在的关联，并将提 取的知识表示为概念、规则、规律和模式等形式，但其主要针对结构化的数据信息，对于非 结构化数据处理能力较弱。 知识获取在整个知识管理过程中处于基础地位，是知识管理过程中不可或缺的一部分， 同时也是瓶颈问题，只有做好知识的获取工作才可能进一步利用知识、创造知识。知识获取 具有无序性、复杂性和多样性等特点，是一个社会技术问题。社会技术问题往往很难直接清 晰地定义出来，若在知识获取的前期忽略了对问题模糊性的考虑，则将会导致后阶段获取知 识的无效性结果。目前对知识获取的研究涉及很多方面，不管是采用人工获取、半自动获取 7 还是自动获取方式，大多都是集中在对知识获取方法的研究上，即采用哪些数学方法和手段 来获取存入知识库的知识，并且都是在已经确定将要获取何种知识的基础上进行的。 西安交通大学的刘振凯等人从三个方面研究了基于人工神经网络的知识获取方法唧，即 通过实例学习获取知识、基于神经网络的知识求精以及从神经网络提取规则知识。重庆大学 的印勇等人提出了一种基于模糊粗糙集的知识获取方法【8 】，将粗糙集理论与模糊集理论相结 合，利用模糊集理论对决策表中连续属性进行模糊化，通过定义模糊等价类得到模糊粗糙近 似空间的上、下近似，从而获取决策规则。东北大学的张纪会等人将基于g a 的知识获取方 法应用于故障诊断【9 】，从优化角度出发，定义一个新的指标函数，提出一种基于遗传算法的 机器学习方法从学习实例中总结出有用的知识。针对该优化模型，用一种新型的遗传算法一 带有染色体性别的遗传算法( g a c d ) 对其进行优化，该方法已成功应用于旋转机械故障 诊断知识获取。 此外，浙江大学的余忠华等人提出了一种基于b b s 的知识获取方法l l o 】，可以借助互联 网获取大量知识，并将非结构化知识转变成结构化知识。其基本策略是：首先构建语义模型， 并参照此模型设置b b s 的版面。从宏观上控制语义网络的结构；其次，通过设计语义对象 规范，使职员按照规范在语义对象中添加语义对象特性和语义对象联系，从微观上保证其结 构化；此外，利用本体论的方法，构造本体语义模型和对象，以便形成可重用性好、便于知 识共享和交流的知识库。 目前采用各种方法建立起来的知识获取系统很多，有的系统已经投入或即将投入使用。 如武汉科技学院经济管理学院的夏火松等人研究的基于w 曲的市场营销数据知识获取模型 【1 1 1 ；大连理工大学韩敏等人建立的r o u 窖h 小i n 模型用于获取地理知识【1 ；中国科学院吴正 龙等人设计的a l 智能知识获取界面系统用于获取农业专家的知识i i ”。华东理工大学的郑 小霞建立了变精度租糙一模糊集模型来进行知识的获取1 1 4 l ，在该模型中采用模糊相似关系 来代替经典粗糙集中的不可分辨关系，并引入蚁群算法求取模糊相似关系下的属性约简，进 行知识的获取，系统可以从数据中提取到更客观有效的知识，解决了传统专家系统的知识获 取难题。 现阶段对于设计知识获取的研究相对较少。交通大学的谢友柏院士提出l 冽，新产品的 竞争能力在于产品设计中新知识的含量，在现在设计技术中，必须对为开发一个新产品获取 新设计知识的能力的发展给予更多的重视。设计知识获取有两方面内容：技术方面的和管理 方面的。设计一个产品的知识通常有以下几个来源： ( 1 ) 已有知识： ( 2 ) 市场信息； ( 3 ) 数字仿真或虚拟现实； ( 4 ) 物理模型试验： ( 5 ) 样机试验； ( 6 ) 已有产品运行中的表现( 用户反映) 在这里没有把灵感创作作为知识来源，因为它在设计知识产生的任何方面、任何阶段都 不可或缺，但灵感创作一般需经上述任一方面的检验和认同之后才能成为知识。 大连理工大学的孙伟等人提出基于a 】q n 支持产品设计过程的知识获取方法【1 6 j ，通过建 立设计过程与产品知识间的关联，实现产品设计过程中知识的有效获取。引入设计仓库概念， 通过建立产品知识模型，以产品结构树为核心组织产品知识，采用人工神经网络技术，根据 设计过程中不同阶段的设计要求，设计各阶段的神经网络模型，建立设计过程中不同阶段与 8 其相应的产品结构间的关联关系，实现设计过程对产品知识的获取，为设计过程中知识的准 确获取和新设计任务的快速完成提供了一种有效方法。 此外，西安交通大学的凌卫青等人采用设计实例的形式对已有设计进行封装和组织，通 过产品设计实例面向对象表达模型，将设计需求、设计任务，设计过程和设计方案封装在一 个设计实例中，并在此基础上，利用p o w i d e s i 印e r8 0 建模工具，进一步提出产品设计实例 的获取模型，并对实例获取的关键技术进行了讨论f 1 1 。北方交通大学的张军锋等人在研究 基于神经网络的知识表示和知识获取方法的基础上，利用神经网络的自学习，大规模并行分 布式处理等功能，将其应用于方案设计，提出了解决方案设计智能系统中知识获取。瓶颈” 的方法【l 埘。山东工业大学的刘长安等结合工艺设计领域的特点，研究了知识密集情况下自 动知识获取的有关问题，提出了基于实例归纳的工艺设计知识获取方法【1 9 1 。 现代产品的设计是基于知识的设计，设计是否成功，取决于其中现代知识的含量，所以 知识获取就成为问题的关键l 冽。但是设计知识获取的研究在我国还处于起步阶段，而对于 饰品这样艺术性较强的产品的设计知识获取则更是凤毛麟角。因为饰品行业属于新兴产业， 整个行业的信息化程度都不高，而且没有建立起统一的行业规范标准，这些都给研究造成了 很大的困难。本文在这方面进行的初步探索研究，希望能够起到抛砖引玉的作用，为带有艺 术性的产品设计知识获取的研究咀及饰品行业的发展做出一定贡献。 1 2 3 知识获取方法 目前，知识获取还没有形成公认的方法，但通常采用的基本方法有如下几种：会谈式知 识获取、储存格式知识获取、教学式知识获取、概念组织式知识获取和假设式知识获取会 谈式是最基本的知识获取方式。知识工程师通过与领域专家的会谈，可以快速掌握重要的领 域概念和词汇。这种方式一般用于获取反映领域概念和关系的说明性知识，特别适用于知识 获取的早期阶段h 。 储存格式知识获取方式可以用来获取专家无意识的、凭直觉感知的概念或启发性知识。 储存格技术是一种抽取和分析领域专家模型的技术，储存格是关于某一具体问题的构造和元 素之间的参考矩阵储存格技术分为两个过程，即产生初始储存格和分析储存格。首先，专 家和知识工程师进行讨论，确定组成储存格的元素和构造，然后由专家给出各项评价值，以 生成初始储存格。然后，对储存格进行分析并修改，直到专家对储存格反映的模型感到满意 为止。 教学式知识获取方式基本上是知识工程师通过知识编译器给计算机直接传授知识的工 作方法。在这种方式中，确定知识的表示模式和语言是至关重要的，知识工程师用它描述从 专家或资料中得到的非模式化知识，然后以交互的方式借助计算机将知识装入知识库。知识 编译器除了具有编辑功能外，一般还有知识管理功能，即相容性、完整性检查和同化适应等 功能。 在获取了有关领域的基本概念和一部分关系后，知识工程师需要对这些概念进行分析， 整理和组织，并进一步挖掘概念间的关系，也即进行概念组织。概念组织不仅可以帮助知识 工程师进一步理解领域知识，帮助专家澄清概念含义，消除冗余概念，方便新概念的加入， 也为知识库原型的构造提供了结构基础。概念组织的技术主要有概念词典、概念聚类和心理 量化几种。而假设式知识获取是根据对外界现象的观察，进行归纳、联想、类比、分析与综 合等，形成假设，然后将根据假设生成的结论与外界现象比较核对，不断对假设进行修正， 9 直到形成满意的结果。 目前国际上对知识获取方法的研究热点是基于人工智能算法的信息处理方法，如神经网 络、模糊逻辑、遗传算法及粗糙集方法等，这些算法的优点是在数据不精确，存在噪声干扰 及不连续情况下能够获得较好的结果l “人工神经网络是由大量处理单元经广泛互连而组 成的人工网络，用来模拟脑神经系统的结构和功能。神经网络知识获取的步骤为： ( 1 ) 初始化领域知识收集有关领域知识的训练和测试样本集，或者将领域知识形式 化。 ( 2 ) 初始化神经网络。按转译规则，将形式化知识，如规则树等转化为神经网络所用 的编码形式，确定网络结构，以及网络的输入和输出。 ( 3 ) 神经网络学习。 ( 4 ) 神经网络测试。神经网络学习过程即是获取知识的过程。 在知识获取中最常用的神经网络模型是采用b p 算法的多层前馈神经网络1 1 4 】。基于b p 网 络的知识获取过程包括建立学习样本、设计即网络、对b p 网络进行训练等步骤。首先，在 建立学习样本阶段，因为神经网络训练时，通常将数据映射到 o ，1 或 一l ，+ 1 范围内，所 以应先选择合适的编码方式并对原始数据进行编码处理。然后根据领域知识的特点以及原始 属性的数目和目标属性的数目建立学习样本。在设计阶段，应确定b p 网络的结构特征，即 确定网络的层数、每层中的神经元个数以及学习方法等。在学习训练阶段，在确定初始权值， 目标误差、学习速率等基本参数以后，对网络进行训练，通过对样本的学习调整神经网络的 联接权值，直至达到期望误差要求，这样获取的知识就以联接权值的形式隐式保存在神经网 络中。 模糊逻辑属于一种逻辑分支，在模糊集中采用隶属度分级度量，不是严格采用t m 出l s c 隶属度。模糊集是一种常用的分类集合，是一种用于对存在于人类分类机制中的模糊性建模 的数学工具。在模糊集理论中，其元素的归属不是简单的( o ，1 ) ，而是一个区问 0 ，l 】，提出 该方法的依据是因为包含于人类推理之中的心理一生理过程没有任何严格的数学公式。隶属 度函数是模糊集理论的基础，它可用于唯一地确定一个模糊集。不管是模糊集的改进或将模 糊集与其他理论相结合，都无一例外地是通过对隶属度函数的修改来得到。元素隶属度值越 大，表明在当前状态下该元素属于该目标集合的可能性越大蠢k 属函数反映了事物的模糊性， 是一种模糊分布，其建立关系到模糊系统可否成功。然而隶属函数的建立没有一般性的法则， 要与实际情况相结合【1 7 】。目前常用的方法有模糊统计法、二元对比后总体摊序法、经验权 重法以及用常用的模糊分布去逼近给定模糊子集的隶属函数等。其中利用人类专家的经验知 识来建立隶属函数，虽然有一定的主观性，但反映了大量的经验积累，是最常采用的方法 模糊逻辑通常与神经网络、遗传算法和粗糙集方法等相结合来进行模糊知识的获取。 遗传算法g a ( g e 北雠a l g o f i t h m ) 是一种基于进化论优胜劣汰，适者生存的物种遗传思想 的搜索算法，其本质是一种求解问题的高效并行全局搜索方法。它能在搜索过程中自动获取 和积累有关搜索空间的知识，并自适应地控制搜索过程以求得最优解。随着计算机性能的提 高以及并行分布式计算的推广，遗传算法由于其自身的优势而越来越受到人们的重视。遗传 算法是把一个复杂问题的参数构成遗传因子，进行遗传运算。这些遗传因子可以按照一定的 编码方式联系在一起而构成染色体，一个染色体就代表问题的一种可能的解决方法，通过遗 传运算就可以得到一个最优的或接近于最优的解决方法。遗传算法用于知识获取最早始于 h o u a n d 等实现的第一级认知系统c s 1 ，以及s n l i l h 随后实现的基于遗传算法的学习系统 l s 1 ，两者的成功推动了遗传算法在分类器系统和概念学习系统的深入研究。遗传算法在优 1 0 化计算和分类机器学习方面具有优势，将遗传算法与其他方法如决策树方法、神经网络、模 糊集、粗糙集等方法集合起来运用于知识发现是一个引入注目的方向 租糙集是一种新的处理模糊和不确定性知识的数学工具，其主要思想就是在保持分类能 力不变的前提下，通过知识约简，导出问题的决策或分类规则。相对于其他处理不确定性和 模糊性的理论工具而言。粗糙集理论有着不可替代的优越性，它与概率方法、模糊集方法和 证据理论方法等最显著的区别就是它无需提供问题所需处理的数据集合之外的任何先验信 息。当然，由于该理论未能包含处理不精确或不确定原始数据的机制，所以与其他处理不确 定性问题的理论有很强的互补性。基于租糙集理论( r s ) 的知识获取方法，是以观察和测量 所得数据进行分类的能力为基础，通过分析样本数据，从中发现隐含的规则知识。粗糙集在 知识发现中的应用主要有约简与分类。约简主要是利用l b u