基于工作流驱动的知识主动推送研究

基于工作流驱动的知识主动推送研究

0基于知识流的知识主动反送样品的设计是一个复杂的创新设计过程。在设计的每个阶段都需要不同的设计知识。如果项目成功，它通常取决于设计知识的含量。为了辅助设计人员进行产品设计,及时将设计知识传送给设计人员,很多研究者对设计人员在产品设计中如何利用知识进行了大量研究,如文献提出了一种基于设计仓库的产品设计知识管理方法,文献提出了基于分布式产品设计的Web知识管理系统,文献提出了基于工作流的知识建模及其系统框架,并开发了原型系统。然而,上述方法和系统在应用于产品设计时,知识管理系统中的知识常常是被动地进行查询,而不能主动地将适当的知识在适当的时候传递给适当的设计人员,设计人员常常需要花费大量的时间查找所需要的知识,有时甚至花费了大量时间也找不到所需要的知识,因此不能很好地满足产品设计的需要。知识的主动推送(ActivePush,AP)是指将知识库中的知识通过一定的标准或协议,根据设计人员的兴趣和设计任务的需求,将匹配的知识及时准确地传递到设计人员,为设计人员提供知识支持,减少各种繁杂的搜索工作。为了使知识主动地在适当的时候传递给适当的设计人员,本文提出了基于知识管理,以工作流驱动的产品设计的知识主动推送体系结构,分析了其主要层次功能,以及知识的组织和管理;研究了基于工作流驱动的知识主动推送方式,建立了知识主动推送的控制模型;根据对知识流的研究,分析了设计任务、设计子任务、设计人员、设计知识及其数据结构,并依照概念层次网络理论,建立了设计对象的形式化结构,将基于语境框架的文本相似度计算延伸到设计领域,提出了基于设计对象的文本相似度计算方法;最后,利用前述的分析,开发了网络环境下,基于知识管理的以工作流驱动的集成原型系统,该系统采用知识主动推送方式,并以电涡流缓速器设计为实例进行了实践。1基于知识管理的产品设计的知识流融合算法设计在知识的主动推送中,系统的主要功能之一是根据工作流的建模设计任务模型和对设计人员的任务分配,选择和匹配适当的设计知识推送给适当的设计人员,设计人员再利用这些设计经验、设计规则、设计原理等知识有效地进行产品设计。通过对文献提出的工作流与知识流集成参考模型的分析,依照工作流和知识流的特性提出了如图1所示的基于知识管理,以工作流驱动的产品设计的知识主动推送体系结构,整个结构从下往上依次分为资源层、知识管理层、工作流层、角色层和知识流层5层。资源层集成了同设计相关的设计规则库、设计原理库,以及文件库等;知识管理层包括知识的获取、知识的转化、知识的应用、知识的组织和管理等功能;工作流层是管理和组织设计过程中的信息、文档和任务,并将设计活动进行分解;角色层包含完成设计任务的设计人员;知识流层依照具体的设计任务、针对不同的设计人员得到不同的匹配知识,利用工作流实现知识源到设计人员的知识流。设计人员是知识流层和工作流层融合中一个非常关键的角色,在图1所示的体系结构中,设计人员角色存在3种映射关系:①Map1将角色分配到知识驻点中;②Map2将角色分配到工作流的活动中;③Map3将角色分配给团队设计人员。知识流层与工作流层通过规则层建立映射关系,通过数据库实现系统的集成。2知识管理系统模块的实现主动推送的知识来源于知识管理系统,为减少匹配知识的数量,提高匹配的效率,知识管理系统中的知识必须有效地进行组织和管理。知识管理系统中知识的组织和管理是通过系统管理员和设计人员来实现的。图2是系统管理员和设计人员在知识管理系统中对知识的组织和管理描述图。在知识管理系统中,系统管理员进行系统设置,维护知识,添加删除知识版块,添加删除设计人员,设置设计人员的权限,使设计人员只能在权限所允许的版块中发布、搜索、查看、评价和维护相应的知识。发布知识时必须在相应的选项中填写对知识属性的描述,如知识的描述对象、知识的所属类别等。图纸也是设计中一种非常重要的知识,为了实现主动推送和正确的匹配,在发布时除了上传图纸外,还须对图纸进行相关的文本描述。通过事物特性表的方式来说明图纸模型的相关属性,如形状、功能、尺寸等。这些图纸通过插件可以使其以虚拟现实建模语言(VirtualRealityModelingLanguage,VRML)文件格式提供,设计人员就可以利用VRML插件直接在浏览器中进行旋转、放大和缩小等浏览操作,从而确定是否需要将图纸下载到本地。3设计人员任务分配依照前述的知识主动推送体系结构,本文提出了工作流驱动的知识主动推送方式。基于工作流的知识主动推送方式如图3所示。在工作流驱动下,设计任务组织者根据产品设计需求创建设计任务模型,依照设计流程及角色对设计人员分配设计子任务,系统根据设计子任务及设计人员角色,在知识库中匹配相应的设计知识,这些设计知识在工作流驱动下,同分配的设计子任务一起推送给设计人员。设计人员收到设计子任务后,参考主动推送的设计知识完成设计子任务,同时将完成的设计子任务传回到服务器。系统在服务器端建立设计人员日志并对设计人员资料进行更新,设计人员也可以预定或者取消感兴趣的知识信息,这样系统在下次推送知识时按照设计人员的新信息进行匹配。另外,系统能够记住在这次设计活动中设计人员使用了哪些知识,在以后的知识资源排序中将给予这些知识适当的权重,以便在推送和匹配时排在前面。4知识主动反馈系统结构当数据在工作流中流动时,执行操作的设计人员在变,设计人员执行的任务在变,因此对设计人员推送的知识也必须改变。为了有效地控制知识,同时又将设计人员需求的知识推送出去,参考基于任务的访问控制模型,根据前述的知识主动推送体系结构和推送方式,提出了如图4所示的知识主动推送控制模型。该知识主动推送的控制模型由工作流、知识匹配体KMB、知识库K和匹配条件集P构成。工作流由一系列设计子任务DS及多个设计人员DU组成,KMB与K是一个1:n的关系,KMB→K是一个从知识库K={K1,K2,…,Kn}中选择一条或多条知识的函数;知识匹配体KMB与匹配条件集P也是一个1:n的关系,F(K,DS,ST,KMB)→P,F为知识匹配函数,P={P1,P2,…,Pn}为匹配条件集。在控制模型中,系统根据匹配条件集P,通过知识匹配函数F在知识库K中匹配相应的知识,并产生知识匹配体KMB,通过主动推送方式将知识匹配参数传送给设计人员,设计人员利用传送的知识匹配参数可以查看知识库中的相应知识。5设计人员知识管理系统基于知识管理,以工作流驱动的知识对于设计人员是采用主动推送方式来传递的,因此系统的首要任务是根据设计任务,以及设计人员的特点,从知识管理系统中匹配相应的知识,并将设计人员感兴趣的知识与分配的设计任务一起推送给设计人员。知识管理系统中知识的属性可以通过文本来描述,而设计任务和设计人员的属性也可以通过文本来描述,因此,知识的匹配可以通过建立起匹配对象的数据结构,利用计算文本相似度来比较它们之间的相似性,如果相似度大于设定值,则匹配成功。5.1相关概念和数据结构为了进行正确的主动匹配,依照知识以及工作流的特性,对设计任务、设计子任务、设计人员和设计知识进行了分析,并建立了其数据结构。5.1.1业务过程控制设计任务是设计组织者依照产品设计需求,并综合考察设计组织的人员状况和设计人员的知识后,将任务分配给设计人员,同时借助工作流帮助人们按照定义好的任务、角色和规则来执行和控制业务过程。定义1设计任务可以用一个六元组来表示DT={DN,DP,DO,DPH,DD,DTA}。其中,DN表示该设计任务在设计任务组中对应的序列号;DP表示设计任务的创建者;DO表示设计的对象以及设计对象所属的类别;DPH表示设计任务按照工作流模型所分的设计子任务;DD表示对设计任务的总体描述;DTA表示设计任务的时间信息,包括设计任务的开始时间以及设计任务预期的完成时间。5.1.2设计子任务的上传设计子任务是设计任务组织者综合考虑设计任务的类别、难度,及设计人员的专长和兴趣后,将设计了任务分配给设计人员,这些设计子任务按照工作流的业务流程传送给指定的设计人员。定义2设计子任务可以用一个五元组来表示,DS={DN,DDT,DO,DP,DD}。其中,DN表示该设计子任务在该设计任务中对应的序列号,DDT表示该设计子任务所属的设计任务的序列号,DO表示承担该设计子任务的设计人员,DP表示该设计子任务的设计对象,DD表示对设计子任务的总体描述。5.1.3设计子任务的反馈设计人员是一个设计组织里能够承担设计子任务的设计成员,按照设计任务组织者分配的任务,设计人员能够在相关知识的帮助下完成相应的设计子任务,同时须将完成的设计子任务反馈给服务器,并可对自己感兴趣的知识信息进行预定或者取消。定义3设计人员可以用一个四元组来表示DU={DN,DF,DI,DIF}。其中,DN表示设计人员在设计组中对应的序列号;DF表示设计人员从事的设计领域;DI表示设计人员感兴趣的信息,如需要哪些方面的设计知识;DIF表示设计人员的联系信息,如Email地址、手机号码等,这样通过工作流系统在需要时可以及时将信息传递给设计人员。5.1.4设计知识的定义设计知识类(概念)是产品设计所需要的各种知识的集合,包括规范标准类、程序类、失败案例类、功能技术原理方案解类、外购件类、仿真试验用户反馈类、软件工具使用类等。知识管理系统中集成了大量的设计知识,为了能对这些知识进行正确地匹配,根据知识的来源,对设计知识做了如下定义:定义4设计知识可以用一个六元组来表示,DK={DI,DN,DO,DT,DS,DD}。其中,DI表示设计知识对应的序列号;DN表示设计知识所属的类型对象名称;DO表示设计知识描述的对象,即设计知识是哪一个设计产品的设计知识;DT表示设计知识的类别,可以是设计原理、设计规则、设计方案、设计图纸等;DS表示设计知识存储的信息,包括存储位置等;DD表示对设计知识的总体描述,通过描述可以从总体上了解设计知识的内容。5.2文本相似度计算本文中,设计任务、设计子任务、设计知识与设计人员需求信息的数据结构都是采用文本来描述的,因此可以通过文本相似度算法来比较它们之间信息的相似性。近年来很多研究者对文本相似度进行了大量研究,在很多领域得到了应用,如文献提出了基于语义理解的文本相似度算法,文献提出了基于语境框架的文本相似度计算并应用于一个商用的文本过滤系统。为了充分利用上述知识主动匹配的数据结构信息,本文在分析了基于语义理解的文本相似度算法和基于语境框架的文本相似度计算的基础上,将基于语境框架的文本相似度计算延伸到设计领域。根据设计任务、设计子任务、设计人员,以及设计知识的数据结构特点,提出了基于设计对象的文本相似度算法,算法思路如下所述。5.2.1设计对象的形式化结构根据概念层次网络理论(HierarchicalNetworkofConcepts,HNC),将基于语境框架的文本相似度计算的文本内容的形式化结构延伸到设计领域,并根据设计任务、设计子任务和设计知识数据结构的特点,建立设计对象的形式化结构。设计对象是描述设计活动的核心归属,是设计活动范畴的静态描述。图5是以某汽车零部件厂为例建立的设计对象形式化结构,从图中可以看出,不同的设计对象在形式化结构图中处于不同的层次,根据所处的不同层次可以比较它们之间的相似性。5.2.2语义结构相似度计算假设一个文本为TSK=t1+t2+…+tm(m≥1),一个待匹配的文本KFO=f1+f2+…+fp(p≥1),则其语义结构分别为:Sem(TSK)=YJ(t1)+YJ(t2)+…+YJ(tm);Sem(KFO)=YJ(f1)+YJ(f2)+…+YJ(fp)。Sem(TSK)与Sem(KFO)之间的相似度为:Sim(Sem(TSK),Sem(KFO))=(Sim(YJ(t1),YJ(f1))+…+Sim(YJ(t1),YJ(fp)))*(Sim(YJ(t2),YJ(f1))+…+Sim(YJ(t2),YJ(fp)))*…(Sim(YJ(tm),YJ(f1))+…+Sim(YJ(tm),YJ(fp)))从上述相似度计算可知,TSK的每个语义结构YJ(ti)(i=1,…,m)都和KFO的每个语义结构YJ(fj)(j=1,2,…,p)进行相似度计算,只要有一个大于0,则YJ(ti)或YJ(fj)得到满足。只有所有的YJ(ti)(i=1,…,m)以及YJ(fj)(j=1,2,…,p)得到满足,语义结构相似度值才可能大于0,否则为0。从上面的分析可知,语义结构Sem之间的相似度就是对象相似度的与或运算,而主动推送的知识在于设计任务、设计子任务、设计知识,以及设计人员感兴趣知识对象的匹配,下面给出了主动匹配文本相似度的计算算法。主动推送知识的匹配相似度就是设计知识同设计任务、设计子任务,以及设计人员感兴趣知识的相似程度。SimTo(YJ1,YJ2)=Sim(YJ1→DT〈DO〉,YJ2→DK〈DN〉)*Sim(YJ1→DS〈DO〉,YJ2→DK〈DO〉)*Sim(YJ1→DU〈DI〉,YJ2→DK〈DO〉)。式中,YJ1,YJ2是对象框架,DT〈DO〉是该设计任务对应的设计对象,DS〈DO〉是该设计子任务对应的设计对象,DK〈DN〉和DK〈DO〉分别是设计知识所属的类型对象和设计知识对应的描述对象,DU〈DI〉是设计人员感兴趣知识对象,Sim(YJ1→DT〈DO〉,YJ2→DK〈DN〉)是设计任务对象同设计知识类型对象的相似度计算,Sim(YJ1→DS〈DO〉,YJ2→DK〈DO〉)是设计子任务对象与设计知识描述对象的相似度计算,Sim(YJ1→DU〈DI〉,YJ2→DK〈DO〉)是设计者感兴趣知识对象同设计知识描述对象的相似度计算。对于每个匹配相似度的计算算法如下:Sim(YJ1.X,YJ2.X)=0forYJ2的每个对象YJ2.XiforYJ1的每个对象YJ1.Xjif(YJ2.Xi=YJ1.Xj)SubSim=10if(YJ2.Xi∈YJ1.Xj)SubSim=1if(SubSim>Sim)Sim=SubSim6基于知识管理的工作流驱动的电涡流缓速器设计实例本文利用Java、Java服务器网页(JavaServerPage,JSP)等技术,采用SQLserver2000数据库开发了知识管理与工作流的集成原型