支持产品创新的机电领域知识库构建技术思考

车振辉（鄂尔多斯市天地华泰采矿工程技术有限公司，内蒙古　鄂尔多斯　017000）



支持产品创新的机电领域知识库构建技术思考

车振辉
（鄂尔多斯市天地华泰采矿工程技术有限公司，内蒙古鄂尔多斯017000）

摘要：随着我国社会的发展和进步，当前我国机电行业也取得了较为显著的发展，然而在实际的机电领域行业发展中，怎样才能更加充分的发挥出机电领域知识在产品设计以及创新中的积极作用就显得尤为重要。本文主要论述了这样一种技术可以有效解决上述问题，即支持机电产品创新的机电领域知识库构建技术，这种技术主要是利用机电领域知识的一些特点构建有效的获得知识的方式，运用机电领域的一些专业技术对其进行正确构建，提出三种检索方法，如基于关键词的检索、自然语义的检索以及功能检索等，构建支持机电产品创新的机电领域知识库，从而给机电行业提供更多的信息支持，促进机电产品的改进和创新，推动我国机电领域的健康发展。

关键词：产品创新；机电领域；知识库构建技术

随着我国经济的迅速发展，人们的生活水平有了显著的提升，而创新受到越来越多的重视。创新是一个民族进步的灵魂。创新也就是采用新型的思维、新的发现、发明以及新的特征将一个事物或者东西进行创造或更新，而现代化的产品创新设计则需要我们对现有知识进行改进、创新，从而实现真正实现产品的创新。无论哪个领域的产品创新过程中都需要丰富的知识进行支撑、维护，机电领域也是如此，领域知识可以给创造设计者提供更多的信息支持，促进设计人员更好地创新设计。机电领域有其独特的行业特征，基于此相关工作人员则构建了支持产品创新的机电领域知识库。

一、支持产品创新的机电领域知识库的构建

1 机电领域知识支持产品创新设计

一个成功的产品设计通常要对产品的各个性能，如具体功能、产品机构、外观、具体性能等方面进行综合设计，但是设计产品之前通过要有完整、清晰、正确的概念设计，还要分析其可行性，同时前期的概念设计也是整个产品设计过程中最为基本、也最为重要的阶段，它在产品的创新设计中有着非常重要的作用。概念的设想是创造性思维的一种体现，概念产品是一种理想化的物质形式。在前期的概念设计中，我们可以更好地实现从产品功能到结构的映射，结合产品所要具备的功能特性，找出对应的行为方式，再根据行为方式映射出产品的结构。在前期的概念设计中，所有参与的设计人员都应该充分运用现有的相关知识进行产品的创新设计，而只有将领域的所有知识进行系统有效划分，才能促使设计人员更好地运用这些知识进行产品的创新设计。通常将领域知识划分为以下几种类型：（1）原理类型的知识，包括一些设计原理、发明原理等，这些原理类型知识可以给设计人员提供一些基本的方法，促使他们更好地对产品进行创新设计；（2）综合类的知识，包括一些产品的专利、决策性知识、支持性知识以及多学科的相关知识等，这些综合类的知识可以帮助设计人员在实际的产品设计中找出一些设计的有效策略和方法；（3）领域类的专业知识，包含领域性的基本知识和专业知识，这些可以为设计人员提供更加专业的支持，促使他们更好地进行产品的创新设计。设计人员通常在由行为方式映射到具体的结构阶段会用到一些领域性的知识，而在具体的机电产品创新设计中，设计人员可以结合机电领域知识系统中的典型机构与方法，根据其机电产品所要实现的功能的具体行为方式创设出产品的具体结构。领域知识主要是指某个领域所包含的一些知识，而从知识工程的层面来讲，有一些研究则表明领域知识是一个概念化的模型，而在这个模拟中则包括了知识与知识之间的一些相互关联。

2 机电领域知识的有效获取与层次划分

要想更加高效地运用领域知识进行产品的创新设计，则必须要创设出科学、合理的获取领域知识的方法。获取知识指的是采用人工或是自动获取的方式从一些课本或是知识资源上获取自己想要的信息的一个过程。获取知识主要是为了更好地实现知识共享，并用这些知识解决自己的问题，它不但是知识实现共享的重要基础，还是知识库系统走向实用化过程中急需解决的一个重要问题。机电领域的知识获取来源主要有设计手册、期刊、专利、领域专家等4个方面，如图1所示。

而在通过一些有效方式获得领域知识以后，需要对其进行层次划分、有效分类，促使在设计中可以而快速找出对自己有用的信息，节省了查找信息的时间，同时大大提升了设计人员的工作效率。机电领域的多数产品中，有一些产品只是简单的分为控制和执行两部分，如机床、起重设备以及输送设备等，据此可以将机电领域只是分为机械类和电子类，而对于机械类，又可以对其进行细分。机电领域知识具有很明显的层次性特征，因此对其进行划分时，应该对其进行逐层细分，而细分的时候则可以采用树状、分叉形式的方法。采用树状方法对这些机电领域知识进行细分的时候，一定要秉承以下几个原则：（1）同级之间进行划分的时候只能参照一个标准对其进行划分；（2）每个子分类只能附属于一个上级分类；（3）所有的上级分类不能同子分类呈现并列的关系。而对于特定的产品则应该据其产品的特性进行逐层划分。

3 机电领域知识库的本体构建

机电领域的知识比较繁多，概念性知识也很多，而且概念与概念之间还有着较为复杂的关系，这样管理的难度就会大大增加，而机电领域的本体则可以较好地解决这一管理问题。哲学上认为本体即存在，而Gruber 则认为本体是将共享的概念化知识进行更加明确、形式化的规范。本体的体系结构应该包括3个要素：核心元素集、元素间的交互作用以及这些元素到规范语义间的映射关系。本体的具体构造过程，可以用下面的公式形象地表示：

本体＝概念（C o n c e p t）＋属性（Property）＋公理（Axiom）＋取值（Value）＋名义（Nominal）

而只有正确构建机电领域知识库本体结构，才能有效地解决管理困难的问题。本体的开发和完善是一个反反复复不断补充的迭代过程。领域本体中的概念应该贴近于要研究的专业领域中的客观实体和关系法则。本体构建流程如图2所示。

根据机电领域知识的特征，应该按照以下几个流程来构建支持产品创新的机电领域知识库本体结构：

（1）明确支持产品创新的机电领域知识库的范围。对于不同的研究领域，因为本体通常所牵扯到的范围以及所涉及的概念层次有所差异，而相对支持产品创新的机电领域知识库来讲，它主要是针对机电领域的知识进行研究的，而这个知识库又是针对产品创新设计的。

（2）获得机电领域的概念性知识。

（3）明确具体对概念性的知识进行分类。在获得机电领域概念性知识的前提下，分析讨论各种概念之间的关联，绘制出机电领域知识的层次图。

（4）对这些概念性知识定义属性。属性主要是表示分类以及实例的一些具体特征，而这则把机电领域概念属性定义为：固有属性、功效属性以及相关属性三组特征。固有属性也就是这类知识本来就有的特征，表示领域知识本身的一些属性，如一些产品的工作原理、工作性质等；功效属性则是这类产品所要实现的某种功能，如产品在运转过程中的转换等；相关属性则表示这类产品与这类产品中的其他产品之间的关联性。如以抽油机的曲柄滑块来讲，它的固有属性可以包括曲柄滑块的具体组成部分、工作原理、产品特性，功能属性则是滑动。

图1

图2

二、具体案例

在实际的工作中，如果机床作业时间太长，则会发热，特别是在作业环境较差，通风不足的情况下，而机床长时间处于发热状态，也会影响机床的使用时间，情况严重的还会引起安全事故。温度是致使机床高温工作最直接的原因，也是最主要的原因，还有一些其他的原因，如电路保护措施不合理等。由于我们已经找到了具体的原因，因此改进的任务就很明确。对于这样的问题，我们应当采用功能检索或是自然语义检索这两种方式都可以快速、有效地找到解决问题的办法。

当前支持产品创新设计的过程中，更加强调的是知识的高效利用，因此基于机电产品创新设计对机电领域知识的需求，构建了满足其需求的机电领域知识库，促使设计人员更好地利用知识库对产品进行创新设计，从而有效提升我国机电领域行业的健康发展。

参考文献

[1]贺欢，李文强，李彦，等.支持产品创新的机电领域知识库构建技术研究[J].组合机床与自动化加工技术，2014（08）：37-39，52.

[2]龚健文，李彦，李文强，等.支持产品创新的专利知识库系统构建及应用[J].工程设计学报，2013（04）：265-270，276.

中图分类号：TH122

文献标识码：A