張錫愛，崔紅飛

(河北科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河北石家莊 050018)

面向EDA主動(dòng)知識輔助基礎(chǔ)原型的研究

張錫愛，崔紅飛

(河北科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河北石家莊 050018)

隨著EDA技術(shù)的飛速發(fā)展，電子自動(dòng)化行業(yè)對設(shè)計(jì)師設(shè)置了較高的知識門檻，對此開發(fā)了面向EDA技術(shù)的主動(dòng)知識輔助系統(tǒng)的基礎(chǔ)原型，實(shí)現(xiàn)其在領(lǐng)域機(jī)理層次上的主動(dòng)知識輔助。系統(tǒng)具備主動(dòng)判斷電子設(shè)計(jì)工程師知識缺陷并提供相應(yīng)輔助的智能機(jī)制，從而對不同知識結(jié)構(gòu)的電子設(shè)計(jì)工程師提供有針對性的快速輔助，實(shí)現(xiàn)真正意義上的人機(jī)協(xié)作，達(dá)到其在高端設(shè)計(jì)中的低起點(diǎn)應(yīng)用的目的。目前該系統(tǒng)運(yùn)行良好，基礎(chǔ)原型有望形成電子自動(dòng)化行業(yè)的伴侶軟件。

EDA；電子設(shè)計(jì)；主動(dòng)知識輔助；基礎(chǔ)原型

當(dāng)代社會(huì)處于以信息和知識為基礎(chǔ)的“知識經(jīng)濟(jì)”時(shí)期，知識經(jīng)濟(jì)在很大程度上要通過高科技含量的產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)[1]。信息化社會(huì)的發(fā)展離不開電子產(chǎn)品的進(jìn)步，現(xiàn)代電子產(chǎn)品的性能不斷提高、復(fù)雜度不斷增大，而且產(chǎn)品更新?lián)Q代的步伐越來越快，實(shí)現(xiàn)這種進(jìn)步的主要因素是電子設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，而電子設(shè)計(jì)技術(shù)的核心就是EDA(electronic design automation )技術(shù)，這就要求工程師不斷地提高自己的知識，隨之而來的是知識分子腦力勞動(dòng)的不斷增加，同時(shí)設(shè)計(jì)所需的知識門檻也在不斷提高，其中以專家知識經(jīng)驗(yàn)積累為主導(dǎo)，而年輕工程師又不能快速掌握，經(jīng)驗(yàn)知識傳遞及人工腦力成本急需解決。

現(xiàn)代人們對知識輔助方面進(jìn)行了不斷的研究，諸如專家系統(tǒng)、智能設(shè)計(jì)、Activex容器技術(shù)以及基于知識需求的主動(dòng)式知識系統(tǒng)，這些研究很難有效判斷用戶知識缺陷，進(jìn)而完成EDA技術(shù)的低起點(diǎn)應(yīng)用。本系統(tǒng)主要通過建立知識結(jié)構(gòu)模型和系統(tǒng)知識存儲(chǔ)、提取模型，確立系統(tǒng)的知識存儲(chǔ)和輸出機(jī)制，基于人類快速利用知識的規(guī)律，建立合理的知識探詢方式，進(jìn)而針對工程師知識結(jié)構(gòu)給予主動(dòng)的知識輔助，系統(tǒng)以Cadence SPB為設(shè)計(jì)平臺(tái)，輔助其完成MP3的設(shè)計(jì)，來驗(yàn)證面向EDA技術(shù)的主動(dòng)知識輔助基礎(chǔ)原型的實(shí)用性和可行性。Cadence SPB系列軟件是當(dāng)今流行的電子電路計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)軟件，不僅具有很強(qiáng)大的電路分析能力和圖形顯示處理能力，而且還可以對模擬電路、數(shù)字電路和模數(shù)混合電路等進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)和仿真，是一個(gè)功能強(qiáng)大的系統(tǒng)互連設(shè)計(jì)平臺(tái)[2]，Cadence SPB軟件功能如此強(qiáng)大但對于年輕設(shè)計(jì)師來說，由于缺少電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)嚴(yán)重影響了設(shè)計(jì)效率，這就有必要對Cadence SPB 15.7軟件做主動(dòng)知識輔助。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

主動(dòng)知識輔助系統(tǒng)是基于知識的輔助工程，它以知識庫為核心，通過對知識庫的合理管理來實(shí)現(xiàn)[3]。系統(tǒng)基礎(chǔ)原型分為4層：交互層、應(yīng)用層、數(shù)據(jù)層、知識源層(如圖1所示)。在知識源層和數(shù)據(jù)層基礎(chǔ)上，工程師通過登錄頁面，可直接知識檢索以及選擇主動(dòng)輔助，實(shí)現(xiàn)對不了解或未掌握的經(jīng)驗(yàn)和知識的快速獲取利用。

圖1 面向EDA技術(shù)的主動(dòng)知識輔助基礎(chǔ)原型Fig.1 Research on active knowledge aided basic prototype oriented EDA

4個(gè)層次中交互層集中體現(xiàn)系統(tǒng)的構(gòu)架，交互層是工程師進(jìn)入系統(tǒng)的通道，具有登錄、修改、注冊以及權(quán)限設(shè)定的功能。

應(yīng)用層是交互層的基礎(chǔ)，分為7部分：知識檢索、設(shè)計(jì)主動(dòng)輔助、仿真主動(dòng)輔助、設(shè)計(jì)實(shí)例、EDA工具軟件、用戶論壇、專家信箱。對于管理員，另有后臺(tái)管理模塊。在應(yīng)用層上系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對工程師主動(dòng)知識輔助，完成對工程師的主動(dòng)知識輔助最關(guān)鍵一環(huán)，體現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)值。

數(shù)據(jù)層用來完成電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化行業(yè)知識結(jié)構(gòu)層次的劃分，來實(shí)現(xiàn)知識更換的標(biāo)準(zhǔn)化。領(lǐng)域知識的結(jié)構(gòu)化分層表達(dá)是對任務(wù)和知識同時(shí)進(jìn)行分層和分類，將處于同一子任務(wù)層次中、具有一定邏輯聯(lián)系的知識組織成知識子集,各個(gè)子集又構(gòu)成相應(yīng)的知識框架[4]。

針對知識源層電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中涉及的知識具有多樣性、復(fù)雜性及動(dòng)靜態(tài)并存的特性，將這些知識分為隱性知識和顯性知識[5]：對于隱性知識，知識工程師通過與領(lǐng)域?qū)＜抑苯訉υ捇蚴歉鶕?jù)大量數(shù)據(jù)探索、推敲總結(jié)得到；對于顯性知識，知識工程師通過文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)資料等得到。

2 開發(fā)工具

基礎(chǔ)原型選用兼容性較好的Microsoft Windows XP操作系統(tǒng)，瀏覽器使用IE6.0。系統(tǒng)采用Microsoft SQL Server 2008建立知識庫，其提供了完整數(shù)據(jù)庫管理和解決方案，有很好的安全性、穩(wěn)定性和可靠性，為開發(fā)人員提供了很強(qiáng)的控制和很高的工作效率[6]。

網(wǎng)頁前端開發(fā)工具為Macromedia Dreamweaver8，它可以通過sqljdbc4.jar實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的鏈接并對Microsoft SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容進(jìn)行操作。在傳統(tǒng)的網(wǎng)頁HTML文件中插入JSP和Java標(biāo)記形成JSP文件，通過建立JSP頁面來實(shí)現(xiàn)界面設(shè)計(jì)使應(yīng)用程序開發(fā)更加迅速、容易，開發(fā)出的Web應(yīng)用能在不同平臺(tái)的操作系統(tǒng)上運(yùn)行[7]。

J2EE是由Sun公司定義的一個(gè)開發(fā)分布式企業(yè)級應(yīng)用的規(guī)范，它是以Java開發(fā)語言為中心的一個(gè)多層次的分布式應(yīng)用模型和一系列的開發(fā)技術(shù)規(guī)范，對于社會(huì)科學(xué)類評估系統(tǒng)的設(shè)計(jì)而言是一個(gè)集聚靈活性、易維護(hù)性、企業(yè)開發(fā)高效性、安全性等優(yōu)點(diǎn)于一身的平臺(tái)[8]。服務(wù)器Tomcat是一個(gè)免費(fèi)的開源的JSP/Servlet容器，技術(shù)先進(jìn)，性能穩(wěn)定，運(yùn)行占用的系統(tǒng)資源小，擴(kuò)展性好，具有負(fù)載平衡與郵件服務(wù)等開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)常用的功能[9]。

3 系統(tǒng)的功能界面

3.1主界面的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)登錄界面是用JavaScript寫的JSP頁面，用來接收用戶的輸入數(shù)據(jù)[10]，它是進(jìn)入系統(tǒng)的通道，因此主界面設(shè)計(jì)至關(guān)重要，用戶進(jìn)入后就可以獲得系統(tǒng)的基本信息，一目了然，如圖2“面向EDA技術(shù)的主動(dòng)知識輔助基礎(chǔ)原型”的系統(tǒng)登錄頁面所示：主界面在垂直導(dǎo)航條處，設(shè)置有系統(tǒng)說明，分別為系統(tǒng)介紹、知識檢索、設(shè)計(jì)主動(dòng)輔助、仿真主動(dòng)輔助、EDA工具軟件、實(shí)例、論壇和專家信箱。另外，在主界面下設(shè)置有后臺(tái)管理員入口，方便管理員進(jìn)入后臺(tái)。

圖2 系統(tǒng)登錄頁面Fig.2 System login page

3.2知識檢索模塊的設(shè)計(jì)

知識檢索功能是為方便工程師根據(jù)自己的需求在知識庫內(nèi)有目的地查詢、搜索所需要的信息而設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了拉取知識技術(shù)。在關(guān)鍵字一欄中輸入想搜索的內(nèi)容，如圖3“知識檢索界面”，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)輸入的內(nèi)容以分頁形式逐步顯示所查找的有關(guān)信息。

圖3 知識檢索界面Fig.3 Knowledge retrieval interface

3.3知識輔助模塊的設(shè)計(jì)

知識輔助分為設(shè)計(jì)主動(dòng)輔助和仿真主動(dòng)輔助。設(shè)計(jì)主動(dòng)輔助和仿真主動(dòng)輔助均分為2個(gè)部分：知識檢測和知識輔助，按照先檢測后輔助的步驟進(jìn)行。知識檢測部分以答題測驗(yàn)為主的方法來判斷工程師的知識結(jié)構(gòu)。范圍選擇分為設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)類型。不同設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)類型，通過Random()函數(shù)抽取出不同的試題。系統(tǒng)根據(jù)工程師同一知識點(diǎn)掌握的情況，主動(dòng)推出相關(guān)的知識。其他情況工程師可以選擇不用查看主動(dòng)輔助的內(nèi)容。

知識輔助以綁定相對答案表的方式在界面中出現(xiàn)。對于一些隱性知識，由于JSP網(wǎng)頁無法以文字形式有效的表達(dá)清楚，因此大多采取圖片的形式進(jìn)行表達(dá)。圖4為公式輔助界面，圖5為圖片輔助界面。

圖4 公式輔助界面Fig.4 Formula auxiliary interface

圖5 圖片輔助界面Fig.5 Photo assisted interface

3.4實(shí)例功能模塊的設(shè)計(jì)

對于一些難以用語言描述的知識，在系統(tǒng)實(shí)例界面加入一些典型實(shí)例，工程師可以直接搜索關(guān)鍵字找出相關(guān)內(nèi)容，點(diǎn)擊主題進(jìn)入實(shí)例的詳解部分。該部分有文字、圖片、影像和動(dòng)畫等信息，更有助于工程師利用、掌握知識。

3.5后臺(tái)管理模塊的設(shè)計(jì)

后臺(tái)管理模塊分為4個(gè)部分：用戶管理、論壇管理、專家信箱管理、知識庫管理。管理員對后臺(tái)管理模塊有操作權(quán)，保證用戶信息的完整性、論壇的時(shí)效性、專家郵件有效性和知識庫內(nèi)容的權(quán)威性等。管理員對后臺(tái)管理模塊的操作維護(hù)，保證了基礎(chǔ)原型系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保證了主動(dòng)知識輔助的平穩(wěn)運(yùn)行。

4 結(jié) 語

本文以應(yīng)用在EDA技術(shù)內(nèi)的主動(dòng)知識輔助基礎(chǔ)原型為例，闡述了電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域主動(dòng)知識輔助系統(tǒng)的研發(fā)過程及實(shí)現(xiàn)技術(shù)。系統(tǒng)以知識庫為支撐，通過機(jī)器與人之間的相互協(xié)同工作，當(dāng)人的知識不足時(shí)，機(jī)器向人進(jìn)行主動(dòng)知識輔助，使專家的知識經(jīng)驗(yàn)得到傳遞和共享，從而大大地減輕電子設(shè)計(jì)工程師不必要的知識預(yù)學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，降低腦力勞動(dòng)的成本。實(shí)現(xiàn)機(jī)器信息處理能力與人的知識推理能力的最佳結(jié)合，使設(shè)計(jì)人員將有限的精力集中到創(chuàng)新設(shè)計(jì)中去，顯著提高了年輕設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)效率和知識應(yīng)用能力。

主動(dòng)知識輔助方法的研究，將會(huì)開拓一個(gè)具有良好應(yīng)用前景的智能EDA軟件的發(fā)展方向，達(dá)到改善智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的效能和實(shí)用性的目的，將形成設(shè)計(jì)軟件的伴侶軟件產(chǎn)業(yè)，具有廣闊的發(fā)展與應(yīng)用前景。

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Research on EDA-oriented active knowledge aiding basic prototype

ZHANG Xiai, CUI Hongfei

(School of Mechanical Engineering, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang Hebei 050018, China)

With the rapid development of EDA technology in electronic automation industry, a higher threshold of knowledge is set for designers. This paper develops an EDA-oriented active knowledge aiding basic prototype, which provides active knowledge assistant in the field. It offers intelligent support by finding out the drawdown of knowledge in different-level electronic design engineers and offers specific assistance, providing targeted quick assist for electronic design engineers with different knowledge structures, realizing man-machine cooperation and reaching the aim of technology application at low starting point in the high technology. At present, the system is running well, and it becomes partner software in electronic automation industry gradually.

EDA; electronic design； active knowledge assistant system; basic prototype

1008-1534(2014)02-0160-04

2013-09-29;

2013-12-16

河北省自然科學(xué)基金 (F2011208085)

張錫愛(1955-),女,河北石家莊人,教授，碩士,主要從事計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、機(jī)械CAD/CAE方面的研究。

E-mail:zkzxa@163.com

TP391.1

A

10.7535/hbgykj.2014yx0215

責(zé)任編輯：王海云

張錫愛， 崔紅飛.面向EDA主動(dòng)知識輔助基礎(chǔ)原型的研究[J].河北工業(yè)科技，2014，31(2)：160-163.

ZHANG Xiai, CUI Hongfei.Research on EDA-oriented active knowledge aiding basic prototype[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology,2014,31(2):160-163.