馬嵩華，田 凌

（清華大學(xué) 機(jī)械工程系，北京 100084）

0 引言

隨著零件制造業(yè)的發(fā)展和供貨商的豐富，在當(dāng)今的中小型機(jī)械制造企業(yè)中，零件的加工過(guò)程已經(jīng)從生產(chǎn)過(guò)程中分離出來(lái)，取而代之的是外協(xié)外購(gòu)過(guò)程，制造企業(yè)只需將注意力集中在設(shè)計(jì)和裝配過(guò)程，通過(guò)選擇合適的供應(yīng)商就可以組裝出符合市場(chǎng)需求的產(chǎn)品。生產(chǎn)過(guò)程的轉(zhuǎn)變決定了設(shè)計(jì)過(guò)程的轉(zhuǎn)變，“設(shè)計(jì)人員不需要從設(shè)計(jì)輪胎開(kāi)始新的汽車(chē)設(shè)計(jì)”。設(shè)計(jì)成品中70%左右的零件是標(biāo)準(zhǔn)件，而企業(yè)設(shè)計(jì)模式的轉(zhuǎn)變也迫切需要一個(gè)豐富的零件庫(kù)。同時(shí)，在大規(guī)模定制生產(chǎn)中，構(gòu)建零件庫(kù)能有效地管理企業(yè)內(nèi)部零件，減少數(shù)據(jù)的多樣化和冗余。目前，國(guó)外已經(jīng)開(kāi)發(fā)出的開(kāi)放式零件庫(kù)包括達(dá)索公司的3DContentCenteral零件庫(kù)（http：／／www.3d-contentcentral.com）和TraceParts零件庫(kù)（http：／／www.tracepartsonline.net），其中TraceParts已經(jīng)存儲(chǔ)了一億多種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，CAD）模型；國(guó)內(nèi)新迪公司的3DSource（http：／／www.3dsource.cn）存儲(chǔ)了百萬(wàn)級(jí)的資源規(guī)模。開(kāi)放的集成零件庫(kù)能夠方便制造企業(yè)進(jìn)行多供應(yīng)商比較，節(jié)省大量的外協(xié)外購(gòu)成本，同時(shí)也為生產(chǎn)企業(yè)提供了新的營(yíng)銷(xiāo)途徑。

開(kāi)放零件庫(kù)不同于企業(yè)零件庫(kù)，需要集成和組織多供應(yīng)商的產(chǎn)品信息。制造企業(yè)作為需求方的同時(shí)，也可以將自己的產(chǎn)品進(jìn)行上傳，從而轉(zhuǎn)變成為供應(yīng)方。由于系統(tǒng)的開(kāi)放性，所有企業(yè)在系統(tǒng)中具有對(duì)等的地位。開(kāi)放零件庫(kù)可以提升企業(yè)與企業(yè)間的電子商務(wù)營(yíng)銷(xiāo)模式，系統(tǒng)不但提供供應(yīng)商目錄和聯(lián)系方式，而且具有企業(yè)編目視圖、產(chǎn)品功能視圖和特征相似性視圖多個(gè)視圖。零件庫(kù)應(yīng)提供充分的產(chǎn)品展示功能，包括二維圖紙、三維模型和選型參數(shù)。調(diào)查表明，80%的美國(guó)工程師希望零件供應(yīng)商可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供二維或三維CAD 零件文件；60%的顧客承認(rèn)他們傾向于選擇提供了此類服務(wù)的供應(yīng)商［1］。

根據(jù)開(kāi)放式零件庫(kù)的設(shè)計(jì)需求，Li等［2］使用可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言（eXtensible Markup Language，XML）表示零件的特征參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了基于Web的可共享零件庫(kù)。Jin等［3］使用資源描述框架（Resource Description Framework，RDF）描述的工程語(yǔ)義網(wǎng)對(duì)零件庫(kù)進(jìn)行組織，實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)展性檢索。黃方毅等［4］在動(dòng)態(tài)服務(wù)器頁(yè)面（Active Server Page，ASP）模式下開(kāi)發(fā)了VPLS.NET 零件庫(kù)系統(tǒng)。黃沈權(quán)等［5］利用Web 2.0 的技術(shù)，如維基、社交網(wǎng)站（Social Networking Services，SNS）、掘客、標(biāo)簽和本體結(jié)合的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了零件庫(kù)的自組織和自維護(hù)。郭劍鋒［6］和顧復(fù)［7］等基于本體實(shí)現(xiàn)了可擴(kuò)展性零件查詢。Cho等［8］利用本體技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多供應(yīng)商的信息集成。Pierra建立了零件庫(kù)（Parts LIBrary，PLIB）本體［9］，目標(biāo)是為現(xiàn)有的零件表達(dá)定義一個(gè)中性的、計(jì)算機(jī)可解釋的格式。該本體用6元組表示為O=〈C，P，IsA，PropCont，ClassCont，ValCont〉，其中：C表示描述類集合；P 為屬性集合；IsA 定義了類間的繼承關(guān)系；PropCont定義了屬性的可視性；ClassCont為屬性的可應(yīng)用性；ValCont將相關(guān)環(huán)境從屬特征屬性與相關(guān)環(huán)境參數(shù)聯(lián)系起來(lái)，可應(yīng)用于零件庫(kù)的系統(tǒng)中。馬軍等［10］在PLIB本體研究的基礎(chǔ)上，提出了產(chǎn)品資源定義。操云甫等［11］基于PLIB標(biāo)準(zhǔn)，采用基本語(yǔ)義單元、字典元素和內(nèi)容項(xiàng)三級(jí)描述，以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式表達(dá)了零件庫(kù)信息。楊靜通等［12］將PLIB 與產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交互規(guī)范（STandard for the Exchange of Product model data，STEP）相結(jié)合，使零件庫(kù)和本地計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)環(huán)境集成起來(lái)。馬俊等［13］基于本體庫(kù)使用XML實(shí)現(xiàn)Web上的動(dòng)態(tài)目錄發(fā)布。余軍合［14］通過(guò)總模型類、功能模型類和功能視圖模型類實(shí)現(xiàn)了零件庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品信息建模。

上述研究運(yùn)用當(dāng)時(shí)最新的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)了零件的查詢、查看和共享，將本體作為零件庫(kù)的規(guī)范化描述，用于組織、管理零件和供應(yīng)商的信息。其中PLIB本體過(guò)于龐大和復(fù)雜，增加了部署、實(shí)施和維護(hù)的負(fù)擔(dān)，削弱了用戶使用的自助性和靈活性，應(yīng)用性不強(qiáng)。同時(shí)上述研究使用本體中“主—謂—賓”三元組的查詢方式，該查詢方式對(duì)用戶并不簡(jiǎn)便；而本體也作為人機(jī)交互語(yǔ)義理解的一致性描述，可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)義檢索，使零件庫(kù)得到擴(kuò)展性查詢。已有的開(kāi)放式零件庫(kù)在使用上還存在不足：①搜索零件時(shí)難以有效把握搜索意圖，容易造成查詢失效；②進(jìn)行新零件發(fā)布時(shí)需要管理員介入對(duì)庫(kù)進(jìn)行更新，難以實(shí)現(xiàn)使用上的自助性，造成商業(yè)吸引力的不足；③零件庫(kù)不支持多設(shè)備，在使用靈活性上存在不足。

在前人研究的基礎(chǔ)上，本文建立基于Web的跨平臺(tái)零件庫(kù)，實(shí)現(xiàn)多設(shè)備多操作系統(tǒng)的零件瀏覽操作和擴(kuò)展性查詢。首先，建立零件庫(kù)的領(lǐng)域本體，用以描述和組織數(shù)據(jù)資源，包括供應(yīng)商、零件及其功能和特征；通過(guò)對(duì)領(lǐng)域本體進(jìn)行完備性檢查建立合理的語(yǔ)義關(guān)系；通過(guò)零件信息發(fā)布實(shí)現(xiàn)本體的更新和維護(hù)；通過(guò)比較概念間的語(yǔ)義相似度實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展性信息查詢；利用HTML5技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨設(shè)備跨平臺(tái)的零件庫(kù)的資源可視化。最后，建立基于Web的零件庫(kù)原型系統(tǒng)。該開(kāi)放零件庫(kù)可提供查找、配置、上傳、下載等基本功能，同時(shí)具有語(yǔ)義檢索、多平臺(tái)三維模型瀏覽和自助零件發(fā)布等功能，便于中小型制造企業(yè)便捷地選擇供應(yīng)商，同時(shí)也為供應(yīng)商提供充分展示產(chǎn)品的機(jī)會(huì)。

1 基于本體的資源描述

本體是共享概念模型的明確的形式化規(guī)范說(shuō)明［15］，在本體描述的支持下，用戶和系統(tǒng)可以在對(duì)事務(wù)統(tǒng)一認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行溝通。根據(jù)GB／T17645.42標(biāo)準(zhǔn)，將零件族層次劃分為一個(gè)具有單一繼承關(guān)系的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。按分類層次的高低，將零件族分為通用族和相似族兩部分。本文根據(jù)馬軍等［10］提出的產(chǎn)品資源定義，提出如圖1所示的零件庫(kù)本體模式，實(shí)現(xiàn)零件和供應(yīng)商信息的組織。

定義1 零件庫(kù)的領(lǐng)域本體模型O=〈C，F(xiàn)un，F(xiàn)ea，R，D〉。其中：C 表示本體中概念（或稱類）的集合，F(xiàn)un表示功能屬性集，F(xiàn)ea表示特征屬性集，R表示零件庫(kù)中各概念間關(guān)系的集合，D 表示數(shù)據(jù)屬性集合。

C=｛ci，1≤i≤n｝，ci為零件庫(kù)概念，包括圖1中的零件資源概念、供應(yīng)商、零件族及其子概念，n為概念分類數(shù)。C使用體現(xiàn)領(lǐng)域功能的基礎(chǔ)詞匯表述，如緊固件、齒輪、絲杠等，形成零件庫(kù)的領(lǐng)域詞典，歸納和組織整個(gè)庫(kù)中各種型號(hào)的零件，用于關(guān)鍵詞的零件檢索。

Fun表示零件涉及的功能屬性集合，是在功能上對(duì)概念集合C進(jìn)行結(jié)構(gòu)化描述形成通用族。Fun通過(guò)將設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域所描述的知識(shí)在功能原理層進(jìn)行抽象，得到所含的功能本體，就可以實(shí)現(xiàn)一定程度上知識(shí)的遷移與重用，使信息搜索不受關(guān)鍵詞提取的主觀性限制，從而在功能維度上擴(kuò)展查詢零件信息的范圍，推送符合查詢意圖的相關(guān)信息。如搜索關(guān)鍵詞“螺栓”，在查詢到多種類型的螺栓之后，其配套的螺母也會(huì)被檢索到。功能本體的構(gòu)建采用“功能動(dòng)詞+流名詞”的形式。零件所涉及的功能動(dòng)詞分為分支、移動(dòng)、結(jié)合、控制、轉(zhuǎn)化、補(bǔ)給、發(fā)送和支持八個(gè)基本子類，這些動(dòng)詞被進(jìn)一步細(xì)化為二級(jí)功能屬性與三級(jí)功能屬性，如“結(jié)合”的二級(jí)功能屬性包括連結(jié)和混合，三級(jí)功能屬性包括結(jié)合、連接、合并等；作為流屬性的名詞分為物質(zhì)流、能量流、信息流三個(gè)基本子類，并且同樣根據(jù)需要做了進(jìn)一步的細(xì)化，具體請(qǐng)參見(jiàn)文獻(xiàn)［16］。

Fea表示零件的特征屬性，與Fun相對(duì)應(yīng)，是在特征上對(duì)概念集合C 進(jìn)行結(jié)構(gòu)化描述，形成相似族。Fea是將零件在幾何特征方面進(jìn)行抽象，得到所含特征本體，使信息搜索在特征維度上進(jìn)行擴(kuò)展。零件庫(kù)僅定義關(guān)鍵特征，以保證特征關(guān)聯(lián)性弱化于功能關(guān)聯(lián)性。

D 表示數(shù)據(jù)屬性集合，由簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)類型組成，如圖1中的標(biāo)志碼、版本號(hào)、單位等。D 用于對(duì)難以定性描述的功能屬性和特征屬性進(jìn)行定量描述，如剛性、柔性和撓性分別用整數(shù)1～3，4～7 和8～10標(biāo)示。

R 表示領(lǐng)域本體中各種概念之間關(guān)系的集合，主要描述基本概念和概念、概念和屬性、屬性和屬性之間一對(duì)一、一對(duì)多或者多對(duì)多的相互映射關(guān)系。表1［17］所示為零件庫(kù)中涉及的主要關(guān)系及其性質(zhì)，這些性質(zhì)決定了后續(xù)本體推理的方向。

表1 概念間的關(guān)系定義

本體構(gòu)建的好壞決定著查詢結(jié)果的優(yōu)劣。本體建立起來(lái)后需要進(jìn)行完備性檢查，即對(duì)概念間的語(yǔ)義關(guān)系進(jìn)行推理，從而派生出新的關(guān)系，同時(shí)排除不合邏輯的關(guān)系。推理機(jī)以描述邏輯作為理論基礎(chǔ)，采用Tableau算法。該算法最早由Schmidt-Schau和Smolka為檢驗(yàn)定語(yǔ)概念語(yǔ)言補(bǔ)充（Attributive concept Language with Complements，ALC）中概念的可滿足性而提出，其基本思路為：通過(guò)公式逐漸構(gòu)建模型，通過(guò)自頂向下的方式分解公式。此過(guò)程一直持續(xù)，直到找完所有可能的公式，目的是為了證明沒(méi)有找到不可滿足公式的模型。RACER，F(xiàn)aCT 和Pellet等是Protégé自帶的具有強(qiáng)烈針對(duì)性的推理機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是效率高、使用方便，可限定在幾種具體的本體語(yǔ)言上（如Web本體描述語(yǔ)言（Web Ontology Language，OWL）、資源描述框架模式（Resource Description Framework Schema，RDFS）／資源描述框架（Resource Description Framework，RDF））進(jìn)行推理。本文使用Protégé中的FaCT++進(jìn)行推理，最終實(shí)現(xiàn)的領(lǐng)域本體如圖2所示，其中圖2a為根據(jù)圖1建立的零件庫(kù)本體中的主要概念，圖2b是對(duì)主要概念的展開(kāi)。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 自助零件發(fā)布

實(shí)現(xiàn)零件自助發(fā)布既要滿足本體在整個(gè)零件庫(kù)中信息組織的權(quán)威性和可維護(hù)性，又要保證供應(yīng)商具有足夠的自助性和自主權(quán)限，是開(kāi)放式零件庫(kù)需要解決的一個(gè)重要問(wèn)題。本文采用本體實(shí)例的方式組織詳細(xì)零件信息，ci表示某零件概念，其中的實(shí)例記為mij，記錄了可選型的屬性信息。零件的自助發(fā)布需要經(jīng)歷從“XML 信息文件”到“OWL 本體實(shí)例”的過(guò)程，如圖3所示。圖3a為角接觸球軸承概念下的上傳XML文件，經(jīng)過(guò)文件解析得到如圖3b所示的實(shí)例；同時(shí)對(duì)概念ci對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)屬性集di進(jìn)行更新，即di=｛Masskg，dmm，Bmm，Dmm，Limiting-Speeds-Grease，LimitingSpeeds-Oil，BearingNumber，CrN，COrN｝，如圖3c所示。零件的查詢是該過(guò)程的逆過(guò)程。與直接保存XML 文件相比，采用本體實(shí)例對(duì)零件信息進(jìn)行組織、保存和維護(hù)保證了擴(kuò)展性，可以在新零件發(fā)布時(shí)不需要對(duì)舊信息進(jìn)行處理；與采用數(shù)據(jù)庫(kù)保存信息的方式相比，可以采用含有語(yǔ)義的SPARQL語(yǔ)言進(jìn)行查詢；不同零件具有不一致屬性，采用本體實(shí)例組織降低了對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的要求。設(shè)計(jì)零件庫(kù)本體由管理員設(shè)計(jì)，概念實(shí)例由供應(yīng)商上傳的零件信息得到。本體概念實(shí)例與零件具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)本體實(shí)例的自動(dòng)定義、屬性集的自動(dòng)更新和零件的自助發(fā)布。

2.2 語(yǔ)義相似性

進(jìn)行零件庫(kù)中信息的擴(kuò)展性搜索首先考慮語(yǔ)義相似性。兩個(gè)詞句w1和w2之間的語(yǔ)義相似度可用表示，其中α 為調(diào)節(jié)因子，Dist（w1，w2）表示兩語(yǔ)句間的距離。詞語(yǔ)語(yǔ)義距離的計(jì)算方法基本上可以分為兩類：①基于某種世界知識(shí)的計(jì)算方法；②基于大規(guī)模語(yǔ)料庫(kù)的上下文統(tǒng)計(jì)計(jì)算方法［18］。

本文采用Dekang Lin［19］的方法計(jì)算領(lǐng)域本體的語(yǔ)義相似度。概念的出現(xiàn)概率記為P（ci）：P（mij∈ci），表示從所有實(shí)例中隨機(jī)抽取某個(gè)實(shí)例是概念ci的實(shí)例的可能性。零件庫(kù)中的實(shí)例數(shù)相對(duì)較小，該數(shù)值可以用相對(duì)頻率直接計(jì)算，表示概念ci的所有實(shí)例數(shù)，N 為領(lǐng)域本體中的全部個(gè)體數(shù)。在領(lǐng)域本體中，概念c1和c2間的相似度定義為

式中：LCS（c1，c2）表示概念c1和c2的最小公共父概念，且P（LCS（c1，c2））≥P（c1）+P（c2）。六角頭螺栓被定義為c1=｛六角，圓桿，供應(yīng)商，螺紋，連結(jié)，鎖緊｝，不規(guī)則頭螺栓可以定義為c2=｛不規(guī)則，圓桿，供應(yīng)商，螺紋，連結(jié)，鎖緊｝，兩個(gè)概念的差異在于fea1=｛六角，圓桿｝，fea2=｛不規(guī)則，圓桿｝，則兩者的LCS（c1，c2）=c1∧c2=｛圓桿，供應(yīng)商，螺紋，連結(jié)，鎖緊｝，即具有c1和c2公共屬性的概念集合。

2.3 擴(kuò)展性查詢技術(shù)

企業(yè)用戶使用零件庫(kù)的基本操作是瀏覽和查詢。常用的信息查詢模式是以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的關(guān)鍵詞檢索，如圖4a所示。這種檢索模式結(jié)果簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易，但是由于關(guān)鍵詞在抽象過(guò)程中與用戶本身的認(rèn)知水平有關(guān)，容易造成檢索失效。圖4b所示為基于本體的兩種檢索模式。SPARQL 可以直接查詢本體中的概念和實(shí)例，同時(shí)關(guān)鍵字通過(guò)同義、反義、邏輯性、結(jié)構(gòu)、相關(guān)性被擴(kuò)展成知識(shí)面，其檢索結(jié)果更能涵蓋查詢意圖。

對(duì)于每一個(gè)輸入的查詢語(yǔ)句，首先進(jìn)行分詞，得到查詢關(guān)鍵詞。對(duì)每個(gè)查詢關(guān)鍵詞利用Hownet計(jì)算其在領(lǐng)域本體中的對(duì)應(yīng)概念，實(shí)現(xiàn)同義詞擴(kuò)展；借助語(yǔ)義相似性計(jì)算查詢概念與其他概念的相似度，得到邏輯擴(kuò)展和結(jié)構(gòu)擴(kuò)展；結(jié)果按照相似度從大到小的順序進(jìn)行排列，形成功能本體語(yǔ)義擴(kuò)展詞庫(kù)，最后根據(jù)擴(kuò)展詞庫(kù)對(duì)整個(gè)零件庫(kù)進(jìn)行查詢。具體語(yǔ)義擴(kuò)展算法如下：

算法1 ExpansionQuery（String query，Ontology O）。

Input：用戶輸入查詢語(yǔ)句query，領(lǐng)域本體O。

Output：擴(kuò)展查詢語(yǔ)句lists。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 開(kāi)放零件庫(kù)系統(tǒng)框架

本文設(shè)計(jì)的零件庫(kù)系統(tǒng)基于Web服務(wù)，基于超文本傳輸協(xié)議（Hypertext Transfer Protocol，HTTP）的瀏覽器／服務(wù)器（Browser／Server，B／S）結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了客戶端軟件，增強(qiáng)了系統(tǒng)的開(kāi)放性和跨平臺(tái)性。將所有的開(kāi)發(fā)、維護(hù)和升級(jí)工作集中在服務(wù)器端，用戶通過(guò)系統(tǒng)管理員獲得權(quán)限后，就可以使用各種設(shè)備上的瀏覽器，通過(guò)HTTP請(qǐng)求并共享集中在服務(wù)器端的服務(wù)，保證了操作對(duì)象的一致性。零件庫(kù)的體系結(jié)構(gòu)定義如圖5所示，包括表示層、應(yīng)用服務(wù)層和資源層。

資源層是整個(gè)零件庫(kù)的基礎(chǔ)和核心，負(fù)責(zé)管理所有的資源和數(shù)據(jù)，包括本體庫(kù)、零件信息庫(kù)、文檔信息庫(kù)、供應(yīng)商信息庫(kù)和人員信息庫(kù)。應(yīng)用服務(wù)層包括系統(tǒng)層、工具集和應(yīng)用工具三部分，其中系統(tǒng)層面向系統(tǒng)管理員，工具集盡可能地提供給供需雙方在商業(yè)活動(dòng)中便捷的交流方式和工具，應(yīng)用工具面向用戶使用，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)商信息自助式發(fā)布和需求方信息自助式獲取。表示層包括客戶端瀏覽器和Web Server頁(yè)面處理程序?？蛻舳藶g覽器負(fù)責(zé)人機(jī)交互。表示層可以支持的客戶端包括計(jì)算機(jī)、平板電腦、手機(jī)和掌上電腦等。

基于Web的開(kāi)放式零件系統(tǒng)界面如圖6所示，后臺(tái)業(yè)務(wù)邏輯采用Java語(yǔ)言編寫(xiě)，開(kāi)源Tomcat作為服務(wù)器，MySQL作為信息數(shù)據(jù)庫(kù)。零件庫(kù)的PC端視圖界面使用Ext JS 4.1編寫(xiě)，移動(dòng)視圖界面采用Sencha Touch 2.0 編寫(xiě)，業(yè)務(wù)邏輯采用Struts2+Hibernate3+Spring3 的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)。注冊(cè)用戶進(jìn)入零件庫(kù)后，根據(jù)權(quán)限可以查看整個(gè)零件組織樹(shù)，若為供應(yīng)商，則可以發(fā)布自己的零件和選型參數(shù)表；若為需求方，則可以查看或上傳下載零件二維圖紙、三維CAD 模型和其他技術(shù)資料。

3.2 跨平臺(tái)三維模型可視化

跨平臺(tái)指在個(gè)人電腦、平板電腦、手持設(shè)備中進(jìn)行零件信息的查看、三維模型顯示和觀察等操作，增強(qiáng)了零件庫(kù)使用的靈活性?；赪eb的零件庫(kù)可以實(shí)現(xiàn)跨操作系統(tǒng)的操作，但對(duì)于三維模型顯示，往往需要借助瀏覽器插件的形式。由于設(shè)備性能的不同、瀏覽器內(nèi)核的不同以及對(duì)三維模型瀏覽插件的支持程度不一致，在HTML5之前的Web零件庫(kù)也很難實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)。HTML5中的網(wǎng)頁(yè)圖形庫(kù)（Web Graphics Library，WebGL）技術(shù)基于OpenGL ES 2.0改寫(xiě)，是JavaScript的關(guān)于三維模型顯示交互的應(yīng)用程序編程接口（Application Programming Interface，API）。圖7所示為WebGL實(shí)現(xiàn)三維模型顯示的最基本的類和類之間的關(guān)系，包括場(chǎng)景（Scene）、渲染器（Renderer）、容器（Document）三個(gè)層次。

該零件庫(kù)選擇Three.js作為瀏覽器三維引擎，實(shí)現(xiàn)無(wú)插件三維模型可視化，圖8所示為不同操作系統(tǒng)下的使用效果。該部分在跨平臺(tái)的設(shè)計(jì)工作中直接移植了運(yùn)行在PC 端的代碼，不需要額外的開(kāi)發(fā)工作。用戶可以在手機(jī)上對(duì)三維模型進(jìn)行交互式操作，以保證產(chǎn)品性能得到充分展示。

3.3 具備語(yǔ)義的零件信息檢索

該零件庫(kù)基于本體建立，除利用SPARQL語(yǔ)言進(jìn)行信息檢索外，還可以利用領(lǐng)域本體概念之間的語(yǔ)義相似性進(jìn)行擴(kuò)展性檢索。以檢索六角頭螺栓為例，得到的結(jié)果如圖9所示。查詢結(jié)果相似度最高的包括六角頭螺釘（100%）、六角螺母（74.3%）、鎖緊螺母（63.1%）、沉頭螺栓（56.2%）、圓柱頭螺栓（55.8%）、不規(guī)則頭螺栓（54.6%）、緊定螺釘（53.4%）和吊環(huán)螺栓（53.1%），它們的相似度均高于50%。結(jié)果反映出以式（1）計(jì)算領(lǐng)域本體概念之間的相似度，以及概念與概念、概念與屬性之間的關(guān)系對(duì)結(jié)果具有很大的影響。六角螺母與六角頭螺栓都具有連接的功能和螺紋特征，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常配合使用，其相似度遠(yuǎn)高于其他類型螺栓。這正反映了基于該領(lǐng)域本體的零件語(yǔ)義檢索方法。與基于幾何特征和關(guān)鍵字的檢索方法相比，該方法在功能維度上進(jìn)行了擴(kuò)展，能夠得到更符合檢索意圖的結(jié)果。

3.4 自助零件發(fā)布

零件庫(kù)中不同的零件具有不同的關(guān)鍵參數(shù)，這些參數(shù)對(duì)產(chǎn)品選型具有重要意義。以角接觸球軸承為例，選型屬性包括內(nèi)圈直徑、外圈直徑、寬度、額定動(dòng)載荷、額定靜載荷和質(zhì)量，而齒輪的選型參數(shù)包括齒數(shù)、齒頂圓直徑、內(nèi)孔直徑和齒厚等。同類零件由于供應(yīng)商不同，可展示的選型參數(shù)不同，或參數(shù)的單位不同。同樣地，與SNR 公司相比，角接觸球軸承NSK 公司提供了可選型的限制轉(zhuǎn)速屬性，這決定了選型表格的設(shè)計(jì)應(yīng)具有柔性和適應(yīng)性。

已有的零件庫(kù)采用靜態(tài)頁(yè)面，供應(yīng)商在發(fā)布零件時(shí)需要通知系統(tǒng)管理員，管理員對(duì)整個(gè)零件庫(kù)的源代碼進(jìn)行修改。本文使用XML 技術(shù)，利用XML文檔保存選型參數(shù)值，如圖3 所示。JavaScript和XML DOM 會(huì)解析XML 文件，生成動(dòng)態(tài)表格。每個(gè)零件參數(shù)都通過(guò)自助發(fā)布技術(shù)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)對(duì)領(lǐng)域本體信息進(jìn)行更新。系統(tǒng)通過(guò)取回本體實(shí)例進(jìn)行顯示。在具有發(fā)布權(quán)限的前提下，供應(yīng)商可以直接上傳零件的相關(guān)信息及其XML 格式的選型參數(shù)表（如圖10），方便了供應(yīng)商迅速發(fā)布信息，也體現(xiàn)了該零件庫(kù)的開(kāi)放性。該方法不需要對(duì)源代碼進(jìn)行改動(dòng)，增強(qiáng)了供應(yīng)商的自主性和零件庫(kù)使用的自助性。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文所提出的開(kāi)放性跨平臺(tái)零件庫(kù)系統(tǒng)基于本體組織和HTML5 技術(shù)開(kāi)發(fā)，具有以下特點(diǎn)：①以本體為核心提供第三方信息化服務(wù)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)零件信息自助發(fā)布、系統(tǒng)自動(dòng)維護(hù)，方便了零件供應(yīng)商的自助服務(wù)；②將零件資源和供應(yīng)商信息以領(lǐng)域本體的形式進(jìn)行組織，基于語(yǔ)義相關(guān)性的檢索方式增強(qiáng)了查詢的有效性，能夠推送更符合用戶意圖的結(jié)果，并提高了零件庫(kù)的可擴(kuò)展性和集成性；③提供跨平臺(tái)的三維模型顯示和操作方法，具有良好的開(kāi)放性和使用靈活性。

本文領(lǐng)域本體的建立具有一定個(gè)體主觀性和不完備性，雖然使用推理機(jī)制，但是如果前提定義得不合理，會(huì)使檢索結(jié)果差別很大。未來(lái)希望能夠自動(dòng)建立領(lǐng)域本體和本體評(píng)價(jià)反饋機(jī)制，使檢索結(jié)果的適應(yīng)性更強(qiáng)。該零件庫(kù)將與基于Web的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（Product Data Management，PDM）系統(tǒng)建立接口，以方便PDM 對(duì)整個(gè)產(chǎn)品生命周期的管理，同時(shí)可以將相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)移植到基于Web 的PDM系統(tǒng)中。

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