趙 媛,陳永當(dāng)（西安工程大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,西安 710048）

知識(shí)重用度計(jì)算及重用系統(tǒng)模型的探究

趙 媛,陳永當(dāng)
（西安工程大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,西安 710048）

摘 要：本文提出了重用度的概念并深入研究了匹配度、滿足度兩個(gè)影響重用度的因素，整理出了幾種類似度、滿足度以及重用度的計(jì)算方法。最后根據(jù)Inns、Neville和Shahin等人的理念提出了一種設(shè)計(jì)知識(shí)重用系統(tǒng)模型。

關(guān)鍵詞：重用度；匹配度；滿足度；知識(shí)重用系統(tǒng)模型

0 前言

目前企業(yè)間競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，產(chǎn)品越來(lái)越復(fù)雜，交貨期越來(lái)越短，質(zhì)量要求越來(lái)越高，使得企業(yè)必須盡可能快速的開發(fā)新產(chǎn)品以響應(yīng)市場(chǎng)的需求。通常一個(gè)新的設(shè)計(jì)問(wèn)題的解是通過(guò)對(duì)已有設(shè)計(jì)問(wèn)題的推理、修改而獲得。有數(shù)據(jù)表明，75%的設(shè)計(jì)是基于實(shí)例的設(shè)計(jì)[1]，一個(gè)新產(chǎn)品的開發(fā)。約40%是把過(guò)去已有的知識(shí)借鑒使用，約45%是對(duì)過(guò)去已有的設(shè)計(jì)知識(shí)修改后再應(yīng)用于新設(shè)計(jì)開發(fā)當(dāng)中，只有約15%是完全創(chuàng)新的設(shè)計(jì)[2,3]。所以，如何有效的使用已有的設(shè)計(jì)知識(shí)進(jìn)行新產(chǎn)品的開發(fā)，成為制約產(chǎn)品快速開發(fā)及提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。

1 重用度

在對(duì)設(shè)計(jì)知識(shí)重用時(shí)，從設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)中檢索到有用的實(shí)例并從中提取有用信息，是關(guān)鍵因素之一。對(duì)于一個(gè)產(chǎn)品中所包含的設(shè)計(jì)知識(shí)能否被設(shè)計(jì)人員提取并重復(fù)利用，取決于這個(gè)產(chǎn)品的重用度，即設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)知識(shí)的重用程度。

1.1 重用度（Degree of Reuse,DoR）指知識(shí)在一個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中的重用程度

以設(shè)計(jì)實(shí)例的重用為例，重用度是由相似度（DoS）和滿足度（DoF）的加權(quán)和來(lái)計(jì)算。如下式所示：

其中，wm和wn稱為權(quán)值，DoS和DoF可由產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員或者設(shè)計(jì)根據(jù)對(duì)重用的影響來(lái)確定。

1.2 匹配度（Degree of Similarity,Dos）指設(shè)計(jì)實(shí)體之間的匹配程度

匹配度在[0,1]之間變化，當(dāng)匹配度為“0”時(shí)，兩個(gè)實(shí)體完全不匹配；當(dāng)匹配度為“1”時(shí)，兩個(gè)實(shí)體完全匹配。匹配度一般用匹配性距離來(lái)計(jì)算。

1.2.1 計(jì)算匹配性距離的方法

源設(shè)計(jì)實(shí)例與目標(biāo)設(shè)計(jì)例之間的匹配性可以通過(guò)以下幾種計(jì)算方法：歐氏離、曼哈頓距離、無(wú)模距離。

歐氏距離

當(dāng)設(shè)計(jì)知識(shí)中每個(gè)屬性值規(guī)范化以后，歐式距離可通過(guò)下式計(jì)算：

式中，s——屬性總數(shù)，amk——第m個(gè)例的第k個(gè)屬性值，ank——第n個(gè)實(shí)例第k個(gè)屬性值，wh——第k個(gè)屬性值。

曼哈頓距離

曼哈頓距離的計(jì)算由Cost和Salzberg提出，指兩點(diǎn)之間的聯(lián)線長(zhǎng)度，即：

式中，s——屬性總數(shù)，amk——第m個(gè)實(shí)例的第k個(gè)屬性值，ank——第m個(gè)實(shí)例第k個(gè)屬性值，wk——第k個(gè)屬性值。

無(wú)限模距離

無(wú)限模距離離的方法由Mangasarian 提出。

式中，s——屬性總數(shù)，amk——第m個(gè)實(shí)例的第k個(gè)屬性值，ank——第n個(gè)實(shí)例第k個(gè)屬性值，wk——第k個(gè)屬性值。

1.2.2 特殊匹配度的衡量標(biāo)準(zhǔn)

萊恩史鐵距離

一些非數(shù)值型數(shù)據(jù)的處理計(jì)算時(shí)，測(cè)量集合的匹配性需考慮兩個(gè)集合A和B，其中常用的測(cè)量如下：

字符串的匹配度的測(cè)量，由于字符串的順序不同字符不同，當(dāng)給定兩個(gè)字符串m，n匹配性可根據(jù)包含、重疊合變化匹配度判斷。

1.2.3 滿足度

（1）滿足度（Degree of Fulfi llment , DoF）。用來(lái)描述距離要求值的偏離值和要求滿足的程度。匹配只是從結(jié)構(gòu)的方面對(duì)兩個(gè)設(shè)計(jì)例進(jìn)行比較判斷，這并不能完全滿足設(shè)計(jì)時(shí)所要求的功能、行為等方面的匹配性。

（2）滿足度的計(jì)算。設(shè)計(jì)要求可分為領(lǐng)域中的屬性定義、常量表達(dá)式、關(guān)系算子和邏輯算子四個(gè)部分。滿足度先經(jīng)過(guò)屬性匹配然后通過(guò)數(shù)學(xué)邏輯表達(dá)式將屬性值及可能的范圍進(jìn)行合理的結(jié)合產(chǎn)生新的可能值，依次為每一個(gè)關(guān)系表達(dá)式計(jì)算它的滿足度，最后與關(guān)系算子的滿足度結(jié)合為邏輯表達(dá)式從而得出滿足度。

關(guān)系算子的DoF計(jì)算

其中，p——屬性，x——任一屬性，r——要求，y——任一要求邏輯算子的DoF計(jì)算

2 設(shè)計(jì)知識(shí)重用的系統(tǒng)模型

工業(yè)產(chǎn)品的創(chuàng)新開發(fā)通常都會(huì)涉及多個(gè)知識(shí)領(lǐng)域，因此對(duì)于不同領(lǐng)域知識(shí)的設(shè)計(jì)模型都會(huì)有所不同，設(shè)計(jì)人員在開發(fā)新的產(chǎn)品時(shí)就應(yīng)該從中擇取最高效、優(yōu)勢(shì)的模型從而提高開發(fā)有效利用率。Inns和Neville[4]提出了以公司層面為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)過(guò)程模型，以此模型來(lái)支持設(shè)計(jì)知識(shí)的重用。

Shahin等[5]人認(rèn)為，設(shè)計(jì)重用系統(tǒng)是一個(gè)有機(jī)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)是支撐設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，是由許多個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程集成的一個(gè)整體。他們提出的設(shè)計(jì)重用系統(tǒng)構(gòu)造方法中系統(tǒng)功能包括數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)化和信息結(jié)構(gòu)化。這些信息包括產(chǎn)品概念、具體設(shè)計(jì)及詳細(xì)設(shè)計(jì)、方案概念、優(yōu)先權(quán)要求等。

本文提出了一種設(shè)計(jì)重用系統(tǒng)如圖1所示。

圖1

該系統(tǒng)的功能主要有：記錄整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程；查詢有效設(shè)計(jì)；根據(jù)相關(guān)特征，查詢已有實(shí)例；具有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)記錄存儲(chǔ)功能；支持對(duì)已有實(shí)例及正在進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程知識(shí)重用。

3 小結(jié)

在設(shè)計(jì)過(guò)程中有許多復(fù)雜知識(shí)交叉作用，這些設(shè)計(jì)知識(shí)也發(fā)揮著各自不同的作用在整個(gè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中。發(fā)絕大多數(shù)新產(chǎn)品的開是已有設(shè)計(jì)知識(shí)或者設(shè)計(jì)產(chǎn)品要求的修改及延伸。因此，新產(chǎn)品的開發(fā)中各學(xué)科知識(shí)交叉在所難免，這就要求開發(fā)人員了解各個(gè)領(lǐng)域知識(shí)才能保證快速的進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。若能夠使用以前的設(shè)計(jì)知識(shí)，就可以減少重復(fù)勞動(dòng)，從而提高效率。設(shè)計(jì)知識(shí)能否重用取決于該設(shè)計(jì)知識(shí)的重用度。本文提出了重用度的概念并深入研究了相似度，滿足度兩個(gè)關(guān)鍵評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而提出了幾種匹配度、滿足度合重用度的計(jì)算公式。最后根據(jù)Inns、Neville和Shahin等人的理念提出了一種設(shè)計(jì)知識(shí)重用系統(tǒng)模型。

參考文獻(xiàn)：

[1]林春.基于MATLAB的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理[J].科技資訊,2006（08）:85-86.

[2]單晨偉.葉片類零件螺旋銑削切觸點(diǎn)軌跡規(guī)劃問(wèn)題研究[D].西安:西北工業(yè)大學(xué),2004.

[3]施法中.計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)與非均勻有理B樣條[M].北京:高等教育出版社,2001.

[4]Inns ,T.G. and Neville, P. Establishing a Company Level Design process to Facilitate Design Reuse.In Porceedings of Engineering Design Conefernee’98 on Design Reuse. London:Proefssional Engineering Publishing Limited , June1998

[5]Shahin ,T.M.M., Andrews ,P. and Sivaloganathna , S.A Design Reuse System .In Proeeedings of Engineering Design Conefrenee’98 on Design Reuse. London: Proefssional Engineering Publishing Limited, June 1998

基金項(xiàng)目：陜西省科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（2013KRZ21）；西安市科技計(jì)劃項(xiàng)目（CXY1439-2）；陜西省教育廳科研項(xiàng)目（14JK1309）；中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技項(xiàng)目（2013059）