【摘要】本體技術(shù)是改進知識工程的過程，增加知識共享。本文對本體的概念以及其在機械工程中的應(yīng)用進行分析，以供參考。

【關(guān)鍵詞】本體；機械工程；概念；應(yīng)用

一、前言

本體在經(jīng)歷了10多年的發(fā)展之后，已經(jīng)實現(xiàn)了語言、環(huán)境構(gòu)建和方法論，現(xiàn)已經(jīng)構(gòu)建了理論框架和技術(shù)體系，在各行業(yè)中廣泛應(yīng)用。

二、本體的基本概念

在信息科學中，作為一種知識表示方法，本體（ontology）包括了研究領(lǐng)域內(nèi)對象的名稱、對象屬性和相互關(guān)系的邏輯描述，提供了領(lǐng)域內(nèi)知識表示和交流的詞匯集合和集合中各個對象的關(guān)系集合。采用這種方法表示知識的本體，是基于一定的目的人為設(shè)計的規(guī)范說明，這與它所建模的世界有著明顯的區(qū)別。本體發(fā)展至今，其應(yīng)用范圍已經(jīng)遠遠超出了傳統(tǒng)人工智能和知識工程的范圍，這主要是由于本體具有以下顯著的優(yōu)點：

1、異構(gòu)系統(tǒng)互操作，在異構(gòu)主體之間對交流的結(jié)構(gòu)化信息達成共識，這是本體開發(fā)的一個主要目標；

2、通過本體復用、映射和集成等方式實現(xiàn)領(lǐng)域知識復用，這是本體研究的主要動力之一；

3、明確的領(lǐng)域認定，利用本體表示方法描述領(lǐng)域認定，當領(lǐng)域發(fā)生變化時，對應(yīng)的領(lǐng)域認定的改變也相對比較容易；

4、分析領(lǐng)域知識，建立領(lǐng)域本體，實現(xiàn)領(lǐng)域知識的應(yīng)用和管理；

5、將領(lǐng)域知識與操作性知識相分離。

三、知識工程中本體的含義

在知識工程領(lǐng)域，研究人員給出了面向人工智能的明確的本體定義，其中，最重要的一個是Gru-her在1993年采用人工智能界公認的概念模型為基礎(chǔ)給出的：本體是概念模型的明確的規(guī)范說明。隨后Studer在參考了Gruber和Borst的定義的基礎(chǔ)上提出了本體是共享概念模型的明確的形式化規(guī)范說明。本體定義的核心內(nèi)容是概念模型，即研究領(lǐng)域內(nèi)存在的對象、概念及其他實體以及它們之間的關(guān)系是研究領(lǐng)域的一個抽象的、簡化的視圖，每一個知識庫、知識庫系統(tǒng)或知識水平的主體，都或明確或隱含的依托于某些概念模型。分類法（taxonomy）是對科學分類的普遍規(guī)律的研究，是按照一定的思想觀點，以科學分類為基礎(chǔ)，結(jié)合領(lǐng)域內(nèi)容和特點，將領(lǐng)域知識分門別類以術(shù)語的形式組成分類表。本體與分類法相比，主要有兩個區(qū)別：本體具有更為豐富的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并且反映了某種程度的共識。

理論上，可以通過5種類型的構(gòu)件來形式化描述一個本體：概念、關(guān)系、函數(shù)、公理和實例。這里的概念可泛指論述的任何事物，如任務(wù)、功能、行為、策略和推理過程等等，有時為敘述方便，概念也稱為類。關(guān)系用來表示領(lǐng)域中概念之間的相互作用，元關(guān)系形式化定義為個集合的笛卡兒乘積的子集：R：C×C×…×C。函數(shù)是一類特殊的關(guān)系，在這種關(guān)系中，前n一1個元素可以惟一決定第n個元素，函數(shù)的形式化定義為：F：C×C2×…×G一一C。公理用來表示領(lǐng)域中永真的陳述，實例表示領(lǐng)域中的具體元素即對象。

四、本體構(gòu)建的規(guī)則

本體構(gòu)建方法概述出于對各自問題領(lǐng)域和具體工程的考慮，構(gòu)造本體的過程各不相同。目前沒有一個標準的本體構(gòu)造方法，最有影響的是Gruber在1995年提出的5條規(guī)則：

1、清晰：本體必須有效地說明所定義的術(shù)語的含義。定義應(yīng)該是客觀的，與背景獨立的。當定義可以用邏輯公理表達時，它應(yīng)該是形式化的，應(yīng)該盡力用邏輯公理表達。定義應(yīng)該盡可能的完整。所有定義應(yīng)該用自然語言加以說明。

2、一致：本體應(yīng)該是前后一致的，也就是說，它應(yīng)該支持與其定義相一致的推理。它所定義的公理以及用自然語言進行說明的文檔都應(yīng)該具有一致性。如果從一組公理中推導出來的一個句子與一個非形式化的定義或者實例矛盾，則這個本體是不一致的。

3、可擴展性：本體的可擴展性是指，本體提供一個共享的詞匯，這個共享的詞匯應(yīng)該為可預(yù)料到的任務(wù)提供概念基礎(chǔ)。它應(yīng)該可以支持在已有的概念基礎(chǔ)上定義新的術(shù)語，以滿足特殊的需求，而無須修改已有的概念定義。也就是說，人們應(yīng)該能夠在不改變原有定義的前提下，以這組存在的詞匯為基礎(chǔ)定義新的術(shù)語。

4、編碼偏好程度最小（Minimalencodingbias）：本體應(yīng)該處于知識的層次，而與特定的符號級編碼無關(guān)。本體的表示形式的選擇不應(yīng)該只考慮表示上或者實現(xiàn)上的方便。概念的描述不應(yīng)該依賴于某一種特殊的符號層的表示方法，不能依賴于某種確定的語言，因為實際的系統(tǒng)可能采用不同的知識表示方法。

5、本體承諾最小，（Minimalontologicalcommitment）：本體承諾應(yīng)該最小，只要能夠滿足特定的知識共享需求即可。也就是說，本體應(yīng)該對所模擬的事物產(chǎn)生盡可能少的推斷，而讓共享者自由地按照他們的需要去專門化和實例化這個本體。Gruber還指出，由于本體承諾是以詞匯的使用為基礎(chǔ)的，因此可以通過定義承諾最弱的公理以及只定義應(yīng)用所需的基本詞匯來保證。

五、基于本體的產(chǎn)品信息模型

來自華盛頓大學的Sudarsan和CMU的Fenves作為美國國家標準與技術(shù)研究院（theNationalInsti—tuteofStandardsandTechnology，NIST）的訪問學者，與NIST的Sriram等人一起，為支持產(chǎn)品生命周期管理（ProductLifecycleManagement，PLM）各個方面的信息需求，以本體為表示工具，開發(fā)了一種產(chǎn)品信息模型框架口。該框架以NIST的核心產(chǎn)品模型（theNISTCoreProductModel，CPM）及其3個擴展版本：開放式裝配模型（OpenAssemblyMod—el，OAM）、設(shè)計分析集成模型（DesigeAnalyticIn—tergratedModel，DAIM）和產(chǎn)品族進化模型PFEM作為基礎(chǔ)。OAM定義了系統(tǒng)級的概念模型和相關(guān)的層次化裝配關(guān)系；DAIM定義了產(chǎn)品的主模型以及一系列抽象功能模型和兩個主模型與功能模型之間的變換，每一個功能模型對應(yīng)于產(chǎn)品的某一個領(lǐng)域特性，兩個變換分別為理想化和映射；PFEM表示產(chǎn)品族及其組件，與產(chǎn)品族進化相關(guān)聯(lián)的設(shè)計原理。

開發(fā)產(chǎn)品信息模型框架的目的在于：①從產(chǎn)品的概念設(shè)計階段開始，在其全生命周期的整個過程中捕捉產(chǎn)品、設(shè)計原理、裝配、公差等信息；②便于下一代CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的語義互操作；③捕捉產(chǎn)品和產(chǎn)品族的進化。該框架提供了產(chǎn)品信息和設(shè)計原理的細粒度描述，因而PLM系統(tǒng)可以方便地直接訪問框架中的數(shù)據(jù)。

產(chǎn)品信息模型框架作為產(chǎn)品在設(shè)計過程各個方面的信息庫，能夠為PLM及其輔助系統(tǒng)提供一種單一的、一致的信息交換協(xié)議，支持CAx及其他相關(guān)系統(tǒng)之間直接互操作和無縫的信息集成。該框架具有以下特點：

1、以形式化語義為基礎(chǔ)，通過采用合適的本體就能進行自動推理；

2、具有概括性，它描述的是概念實體（制品和特征），而不是針對具體的某種產(chǎn)品（發(fā)動機、泵等）；

3、提供了產(chǎn)品全方位的豐富信息；

4、致力于促進新的應(yīng)用和過程的開發(fā)，避免由于環(huán)境中信息的不齊備阻礙新應(yīng)用的實現(xiàn)；

5、框架中結(jié)合了明確表示的設(shè)計原理，作為描述產(chǎn)品本身的重要內(nèi)容；

6、作為產(chǎn)品級上不同系統(tǒng)間互操作的轉(zhuǎn)換與接口。

六、結(jié)束語

總之，盡管當前，本體技術(shù)已經(jīng)得到了發(fā)展，但是還是存在一定局限性，不能僅局限在對事實知識的表示，還應(yīng)用對過程性的知識以及有效方法進行探索，這也是該技術(shù)今后的發(fā)展方向。

【參考文獻】

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