車(chē)振輝（鄂爾多斯市天地華泰采礦工程技術(shù)有限公司，內(nèi)蒙古　鄂爾多斯　017000）

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支持產(chǎn)品創(chuàng)新的機(jī)電領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)構(gòu)建技術(shù)思考

車(chē)振輝
（鄂爾多斯市天地華泰采礦工程技術(shù)有限公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017000）

摘要：隨著我國(guó)社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，當(dāng)前我國(guó)機(jī)電行業(yè)也取得了較為顯著的發(fā)展，然而在實(shí)際的機(jī)電領(lǐng)域行業(yè)發(fā)展中，怎樣才能更加充分的發(fā)揮出機(jī)電領(lǐng)域知識(shí)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及創(chuàng)新中的積極作用就顯得尤為重要。本文主要論述了這樣一種技術(shù)可以有效解決上述問(wèn)題，即支持機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新的機(jī)電領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)構(gòu)建技術(shù)，這種技術(shù)主要是利用機(jī)電領(lǐng)域知識(shí)的一些特點(diǎn)構(gòu)建有效的獲得知識(shí)的方式，運(yùn)用機(jī)電領(lǐng)域的一些專(zhuān)業(yè)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行正確構(gòu)建，提出三種檢索方法，如基于關(guān)鍵詞的檢索、自然語(yǔ)義的檢索以及功能檢索等，構(gòu)建支持機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新的機(jī)電領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)，從而給機(jī)電行業(yè)提供更多的信息支持，促進(jìn)機(jī)電產(chǎn)品的改進(jìn)和創(chuàng)新，推動(dòng)我國(guó)機(jī)電領(lǐng)域的健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)品創(chuàng)新；機(jī)電領(lǐng)域；知識(shí)庫(kù)構(gòu)建技術(shù)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們的生活水平有了顯著的提升，而創(chuàng)新受到越來(lái)越多的重視。創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂。創(chuàng)新也就是采用新型的思維、新的發(fā)現(xiàn)、發(fā)明以及新的特征將一個(gè)事物或者東西進(jìn)行創(chuàng)造或更新，而現(xiàn)代化的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)則需要我們對(duì)現(xiàn)有知識(shí)進(jìn)行改進(jìn)、創(chuàng)新，從而實(shí)現(xiàn)真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的創(chuàng)新。無(wú)論哪個(gè)領(lǐng)域的產(chǎn)品創(chuàng)新過(guò)程中都需要豐富的知識(shí)進(jìn)行支撐、維護(hù)，機(jī)電領(lǐng)域也是如此，領(lǐng)域知識(shí)可以給創(chuàng)造設(shè)計(jì)者提供更多的信息支持，促進(jìn)設(shè)計(jì)人員更好地創(chuàng)新設(shè)計(jì)。機(jī)電領(lǐng)域有其獨(dú)特的行業(yè)特征，基于此相關(guān)工作人員則構(gòu)建了支持產(chǎn)品創(chuàng)新的機(jī)電領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)。

一、支持產(chǎn)品創(chuàng)新的機(jī)電領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)的構(gòu)建

1 機(jī)電領(lǐng)域知識(shí)支持產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)

一個(gè)成功的產(chǎn)品設(shè)計(jì)通常要對(duì)產(chǎn)品的各個(gè)性能，如具體功能、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、外觀、具體性能等方面進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，但是設(shè)計(jì)產(chǎn)品之前通過(guò)要有完整、清晰、正確的概念設(shè)計(jì)，還要分析其可行性，同時(shí)前期的概念設(shè)計(jì)也是整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中最為基本、也最為重要的階段，它在產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)中有著非常重要的作用。概念的設(shè)想是創(chuàng)造性思維的一種體現(xiàn)，概念產(chǎn)品是一種理想化的物質(zhì)形式。在前期的概念設(shè)計(jì)中，我們可以更好地實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品功能到結(jié)構(gòu)的映射，結(jié)合產(chǎn)品所要具備的功能特性，找出對(duì)應(yīng)的行為方式，再根據(jù)行為方式映射出產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。在前期的概念設(shè)計(jì)中，所有參與的設(shè)計(jì)人員都應(yīng)該充分運(yùn)用現(xiàn)有的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，而只有將領(lǐng)域的所有知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)有效劃分，才能促使設(shè)計(jì)人員更好地運(yùn)用這些知識(shí)進(jìn)行產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。通常將領(lǐng)域知識(shí)劃分為以下幾種類(lèi)型：（1）原理類(lèi)型的知識(shí)，包括一些設(shè)計(jì)原理、發(fā)明原理等，這些原理類(lèi)型知識(shí)可以給設(shè)計(jì)人員提供一些基本的方法，促使他們更好地對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)；（2）綜合類(lèi)的知識(shí)，包括一些產(chǎn)品的專(zhuān)利、決策性知識(shí)、支持性知識(shí)以及多學(xué)科的相關(guān)知識(shí)等，這些綜合類(lèi)的知識(shí)可以幫助設(shè)計(jì)人員在實(shí)際的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中找出一些設(shè)計(jì)的有效策略和方法；（3）領(lǐng)域類(lèi)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，包含領(lǐng)域性的基本知識(shí)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，這些可以為設(shè)計(jì)人員提供更加專(zhuān)業(yè)的支持，促使他們更好地進(jìn)行產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員通常在由行為方式映射到具體的結(jié)構(gòu)階段會(huì)用到一些領(lǐng)域性的知識(shí)，而在具體的機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員可以結(jié)合機(jī)電領(lǐng)域知識(shí)系統(tǒng)中的典型機(jī)構(gòu)與方法，根據(jù)其機(jī)電產(chǎn)品所要實(shí)現(xiàn)的功能的具體行為方式創(chuàng)設(shè)出產(chǎn)品的具體結(jié)構(gòu)。領(lǐng)域知識(shí)主要是指某個(gè)領(lǐng)域所包含的一些知識(shí)，而從知識(shí)工程的層面來(lái)講，有一些研究則表明領(lǐng)域知識(shí)是一個(gè)概念化的模型，而在這個(gè)模擬中則包括了知識(shí)與知識(shí)之間的一些相互關(guān)聯(lián)。

2 機(jī)電領(lǐng)域知識(shí)的有效獲取與層次劃分

要想更加高效地運(yùn)用領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，則必須要?jiǎng)?chuàng)設(shè)出科學(xué)、合理的獲取領(lǐng)域知識(shí)的方法。獲取知識(shí)指的是采用人工或是自動(dòng)獲取的方式從一些課本或是知識(shí)資源上獲取自己想要的信息的一個(gè)過(guò)程。獲取知識(shí)主要是為了更好地實(shí)現(xiàn)知識(shí)共享，并用這些知識(shí)解決自己的問(wèn)題，它不但是知識(shí)實(shí)現(xiàn)共享的重要基礎(chǔ)，還是知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)走向?qū)嵱没^(guò)程中急需解決的一個(gè)重要問(wèn)題。機(jī)電領(lǐng)域的知識(shí)獲取來(lái)源主要有設(shè)計(jì)手冊(cè)、期刊、專(zhuān)利、領(lǐng)域?qū)＜业?個(gè)方面，如圖1所示。

而在通過(guò)一些有效方式獲得領(lǐng)域知識(shí)以后，需要對(duì)其進(jìn)行層次劃分、有效分類(lèi)，促使在設(shè)計(jì)中可以而快速找出對(duì)自己有用的信息，節(jié)省了查找信息的時(shí)間，同時(shí)大大提升了設(shè)計(jì)人員的工作效率。機(jī)電領(lǐng)域的多數(shù)產(chǎn)品中，有一些產(chǎn)品只是簡(jiǎn)單的分為控制和執(zhí)行兩部分，如機(jī)床、起重設(shè)備以及輸送設(shè)備等，據(jù)此可以將機(jī)電領(lǐng)域只是分為機(jī)械類(lèi)和電子類(lèi)，而對(duì)于機(jī)械類(lèi)，又可以對(duì)其進(jìn)行細(xì)分。機(jī)電領(lǐng)域知識(shí)具有很明顯的層次性特征，因此對(duì)其進(jìn)行劃分時(shí)，應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行逐層細(xì)分，而細(xì)分的時(shí)候則可以采用樹(shù)狀、分叉形式的方法。采用樹(shù)狀方法對(duì)這些機(jī)電領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行細(xì)分的時(shí)候，一定要秉承以下幾個(gè)原則：（1）同級(jí)之間進(jìn)行劃分的時(shí)候只能參照一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行劃分；（2）每個(gè)子分類(lèi)只能附屬于一個(gè)上級(jí)分類(lèi)；（3）所有的上級(jí)分類(lèi)不能同子分類(lèi)呈現(xiàn)并列的關(guān)系。而對(duì)于特定的產(chǎn)品則應(yīng)該據(jù)其產(chǎn)品的特性進(jìn)行逐層劃分。

3 機(jī)電領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)的本體構(gòu)建

機(jī)電領(lǐng)域的知識(shí)比較繁多，概念性知識(shí)也很多，而且概念與概念之間還有著較為復(fù)雜的關(guān)系，這樣管理的難度就會(huì)大大增加，而機(jī)電領(lǐng)域的本體則可以較好地解決這一管理問(wèn)題。哲學(xué)上認(rèn)為本體即存在，而Gruber 則認(rèn)為本體是將共享的概念化知識(shí)進(jìn)行更加明確、形式化的規(guī)范。本體的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)該包括3個(gè)要素：核心元素集、元素間的交互作用以及這些元素到規(guī)范語(yǔ)義間的映射關(guān)系。本體的具體構(gòu)造過(guò)程，可以用下面的公式形象地表示：

本體＝概念（C o n c e p t）＋屬性（Property）＋公理（Axiom）＋取值（Value）＋名義（Nominal）

而只有正確構(gòu)建機(jī)電領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)本體結(jié)構(gòu)，才能有效地解決管理困難的問(wèn)題。本體的開(kāi)發(fā)和完善是一個(gè)反反復(fù)復(fù)不斷補(bǔ)充的迭代過(guò)程。領(lǐng)域本體中的概念應(yīng)該貼近于要研究的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域中的客觀實(shí)體和關(guān)系法則。本體構(gòu)建流程如圖2所示。

根據(jù)機(jī)電領(lǐng)域知識(shí)的特征，應(yīng)該按照以下幾個(gè)流程來(lái)構(gòu)建支持產(chǎn)品創(chuàng)新的機(jī)電領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)本體結(jié)構(gòu)：

（1）明確支持產(chǎn)品創(chuàng)新的機(jī)電領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)的范圍。對(duì)于不同的研究領(lǐng)域，因?yàn)楸倔w通常所牽扯到的范圍以及所涉及的概念層次有所差異，而相對(duì)支持產(chǎn)品創(chuàng)新的機(jī)電領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)來(lái)講，它主要是針對(duì)機(jī)電領(lǐng)域的知識(shí)進(jìn)行研究的，而這個(gè)知識(shí)庫(kù)又是針對(duì)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的。

（2）獲得機(jī)電領(lǐng)域的概念性知識(shí)。

（3）明確具體對(duì)概念性的知識(shí)進(jìn)行分類(lèi)。在獲得機(jī)電領(lǐng)域概念性知識(shí)的前提下，分析討論各種概念之間的關(guān)聯(lián)，繪制出機(jī)電領(lǐng)域知識(shí)的層次圖。

（4）對(duì)這些概念性知識(shí)定義屬性。屬性主要是表示分類(lèi)以及實(shí)例的一些具體特征，而這則把機(jī)電領(lǐng)域概念屬性定義為：固有屬性、功效屬性以及相關(guān)屬性三組特征。固有屬性也就是這類(lèi)知識(shí)本來(lái)就有的特征，表示領(lǐng)域知識(shí)本身的一些屬性，如一些產(chǎn)品的工作原理、工作性質(zhì)等；功效屬性則是這類(lèi)產(chǎn)品所要實(shí)現(xiàn)的某種功能，如產(chǎn)品在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的轉(zhuǎn)換等；相關(guān)屬性則表示這類(lèi)產(chǎn)品與這類(lèi)產(chǎn)品中的其他產(chǎn)品之間的關(guān)聯(lián)性。如以抽油機(jī)的曲柄滑塊來(lái)講，它的固有屬性可以包括曲柄滑塊的具體組成部分、工作原理、產(chǎn)品特性，功能屬性則是滑動(dòng)。

圖1

圖2

二、具體案例

在實(shí)際的工作中，如果機(jī)床作業(yè)時(shí)間太長(zhǎng)，則會(huì)發(fā)熱，特別是在作業(yè)環(huán)境較差，通風(fēng)不足的情況下，而機(jī)床長(zhǎng)時(shí)間處于發(fā)熱狀態(tài)，也會(huì)影響機(jī)床的使用時(shí)間，情況嚴(yán)重的還會(huì)引起安全事故。溫度是致使機(jī)床高溫工作最直接的原因，也是最主要的原因，還有一些其他的原因，如電路保護(hù)措施不合理等。由于我們已經(jīng)找到了具體的原因，因此改進(jìn)的任務(wù)就很明確。對(duì)于這樣的問(wèn)題，我們應(yīng)當(dāng)采用功能檢索或是自然語(yǔ)義檢索這兩種方式都可以快速、有效地找到解決問(wèn)題的辦法。

當(dāng)前支持產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過(guò)程中，更加強(qiáng)調(diào)的是知識(shí)的高效利用，因此基于機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)電領(lǐng)域知識(shí)的需求，構(gòu)建了滿足其需求的機(jī)電領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)，促使設(shè)計(jì)人員更好地利用知識(shí)庫(kù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，從而有效提升我國(guó)機(jī)電領(lǐng)域行業(yè)的健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[2]龔健文，李彥，李文強(qiáng)，等.支持產(chǎn)品創(chuàng)新的專(zhuān)利知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)構(gòu)建及應(yīng)用[J].工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào)，2013（04）：265-270，276.

中圖分類(lèi)號(hào)：TH122

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A