支持產品創新的機電領域知識庫構建技術思考

車振輝（鄂爾多斯市天地華泰采礦工程技術有限公司，內蒙古　鄂爾多斯　017000）

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支持產品創新的機電領域知識庫構建技術思考

車振輝
（鄂爾多斯市天地華泰采礦工程技術有限公司，內蒙古鄂爾多斯017000）

摘要：隨著我國社會的發展和進步，當前我國機電行業也取得了較為顯著的發展，然而在實際的機電領域行業發展中，怎樣才能更加充分的發揮出機電領域知識在產品設計以及創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可以有效解決上述問題，即支持機電產品創新的機電領域知識庫構建技術，這種技術主要是利用機電領域知識的一些特點構建有效的獲得知識的方式，運用機電領域的一些專業技術對其進行正確構建，提出三種檢索方法，如基于關鍵詞的檢索、自然語義的檢索以及功能檢索等，構建支持機電產品創新的機電領域知識庫，從而給機電行業提供更多的信息支持，促進機電產品的改進和創新，推動我國機電領域的健康發展。

關鍵詞：產品創新；機電領域；知識庫構建技術

隨著我國經濟的迅速發展，人們的生活水平有了顯著的提升，而創新受到越來越多的重視。創新是一個民族進步的靈魂。創新也就是采用新型的思維、新的發現、發明以及新的特征將一個事物或者東西進行創造或更新，而現代化的產品創新設計則需要我們對現有知識進行改進、創新，從而實現真正實現產品的創新。無論哪個領域的產品創新過程中都需要豐富的知識進行支撐、維護，機電領域也是如此，領域知識可以給創造設計者提供更多的信息支持，促進設計人員更好地創新設計。機電領域有其獨特的行業特征，基于此相關工作人員則構建了支持產品創新的機電領域知識庫。

一、支持產品創新的機電領域知識庫的構建

1 機電領域知識支持產品創新設計

一個成功的產品設計通常要對產品的各個性能，如具體功能、產品機構、外觀、具體性能等方面進行綜合設計，但是設計產品之前通過要有完整、清晰、正確的概念設計，還要分析其可行性，同時前期的概念設計也是整個產品設計過程中最為基本、也最為重要的階段，它在產品的創新設計中有著非常重要的作用。概念的設想是創造性思維的一種體現，概念產品是一種理想化的物質形式。在前期的概念設計中，我們可以更好地實現從產品功能到結構的映射，結合產品所要具備的功能特性，找出對應的行為方式，再根據行為方式映射出產品的結構。在前期的概念設計中，所有參與的設計人員都應該充分運用現有的相關知識進行產品的創新設計，而只有將領域的所有知識進行系統有效劃分，才能促使設計人員更好地運用這些知識進行產品的創新設計。通常將領域知識劃分為以下幾種類型：（1）原理類型的知識，包括一些設計原理、發明原理等，這些原理類型知識可以給設計人員提供一些基本的方法，促使他們更好地對產品進行創新設計；（2）綜合類的知識，包括一些產品的專利、決策性知識、支持性知識以及多學科的相關知識等，這些綜合類的知識可以幫助設計人員在實際的產品設計中找出一些設計的有效策略和方法；（3）領域類的專業知識，包含領域性的基本知識和專業知識，這些可以為設計人員提供更加專業的支持，促使他們更好地進行產品的創新設計。設計人員通常在由行為方式映射到具體的結構階段會用到一些領域性的知識，而在具體的機電產品創新設計中，設計人員可以結合機電領域知識系統中的典型機構與方法，根據其機電產品所要實現的功能的具體行為方式創設出產品的具體結構。領域知識主要是指某個領域所包含的一些知識，而從知識工程的層面來講，有一些研究則表明領域知識是一個概念化的模型，而在這個模擬中則包括了知識與知識之間的一些相互關聯。

2 機電領域知識的有效獲取與層次劃分

要想更加高效地運用領域知識進行產品的創新設計，則必須要創設出科學、合理的獲取領域知識的方法。獲取知識指的是采用人工或是自動獲取的方式從一些課本或是知識資源上獲取自己想要的信息的一個過程。獲取知識主要是為了更好地實現知識共享，并用這些知識解決自己的問題，它不但是知識實現共享的重要基礎，還是知識庫系統走向實用化過程中急需解決的一個重要問題。機電領域的知識獲取來源主要有設計手冊、期刊、專利、領域專家等4個方面，如圖1所示。

而在通過一些有效方式獲得領域知識以后，需要對其進行層次劃分、有效分類，促使在設計中可以而快速找出對自己有用的信息，節省了查找信息的時間，同時大大提升了設計人員的工作效率。機電領域的多數產品中，有一些產品只是簡單的分為控制和執行兩部分，如機床、起重設備以及輸送設備等，據此可以將機電領域只是分為機械類和電子類，而對于機械類，又可以對其進行細分。機電領域知識具有很明顯的層次性特征，因此對其進行劃分時，應該對其進行逐層細分，而細分的時候則可以采用樹狀、分叉形式的方法。采用樹狀方法對這些機電領域知識進行細分的時候，一定要秉承以下幾個原則：（1）同級之間進行劃分的時候只能參照一個標準對其進行劃分；（2）每個子分類只能附屬于一個上級分類；（3）所有的上級分類不能同子分類呈現并列的關系。而對于特定的產品則應該據其產品的特性進行逐層劃分。

3 機電領域知識庫的本體構建

機電領域的知識比較繁多，概念性知識也很多，而且概念與概念之間還有著較為復雜的關系，這樣管理的難度就會大大增加，而機電領域的本體則可以較好地解決這一管理問題。哲學上認為本體即存在，而Gruber 則認為本體是將共享的概念化知識進行更加明確、形式化的規范。本體的體系結構應該包括3個要素：核心元素集、元素間的交互作用以及這些元素到規范語義間的映射關系。本體的具體構造過程，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）

而只有正確構建機電領域知識庫本體結構，才能有效地解決管理困難的問題。本體的開發和完善是一個反反復復不斷補充的迭代過程。領域本體中的概念應該貼近于要研究的專業領域中的客觀實體和關系法則。本體構建流程如圖2所示。

根據機電領域知識的特征，應該按照以下幾個流程來構建支持產品創新的機電領域知識庫本體結構：

（1）明確支持產品創新的機電領域知識庫的范圍。對于不同的研究領域，因為本體通常所牽扯到的范圍以及所涉及的概念層次有所差異，而相對支持產品創新的機電領域知識庫來講，它主要是針對機電領域的知識進行研究的，而這個知識庫又是針對產品創新設計的。

（2）獲得機電領域的概念性知識。

（3）明確具體對概念性的知識進行分類。在獲得機電領域概念性知識的前提下，分析討論各種概念之間的關聯，繪制出機電領域知識的層次圖。

（4）對這些概念性知識定義屬性。屬性主要是表示分類以及實例的一些具體特征，而這則把機電領域概念屬性定義為：固有屬性、功效屬性以及相關屬性三組特征。固有屬性也就是這類知識本來就有的特征，表示領域知識本身的一些屬性，如一些產品的工作原理、工作性質等；功效屬性則是這類產品所要實現的某種功能，如產品在運轉過程中的轉換等；相關屬性則表示這類產品與這類產品中的其他產品之間的關聯性。如以抽油機的曲柄滑塊來講，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、產品特性，功能屬性則是滑動。

圖1

圖2

二、具體案例

在實際的工作中，如果機床作業時間太長，則會發熱，特別是在作業環境較差，通風不足的情況下，而機床長時間處于發熱狀態，也會影響機床的使用時間，情況嚴重的還會引起安全事故。溫度是致使機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，如電路保護措施不合理等。由于我們已經找到了具體的原因，因此改進的任務就很明確。對于這樣的問題，我們應當采用功能檢索或是自然語義檢索這兩種方式都可以快速、有效地找到解決問題的辦法。

當前支持產品創新設計的過程中，更加強調的是知識的高效利用，因此基于機電產品創新設計對機電領域知識的需求，構建了滿足其需求的機電領域知識庫，促使設計人員更好地利用知識庫對產品進行創新設計，從而有效提升我國機電領域行業的健康發展。

參考文獻

[1]賀歡，李文強，李彥，等.支持產品創新的機電領域知識庫構建技術研究[J].組合機床與自動化加工技術，2014（08）：37-39，52.

[2]龔健文，李彥，李文強，等.支持產品創新的專利知識庫系統構建及應用[J].工程設計學報，2013（04）：265-270，276.

中圖分類號：TH122

文獻標識碼：A