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基于语义的产业链网络化协同设计模式及关键技术研究

汤华茂  
【摘要】:产业链传统产品设计模式中供应商只是试制阶段才参与产品开发,影响了主机厂对市场的快速响应以及零部件的设计质量和制造成本。因此,主机将自己承担的零部件设计任务交给供应商进行同步开发,减少试制返工,降低制造成本,缩短开发周期。基于Internet构建计算机支持的网络化协同设计模式、工具、方法以及平台是产业链开展网络化协同设计的迫切需求。由于传统Web缺乏语义,现有的网络化协同设计模式通过HTML文档描述设计资源、设计需求、产品模型、设计任务等,很难被主机厂、供应商以及计算机系统所共同理解,容易产生歧义。同时Web上的信息不被计算机所理解,很难提高协同设计的智能化和自动化水平。针对以上问题,提出了基于语义的网络化协同设计模式,构建了基于语义使能技术的网络化协同设计系统模型,并对基于语义的产品功能模型、共享产品及零部件信息模型以及协同设计项目任务模型等关键技术进行了深入研究。论文的主要研究内容如下: ①提出了一种基于语义的网络化协同设计模式。采用语义元数据来描述网络化协同设计的过程、任务、标准、接口以及产品信息等,使设计信息交互以及协同设计过程具有明确定义的语义,使人和机器都能共同理解,减少歧义。构建了基于语义使能技术的网络化协同设计系统模型,其体系结构主要由六层组成,分别为:基础数据支撑层、传统业务支撑层、设计资源语义描述层、网络化协同设计本体层、基于语义的协同设计服务层以及基于语义的协同设计应用层。 ②提出了一种基于语义的产品功能形式化描述模型。使产品功能模型的描述有一个统一的标准并且能够准确表达设计者的意图,让网络化协同设计的主机企业、供应商以及计算机都能共同理解。构建了产品功能本体,定义了产品功能、功能行为、功能流以及产品功能特征属性的语义元数据描述模型。 ③提出了一种基于语义的共享产品及零部件信息形式化描述模型。从产品功能、产品性能、产品结构、设计知识、特征属性以及协同管理信息等方面对产品及零部件信息进行语义描述。定义了产品本体的概念以及描述产品及零部件信息的语义元数据。 ④提出了一种基于语义的协同设计项目任务形式化描述模型。从项目任务特征属性以及项目任务与设计资源、任务方法、设计对象、企业部门及供应商之间的关系两个方面来描述项目任务。定义了描述项目任务的语义元数据,将任务之间以及任务与其他信息之间的关系明确化、显示化和形式化,使计算机能自动参与协同设计项目计划的执行和过程监控。 ⑤构建了基于语义的网络化协同设计平台。平台采用Java2的EJB技术,Weblogic中间件、Oracle数据库以及三层体系结构实现。采用OWL作为本体描述语言构建产品功能本体、产品本体以及项目任务本体,通过本体对产品数据库、设计资源库、知识经验库、项目任务库等进行语义标注。采用SPARQL本体查询语言,使用Pellet推理机来实现基于语义的查询和推理。


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