● 摘要
机电产品开发涉及机械、液压、控制等多门学科和技术，在这种多学科交叉和技术融合的背景下，对于知识集成技术的研究和实现能够推动机电产品科技创新持续、快速、健康发展。在机电系统开发过程中，设计者对于知识的掌握决定了组织的创新能力，新产品开发是创造性思维和灵活运用已有知识和经验的过程。为了促进对机电系统多学科设计中异构知识的共享，提高知识的利用率，结合国家985二期项目“航空航天复杂机电产品先进制造系统创新平台”，本文对基于本体的机电系统知识集成的相关理论和方法上进行了研究和探索，意在针对知识生命周期——知识的获取与表达、知识的共享和知识的利用等阶段，建立一套完整的、可行的机电系统知识集成系统实施方案，主要工作和研究内容包括以下几个方面。首先，针对机电系统知识集成中知识源异构性、分布性和自治性的特点，提出了面向服务的机电系统知识集成框架MSKIF，给出了MSKIF的参考模型；说明了参考模型的三个部分：知识源和知识应用组件、组件适配器和组件执行系统；给出了MSKIF的基础——机电系统领域本体MSO以及MSKIF中服务的定义。MSKIF为实现知识重用、知识共享和不同应用系统之间的互操作提供了一种技术框架，以便于问题的解决和理解。第二，针对知识生命周期中的知识获取与表达，讨论了机电系统集成框架的基础——机电系统领域本体的构建方法，介绍了本体的开发方法及评价准则；并重点研究了如何使用本体学习技术辅助构建本体以及如何使用基于统计的方法从文本和Web网页语料中学习本体；使用了中科院的ICTCLAS系统对中文语料进行词语切分、词性标注和未登录词识别；对本体概念学习以及关系学习相关算法进行了研究并给出了实验结果。第三，研究了机电系统知识集成中的知识共享访问问题。为了解决知识集成语义异构问题，实现知识应用系统对异构知识源的知识访问和共享，提出了一种基于本体映射的知识访问机制，建立了基于本体映射的知识访问模型并应用于机电系统知识集成框架；为了实现本体映射规则的自动和半自动生成，设计和实现了一种结合了元素级映射技术和结构级映射技术的本体映射算法，提高了建立本体映射规则的效率和准确性。另外，在机电系统知识的获取、表达和共享访问的基础上，进一步对知识的的利用进行了以下研究，并建立了多个知识应用系统。第四，针对传统智能设计方法中存在的问题，将本体与本体映射引入智能设计领域，揭示了产品设计与本体映射的内在联系，提出了一种基于本体映射的智能设计方法；通过将产品的设计问题转换为本体映射问题，利用本体映射算法搜索本体知识库中符合设计需求的产品设计方案；使用飞控作动器设计实例以及起重机起升机构方案设计实例，验证了基于本体映射的智能设计方法的正确性和有效性；作为机电系统知识集成框架中的一个知识应用，在此基础上建立了机电产品智能设计系统。第五，对机电产品项目开发过程中众多不可预见的因素所造成的不确定性进行研究，提出了基于云模型的网络计划建模方法并用于机电产品开发项目管理；利用云模型的不确定性表示方法给出了项目活动时间的云模型表示，并定义了用于项目持续时间计算的云运算，能够同时处理项目持续时间估计中所遇到的随机性和模糊性，从而可以较好地处理项目持续时间估计中的不确定性；为了便于实现项目信息在知识集成框架中的共享和利用，构建了云模型本体，并在此基础上建立了项目网络计划的本体描述。最后，在以上研究的基础上，构建了基于本体的机电系统知识集成原型系统，设计并实现了相关的关键子系统和支撑工具；主要包括机电系统本体生成系统MSOBuilder、知识服务门户MSKnowledgePortal、数据服务器MSDataServer、数据浏览器MSDataBrowser和知识访问中介服务器MSMediatorServer以及飞控作动器智能设计系统FlightControActuatorlIDS和机电系统项目管理系统MSPMS。