一種基于本體的特征加工工藝知識表達推理的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及特征加工工藝知識的表達及推理領(lǐng)域，具體的涉及一種基于本體的特 征加工工藝知識表達推理的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 特征加工工藝知識是工藝知識體系中非常重要的一部分，在三維工藝設計中，特 征加工工藝知識的核心價值在于為零件工藝路線提供具有參考價值的工藝基礎，利用特征 的屬性推理出的特征加工工藝能保證加工過程是經(jīng)濟、符合工藝要求的。
[0003] 知識表達對于問題能否求解、是否便于程序?qū)崿F(xiàn)有重大影響，知識結(jié)構(gòu)的正確表 示很關(guān)鍵，所以要選擇和設計一種實用的表達模式。特征工藝知識表達考慮的因素包括 (但不限于）：1)表達是否準確、有效，推理規(guī)則是否直觀、簡單、可理解且符合人類普遍思 維；2)知識是否便于擴展和維護；3)知識是否便于計算機程序?qū)崿F(xiàn)。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，知識的表達方法主要有以下五種：
[0005] (1)謂詞邏輯表示法：此表示法將知識中的對象、性質(zhì)、狀況和關(guān)系等符號化后， 利用謂詞合式公式和謂詞描述前提條件和定理，然后利用邏輯公式證明新問題是否可從前 提條件中推理出。謂詞邏輯表示法適合表示事物的狀態(tài)、屬性、概念等事實性知識以及事物 間確定的因果關(guān)系，但是不能表示不確定性知識，推理效率很低。
[0006] (2)產(chǎn)生式規(guī)則表示法：此表示法用"IFATHENB"的產(chǎn)生式規(guī)則形式來表示事 物或知識的因果關(guān)系。產(chǎn)生式規(guī)則表示法適用于經(jīng)驗型領(lǐng)域，知識的因果關(guān)系明確，自然靈 活，便于理解，推理過程清晰，但是不適合表達結(jié)構(gòu)性知識，易造成規(guī)則沖突或組合爆炸。
[0007] (3)語義網(wǎng)絡表示法：此表示法采用網(wǎng)絡圖表達知識，其中節(jié)點表示事物、概念和 情況等，弧線表示節(jié)點間的關(guān)系。語義網(wǎng)絡表示法適用于依據(jù)明確分類進行推理的領(lǐng)域和 處理事物的狀態(tài)、性質(zhì)、動作間關(guān)系的場合，自然直接，符合人類思維習慣，但這種弱約束的 網(wǎng)絡圖無法保證推論的嚴格性和有效性，且知識的存儲和檢索較復雜。
[0008] (4)框架表示法：此表示法用框架和槽分別表示事物對象和對象的屬性。一個框 架由一組槽組成，每個槽表示對象的一個屬性，槽的值就是對象的屬性值?？蚣鼙硎痉ㄟm用 于描述層次性好、繼承性好且具有固定形式的對象。當出現(xiàn)多重繼承時，易產(chǎn)生歧義，且不 善于表達過程型知識。
[0009] (5)參數(shù)過程圖表示法：此表示法是一種基于參數(shù)表和過程圖的可視化的知識表 示方法，用參數(shù)表達領(lǐng)域?qū)＜以跊Q策過程中所考慮的各種因素，用過程圖表達過程知識。參 數(shù)過程圖知識表示法具有可視化、參數(shù)化的特點，比較適合表達工藝上動態(tài)的、過程性的知 識。但面對復雜的決策過程時，過程圖的定義過于復雜，知識擴充和維護的難度較大。
[0010] 特征加工工藝知識是過程型知識，具有一定的領(lǐng)域特點，主要包括描述型知識 (特征的加工方法集）和推理型知識（特征與特征加工方法之間的關(guān)系）。描述型知識之 間有較強的關(guān)聯(lián)關(guān)系，如特征加工方法與刀具、機床、加工精度等都有關(guān)聯(lián)。推理型知識描 述較困難，不僅是因為知識條目總量較多，而且部分推理型知識沒有量化或?qū)ο蠡菀桩a(chǎn) 生模糊意義，且部分知識具有隱含意義?？傮w而言，上述方法較難對特征加工工藝的隱含意 義進行推理，且知識條目的可維護性和可推理性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于本體的特征加工工藝知識表達系統(tǒng) 推理的裝置及方法，可以解決過程型的特征加工工藝知識表達和推理難、可維護性差的問 題。
[0012] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種基于本體的特征加工工藝知識表 達推理的裝置，包括依次相連的領(lǐng)域本體模塊、圖形參數(shù)化工藝本體建模模塊、通用本體建 模模塊和推理模塊，所述圖形參數(shù)化工藝本體建模模塊與所述通用本體建模模塊之間設有 數(shù)據(jù)接口，所述通用本體建模模塊與所述推理模塊之間設有插件；
[0013] 所述領(lǐng)域本體模塊，其用于將機械加工領(lǐng)域內(nèi)的工藝知識進行工藝知識本體建模 形成機械加工工藝領(lǐng)域本體；
[0014] 所述圖形參數(shù)化工藝本體建模模塊，其用于將機械加工工藝領(lǐng)域本體進行建模形 成參數(shù)化特征加工工藝本體，并為參數(shù)化特征加工工藝本體提供圖像化特征加工工藝推理 規(guī)則，還用于將外部加工特征轉(zhuǎn)化為特征屬性，還用于將內(nèi)部特征加工方法實例轉(zhuǎn)化為特 征加工方法，形成外部特征加工方法樹；
[0015] 所述通用本體建模模塊，其用于將參數(shù)化特征加工工藝本體和圖像化特征加工工 藝推理規(guī)分別對應轉(zhuǎn)化為通用的靜態(tài)工藝知識本體和工藝推理規(guī)則，還用于將特征屬性轉(zhuǎn) 化為內(nèi)部特征實例；
[0016] 所述推理模塊，其用于將通用的靜態(tài)工藝知識本體根據(jù)工藝推理規(guī)則進行層次結(jié) 構(gòu)和關(guān)系的優(yōu)化，挖掘潛在的概念間的關(guān)系，得到完整優(yōu)化的通用的特征加工工藝知識本 體，還用于將內(nèi)部特征實例進行實例推理得到為內(nèi)部特征加工方法實例。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明一種基于本體的特征加工工藝知識表達推理的裝置 在特征加工工藝知識領(lǐng)域內(nèi)，利用本體理論進行特征工藝知識的表達，可以解決過程型的 特征加工工藝知識表達和推理難、可維護性差的問題；其次本發(fā)明利用圖形化的方式表達 工藝知識，有助于用戶掌握知識維護的方法，使知識表達更加形象，知識維護更加便捷。
[0018] 在上述技術(shù)方案的基礎上，本發(fā)明還可以做如下改進。
[0019] 進一步，所述數(shù)據(jù)接口用于圖形參數(shù)化工藝本體建模模塊與所述通用本體建模模 塊之間進行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，所述插件用于通用本體建模模塊與推理模塊之間進行數(shù)據(jù)交 換。
[0020] 進一步，所述通用本體建模模塊采用Prot6g6建模工具，所述推理模塊采用 Pellet推理機，所述圖形參數(shù)化工藝本體建模模塊采用OGPTool。
[0021] 采用上述進一步方案的有益效果是：本發(fā)明選擇支持OWL第二版和SWRL的 Prot6g6工具作為通用本體建模，一方面此工具提供面向用戶的可視化本體編輯工具，可 以將圖形化本體轉(zhuǎn)化為0WL格式；另一方面此工具作為通用工具，可以與大部分推理機如 Pellet、FaCT++、Hermit、Racer等集成。
[0022] 進一步，所述Prot6g6建模工具和Pellet推理機均支持第二版OWL語言和SWRL 語言，所述第二版OWL語言為描述特征加工工藝知識本體的語言，所述SWRL語言為描述工 藝知識推理規(guī)則的語言。
[0023] 進一步，基于0WL的特征加工工藝知識本體的表達為四元組，所述四元組的格式 為（知識類，知識實例，屬性，關(guān)系）；基于SWRL的工藝知識推理規(guī)則的表達由規(guī)則基元 組成，所述規(guī)則基元形如函數(shù)表達，用類名或關(guān)系名表示函數(shù)名，變量用問號"？ "加變量名 表示；基于〇PGTool的特征加工工藝知識本體建模的表達方式為本體結(jié)構(gòu)樹、實例、參數(shù) 流程圖、約束規(guī)則和計算表達式。
[0024] 基于上述一種基于本體的特征加工工藝知識表達推理的裝置，本發(fā)明還提供一種 基于本體的特征加工工藝知識表達推理的方法。
[0025] -種基于本體的特征加工工藝知識表達推理的方法，包括以下步驟，
[0026]S1，將機械加工領(lǐng)域內(nèi)的工藝知識在上述所述的一種基于本體的特征加工工藝知 識表達推理的裝置中進行表達，得到表達的特征加工工藝知識本體；
[0027]S2,將外部加工特征結(jié)合表達的特征加工工藝知識本體在上述所述的一種基于本 體的特征加工工藝知識表達推理的裝置中進行實例推理，得到外部特征加工方法樹。
[0028] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明一種基于本體的特征加工工藝知識的推理方法利用 本體的特點，建立了特征工藝知識內(nèi)各要素的關(guān)聯(lián)關(guān)系，其維護的過程只需要按要求添加 實例，其維護成本大大降低，維護的效率大大提高。
[0029] 在上述技術(shù)方案的基礎上，本發(fā)明還可以做如下改進。
[0030] 進一步，步驟S1的具體實現(xiàn)包括以下步驟，
[0031]S11，將機械加工工藝領(lǐng)域內(nèi)的工藝知識作為數(shù)據(jù)源，以特征為核心概念，以本體 論作為理論基礎，在領(lǐng)域本體模塊中進行工藝知識本體建模，形成機械加工工藝領(lǐng)域本 體；
[0032]S12,將機械加工工藝領(lǐng)域本體在OGPTool中轉(zhuǎn)化為計算機表達方式，并對計算 機表達方式的機械加工工藝領(lǐng)域本體進行建模，形成參數(shù)化特征加工工藝本體，同時0GP Tool為參數(shù)化特征加工工藝本體提供圖像化特征加工工藝推理規(guī)則；
[0033]S13,將參數(shù)化特征加工工藝本體和圖像化特征加工工藝推理規(guī)則通過數(shù)據(jù)接口 傳遞至Prot6g6建模工具中，并在Prot6g6建模工具中轉(zhuǎn)化為Prot6g6建模工具支持的表 達方式和文件格式，分別對應生成0WL靜態(tài)工藝知識本體和SWRL工藝推理規(guī)則；
[0034]S14,將0WL靜態(tài)工藝知識本體和SWRL工藝推理規(guī)則通過插件傳遞至Pellet推理 機中，并通過Pellet推理機將0WL靜態(tài)工藝知識本體根據(jù)SWRL工藝推理規(guī)則進行層次結(jié) 構(gòu)和關(guān)系的優(yōu)化，挖掘潛在的概念間的關(guān)系，得到完整優(yōu)化的0WL特征加工工藝知識本體， 完成工藝知識的表達。
[0035] 進一步，所述完整優(yōu)化的0WL工藝知識本體通過插件傳遞至Prot6g6建模工具中， 接著通過數(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換到〇GPTool中作為工藝知識存儲起來。
[0036] 進一步，步驟S2的具體實現(xiàn)包括以下步驟，
[0037]S21，將外部加工特征輸入至OGPTool中，并通過OGPTool轉(zhuǎn)化為OGPTool的特 征參數(shù)；
[0038]S22,將特征參數(shù)通過數(shù)據(jù)接口傳遞至Prot6g6建模工具中，并通過Prot6g6建模 工具轉(zhuǎn)化為內(nèi)部特征實例；
[0039]S23,將內(nèi)部特