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虚拟企业基于知识的产品概念设计研究

作　者: 蔡波
导　师: 杨海成
学　校: 西北工业大学
专　业: 航空宇航器制造工程
关键词: 概念设计基于知识虚拟企业概念设计信息模型设计重用本体论知识捕捉知识集成产品数据管理 Web Servce XML RDF
分类号: TP391.72
类　型: 博士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

面对动态多变的市场环境，制造企业为了提升竞争力需要进行产品创新，并采用敏捷制造模式建立虚拟企业，以解决TQCS难题。研究虚拟企业中基于知识的产品概念设计对于实现以上目标具有重要意义。在虚拟企业中产品概念设计所需要的知识分布在它的成员企业中，如何组织、捕捉和集成这些知识以实现概念设计的演进和决策，是虚拟企业中基于知识的概念设计所要研究的关键问题。本文就虚拟企业中概念设计问题求解、概念设计信息建模、概念设计知识的获取以及概念设计决策知识的捕捉和集成这几方面进行了深入系统的研究，主要研究内容和成果包括： (1) 虚拟企业基于知识的概念设计问题求解分析了概念设计问题病态结构的特点以及产生的原因，研究了概念设计状态(产品规范和FBS框架)的表示、概念设计决策的方法和特点以及基于知识的概念设计问题求解，指出造成设计问题结构病态化的原因是在设计的早期阶段设计决策知识的缺乏，提出捕捉概念设计决策知识是降低概念设计问题结构病态程度的有效方法。还研究了并行的概念设计方法。在虚拟企业概念设计过程建模的基础上，分析了该过程所需知识的类型、特点、存在形式和分布情况，并在此基础上提出了虚拟企业基于知识的概念设计系统的系统框架。 (2) 概念设计信息建模研究了概念设计信息中非几何信息和几何信息的具体内容和表示方法。通过建立功能模型、行为模型和结构模型，实现了FBS框架中功能、行为和结构的形式化表示。建立了支持自顶向下设计方法的计算机辅助工业设计几何模型，它能够记录儿何建模的历史并提供几何信息粒度可控的机制。最后建立了实现充分形式化并记录概念设计历史的概念设计信息模型，它支持概念设计重用。 (3) 虚拟企业中的概念设计重用分析了虚拟企业中概念设计重用的需求，提出了基于PDM系统构建设计重用系统的方法，研究了概念设计信息模型与PDM元数据的集成，在此基础上建立了多粒度层次的概念设计重用框架，同时还研究了设计意图匹配的具体算法和概念设计重用信息检索的具体方法，最后研究了支持分布异构环境下的互操作并具有松耦合结构的基于WebService的设计重用系统的体系结构和处理流程，并建立了概念设计标记语言。 (4) 基于本体论的知识捕捉研究了本体论的基本理论，给出了本体论及其相关概念的定义，研究了本体论的结构以及该结构中不同组成部分的表示方法。在此基础上，研究了企业本体论和其中的产品本体论，给出了在STEP基础上建立产品本体论的方法。研究了基于本体论的知识表示方法，该方法将知识表示为本体论片断的实例。首次提出了基于本体论的知识捕捉方法，研究了该方法的基本理论以及在概念设计决策知识捕捉方面的应川。（5）虚拟企业中概念设计决策知识的捕捉与集成建立了基于本体论的知识结构化查询语言。研究了可实现本体论实例化的企业信息XML访问层的构建方法。在此基础上，研究了本体论实例化方法，给出了本体论片断实例查询的算法和算例。还研究了企业本体论服务器的功能和结构、虚拟企业知识捕捉系统的工作原理以及其中的知识查询服务器的构成。最后研究了在基于本体论的语义集成的基础上实现虚拟企业知识集成的方法。

全文目录

第一章绪论  13-25
  §1．1 概念设计的研究现状  13-17
    §1．1．1 概念设计研究的背景和意义  13-14
    §1．1．2 概念设计的定义  14
    §1．1．3 概念设计的研究现状  14-17
  §1．2 设计问题求解和基于知识的概念设计方法  17-18
  §1．3 虚拟企业基于知识的概念设计  18-22
    §1．3．1 敏捷制造产生的背景  18-19
    §1．3．2 虚拟企业的概念和特点  19-20
    §1．3．3 虚拟企业基于知识的概念设计  20-22
  §1．4 本论文主要研究内容  22-23
  §1．5 各章的内容安排  23-25
第二章虚拟企业基于知识的概念设计问题求解  25-42
  §2．1 概念设计问题的求解策略  25-32
    §2．1．1 概念设计问题的病态结构分析  25-27
    §2．1．2 概念设计状态  27-29
      §2．1．2．1 产品规范  27
      §2．1．2．2 功能-行为-结构框架  27-29
    §2．1．3 概念设计决策  29-31
      §2．1．3．1 概念设计决策的实现方法  29-30
      §2．1．3．2 粗粒度下的概念设计决策  30-31
    §2．1．4 基于知识的概念设计问题求解  31-32
  §2．2 并行的概念设计方法  32-33
    §2．2．1 并行工程的定义  32
    §2．2．2 并行的概念设计  32-33
  §2．3 虚拟企业概念设计的过程模型  33-36
  §2．4 虚拟企业概念设计的知识需求分析  36-38
  §2．5 虚拟企业基于知识的概念设计系统的系统框架  38-40
  §2．6 本章小结  40-42
第三章概念设计信息建模  42-60
  §3．1 概念设计信息的表示  42-44
    §3．1．1 概念设计信息中非几何信息的表示  42-43
    §3．1．2 概念设计信息中几何信息的表示  43-44
  §3．2 功能模型  44-46
  §3．3 行为模型  46-51
  §3．4 结构模型  51-54
  §3．5 计算机辅助工业设计（CAID）的几何模型  54-56
  §3．6 概念设计信息模型  56-59
  §3．7 本章小结  59-60
第四章虚拟企业中概念设计重用的实现  60-88
  §4．1 虚拟企业中概念设计重用的需求分析  60-62
  §4．2 基于PDM的概念设计重用系统  62-69
    §4．2．1 PDM系统的功能模块  62-63
    §4．2．2 基于PDM的概念设计重用系统的实现  63-64
    §4．2．3 PDM系统的功能扩展  64-65
    §4．2．4 概念设计信息模型与PDM元数据的集成  65-69
  §4．3 概念设计重用信息的检索  69-73
    §4．3．1 多粒度层次的概念设计重用框架  69-70
    §4．3．2 设计意图的匹配  70-72
    §4．3．3 概念设计重用信息的检索  72-73
  §4．4 基于Web Service的设计重用系统  73-82
    §4．4．1 Web Service技术  73-76
    §4．4．2 Web Service与分布式组件的比较  76-77
    §4．4．3 基于Web Servcie的设计重用系统  77-82
      §4．4．3．1 系统的体系结构  77-79
      §4．4．3．2 系统的处理流程  79-80
      §4．4．3．3 设计重用服务对象的实现  80-82
  §4．5 概念设计标记语言（CDML）  82-86
    §4．5．1 XML语言  82-83
    §4．5．2 产品数据标记语言（PDML）  83-84
    §4．5．3 概念设计标记语言（CDML）  84-86
  §4．6 本章小结  86-88
第五章基于本体论的知识捕捉  88-115
  §5．1 本体论的基本理论  88-98
    §5．1．1 本体论的定义  88-90
    §5．1．2 本体论的结构  90-91
    §5．1．3 本体论的表示层  91-93
    §5．1．4 本体论的逻辑和推理层  93-94
    §5．1．5 本体论的存储和交换层  94-97
      §5．1．5．1 资源描述框架（RDF）  94-95
      §5．1．5．2 基于RDFS的存储和交换层  95-97
    §5．1．6 本体论的建立  97-98
  §5．2 企业本体论  98-100
  §5．3 产品本体论  100-106
    §5．3．1 产品本体论的定义和用途  100
    §5．3．2 产品本体论的构建  100-106
  §5．4 基于本体论的知识表示  106-108
  §5．5 基于本体论的知识捕捉  108-112
    §5．5．1 方法体系  108-110
    §5．5．2 基于本体论的知识捕捉  110-112
      §5．5．2．1 事实型知识的捕捉  110
      §5．5．2．2 关联规则的捕捉  110-112
  §5．6 概念设计决策知识的捕捉  112-114
  §5．7 本章小结  114-115
第六章虚拟企业中概念设计决策知识的捕捉与集成  115-138
  §6．1 知识结构化查询语言（K-SQL）  115-116
  §6．2 企业信息的XML访问层  116-121
    §6．2．1 使用XML访问数据库  116-120
      §6．2．1．1 数据库的XML视图  117-119
      §6．2．1．2 使用XML访问数据库  119-120
    §6．2．2 基于RDF的内容管理  120-121
  §6．3 本体论实例化  121-124
    §6．3．1 本体论与数据库的XML映射模式的映射  121-124
      §6．3．1．1 XML数据的XPath查询  121-122
      §6．3．1．2 映射关系的XML表示  122-124
      §6．3．1．3 映射关系表  124
    §6．3．2 本体论与内容管理的RDF元数据的映射  124
  §6．4 本体论片断实例查询  124-129
    §6．4．1 本体论片断完全实例化  124-127
    §6．4．2 查询序列的建立和执行  127-129
  §6．5 企业本体论服务器  129-132
    §6．5．1 企业本体论服务器的功能  129-130
    §6．5．2 企业本体论服务器的系统结构  130-132
  §6．6 虚拟企业知识捕捉系统的建立  132-135
    §6．6．1 虚拟企业知识捕捉系统的工作原理  132-133
    §6．6．2 知识查询服务器  133-135
    §6．6．3 辅助工具  135
  §6．7 虚拟企业的知识集成  135-137
    §6．7．1 跨越传统企业边界的知识捕捉  135-136
    §6．7．2 基于本体论的语义集成  136-137
  §6．8 本章小结  137-138
第七章结论  138-143
  §7．1 全文总结  138-141
  §7．2 创新点  141
  §7．3 有待进一步研究的问题  141-143
附录A 概念设计标记语言（CDML）的XML Schema定义  143-146
附录B 采用基于框架的本体论基本建模实体建立本体论的示例  146-149
附录C 虚拟企业基于知识的概念设计原型系统  149-154
攻读博士学位期间发表的论文  154
EI收录  154
参加的科研工作  154
获奖情况  154-155
致谢  155-156
参考文献  156-161

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