專利名稱：一種基于本體的面向轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械領(lǐng)域，涉及一種復(fù)雜產(chǎn)品的協(xié)同設(shè)計(jì)方法，特別是一種 基于本體的面向復(fù)雜產(chǎn)品的轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
(l)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)將不同地理 位置的機(jī)器，不同領(lǐng)域設(shè)計(jì)人員緊密地聯(lián)系在一起。為了完成一個(gè)復(fù)雜的設(shè)計(jì)工作經(jīng) 常需要不同領(lǐng)域的專家進(jìn)行協(xié)作開發(fā)。計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作(Computer Supported Collaborative Work, CSCW)正是在這種背景之下得到了廣泛的發(fā)展。計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同 設(shè)計(jì)(Computer Supported CollaborativeDesign， CSCD)是CSCW理論和技術(shù)在產(chǎn)品開發(fā) 過程中的有效應(yīng)用，它以客戶需求為目標(biāo)，以所開發(fā)的產(chǎn)品為核心，組織不同專業(yè)領(lǐng)域的多 學(xué)科技術(shù)進(jìn)行異地分布式協(xié)同設(shè)計(jì)，它可使分布式環(huán)境下不同主體都能同步或異步地參與 到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)之中，從而大大提高了產(chǎn)品開發(fā)的質(zhì)量和效率。 (2)知識庫的實(shí)現(xiàn)主要涉及知識的表示、傳遞、推理和獲取等方面，以實(shí)現(xiàn)問題求 解，滿足用戶的需求。本體是對概念化的顯式說明，即把現(xiàn)實(shí)世界中的某個(gè)領(lǐng)域抽象成一組 概念，將領(lǐng)域中各種概念及相互關(guān)系顯式地、形式化地表達(dá)出來，使得問題域中的概念與概 念、概念與對象、對象與對象之間的關(guān)系更加明確，從而大大減少對問題中概念和邏輯關(guān)系 可能造成的誤解，以更好地實(shí)現(xiàn)知識的表達(dá)、存儲、檢索與共享。本體在知識庫中的作用有 1)提供了一種結(jié)構(gòu)化的表示領(lǐng)域知識的形式化方法；本體明確說明了領(lǐng)域概念，及概念之 間的關(guān)系，并且支持對領(lǐng)域規(guī)則的描述，是領(lǐng)域知識的形式化表示。 2)提高了知識的可重用性；本體提供了獨(dú)立于應(yīng)用的描述方法，使其可以在不同 系統(tǒng)之間重用，提高了知識重用的層次，這不但使開發(fā)人員減輕了工作負(fù)擔(dān)，而且有效地促 進(jìn)了來自不同領(lǐng)域的研究人員和組織間的交流。 3)支持將靜態(tài)知識和操作知識進(jìn)行分離；這樣，相同操作方面的知識可以應(yīng)用到 不同的領(lǐng)域中。 4)提高了知識的共享性。 方便了不同領(lǐng)域的系統(tǒng)開發(fā)人員和研究人員之間的溝通。本體也是人機(jī)在語義上 交互的最好的基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)命題提供了有效地解決方 法，形成了一種基于本體的，面向復(fù)雜產(chǎn)品的，支持知識融合的既能輔助實(shí)現(xiàn)知識共享、重 用，又能協(xié)助異地設(shè)計(jì)主體協(xié)調(diào)分配設(shè)計(jì)知識的本體知識庫映射。 —種基于本體的面向轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)方法，按照如下步驟(l)提取轉(zhuǎn)子 軸承系統(tǒng)中現(xiàn)有數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)提?。?2)將所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行本體表示，并完成對本體的 精煉，存入本體庫中；(3)將步驟(1)中提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，建立異構(gòu)數(shù)據(jù)庫，為本體庫與 異構(gòu)數(shù)據(jù)庫建立映射模型，實(shí)現(xiàn)映射算法；(4)對步驟(3)中建立的異構(gòu)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理， 完成轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計(jì)。 所述步驟(1)是指對轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)的設(shè)計(jì)資料、產(chǎn)品模型文檔和數(shù)據(jù)、性能分析 數(shù)據(jù)、專家知識和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行提取。 所述步驟(2)所獲取的數(shù)據(jù)是指數(shù)據(jù)庫、計(jì)算程序、設(shè)計(jì)資料、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、成功案例、人員、試驗(yàn)、客戶信息。 所述步驟(3)按照如下步驟(a)數(shù)據(jù)分類，并將分類的數(shù)據(jù)按照相互關(guān)系存入 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)；(b)構(gòu)建本體庫時(shí)以數(shù)據(jù)表名稱作為相關(guān)類的子類名，而數(shù)據(jù)表 中每一列的名稱作為類的屬性，每一列的數(shù)值類型和與屬性對應(yīng)的實(shí)例值的類型一致；(c) 對已建立的本體進(jìn)行操作，與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進(jìn)行連接，利用結(jié)構(gòu)化查詢語言對數(shù)據(jù)庫中 數(shù)據(jù)表進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)本體庫與知識庫的映射；(d)映射算法的實(shí)現(xiàn)。 本發(fā)明的有益效果是為轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)命題提供了有效地解決方法，形 成了一種基于本體的，面向復(fù)雜產(chǎn)品的，支持知識融合的既能輔助實(shí)現(xiàn)知識共享、重用，又 能協(xié)助異地設(shè)計(jì)主體協(xié)調(diào)分配設(shè)計(jì)知識的本體知識庫映射。


圖1為本發(fā)明的整體實(shí)現(xiàn)流程圖；圖2為本體庫與知識庫映射算法流 程圖；圖3為異構(gòu)數(shù)據(jù)庫協(xié)同管理流程圖；圖4為協(xié)同設(shè)計(jì)知識庫的主要功能圖；圖5為轉(zhuǎn) 子軸承系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)知識庫的體系結(jié)構(gòu)；圖6為滑動軸承設(shè)計(jì)本體相關(guān)類及屬性；圖7為 本體庫與知識庫的映射模型。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述參見圖1、2、3、4、5、6、 7，一種基于本體的面向轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)方法，按照如下步驟實(shí)現(xiàn)(l)提取現(xiàn)有數(shù) 據(jù)中的機(jī)械、控制、動力、電氣、材料等方面知識信息；對機(jī)械、控制、動力、電氣、材料等方面 的設(shè)計(jì)資料、產(chǎn)品模型文檔和數(shù)據(jù)、性能分析數(shù)據(jù)、專家知識和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等進(jìn)行提取。在產(chǎn) 品協(xié)同開發(fā)過程中，設(shè)計(jì)人員根據(jù)自己的角色和承擔(dān)的任務(wù)，按照一定的權(quán)限對產(chǎn)品設(shè)計(jì) 過程中的部分知識和數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。 (2)完成知識提取之后，將所獲取的知識進(jìn)行本體表示，并完成對本體的精煉，存 入本體庫中；以轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)中的滑動軸承為例，說明本體表示、精煉存儲的過程滑動軸 承設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有(l)選擇軸承形式；(2)選定潤滑油及其參數(shù)計(jì)算；(3)選擇軸承參 數(shù)；(4)靜動特性參數(shù)計(jì)算；(5)參數(shù)校核。在參數(shù)校核滿足要求之后，還需進(jìn)行軸系動力 學(xué)設(shè)計(jì)，即穩(wěn)定性計(jì)算、臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算和不平衡響應(yīng)計(jì)算。如果這三方面的計(jì)算都滿足要 求，就可以進(jìn)行轉(zhuǎn)子、軸承和軸承座等零部件的圖紙繪制。潤滑油和靜動特性參數(shù)計(jì)算可通 過對數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)數(shù)據(jù)表插值獲得，也可通過軸承性能計(jì)算程序計(jì)算得到。本文構(gòu)建的設(shè) 計(jì)知識庫用于支持轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)，對訪問速度有一定要求，又加之專業(yè)軸承性能 計(jì)算程序?qū)υO(shè)計(jì)人員的要求較高，不利于一般設(shè)計(jì)人員的使用，因此本文對軸承性能數(shù)據(jù) 庫的構(gòu)建進(jìn)行了研究。滑動軸承設(shè)計(jì)本體的相關(guān)類及屬性見圖6。滑動軸承的六個(gè)設(shè)計(jì)步 驟類都是類"滑動軸承設(shè)計(jì)"的子類，繼承其屬性，每個(gè)設(shè)計(jì)步驟類又根據(jù)需要分為"輸入"、 "輸出"、"計(jì)算"類，"輸入"和"輸出"類的屬性包括相應(yīng)的參數(shù)，"計(jì)算"類的屬性主要是"調(diào) 用"，其實(shí)例為相應(yīng)程序的存儲地址，以便調(diào)用程序時(shí)能執(zhí)行運(yùn)算。 (3)對(1)中提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，建立數(shù)據(jù)庫，并采用Jena語義網(wǎng)框架為已構(gòu)建 的本體庫與知識庫建立的映射模型，實(shí)現(xiàn)映射算法；1)數(shù)據(jù)分類，并將分類的數(shù)據(jù)按照相 互關(guān)系存入關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)；2)構(gòu)建本體庫時(shí)以數(shù)據(jù)表名稱作為相關(guān)類的子類名， 而數(shù)據(jù)表中每一列的名稱作為類的屬性，每一列的數(shù)值類型和與屬性對應(yīng)的實(shí)例值的類型一致。 3)對已建立的本體進(jìn)行操作，與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進(jìn)行連接，利用結(jié)構(gòu)化查詢語言 對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)表進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)本體庫與知識庫的映射。圖7為本體庫與知識庫的映射
4模型。 4)映射算法的實(shí)現(xiàn)本體庫與知識庫的映射程序由面向?qū)ο蟮木幊陶Z言開發(fā)，需 要基于相應(yīng)的關(guān)鍵程序包來實(shí)現(xiàn)對本體庫和數(shù)據(jù)庫的操作。這里主要使用Jena的本體 子系統(tǒng)和推理子系統(tǒng)的相關(guān)功能。這里用到Jena中兩個(gè)重要的java類l)本體模型 0ntModel0ntModel對RDF模型進(jìn)行了擴(kuò)展，提供處理本體數(shù)據(jù)的功能。在使用語義網(wǎng)工具 包(本處用Jena軟件包)處理本體時(shí)，首先建立一個(gè)本體模型，然后通過本體模型中定義 的方法操作模型。例如Jena通過model包中的ModelFactory類創(chuàng)建本體模型。下面為一 條創(chuàng)建本體模型的語句0ntModel ontModel = ModelFactory. createOntologyModel (); 該語句不含參數(shù)，應(yīng)用默認(rèn)設(shè)置創(chuàng)建一個(gè)本體模型，即使用0WL語言、基于內(nèi)存，支持RDFS 推理。 本發(fā)明從本體表述語言(此處用了 0WL語言)文件獲得本體，讀取時(shí)調(diào)用 0ntoModel提供的Read方法。例如ontModel. read(" file:D:/rotor-bearing, owl"); 上述代碼表示讀取位于D盤根目錄下的rotor-bearing, owl文件來建立本體模型。
2)接口 OntClass這個(gè)接口中定義了本體中與類相關(guān)的操作，通過OntModel中的 listClasses()可以返回模型中所有類組成的迭代器，然后調(diào)用0ntClass的各種方法進(jìn)行 具體操作。 JDBC是用于執(zhí)行SQL語句的Java應(yīng)用程序接口 ，可為多種關(guān)系數(shù)據(jù)庫提供統(tǒng)一訪 問接口 ，它由一組用Java語言編寫的類和接口組成。JDBC為數(shù)據(jù)庫開發(fā)人員提供了 一個(gè)標(biāo) 準(zhǔn)的應(yīng)用程序接口，本發(fā)明利用它來實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)表的操作。 (4)對以上中建立的異構(gòu)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理，成功支持轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計(jì)；
轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)本體庫為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)仿真數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的協(xié)同處理提供了統(tǒng)一的接口，通過
本體語義推理機(jī)(Jena)可實(shí)現(xiàn)對異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的協(xié)同管理、查詢和操作。 在轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，承擔(dān)某一角色的系統(tǒng)用戶訪問動態(tài)網(wǎng)頁發(fā)出請求，
通過應(yīng)用程序接口將用戶請求發(fā)送至Web服務(wù)器。服務(wù)器上的應(yīng)用程序進(jìn)行邏輯判斷，對
用戶請求進(jìn)行識別，得出訪問對象。基于本體語義推理機(jī)(Jena)將識別結(jié)果與轉(zhuǎn)子軸承系 統(tǒng)本體庫中相應(yīng)本體進(jìn)行匹配，獲得仿真數(shù)據(jù)或試驗(yàn)數(shù)據(jù)本體相關(guān)的類和屬性。然后通過
接口對相應(yīng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行連接和訪問，不同異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的連接和訪問方式也不同，獲得數(shù)據(jù) 庫中所需數(shù)據(jù)后又通過接口和應(yīng)用程序接口返回給用戶。這里轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)本體庫相當(dāng)于 一個(gè)接口 ，捕獲了異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵信息，用戶可通過本體語義推理機(jī)(Jena) 對本體進(jìn)行操作，訪問對本體實(shí)例化的異構(gòu)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的協(xié)同管理。 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定
本發(fā)明的具體實(shí)施方式
僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫 離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所
提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種基于本體的面向轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)方法，其特征在于，按照如下步驟(1)提取轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)中現(xiàn)有數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)提??；(2)將所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行本體表示，并完成對本體的精煉，存入本體庫中；(3)將步驟(1)中提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，建立異構(gòu)數(shù)據(jù)庫，為本體庫與異構(gòu)數(shù)據(jù)庫建立映射模型，實(shí)現(xiàn)映射算法；(4)對步驟(3)中建立的異構(gòu)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理，完成轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計(jì)。
2. 如權(quán)利要求1所述一種基于本體的面向轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)方法，其特征在于 所述步驟(1)是指對轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)的設(shè)計(jì)資料、產(chǎn)品模型文檔和數(shù)據(jù)、性能分析數(shù)據(jù)、專家 知識和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行提取。
3. 如權(quán)利要求1所述一種基于本體的面向轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)方法，其特征在于 所述步驟(2)所獲取的數(shù)據(jù)是指數(shù)據(jù)庫、計(jì)算程序、設(shè)計(jì)資料、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、成功案例、人員、 試驗(yàn)、客戶信息。
4. 如權(quán)利要求1所述一種基于本體的面向轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)方法，其特征在于， 所述步驟(3)按照如下步驟(a) 數(shù)據(jù)分類，并將分類的數(shù)據(jù)按照相互關(guān)系存入關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)；(b) 構(gòu)建本體庫時(shí)以數(shù)據(jù)表名稱作為相關(guān)類的子類名，而數(shù)據(jù)表中每一列的名稱作為 類的屬性，每一列的數(shù)值類型和與屬性對應(yīng)的實(shí)例值的類型一致；(c) 對已建立的本體進(jìn)行操作，與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進(jìn)行連接，利用結(jié)構(gòu)化查詢語言對數(shù) 據(jù)庫中數(shù)據(jù)表進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)本體庫與知識庫的映射；(d) 映射算法的實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于本體的面向轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)方法，按照如下步驟(1)提取轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)中現(xiàn)有數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)提?。?2)將所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行本體表示，并完成對本體的精煉，存入本體庫中；(3)將步驟(1)中提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，建立異構(gòu)數(shù)據(jù)庫，為本體庫與異構(gòu)數(shù)據(jù)庫建立映射模型，實(shí)現(xiàn)映射算法；(4)對步驟(3)中建立的異構(gòu)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理，完成轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計(jì)。本發(fā)明的有益效果是為轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)命題提供了有效地解決方法，形成了一種基于本體的，面向復(fù)雜產(chǎn)品的，支持知識融合的既能輔助實(shí)現(xiàn)知識共享、重用，又能協(xié)助異地設(shè)計(jì)主體協(xié)調(diào)分配設(shè)計(jì)知識的本體知識庫映射。
文檔編號G06F17/50GK101794341SQ201010144308
公開日2010年8月4日 申請日期2010年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月12日
發(fā)明者席文奎, 袁小陽, 韓勇 申請人:西安交通大學(xué)