一种基于本体的产品功能语义建模表示及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种基于本体的产品功能语义建模表示，包括以下步骤：(1)通过OWL‑DL语言定义创建产品功能语义表示相关概念的本体概念，得到功能语义本体；(2)将功能基中的功能动词重定义为本体概念，并用OWL‑DL本体语言添加语义约束，实现对功能动词概念的语义扩充；(3)创建与功能语义本体一致的SysML元模型；(4)使用步骤(3)创建的SysML元模型进行功能定义模型和功能结构模型的创建。本发明专利技术提供的基于本体的产品功能语义建模表示可以消除功能表示的不确定性和二义性，提供计算机可理解的语义结构，为功能推理和自动功能分解等应用奠定基础。

【技术实现步骤摘要】
一种基于本体的产品功能语义建模表示及应用
本专利技术涉及产品概念设计阶段的功能语义建模表示，特别涉及一种基于本体的产品功能语义建模表示及应用。
技术介绍
在概念设计阶段，传统的产品功能表示一般使用动词+名词短语进行主观描述，难以提供丰富的语义驱动系统设计。功能表示的目的就是提供规范化的建模方法，帮助设计者将主观的设计意图转换为相对客观的功能描述，进而通过功能分解将设计任务系统化地细分为具体的子任务。本体在信息科学领域是指“对概念化的显式说明”，通过提供形式化的语义表达和推理实现知识的共享和重用，本体描述了某个领域内概念与概念之间的相互关系；不同的本体语言提供不同的特征。在功能模型中包含本体化的功能语义，则使用SysML建模语言作为功能的可视化模型表示的实现形式。目前己有的功能知识本体大多强调对领域术语的规范化，及术语概念之间的关系公理的定义，但概念本身的定义依然缺乏严格的语义条件约束。语义网技术基于本体知识表达，实现数据级的语义关联，能有效支持知识共享和重用。语义网标准使用网络本体语言(WebOntologyLanguage,OWL)作为语义形式化的解决方案。由于OWL基于描述逻辑(DescriptionLogic,DL)，因此，将语义网技术引入到概念设计中，可以为功能知识定义结构化、可判定的语义。目前主流的功能表示方式是用输入/输出流的状态转换体现功能的任务目的，而功能自身的语义往往只使用一个动词体现其行为类型。同时，对流的状态描述，也仅仅由名词描述其类型，而具体的状态属性则缺乏形式化的定义。因此导致以下问题：(1)功能表示缺乏计算机可理解的结构，浅层的流状态语义难以为知识推理提供足够的信息，阻碍了功能自动分解的实现。(2)功能的作用效果语义缺乏显示的表示机制，由动词概括的功能目的可能导致语义冲突和二义性，无法实现基于语义的功能知识检索。(3)缺乏有效支持自顶向下的概念设计过程中的功能建模及多视角、多解析度表示功能语义的工具。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于本体的产品功能语义建模表示，可以消除功能表示的不确定性和二义性，提供计算机可理解的语义结构，为功能推理和自动功能分解等应用奠定基础。一种基于本体的产品功能语义建模表示，包括以下步骤：(1)创建产品功能语义表示相关的本体概念，得到功能语义本体；(2)将功能基中的功能动词重定义为本体概念，并用OWL-DL本体语言添加语义约束，实现对功能动词概念的语义扩充；(3)创建与功能语义本体中各个概念一致的SysML元模型；(4)使用步骤(3)创建的SysML元模型进行功能定义模型和功能结构模型的创建。所述步骤(2)中将功能基中的功能动词重定义为本体概念的方法为：(2-1)定义继承于功能Function的子概念：基本功能BasicFunction；(2-2)定义继承于基本功能BasicFunction的子概念：单流变化功能SingleFlowChangeFunction和多流变化功能MultiFlowChangeFunction；(2-3)根据每个功能动词的定义中暗示的该功能所拥有的主要流的数目，将每个功能动词归纳为单流变化功能SingleFlowChangeFunction和多流变化功能MultiFlowChangeFunction的子类，并定义其主输入流primaryInputFlow和主输出流primaryOutputFlow的基数限制CardinalityRestrictions。所述基本功能BasicFunction的本体语义约束为：有且仅有小于2个的主输入流，有且仅有小于2个的主输出流，且只有单一效应的功能。所述单流变化功能SingleFlowChangeFunction为主输入流、主输出流数目均不大于1的基本功能；所述多流变化功能MultiFlowChangeFunction为不属于SingleFlowChangeFunction类型的基本功能，即经本体推断不属于SingleFlowChangeFunction的BasicFunction实例的集合。所述步骤(2)中添加语义约束的方法为：将功能动词直接对应为一种确定的功能效应类型，或根据个别动词的定义对功能效应的属性值进行约束。所述步骤(3)中创建与功能语义本体一致的SysML元模型的方法为：对SysML语言进行扩展，定义与功能语义本体中概念一致并包含相应属性字段的元模型。所述步骤(4)中功能定义模型和功能结构模型的创建方法为：在SysML建模平台导入功能语义建模扩展包，在SysML建模平台上进行功能建模，包括定义功能的输入流和输出流语义和功能效应。本专利技术还提供一种基于本体的产品功能语义建模表示的应用，所述基于本体的产品功能语义建模表示支持产品自顶向下的概念设计，通过SysML建模语言帮助设计者将主观的设计意图转化为规范化的功能模型表示。本专利技术提出的基于本体的产品功能语义建模表示：首先使用本体形式化概念设计中功能知识，定义功能表示的相关概念及概念间的关系；其次，对于概念设计领域通用的“FunctionalBasis”(功能基)中的功能术语，在本体中进行重定义及基于OWL-DL语义扩充；将动词中隐含的功能作用效果语义转化为基于描述逻辑的表达，消除了使用纯文本描述功能任务导致的语义冲突和歧义；最后，基于SysML扩展出功能语义本体中概念的对应元模型，支持多视角多解析度的功能语义建模表示，实现功能的图形化建模表示，所创建的功能模型的语义表示特性、模型可追溯性及可推理性与其它功能表示相比具有突出的优势。本专利技术提出的基于本体的产品功能语义建模表示通过基于本体的概念设计功能知识的形式化表示，支持功能语义的结构化；结构化的功能语义具备计算机可解释性，能够支持一致性检测、知识推理和语义检索，有助于功能自动分解与自动推理的实现；对功能动词进行本体语义扩充，将动词中隐含的功能作用效果语义转化为基于描述逻辑的表达，消除了使用纯文本描述功能任务导致的语义冲突和歧义。附图说明图1为实施例1中功能语义本体的核心概念定义；图2为实施例1中“Function”本体概念定义；图3为实施例1中“BasicFunction”本体概念定义；图4为实施例1中“SingleFlowChangeFunction”本体概念定义；图5为实施例1中“MultiFlowChangeFunction”本体概念定义；图6为实施例1中流状态语义建模的SysML元模型；图7为实施例1中功能语义建模的SysML元模型；图8为实施例1中功能建模语言配置包定义图；图9为实施例1中基于SysML的总功能语义建模；图10为实施例1中基于SysML的功能分解树建模；图11为实施例1中基于SysML的功能结构模型；图12为实施例1中功能模型的本体语义推理；图13为本专利技术提供的产品功能语义建模表示流程图。具体实施方式如图13所示，本专利技术提供的基于本体的产品功能语义建模表示，包括以下步骤：首先建立功能语义本体，通过OWL-DL(WebOntologyLanguage-DescriptionLogic)语言定义表达功能语义的功能，流对象，流类型，流属性，功能效应等概念及概念间的关联；基于功能基词典中功能动词的定义为功能概念建立子类型，并通过添加功能效应和输入输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于本体的产品功能语义建模表示，包括以下步骤：(1)创建产品功能语义表示相关的本体概念，得到功能语义本体；(2)将功能基中的功能动词重定义为本体概念，并用OWL‑DL本体语言添加语义约束，实现对功能动词概念的语义扩充；(3)创建与功能语义本体中各个概念一致的SysML元模型；(4)使用步骤(3)创建的SysML元模型进行功能定义模型和功能结构模型的创建。

【技术特征摘要】
1.一种基于本体的产品功能语义建模表示，包括以下步骤：(1)创建产品功能语义表示相关的本体概念，得到功能语义本体；(2)将功能基中的功能动词重定义为本体概念，并用OWL-DL本体语言添加语义约束，实现对功能动词概念的语义扩充；(3)创建与功能语义本体中各个概念一致的SysML元模型；(4)使用步骤(3)创建的SysML元模型进行功能定义模型和功能结构模型的创建。2.根据权利要求1所述的基于本体的产品功能语义建模表示，其特征在于，所述步骤(2)中将功能基中的功能动词重定义为本体概念的方法为：(2-1)定义继承于功能的子概念：基本功能；(2-2)定义继承于基本功能的子概念：单流变化功能和多流变化功能；(2-3)根据每个功能动词的定义中暗示的该功能所拥有的主要流的数目，将每个功能动词归纳为单流变化功能和多流变化功能的子类，并定义其主输入流和主输出流的基数限制。3.根据权利要求2所述的基于本体的产品功能语义建模表示，其特征在于，所述基本功能的本体语义约束为：有且仅有小于2个的主输入流，有且仅有小于2个的主输出流，且只有单一效应的功能。4.根据权利要求2所述的基于本体的产品功能语义建模表示，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉生，袁琳，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33