基于本体的电子装配工艺知识建模与管理_蓝波.pdf

信息技术蓝波，等基于本体的电子装配工艺知识建模与管理基金项目:2021 年北京市大学生科研训练计划深化项目(2021J00201)第一作者简介:蓝波(1973)，男，四川隆昌人，副教授，硕士，研究方向为数字化制造、电工电子新技术应用。DOI:1019344/j cnki issn16715276202301030基于本体的电子装配工艺知识建模与管理蓝波1，胡旭洁2，谭佳豪1，王祖钰1，李鑫1(1 北京石油化工学院 信息工程学院，北京 102617;2 航天建筑设计研究院有限公司，北京 100071)摘要:针对目前电子装配工艺知识在获取、管理及重用方面存在的问题，提出基于本体的电子装配工艺知识建模方法，建立 OKD 电子装配工艺知识组织体系，开发了基于本体的电装工艺知识建模及管理原型系统，支持可视化本体建模，基于 OWL 的形式化描述，构建领域词典，提取索引知识标签，实现电装工艺知识间语义的多重网络化关联，可为基于语义解析的电装工艺知识检索奠定基础，同时推进相关知识的有效积累、共享及重用。关键词:工艺知识管理;电子装配;领域本体;语义特征中图分类号:TP3917文献标志码:A文章编号:1671-5276(2023)01-0127-04Electronic Assembly Process Knowledge Modeling and Management Based on OntologyLAN Bo1，HU Xujie2，TAN Jiahao1，WANG Zuyu1，LI Xin1(1 Information Engineering College，Beijing Institute of PetroChemical Technology，Beijing 102617，China;2 Aerospace Architectural Design esearch Institute Co，Ltd，Beijing 100071，China)Abstract:In order to acquire，manage and reuse electronic assembly process knowledge with accuracy and efficiency，a method forelectronic assembly process knowledge modeling based on domain ontology was proposed An OKD electronic assembly processknowledge architect was established A prototype system for process knowledge modeling and management was developedVisualized ontology modeling，formalized description using OWL，domain dictionary construction，and index knowledge labelextracting were supported Multiple networking relation of electronic assembly process knowledge terms in the semantic relationshipswas realized，which lays the basis for the electronic assembly process knowledge retrieval based on the semantic analysis andpromotes effective accumulating，sharing and reusing of the related knowledgeKeywords:process knowledge management;electronic assembly;domain ontology;semantic feature0引言电子装联技术是电子装备制造的核心技术之一，其元器件小型化、高密度、集成化等特点将显著提高电子装备的先进性。利用企业已有的工艺知识，有效共享、能够更好地适应目前日益复杂的电子产品结构改型快等要求，提高工艺编制质量和效率。随着计算机技术和网络技术的不断成熟，基于本体的知识表示、知识共享、知识集成、知识检索等本体驱动的知识管理技术成为国内外学者的研究热点13。刘小龙等提出了基于知识的电子装配工艺规划方法4;杨光育等提出电子装配知识建模方法5;沈正林提出基于本体的作业指导书自组织方法6;崔祥友等对基于本体与 SWL 的工艺知识表示与语义推理进行了深入研究7。本文在相关研究基础上，提出基于本体的电子装配工艺知识建模方法，建立基于本体的电子装配工艺知识组织体系，并开发基于本体的电装工艺知识建模及管理原型系统。采用本体技术对某企业电装工艺知识进行统一组织，实现工艺知识间的多重网络化关联关系，进而实现数据资源间的关联，为装配工艺过程建立一个良好的知识环境，提升电子装配工艺知识、生产效率、生产质量、经验的重用和共享性。1电子装配工艺知识体系及特点11电子装配工艺知识体系电子装配工艺主要包括整机装配工艺、印刷电路板装配工艺、电缆装配工艺共 3 类装配工艺4。本文按照工艺知识获取步骤，自顶向下按核心知识相关对象及其属性进行组织，形成电子装配工艺知识体系。图 1 为电子装配工艺知识体系图(部分)。12电子装配工艺知识特点电装工艺知识主要存在于企业已有产品工艺规划报告、规范、原理和仿真试验数据等，具有以下特点:覆盖多类知识、经验性强、不断进化性5。对电子装配工艺过程而言，工艺知识往往散落、隐含在以往产品的图样、模型、工艺文件、规范、标准、质量问题归零报告以及部分工艺专家经验规则中，处于相互独立的状态，缺乏关联和共享，缺乏有721信息技术蓝波，等基于本体的电子装配工艺知识建模与管理效的组织，呈现出相对散乱、关联性差、重用率低等问题。图 1电子装配工艺知识体系图(部分)2电子装配工艺领域本体建模21基于本体的电装工艺知识组织体系领域本体的主要目的之一就是为知识的理解提供一种可共享的、共同的概念集合8。构建领域本体，可以形成对领域相关信息的共同理解，为进一步开展该领域的信息资源整合、知识发现、知识表示、语义标注、语义检索等应用奠定基础。本文建立基于本体的电装工艺知识组织体系，提出具有“领域本体索引知识数据资源”(domain ontologyIndex knowledgedata resource，OKD)3 层映射结构的知识组织体系对工艺知识进行组织和建模。组织体系如图2 所示。1)领域本体层。领域本体是电装工艺领域内的概念及概念间语义关系的形式化表达，提供描述领域知识的规范和知识表示的工具，实现术语标准化和知识规范化。2)索引知识层。索引知识项是借助领域本体中的规范术语，对企业 PDM 系统中包含电装工艺知识的数据资源按照电装工艺问题或任务求解过程进行知识描述，形成的带有统一语义信息的知识概要，索引知识项组成索引知识库。3)数据资源层。指企业 PDM 中的工艺文档和产品模型，本文所处理的文档主要是指工艺人员完成具体工艺规划任务后所产生的各类工艺文档和模型。OKD 体系实现以有限的本体概念及概念间的语义关系，来组织企业 PDM 工艺资料中无限更新的领域工艺知识，实现知识间的多重网络化关联关系，进而实现数据资源间的关联，从根本上解决工艺知识相对散乱和关联性差等问题，为电装工艺知识获取、积累、共享与重用等奠定基础。图 2OKD 电装工艺知识组织体系22领域本体定义针对现有工艺知识文档数据的概念化描述，领域本体实际上可以看作是一个较大的语义术语库，概念和关系是本体的基本构件，并不涉及具体的知识点。用如下三元组表示:DO=CS，S，H 式中:DO为领域本体;CS为领域概念的集合;S为概念的关系集合;H 为领域概念之间的层次结构关系。在本体模型中，关系是概念之间联系的桥梁。本文根据需求，定义了 6 种基本关系，对于那些没有泛性却需要并入本体的概念，归属于其他关系进行泛化处理，如表 1 所示。表 1本体概念间的基本关系集S集关系表达关系说明同义关系synonymy_of概念之间的同义关系组成关系part_of，has_part概念之间部分与整体的关系继承关系kind_of，has_kind概念之间的父子类关系同类关系sibling_of概念之间同属于一个分类的关系属性关系attribute_of，has_attribute某个概念是另外一个概念的属性实例关系instance_of，has_instance某个概念是另外一个概念的实例其他关系extension_of概念间存在的模糊的关联关系23领域本体概念模块化提取本文采用自顶向下的方式来分析领域本体概念，以电装工艺领域专业流程为主线，列举流程中每个节点工艺活动的相关术语，定义概念分类层次框架，形成概念层次树。以概念层次树中的每一叶节点为模块单元，分析并罗列该模块的工艺内容相关概念:包括结构(工艺对象)、功能(工艺目标)、原理(工艺依据)和行为(工艺活动)4 个层面，并逐一考虑概念细化。最后对领域本体的一致性、合理性和完备性进行检查，各步骤可根据实际反复迭代。电装工艺知识本体片段如图 3 所示。821信息技术蓝波，等基于本体的电子装配工艺知识建模与管理图 3电子装配工艺领域本体模型(片段)24基于 OWL 语言的领域本体形式化描述OWL(web ontology language)能够被用于清晰地表达词汇表中的术语含义以及这些词条之间的关系。根据定义的三元组本体模型，本文定义本体模型与 OWL 建模元语的映射为:用类表示本体概念框架、对象属性表示关系、个体表示概念。表 2 展示了部分最终建立的 OWL 本体模型。表 2基于 OWL 的领域本体模型本体模型OWL 描述领域空间rdf:DFxmlns=http:/www knowledgeManagement org/ontologies/aerodynamicMissile owl#xml:base=http:/wwwknowledgeManagementorg/ontologies/aerodynamicMissile owlxmlns:owl2xml=http:/www w3 org/2019/12/owl2xml#本体概念框架定义owl:Ontology rdf:about=/owl:Class rdf:about=PCB 装配工艺rdfs:subClassOf rdf:resource=电路板/owl:Class/owl:Ontology本体概念及其关系定义owl:Thing rdf:about=回流焊工艺rdf:type rdf:resource=PCB 装配工艺/dc:date20190412/dc:datedc:creator田小明/dc:creatordc:description回流焊工艺控制重点包括:预热温度上升速率、保温区温度、保温时间、传送带速度、焊膏，需根据工艺要求选择设备参数。/dc:descriptionhas_instance rdf:resource=#D3318 电路板/has_attribute rdf:resource=保温区温度/has_attribute rdf:resource=保温时间/has_attribute rdf:resource=传送带速度/kind_of rdf:resource=焊接工艺/sibling_of_of rdf:resource=波峰焊工艺/owl:Thing3基于知识模板的索引知识表达31索引知识结构索引知识是利用领域本体中的规范术语对 PDM 数据库中的工艺文档数据进行描述而形成的元知识，其目的是对文档知识源进行过滤，形成凝练的知识点，同时作为桥梁，建立“领域本体索引知识数据资源”的