基于本体的复杂产品功能语义表示与智能分解研究

The ability of independent innovation is weak in our country, and the attention paid to the most innovative product system design stage it is far from enough, especially to the top-down functional decomposition. The main reason for this situation is the lack of unambiguous expression of the semantics of function. How to realize intelligent function decomposition, and thus verify the function design scheme as early as possible has become a bottleneck..This project will explore the ontology based functional semantic representation method, and establish ontology based intelligent function decomposition method of complex products. The proposed functional ontology semantics will be used to represent the core knowledge of the system design, such as function, flow, work principle, and so on. The intelligent decomposition methods can support semantic reasoning, functional classification, type determination and precise matching design knowledge based on semantic web technology, the intelligent function decomposition of causal semantic to decompose the needed total function to the realizable sub function set. Through integrating these results into the existing platform modeling and design platform of complex product systems, early assessment and verification of the design function quality can be achieved.

我国一直以来自主创新的能力比较弱，对最具创新可能的产品系统设计阶段尤其是自顶向下的功能分解的重视程度远远不够。造成这种现状的主要原因是缺乏对功能语义的无二义性表达，使得如何在复杂产品的系统设计阶段实现智能的功能分解、进而及早验证功能设计方案已成为瓶颈。.本项目将探索基于本体的功能语义表征思路，建立基于本体的复杂产品功能智能分解方法。所提出的功能本体语义将能基于逻辑描述对系统设计的核心知识如功能、流、工作原理等进行规范表示。所提出的智能分解方法将支持基于语义网技术的语义推理与功能分类、支持功能的类型确认和精确的设计知识匹配、支持基于因果语义的功能智能分解，将所需要的总功能分解至可实现的子功能集合；并通过集成于现有的多域复杂产品系统建模与设计平台，及早评价、验证功能设计方案的优劣。

系统概念设计阶段的功能分解是整个产品开发过程中最初期的设计活动，对于正确理解用户真实需要以及提高产品创新程度和增强产品市场竞争力具有重要作用。因此，如何为产品初期的功能分解提供有效方法及自动化和智能化的支持一直是研究热点。本项目在引入本体的基础上，围绕上述问题展开研究，主要研究工作包括：.（1）提出基于本体的产品功能语义建模表示方法。针对传统功能表示中语义性和形式化不足的问题，使用本体结构化概念设计过程中的功能知识语义，并基于系统建模语言定义对应的建模元素，支持基于输入输出流状态的功能模型表示及多视角的功能结构建模，进而支持语义检测、知识推理和语义查询，为实现后续自动功能分解奠定基础。.（2）提出软件与物理统一形式化功能建模与分析方法。将面向物理子系统的基于流的功能表示与基于时序逻辑的软件功能表示相融合，提出软件与物理统一形式化功能表征。之后，基于该形式化功能表征对功能进行分类，并针对软件与物理混合功能提出自动分解方法，从而将笼统的系统功能分解为可直接驱动设计的底层功能。.（3）提出基于本体语义推理的自动功能分解方法。首先基于对功能模型中输入/输出流状态语义的比较实现任务分解，将总功能拆分为多个实现流的单个方面改变的子功能；接下来基于本体推理，对子功能实现基于功能效应语义的工作原理查找；最后基于对工作原理作用过程的仿真执行原理分解，获取实现子功能任务所需要的辅助子功能。.本项目对于提升我国机电产品的原始创新设计、进而提升企业竞争力具有重要意义。