面向EDA主動知識輔助基礎原型的研究

張錫愛，崔紅飛

(河北科技大學機械工程學院，河北石家莊 050018)

面向EDA主動知識輔助基礎原型的研究

張錫愛，崔紅飛

(河北科技大學機械工程學院，河北石家莊 050018)

隨著EDA技術的飛速發展，電子自動化行業對設計師設置了較高的知識門檻，對此開發了面向EDA技術的主動知識輔助系統的基礎原型，實現其在領域機理層次上的主動知識輔助。系統具備主動判斷電子設計工程師知識缺陷并提供相應輔助的智能機制，從而對不同知識結構的電子設計工程師提供有針對性的快速輔助，實現真正意義上的人機協作，達到其在高端設計中的低起點應用的目的。目前該系統運行良好，基礎原型有望形成電子自動化行業的伴侶軟件。

EDA；電子設計；主動知識輔助；基礎原型

當代社會處于以信息和知識為基礎的“知識經濟”時期，知識經濟在很大程度上要通過高科技含量的產品來實現[1]。信息化社會的發展離不開電子產品的進步，現代電子產品的性能不斷提高、復雜度不斷增大，而且產品更新換代的步伐越來越快，實現這種進步的主要因素是電子設計技術的發展，而電子設計技術的核心就是EDA(electronic design automation )技術，這就要求工程師不斷地提高自己的知識，隨之而來的是知識分子腦力勞動的不斷增加，同時設計所需的知識門檻也在不斷提高，其中以專家知識經驗積累為主導，而年輕工程師又不能快速掌握，經驗知識傳遞及人工腦力成本急需解決。

現代人們對知識輔助方面進行了不斷的研究，諸如專家系統、智能設計、Activex容器技術以及基于知識需求的主動式知識系統，這些研究很難有效判斷用戶知識缺陷，進而完成EDA技術的低起點應用。本系統主要通過建立知識結構模型和系統知識存儲、提取模型，確立系統的知識存儲和輸出機制，基于人類快速利用知識的規律，建立合理的知識探詢方式，進而針對工程師知識結構給予主動的知識輔助，系統以Cadence SPB為設計平臺，輔助其完成MP3的設計，來驗證面向EDA技術的主動知識輔助基礎原型的實用性和可行性。Cadence SPB系列軟件是當今流行的電子電路計算機輔助分析與設計軟件，不僅具有很強大的電路分析能力和圖形顯示處理能力，而且還可以對模擬電路、數字電路和模數混合電路等進行分析、設計和仿真，是一個功能強大的系統互連設計平臺[2]，Cadence SPB軟件功能如此強大但對于年輕設計師來說，由于缺少電子產品設計經驗嚴重影響了設計效率，這就有必要對Cadence SPB 15.7軟件做主動知識輔助。

1 系統總體架構

主動知識輔助系統是基于知識的輔助工程，它以知識庫為核心，通過對知識庫的合理管理來實現[3]。系統基礎原型分為4層：交互層、應用層、數據層、知識源層(如圖1所示)。在知識源層和數據層基礎上，工程師通過登錄頁面，可直接知識檢索以及選擇主動輔助，實現對不了解或未掌握的經驗和知識的快速獲取利用。

圖1 面向EDA技術的主動知識輔助基礎原型Fig.1 Research on active knowledge aided basic prototype oriented EDA

4個層次中交互層集中體現系統的構架，交互層是工程師進入系統的通道，具有登錄、修改、注冊以及權限設定的功能。

應用層是交互層的基礎，分為7部分：知識檢索、設計主動輔助、仿真主動輔助、設計實例、EDA工具軟件、用戶論壇、專家信箱。對于管理員，另有后臺管理模塊。在應用層上系統實現對工程師主動知識輔助，完成對工程師的主動知識輔助最關鍵一環，體現整個系統的價值。

數據層用來完成電子設計自動化行業知識結構層次的劃分，來實現知識更換的標準化。領域知識的結構化分層表達是對任務和知識同時進行分層和分類，將處于同一子任務層次中、具有一定邏輯聯系的知識組織成知識子集,各個子集又構成相應的知識框架[4]。

針對知識源層電子產品設計過程中涉及的知識具有多樣性、復雜性及動靜態并存的特性，將這些知識分為隱性知識和顯性知識[5]：對于隱性知識，知識工程師通過與領域專家直接對話或是根據大量數據探索、推敲總結得到；對于顯性知識，知識工程師通過文獻、設計資料等得到。

2 開發工具

基礎原型選用兼容性較好的Microsoft Windows XP操作系統，瀏覽器使用IE6.0。系統采用Microsoft SQL Server 2008建立知識庫，其提供了完整數據庫管理和解決方案，有很好的安全性、穩定性和可靠性，為開發人員提供了很強的控制和很高的工作效率[6]。

網頁前端開發工具為Macromedia Dreamweaver8，它可以通過sqljdbc4.jar實現數據庫的鏈接并對Microsoft SQL Server 2008數據庫的內容進行操作。在傳統的網頁HTML文件中插入JSP和Java標記形成JSP文件，通過建立JSP頁面來實現界面設計使應用程序開發更加迅速、容易，開發出的Web應用能在不同平臺的操作系統上運行[7]。

J2EE是由Sun公司定義的一個開發分布式企業級應用的規范，它是以Java開發語言為中心的一個多層次的分布式應用模型和一系列的開發技術規范，對于社會科學類評估系統的設計而言是一個集聚靈活性、易維護性、企業開發高效性、安全性等優點于一身的平臺[8]。服務器Tomcat是一個免費的開源的JSP/Servlet容器，技術先進，性能穩定，運行占用的系統資源小，擴展性好，具有負載平衡與郵件服務等開發應用系統常用的功能[9]。

3 系統的功能界面

3.1主界面的設計

系統登錄界面是用JavaScript寫的JSP頁面，用來接收用戶的輸入數據[10]，它是進入系統的通道，因此主界面設計至關重要，用戶進入后就可以獲得系統的基本信息，一目了然，如圖2“面向EDA技術的主動知識輔助基礎原型”的系統登錄頁面所示：主界面在垂直導航條處，設置有系統說明，分別為系統介紹、知識檢索、設計主動輔助、仿真主動輔助、EDA工具軟件、實例、論壇和專家信箱。另外，在主界面下設置有后臺管理員入口，方便管理員進入后臺。

圖2 系統登錄頁面Fig.2 System login page

3.2知識檢索模塊的設計

知識檢索功能是為方便工程師根據自己的需求在知識庫內有目的地查詢、搜索所需要的信息而設置，實現了拉取知識技術。在關鍵字一欄中輸入想搜索的內容，如圖3“知識檢索界面”，系統會根據輸入的內容以分頁形式逐步顯示所查找的有關信息。

圖3 知識檢索界面Fig.3 Knowledge retrieval interface

3.3知識輔助模塊的設計

知識輔助分為設計主動輔助和仿真主動輔助。設計主動輔助和仿真主動輔助均分為2個部分：知識檢測和知識輔助，按照先檢測后輔助的步驟進行。知識檢測部分以答題測驗為主的方法來判斷工程師的知識結構。范圍選擇分為設計任務和設計類型。不同設計任務和設計類型，通過Random()函數抽取出不同的試題。系統根據工程師同一知識點掌握的情況，主動推出相關的知識。其他情況工程師可以選擇不用查看主動輔助的內容。

知識輔助以綁定相對答案表的方式在界面中出現。對于一些隱性知識，由于JSP網頁無法以文字形式有效的表達清楚，因此大多采取圖片的形式進行表達。圖4為公式輔助界面，圖5為圖片輔助界面。

圖4 公式輔助界面Fig.4 Formula auxiliary interface

圖5 圖片輔助界面Fig.5 Photo assisted interface

3.4實例功能模塊的設計

對于一些難以用語言描述的知識，在系統實例界面加入一些典型實例，工程師可以直接搜索關鍵字找出相關內容，點擊主題進入實例的詳解部分。該部分有文字、圖片、影像和動畫等信息，更有助于工程師利用、掌握知識。

3.5后臺管理模塊的設計

后臺管理模塊分為4個部分：用戶管理、論壇管理、專家信箱管理、知識庫管理。管理員對后臺管理模塊有操作權，保證用戶信息的完整性、論壇的時效性、專家郵件有效性和知識庫內容的權威性等。管理員對后臺管理模塊的操作維護，保證了基礎原型系統的正常運行，保證了主動知識輔助的平穩運行。

4 結 語

本文以應用在EDA技術內的主動知識輔助基礎原型為例，闡述了電子設計領域主動知識輔助系統的研發過程及實現技術。系統以知識庫為支撐，通過機器與人之間的相互協同工作，當人的知識不足時，機器向人進行主動知識輔助，使專家的知識經驗得到傳遞和共享，從而大大地減輕電子設計工程師不必要的知識預學習負擔，降低腦力勞動的成本。實現機器信息處理能力與人的知識推理能力的最佳結合，使設計人員將有限的精力集中到創新設計中去，顯著提高了年輕設計師的設計效率和知識應用能力。

主動知識輔助方法的研究，將會開拓一個具有良好應用前景的智能EDA軟件的發展方向，達到改善智能設計系統的效能和實用性的目的，將形成設計軟件的伴侶軟件產業，具有廣闊的發展與應用前景。

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Research on EDA-oriented active knowledge aiding basic prototype

ZHANG Xiai, CUI Hongfei

(School of Mechanical Engineering, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang Hebei 050018, China)

With the rapid development of EDA technology in electronic automation industry, a higher threshold of knowledge is set for designers. This paper develops an EDA-oriented active knowledge aiding basic prototype, which provides active knowledge assistant in the field. It offers intelligent support by finding out the drawdown of knowledge in different-level electronic design engineers and offers specific assistance, providing targeted quick assist for electronic design engineers with different knowledge structures, realizing man-machine cooperation and reaching the aim of technology application at low starting point in the high technology. At present, the system is running well, and it becomes partner software in electronic automation industry gradually.

EDA; electronic design； active knowledge assistant system; basic prototype

1008-1534(2014)02-0160-04

2013-09-29;

2013-12-16

河北省自然科學基金 (F2011208085)

張錫愛(1955-),女,河北石家莊人,教授，碩士,主要從事計算機輔助設計、機械CAD/CAE方面的研究。

E-mail:zkzxa@163.com

TP391.1

A

10.7535/hbgykj.2014yx0215

責任編輯：王海云

張錫愛， 崔紅飛.面向EDA主動知識輔助基礎原型的研究[J].河北工業科技，2014，31(2)：160-163.

ZHANG Xiai, CUI Hongfei.Research on EDA-oriented active knowledge aiding basic prototype[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology,2014,31(2):160-163.