知識重用度計算及重用系統模型的探究

趙 媛,陳永當（西安工程大學 機電工程學院,西安 710048）

知識重用度計算及重用系統模型的探究

趙 媛,陳永當
（西安工程大學 機電工程學院,西安 710048）

摘 要：本文提出了重用度的概念并深入研究了匹配度、滿足度兩個影響重用度的因素，整理出了幾種類似度、滿足度以及重用度的計算方法。最后根據Inns、Neville和Shahin等人的理念提出了一種設計知識重用系統模型。

關鍵詞：重用度；匹配度；滿足度；知識重用系統模型

0 前言

目前企業間競爭日益激烈，產品越來越復雜，交貨期越來越短，質量要求越來越高，使得企業必須盡可能快速的開發新產品以響應市場的需求。通常一個新的設計問題的解是通過對已有設計問題的推理、修改而獲得。有數據表明，75%的設計是基于實例的設計[1]，一個新產品的開發。約40%是把過去已有的知識借鑒使用，約45%是對過去已有的設計知識修改后再應用于新設計開發當中，只有約15%是完全創新的設計[2,3]。所以，如何有效的使用已有的設計知識進行新產品的開發，成為制約產品快速開發及提高企業競爭力的關鍵。

1 重用度

在對設計知識重用時，從設計知識庫中檢索到有用的實例并從中提取有用信息，是關鍵因素之一。對于一個產品中所包含的設計知識能否被設計人員提取并重復利用，取決于這個產品的重用度，即設計時對設計知識的重用程度。

1.1 重用度（Degree of Reuse,DoR）指知識在一個設計過程中的重用程度

以設計實例的重用為例，重用度是由相似度（DoS）和滿足度（DoF）的加權和來計算。如下式所示：

其中，wm和wn稱為權值，DoS和DoF可由產品設計人員或者設計根據對重用的影響來確定。

1.2 匹配度（Degree of Similarity,Dos）指設計實體之間的匹配程度

匹配度在[0,1]之間變化，當匹配度為“0”時，兩個實體完全不匹配；當匹配度為“1”時，兩個實體完全匹配。匹配度一般用匹配性距離來計算。

1.2.1 計算匹配性距離的方法

源設計實例與目標設計例之間的匹配性可以通過以下幾種計算方法：歐氏離、曼哈頓距離、無模距離。

歐氏距離

當設計知識中每個屬性值規范化以后，歐式距離可通過下式計算：

式中，s——屬性總數，amk——第m個例的第k個屬性值，ank——第n個實例第k個屬性值，wh——第k個屬性值。

曼哈頓距離

曼哈頓距離的計算由Cost和Salzberg提出，指兩點之間的聯線長度，即：

式中，s——屬性總數，amk——第m個實例的第k個屬性值，ank——第m個實例第k個屬性值，wk——第k個屬性值。

無限模距離

無限模距離離的方法由Mangasarian 提出。

式中，s——屬性總數，amk——第m個實例的第k個屬性值，ank——第n個實例第k個屬性值，wk——第k個屬性值。

1.2.2 特殊匹配度的衡量標準

萊恩史鐵距離

一些非數值型數據的處理計算時，測量集合的匹配性需考慮兩個集合A和B，其中常用的測量如下：

字符串的匹配度的測量，由于字符串的順序不同字符不同，當給定兩個字符串m，n匹配性可根據包含、重疊合變化匹配度判斷。

1.2.3 滿足度

（1）滿足度（Degree of Fulfi llment , DoF）。用來描述距離要求值的偏離值和要求滿足的程度。匹配只是從結構的方面對兩個設計例進行比較判斷，這并不能完全滿足設計時所要求的功能、行為等方面的匹配性。

（2）滿足度的計算。設計要求可分為領域中的屬性定義、常量表達式、關系算子和邏輯算子四個部分。滿足度先經過屬性匹配然后通過數學邏輯表達式將屬性值及可能的范圍進行合理的結合產生新的可能值，依次為每一個關系表達式計算它的滿足度，最后與關系算子的滿足度結合為邏輯表達式從而得出滿足度。

關系算子的DoF計算

其中，p——屬性，x——任一屬性，r——要求，y——任一要求邏輯算子的DoF計算

2 設計知識重用的系統模型

工業產品的創新開發通常都會涉及多個知識領域，因此對于不同領域知識的設計模型都會有所不同，設計人員在開發新的產品時就應該從中擇取最高效、優勢的模型從而提高開發有效利用率。Inns和Neville[4]提出了以公司層面為基礎的設計過程模型，以此模型來支持設計知識的重用。

Shahin等[5]人認為，設計重用系統是一個有機的設計系統，數據庫是支撐設計的重要環節，是由許多個設計過程集成的一個整體。他們提出的設計重用系統構造方法中系統功能包括數據庫結構化和信息結構化。這些信息包括產品概念、具體設計及詳細設計、方案概念、優先權要求等。

本文提出了一種設計重用系統如圖1所示。

圖1

該系統的功能主要有：記錄整個設計過程；查詢有效設計；根據相關特征，查詢已有實例；具有設計經驗記錄存儲功能；支持對已有實例及正在進行設計過程知識重用。

3 小結

在設計過程中有許多復雜知識交叉作用，這些設計知識也發揮著各自不同的作用在整個創新設計過程當中。發絕大多數新產品的開是已有設計知識或者設計產品要求的修改及延伸。因此，新產品的開發中各學科知識交叉在所難免，這就要求開發人員了解各個領域知識才能保證快速的進行產品設計。若能夠使用以前的設計知識，就可以減少重復勞動，從而提高效率。設計知識能否重用取決于該設計知識的重用度。本文提出了重用度的概念并深入研究了相似度，滿足度兩個關鍵評價標準，進而提出了幾種匹配度、滿足度合重用度的計算公式。最后根據Inns、Neville和Shahin等人的理念提出了一種設計知識重用系統模型。

參考文獻：

[1]林春.基于MATLAB的點云數據處理[J].科技資訊,2006（08）:85-86.

[2]單晨偉.葉片類零件螺旋銑削切觸點軌跡規劃問題研究[D].西安:西北工業大學,2004.

[3]施法中.計算機輔助幾何設計與非均勻有理B樣條[M].北京:高等教育出版社,2001.

[4]Inns ,T.G. and Neville, P. Establishing a Company Level Design process to Facilitate Design Reuse.In Porceedings of Engineering Design Conefernee’98 on Design Reuse. London:Proefssional Engineering Publishing Limited , June1998

[5]Shahin ,T.M.M., Andrews ,P. and Sivaloganathna , S.A Design Reuse System .In Proeeedings of Engineering Design Conefrenee’98 on Design Reuse. London: Proefssional Engineering Publishing Limited, June 1998

基金項目：陜西省科學技術研究項目（2013KRZ21）；西安市科技計劃項目（CXY1439-2）；陜西省教育廳科研項目（14JK1309）；中國紡織工業聯合會科技項目（2013059）