[发明专利]一种基于本体语义推理的自动功能原理分解方法

说明书

本发明公开了一种基于本体语义推理的自动功能原理分解方法，包括：基于SysML语言定义基本功能任务语义的形式化表示，所述基本功能任务语义包括基本输入流，基本输出流和功能效应；定义工作原理的本体语义表示，所述工作原理包括结构化原理的实现过程知识；通过功能效应语义检索查找可行原理解决方案；基于体现原理实现过程知识，为功能生成支持子功能。本发明提供的自动功能原理分解方法可以高效快速地通过功能类比获取可行原理解决方案并得到支持子功能，可以有效消除基于动词+名词的基本功能任务表示的语义偏差和不确定性，提供灵活而精确度可行工作原理查询，基于对原理知识中实现过程知识的仿真，实现支持子功能的自动化生成。

技术领域

本发明涉及计算机辅助设计领域，特别涉及一种基于本体语义推理的自动功能原理分解方法。

背景技术

概念设计是系统设计的重要阶段，产品总成本的70％左右在该阶段形成，而功能分解，是概念设计中获取产品的功能性和创新性的核心环节，存在于工业生产和日常生活中的大量机械系统，随着多域机电产品复杂性的日益增加，概念设计需要面向不同领域进行系统分析。

对于复杂多域机电系统的概念设计，使用分而治之的思想将系统总体功能层次化分解为清晰而具体的子功能任务，并为其寻找原理解决方案，是降低系统设计复杂度，构建系统功能结构的有效手段。功能分解一般分为两个阶段：(1)将系统总功能分拆为相互独立的子任务的任务分解；(2)当基本的功能任务自身无法细分时，依靠已知原理方案中的因果关系将功能分解为实现所需支持子功能的原理分解。将复杂的系统功能分拆为独立的任务，以及在广阔的学科领域中寻找功能的可行原理方案，并将原理知识重用于功能的细化分析为设计者带来巨大挑战。计算机辅助自动功能分解能够帮助设计者减轻工作量及扩大可行原理解的搜寻空间。

在己有的计算机辅助功能分解工具中，任务分解依然需要设计人工执行，对原理分解的支持也存在不足。自动功能分解的难点在于:(1)现有功能表示方法中缺乏输入输出流状态的结构化语义描述，难以为任务分解提供足够的信息。(2)使用功能基中粗糙分类的功能动词和流名词作为原理方案检索的依据，难以精确地搜索能够实现所需功能的可行解决原理。(3)大部分工具只支持基于物理原理的原理分解，且因果关系的组织往往是直接关联缺乏内在逻辑，易造成设计固化。

由于基本的功能任务通常被描述为名词+动词的形式，因此只能基于个关键词进行原理方案检索，难以精确地搜索能够实现所需功能的可行解决原理。同时，大部分工具只支持基于物理原理的原理分解，且因果关系的组织往往是直接关联缺乏内在逻辑，易造成设计固化。而存在于已注册的专利和已有产品设计中的设计方案，及实现过程知识难以被形式化编码表示，因此无法支持自动原理分解的进行。因此，单个功能的输入输出流及功能效应语义已知的条件下，如何高效快速地通过功能类比获取可行原理解并得到支持子功能是目前待解决的技术问题。

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。原理分解是指将相似问题的解决方案中的原理知识运用于未知功能的求解，并利用方案中的实现过程知识为生成功能任务的实现所需要的子功能的策略。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于本体语义推理的自动功能原理分解方法，可以高效快速地通过功能类比获取可行原理解决方案并得到支持子功能，可以有效消除基于动词+名词的基本功能任务表示的语义偏差和不确定性，提供灵活而精确度可行工作原理查询，基于对原理知识中实现过程知识的仿真，实现支持子功能的自动化生成。

一种基于本体语义推理的自动功能原理分解方法，包括以下步骤：

(1)基于SysML语言定义基本功能任务语义的形式化表示，所述基本功能任务语义包括基本输入流，基本输出流和功能效应；

(2)定义工作原理的本体语义表示，所述工作原理包括结构化原理的实现过程知识；

(3)通过功能效应语义检索查找可行原理解决方案；