3.1
产品设计需求知识的本体化表示

3.1.1 产品设计需求知识本体的定义

在产品智能设计中，用户常常使用自身偏好的表达方法去描述其对产品的需求，由于用户与设计者往往在不同的业务领域和知识背景下考虑问题，对于同一个基本概念可能产生不同的理解，形成概念上的差异，导致需求信息表达的偏差、不完整和多变更，阻碍了产品的智能设计进程，给产品的设计带来很多困难。同时，用户之间对产品需求知识表达上的差异也使同一概念的需求知识难以共享。利用本体理论对产品设计需求知识进行统一表达，按一定的规则进行抽象的描述，是解决上述难题的有效途径，能够从根本上解决对需求信息的一致理解并实现产品需求知识的共享与重用。

本体（ontology）是对概念及其相互关系的规范化描述和一致性表达，本体作为一种能在语义和知识层次上描述信息模型的建模工具，具有清晰、一致、灵活、可扩展等特点，能够较好地支持产品智能设计中用户需求知识的集成，实现产品创新设计过程中用户知识的共享和重用，在知识工程、软件复用、信息检索和语义Web等许多领域得到了广泛的应用。

本体的形式化定义为：本体是一个四元组，Ontology=（D，Con，Att，Ass）。其中，D为本体应用的领域集，可以是单个领域或者多个领域的并集；Con为领域集D中的概念实体的有限集；Att为概念实体属性的有限集；Ass是概念实体之间的关联函数。如果两个概念实体存在关联，则函数值为1，否则为0，并且不存在孤立的概念实体，即不与其他概念实体发生关联的概念实体。

用概念框架表示用户需求知识本体中的概念领域、概念实体、概念属性及概念之间的类属关系，对需求知识本体进行如下定义：

需求知识本体可表示为一个四元组RK={R_D，R_C，R_Ks，R_Rs}。其中：R_D表示用户知识概念领域，包括设计领域、制造领域、工程领域等多个领域的并集，R_C为需求知识概念实体的有限集，R_Ks为概念实体R_C上一组属性的非形式化描述，通常为自然语言，比如“可进行回收利用”；R_Rs为概念实体间的“关系”集合，包括从属关系（kind of）、同类关系（same as）、属性关系（attribute of）等，体现了需求知识在拓扑树中所处层级以及能否分解等信息。

3.1.2 产品设计需求的语义化形式表达

为了能够对产品设计需求进行形式化表达，引入本体的概念，借助语义Web技术，便于语义信息在设计过程中重用、共享与优化配置。Web本体描述语言（OWL）是一种用来描述Web服务属性与功能的本体规范，以资源建模框架标准（RDFS）作为概念模型框架，采用描述逻辑进行服务过程间的逻辑关系表达和关系推理，具有很强的信息表达能力与逻辑推理能力。通过抽取目标性能语义信息，构建性能形式化表达模型，如表3-1所示。