面向EDA主动知识辅助基础原型的研究

张锡爱，崔红飞

(河北科技大学机械工程学院，河北石家庄 050018)

面向EDA主动知识辅助基础原型的研究

张锡爱，崔红飞

(河北科技大学机械工程学院，河北石家庄 050018)

随着EDA技术的飞速发展，电子自动化行业对设计师设置了较高的知识门槛，对此开发了面向EDA技术的主动知识辅助系统的基础原型，实现其在领域机理层次上的主动知识辅助。系统具备主动判断电子设计工程师知识缺陷并提供相应辅助的智能机制，从而对不同知识结构的电子设计工程师提供有针对性的快速辅助，实现真正意义上的人机协作，达到其在高端设计中的低起点应用的目的。目前该系统运行良好，基础原型有望形成电子自动化行业的伴侣软件。

EDA；电子设计；主动知识辅助；基础原型

当代社会处于以信息和知识为基础的“知识经济”时期，知识经济在很大程度上要通过高科技含量的产品来实现[1]。信息化社会的发展离不开电子产品的进步，现代电子产品的性能不断提高、复杂度不断增大，而且产品更新换代的步伐越来越快，实现这种进步的主要因素是电子设计技术的发展，而电子设计技术的核心就是EDA(electronic design automation )技术，这就要求工程师不断地提高自己的知识，随之而来的是知识分子脑力劳动的不断增加，同时设计所需的知识门槛也在不断提高，其中以专家知识经验积累为主导，而年轻工程师又不能快速掌握，经验知识传递及人工脑力成本急需解决。

现代人们对知识辅助方面进行了不断的研究，诸如专家系统、智能设计、Activex容器技术以及基于知识需求的主动式知识系统，这些研究很难有效判断用户知识缺陷，进而完成EDA技术的低起点应用。本系统主要通过建立知识结构模型和系统知识存储、提取模型，确立系统的知识存储和输出机制，基于人类快速利用知识的规律，建立合理的知识探询方式，进而针对工程师知识结构给予主动的知识辅助，系统以Cadence SPB为设计平台，辅助其完成MP3的设计，来验证面向EDA技术的主动知识辅助基础原型的实用性和可行性。Cadence SPB系列软件是当今流行的电子电路计算机辅助分析与设计软件，不仅具有很强大的电路分析能力和图形显示处理能力，而且还可以对模拟电路、数字电路和模数混合电路等进行分析、设计和仿真，是一个功能强大的系统互连设计平台[2]，Cadence SPB软件功能如此强大但对于年轻设计师来说，由于缺少电子产品设计经验严重影响了设计效率，这就有必要对Cadence SPB 15.7软件做主动知识辅助。

1 系统总体架构

主动知识辅助系统是基于知识的辅助工程，它以知识库为核心，通过对知识库的合理管理来实现[3]。系统基础原型分为4层：交互层、应用层、数据层、知识源层(如图1所示)。在知识源层和数据层基础上，工程师通过登录页面，可直接知识检索以及选择主动辅助，实现对不了解或未掌握的经验和知识的快速获取利用。

图1 面向EDA技术的主动知识辅助基础原型Fig.1 Research on active knowledge aided basic prototype oriented EDA

4个层次中交互层集中体现系统的构架，交互层是工程师进入系统的通道，具有登录、修改、注册以及权限设定的功能。

应用层是交互层的基础，分为7部分：知识检索、设计主动辅助、仿真主动辅助、设计实例、EDA工具软件、用户论坛、专家信箱。对于管理员，另有后台管理模块。在应用层上系统实现对工程师主动知识辅助，完成对工程师的主动知识辅助最关键一环，体现整个系统的价值。

数据层用来完成电子设计自动化行业知识结构层次的划分，来实现知识更换的标准化。领域知识的结构化分层表达是对任务和知识同时进行分层和分类，将处于同一子任务层次中、具有一定逻辑联系的知识组织成知识子集,各个子集又构成相应的知识框架[4]。

针对知识源层电子产品设计过程中涉及的知识具有多样性、复杂性及动静态并存的特性，将这些知识分为隐性知识和显性知识[5]：对于隐性知识，知识工程师通过与领域专家直接对话或是根据大量数据探索、推敲总结得到；对于显性知识，知识工程师通过文献、设计资料等得到。

2 开发工具

基础原型选用兼容性较好的Microsoft Windows XP操作系统，浏览器使用IE6.0。系统采用Microsoft SQL Server 2008建立知识库，其提供了完整数据库管理和解决方案，有很好的安全性、稳定性和可靠性，为开发人员提供了很强的控制和很高的工作效率[6]。

网页前端开发工具为Macromedia Dreamweaver8，它可以通过sqljdbc4.jar实现数据库的链接并对Microsoft SQL Server 2008数据库的内容进行操作。在传统的网页HTML文件中插入JSP和Java标记形成JSP文件，通过建立JSP页面来实现界面设计使应用程序开发更加迅速、容易，开发出的Web应用能在不同平台的操作系统上运行[7]。

J2EE是由Sun公司定义的一个开发分布式企业级应用的规范，它是以Java开发语言为中心的一个多层次的分布式应用模型和一系列的开发技术规范，对于社会科学类评估系统的设计而言是一个集聚灵活性、易维护性、企业开发高效性、安全性等优点于一身的平台[8]。服务器Tomcat是一个免费的开源的JSP/Servlet容器，技术先进，性能稳定，运行占用的系统资源小，扩展性好，具有负载平衡与邮件服务等开发应用系统常用的功能[9]。

3 系统的功能界面

3.1主界面的设计

系统登录界面是用JavaScript写的JSP页面，用来接收用户的输入数据[10]，它是进入系统的通道，因此主界面设计至关重要，用户进入后就可以获得系统的基本信息，一目了然，如图2“面向EDA技术的主动知识辅助基础原型”的系统登录页面所示：主界面在垂直导航条处，设置有系统说明，分别为系统介绍、知识检索、设计主动辅助、仿真主动辅助、EDA工具软件、实例、论坛和专家信箱。另外，在主界面下设置有后台管理员入口，方便管理员进入后台。

图2 系统登录页面Fig.2 System login page

3.2知识检索模块的设计

知识检索功能是为方便工程师根据自己的需求在知识库内有目的地查询、搜索所需要的信息而设置，实现了拉取知识技术。在关键字一栏中输入想搜索的内容，如图3“知识检索界面”，系统会根据输入的内容以分页形式逐步显示所查找的有关信息。

图3 知识检索界面Fig.3 Knowledge retrieval interface

3.3知识辅助模块的设计

知识辅助分为设计主动辅助和仿真主动辅助。设计主动辅助和仿真主动辅助均分为2个部分：知识检测和知识辅助，按照先检测后辅助的步骤进行。知识检测部分以答题测验为主的方法来判断工程师的知识结构。范围选择分为设计任务和设计类型。不同设计任务和设计类型，通过Random()函数抽取出不同的试题。系统根据工程师同一知识点掌握的情况，主动推出相关的知识。其他情况工程师可以选择不用查看主动辅助的内容。

知识辅助以绑定相对答案表的方式在界面中出现。对于一些隐性知识，由于JSP网页无法以文字形式有效的表达清楚，因此大多采取图片的形式进行表达。图4为公式辅助界面，图5为图片辅助界面。

图4 公式辅助界面Fig.4 Formula auxiliary interface

图5 图片辅助界面Fig.5 Photo assisted interface

3.4实例功能模块的设计

对于一些难以用语言描述的知识，在系统实例界面加入一些典型实例，工程师可以直接搜索关键字找出相关内容，点击主题进入实例的详解部分。该部分有文字、图片、影像和动画等信息，更有助于工程师利用、掌握知识。

3.5后台管理模块的设计

后台管理模块分为4个部分：用户管理、论坛管理、专家信箱管理、知识库管理。管理员对后台管理模块有操作权，保证用户信息的完整性、论坛的时效性、专家邮件有效性和知识库内容的权威性等。管理员对后台管理模块的操作维护，保证了基础原型系统的正常运行，保证了主动知识辅助的平稳运行。

4 结 语

本文以应用在EDA技术内的主动知识辅助基础原型为例，阐述了电子设计领域主动知识辅助系统的研发过程及实现技术。系统以知识库为支撑，通过机器与人之间的相互协同工作，当人的知识不足时，机器向人进行主动知识辅助，使专家的知识经验得到传递和共享，从而大大地减轻电子设计工程师不必要的知识预学习负担，降低脑力劳动的成本。实现机器信息处理能力与人的知识推理能力的最佳结合，使设计人员将有限的精力集中到创新设计中去，显著提高了年轻设计师的设计效率和知识应用能力。

主动知识辅助方法的研究，将会开拓一个具有良好应用前景的智能EDA软件的发展方向，达到改善智能设计系统的效能和实用性的目的，将形成设计软件的伴侣软件产业，具有广阔的发展与应用前景。

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[1] KANG J, LEE J K. Rule identification from web pages by the XRML approach[J]. Decision Support Systems, 2005, 41(1): 205-227.

[2] 彭 璐．现代EDA技术及其应用[J]．现代技能开发，2003(6)：91-92． PENG Lu. Modern EDA technology and its application[J]. Modern Skill Development, 2003(6): 91-92.

[3] 张锡爱，马 翡．主动知识辅助系统中制动蹄设计知识库的构建[J]．计算机工程与科学，2013, 35(1)：175-179． ZHANG Xiai, MA Fei. Construction of brake shoes design knowledge base in active knowledge aided system[J]. Computer Engineering & Science, 2013, 35(1): 175-179.

[4] 王昌飞，徐海波．面向对象混合型知识表示在冰箱设计中的应用[J]．机械工程与自动化，2009(2)：4-6． WANG Changfei, XU Haibo. Application of combined object-oriented knowledge representation methods in refrigerator designing[J]. Mechanical Engineering & Automation, 2009(2): 4-6.

[5] 白清礼．组织知识转化机制研究[J]．河南科技，2007(17)：16-17． BAI Qingli. The transformation mechanism of organizational knowledge[J]. Henan Science & Technology, 2007(17): 16-17.

[6] 曾长军．SQL Server数据库原理及应用[M]．北京：人民邮电出版社，2005． ZENG Changjun. SQL Server Principle and Application of Database[M]. Beijing: People's Posts & Telecommunications Publishing House, 2005.

[7] 靳红霞，吕龙辉．JSP应用的安全问题的探讨[J]．电脑知识与技术，2010, 6(5)：1126-1127． JIN Hongxia, LYU Longhui. The discussion on security of JSP application[J]. Computer Knowledge and Technology, 2010, 6(5): 1126-1127.

[8] 徐 冉，郭洪亮．基于B/S的社会科学项目绩效评估系统设计[J]．河北工业科技，2012, 29(6)：446-449． XU Ran, GUO Hongliang. Design of social science project performance evaluation system based on B/S pattern[J]. Hebei Journal of Industrial Science & Technology, 2012, 29(6): 446-449.

[9] 张洪伟．Tomcat Web开发及整合应用[M]．北京：清华大学出版社，2006． ZHANG Hongwei. Tomcat Web Application Development and Integration[M]. Beijing: Tsinghua University Press, 2006.

[10] 向凯全,李雄伟，王红胜, 等. 可重用构件的软件开发技术研究[J]. 河北科技大学学报, 2010, 31(1): 25-29. XIANG Kaiquan, LI Xiongwei, WANG Hongsheng, et al. Research into reusable component software empoldering technique[J]. Journal of Hebei University of Science and Technology, 2010, 31(1): 25-29.

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

河北省自然科学基金 (F2011208085)

张锡爱(1955-),女,河北石家庄人,教授，硕士,主要从事计算机辅助设计、机械CAD/CAE方面的研究。

E-mail:zkzxa@163.com

TP391.1

A

10.7535/hbgykj.2014yx0215

责任编辑：王海云

张锡爱， 崔红飞.面向EDA主动知识辅助基础原型的研究[J].河北工业科技，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.