知识重用度计算及重用系统模型的探究

赵 媛,陈永当（西安工程大学 机电工程学院,西安 710048）

知识重用度计算及重用系统模型的探究

赵 媛,陈永当
（西安工程大学 机电工程学院,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、满足度两个影响重用度的因素，整理出了几种类似度、满足度以及重用度的计算方法。最后根据Inns、Neville和Shahin等人的理念提出了一种设计知识重用系统模型。

关键词：重用度；匹配度；满足度；知识重用系统模型

0 前言

目前企业间竞争日益激烈，产品越来越复杂，交货期越来越短，质量要求越来越高，使得企业必须尽可能快速的开发新产品以响应市场的需求。通常一个新的设计问题的解是通过对已有设计问题的推理、修改而获得。有数据表明，75%的设计是基于实例的设计[1]，一个新产品的开发。约40%是把过去已有的知识借鉴使用，约45%是对过去已有的设计知识修改后再应用于新设计开发当中，只有约15%是完全创新的设计[2,3]。所以，如何有效的使用已有的设计知识进行新产品的开发，成为制约产品快速开发及提高企业竞争力的关键。

1 重用度

在对设计知识重用时，从设计知识库中检索到有用的实例并从中提取有用信息，是关键因素之一。对于一个产品中所包含的设计知识能否被设计人员提取并重复利用，取决于这个产品的重用度，即设计时对设计知识的重用程度。

1.1 重用度（Degree of Reuse,DoR）指知识在一个设计过程中的重用程度

以设计实例的重用为例，重用度是由相似度（DoS）和满足度（DoF）的加权和来计算。如下式所示：

其中，wm和wn称为权值，DoS和DoF可由产品设计人员或者设计根据对重用的影响来确定。

1.2 匹配度（Degree of Similarity,Dos）指设计实体之间的匹配程度

匹配度在[0,1]之间变化，当匹配度为“0”时，两个实体完全不匹配；当匹配度为“1”时，两个实体完全匹配。匹配度一般用匹配性距离来计算。

1.2.1 计算匹配性距离的方法

源设计实例与目标设计例之间的匹配性可以通过以下几种计算方法：欧氏离、曼哈顿距离、无模距离。

欧氏距离

当设计知识中每个属性值规范化以后，欧式距离可通过下式计算：

式中，s——属性总数，amk——第m个例的第k个属性值，ank——第n个实例第k个属性值，wh——第k个属性值。

曼哈顿距离

曼哈顿距离的计算由Cost和Salzberg提出，指两点之间的联线长度，即：

式中，s——属性总数，amk——第m个实例的第k个属性值，ank——第m个实例第k个属性值，wk——第k个属性值。

无限模距离

无限模距离离的方法由Mangasarian 提出。

式中，s——属性总数，amk——第m个实例的第k个属性值，ank——第n个实例第k个属性值，wk——第k个属性值。

1.2.2 特殊匹配度的衡量标准

莱恩史铁距离

一些非数值型数据的处理计算时，测量集合的匹配性需考虑两个集合A和B，其中常用的测量如下：

字符串的匹配度的测量，由于字符串的顺序不同字符不同，当给定两个字符串m，n匹配性可根据包含、重叠合变化匹配度判断。

1.2.3 满足度

（1）满足度（Degree of Fulfi llment , DoF）。用来描述距离要求值的偏离值和要求满足的程度。匹配只是从结构的方面对两个设计例进行比较判断，这并不能完全满足设计时所要求的功能、行为等方面的匹配性。

（2）满足度的计算。设计要求可分为领域中的属性定义、常量表达式、关系算子和逻辑算子四个部分。满足度先经过属性匹配然后通过数学逻辑表达式将属性值及可能的范围进行合理的结合产生新的可能值，依次为每一个关系表达式计算它的满足度，最后与关系算子的满足度结合为逻辑表达式从而得出满足度。

关系算子的DoF计算

其中，p——属性，x——任一属性，r——要求，y——任一要求逻辑算子的DoF计算

2 设计知识重用的系统模型

工业产品的创新开发通常都会涉及多个知识领域，因此对于不同领域知识的设计模型都会有所不同，设计人员在开发新的产品时就应该从中择取最高效、优势的模型从而提高开发有效利用率。Inns和Neville[4]提出了以公司层面为基础的设计过程模型，以此模型来支持设计知识的重用。

Shahin等[5]人认为，设计重用系统是一个有机的设计系统，数据库是支撑设计的重要环节，是由许多个设计过程集成的一个整体。他们提出的设计重用系统构造方法中系统功能包括数据库结构化和信息结构化。这些信息包括产品概念、具体设计及详细设计、方案概念、优先权要求等。

本文提出了一种设计重用系统如图1所示。

图1

该系统的功能主要有：记录整个设计过程；查询有效设计；根据相关特征，查询已有实例；具有设计经验记录存储功能；支持对已有实例及正在进行设计过程知识重用。

3 小结

在设计过程中有许多复杂知识交叉作用，这些设计知识也发挥着各自不同的作用在整个创新设计过程当中。发绝大多数新产品的开是已有设计知识或者设计产品要求的修改及延伸。因此，新产品的开发中各学科知识交叉在所难免，这就要求开发人员了解各个领域知识才能保证快速的进行产品设计。若能够使用以前的设计知识，就可以减少重复劳动，从而提高效率。设计知识能否重用取决于该设计知识的重用度。本文提出了重用度的概念并深入研究了相似度，满足度两个关键评价标准，进而提出了几种匹配度、满足度合重用度的计算公式。最后根据Inns、Neville和Shahin等人的理念提出了一种设计知识重用系统模型。

参考文献：

[1]林春.基于MATLAB的点云数据处理[J].科技资讯,2006（08）:85-86.

[2]单晨伟.叶片类零件螺旋铣削切触点轨迹规划问题研究[D].西安:西北工业大学,2004.

[3]施法中.计算机辅助几何设计与非均匀有理B样条[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

基金项目：陕西省科学技术研究项目（2013KRZ21）；西安市科技计划项目（CXY1439-2）；陕西省教育厅科研项目（14JK1309）；中国纺织工业联合会科技项目（2013059）