基于知識(shí)的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)

基于知識(shí)的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)

創(chuàng)新是公司生存和可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)力。任何公司的可持續(xù)發(fā)展都必須基于創(chuàng)新。企業(yè)創(chuàng)新是以產(chǎn)品創(chuàng)新為核心。產(chǎn)品創(chuàng)新需要更多的跨學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)、更復(fù)雜的技術(shù)支撐和更完善的創(chuàng)新理論。然而,產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員往往受專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的限制,使他們無(wú)法掌握和運(yùn)用其他科技領(lǐng)域的知識(shí)。知識(shí)庫(kù)(KnowledgeBase)是知識(shí)工程中結(jié)構(gòu)化,易操作,易利用,有組織的知識(shí)集群,是針對(duì)某一(或某些)問(wèn)題求解的需要,采用某種(或若干)知識(shí)表示方式在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)、組織、管理和使用的互相聯(lián)系的知識(shí)片集合。通過(guò)構(gòu)建產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù),歸納整合產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中的知識(shí),為設(shè)計(jì)人員提供豐富、廣泛的知識(shí),激發(fā)設(shè)計(jì)的創(chuàng)造思維,提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。目前,研究人員對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)做了大量的研究,并取得了一定的成果。但這些研究對(duì)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)幫助有限,這是因?yàn)?(1)知識(shí)庫(kù)的內(nèi)容單一,僅能用于某類(lèi)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)或設(shè)計(jì)的某個(gè)階段;(2)產(chǎn)品創(chuàng)新需要多領(lǐng)域、多學(xué)科的知識(shí);(3)各種設(shè)計(jì)知識(shí)之間是存在相互聯(lián)系的,知識(shí)之間進(jìn)行組合、疊加、綜合等操作之后才發(fā)揮新作用。針對(duì)以上問(wèn)題,文中研究支持產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的知識(shí)庫(kù)。通過(guò)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程分析,確定了知識(shí)庫(kù)的知識(shí)對(duì)象;采用了3層結(jié)構(gòu)——概念詞典、基本知識(shí)庫(kù)和專(zhuān)題知識(shí)庫(kù)來(lái)組織知識(shí)。構(gòu)建產(chǎn)品設(shè)計(jì)的概念詞典,建立了概念之間的聯(lián)系;構(gòu)建各子知識(shí)庫(kù)之間及各知識(shí)單元之間的聯(lián)系,形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò);以問(wèn)題為中心,將各相關(guān)知識(shí)進(jìn)行整合形成專(zhuān)題知識(shí)庫(kù),以提高知識(shí)的查詢(xún)和應(yīng)用效率。1產(chǎn)品知識(shí)1.1產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)過(guò)程模型設(shè)計(jì)是從市場(chǎng)需求映射(求解)至產(chǎn)品(設(shè)計(jì)解)的過(guò)程。通常,設(shè)計(jì)被劃分為幾個(gè)不同的階段:需求分析、概念設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)。在確定任務(wù)之后,通過(guò)抽象,擬定功能結(jié)構(gòu),尋求適當(dāng)?shù)淖饔迷砑捌浣M合等,確定出基本求解途徑,得出求解方案,這一過(guò)程就稱(chēng)為概念設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)是產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)的過(guò)程,是最具創(chuàng)造性的階段,體現(xiàn)了產(chǎn)品創(chuàng)新的最重要、最大的價(jià)值部分。因此,概念設(shè)計(jì)成為設(shè)計(jì)理論研究中的焦點(diǎn)。悉尼大學(xué)的Gero提出了概念設(shè)計(jì)的功能-行為-結(jié)構(gòu)(Function-Behavior-Structure,FBS)模型。功能(Function)來(lái)源于用戶(hù)的主觀(guān)意愿,是主觀(guān)角度對(duì)行為的抽象,是產(chǎn)品最終的目的。行為(Behavior)是狀態(tài)隨著時(shí)間的變化序列,反映了產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)特性,對(duì)于聯(lián)接功能和結(jié)構(gòu)扮演著一個(gè)重要的角色,它由物理現(xiàn)象決定。結(jié)構(gòu)(Structure)描述了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)組件、結(jié)構(gòu)組件的屬性,以及它們之間的連接?；贔BS的概念設(shè)計(jì)是由產(chǎn)品功能映射為產(chǎn)品行為,再由行為映射到產(chǎn)品結(jié)構(gòu),最終生成產(chǎn)品的概念模型。圖1是基于FBS的設(shè)計(jì)過(guò)程模型。產(chǎn)品設(shè)計(jì)包含兩個(gè)問(wèn)題:設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)知識(shí)。設(shè)計(jì)方法是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工具,而知識(shí)是設(shè)計(jì)方法的加工對(duì)象。謝友柏院士在多篇文章中指出:現(xiàn)代設(shè)計(jì)以知識(shí)為基礎(chǔ),以知識(shí)獲取為中心。TRIZ理論認(rèn)為:產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)所依據(jù)的科學(xué)原理往往屬于其他領(lǐng)域。產(chǎn)品設(shè)計(jì)不僅要利用行業(yè)內(nèi)的知識(shí),更要充分挖掘和利用其他領(lǐng)域的知識(shí)。1.2設(shè)計(jì)知識(shí)類(lèi)專(zhuān)業(yè)知識(shí)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中需要用大量不同的領(lǐng)域知識(shí)。為了便于對(duì)設(shè)計(jì)知識(shí)進(jìn)行管理和組織,文中將其分成3類(lèi):第1類(lèi)是科學(xué)原理知識(shí),包括物理、化學(xué)、幾何、生物和美學(xué)等基本原理,以及工程實(shí)踐中的典型應(yīng)用,可把它們歸為基本知識(shí);第2類(lèi)是專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域知識(shí),如產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例。第3類(lèi)是集成類(lèi)知識(shí),如來(lái)自各國(guó)的專(zhuān)利庫(kù)的專(zhuān)利信息,以及各類(lèi)發(fā)明創(chuàng)造。圖2是設(shè)計(jì)知識(shí)在設(shè)計(jì)各階段的應(yīng)用。文中提出的知識(shí)庫(kù)包含了科學(xué)原理知識(shí)、設(shè)計(jì)實(shí)例知識(shí)和專(zhuān)利知識(shí):(1)科學(xué)原理知識(shí)用于產(chǎn)品概念方案生成階段,提供實(shí)現(xiàn)功能的原理解。來(lái)源于各個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)原理知識(shí),可以幫助設(shè)計(jì)人員開(kāi)拓思維,獲得更多的解決方案。(2)設(shè)計(jì)實(shí)例保存了以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)知識(shí),可以用于設(shè)計(jì)的全過(guò)程,包括功能建模、行為構(gòu)造和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等階段。(3)專(zhuān)利知識(shí)來(lái)源于各領(lǐng)域的設(shè)計(jì)專(zhuān)利,專(zhuān)利知識(shí)包含了豐富、新穎的知識(shí),有科學(xué)原理的新應(yīng)用,新的設(shè)計(jì)思維等。專(zhuān)利知識(shí)可以在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段中使用,幫助激發(fā)思維。2rss振興數(shù)據(jù)庫(kù)培養(yǎng)ss知識(shí)表達(dá)的目的是把人類(lèi)的知識(shí)進(jìn)行邏輯表示,采用有效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),物理地表示并存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中,以便靈活地操作所存儲(chǔ)的知識(shí)。文中采用面向?qū)ο笏枷虢⒅R(shí)表達(dá)模型,并應(yīng)用XML實(shí)現(xiàn)知識(shí)表達(dá)。XML是一種描述型的標(biāo)記語(yǔ)言,與HTML同為SGML(標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)記語(yǔ)言)的一種應(yīng)用。XML文件是數(shù)據(jù)的集合,它是自描述的、可交換的,能夠以樹(shù)型或圖形結(jié)構(gòu)描述數(shù)據(jù)。XML文件本身是文本文件,結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn),是存儲(chǔ)所有數(shù)據(jù)類(lèi)型的極佳載體。因此,作為知識(shí)庫(kù)的載體是很自然的。XML在處理文檔方面可以達(dá)到的自動(dòng)化程度與處理數(shù)據(jù)庫(kù)所能達(dá)到的程度相同,從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō),XML文件不像普通文檔,反而更像數(shù)據(jù)庫(kù)。這種文檔應(yīng)用于知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)中就是知識(shí)庫(kù)。XML是保存信息的結(jié)構(gòu)化載體,XML定義了一個(gè)框架結(jié)構(gòu),可以用它來(lái)創(chuàng)建解決方案。XML文檔元素內(nèi)容的顆粒度大小適中,非常適用于表示知識(shí)內(nèi)容,特別是知識(shí)的搜索。用XML來(lái)描述知識(shí),首先用文檔類(lèi)型定義(DTD)描述知識(shí)結(jié)構(gòu),即XML文檔數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);然后再用XML文檔建立知識(shí)庫(kù)。DTD規(guī)定了XML文檔數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu),并定義了XML文檔中的元素、屬性及其關(guān)系。通過(guò)定義一個(gè)DTD文件可以保證XML文檔的結(jié)構(gòu)良好性,使XML文檔具有良好的共享性。確定了知識(shí)庫(kù)的內(nèi)容和知識(shí)的表達(dá)方法后,可以開(kāi)始構(gòu)建知識(shí)庫(kù)。3知識(shí)體系的構(gòu)建3.1基本信息庫(kù)與知識(shí)來(lái)源設(shè)計(jì)知識(shí)的知識(shí)內(nèi)容多且雜,需要對(duì)知識(shí)進(jìn)行組織,以便于知識(shí)的管理及快速準(zhǔn)確地查詢(xún)到知識(shí)。文中將產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)分為3層來(lái)組織:第1層是概念詞典;第2層是基本知識(shí)庫(kù);第3層是專(zhuān)題知識(shí)庫(kù)(如圖3所示)。概念詞典是一個(gè)以概念及概念之間關(guān)系為基本內(nèi)容的知識(shí)庫(kù)。概念詞典的內(nèi)容包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)中所涉及的各類(lèi)概念的定義(如“功能”、“分離物質(zhì)”、“流”、“物質(zhì)”等概念),以及概念之間關(guān)系(如“流”與“物質(zhì)”、“分離”與“功能”的關(guān)系)?；局R(shí)庫(kù)由各種知識(shí)資源組成,又根據(jù)其知識(shí)來(lái)源具體分成:設(shè)計(jì)實(shí)例庫(kù),科學(xué)效應(yīng)庫(kù)和專(zhuān)利知識(shí)庫(kù)。設(shè)計(jì)實(shí)例庫(kù)存儲(chǔ)產(chǎn)品的實(shí)例知識(shí),主要是設(shè)計(jì)實(shí)例的概念信息,如功能結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)原理等?？茖W(xué)效應(yīng)庫(kù)提供各學(xué)科、領(lǐng)域的科學(xué)原理及原理應(yīng)用實(shí)例。專(zhuān)利知識(shí)庫(kù)存儲(chǔ)了相關(guān)產(chǎn)品或技術(shù)的專(zhuān)利信息。專(zhuān)題知識(shí)庫(kù)是由各個(gè)專(zhuān)題的知識(shí)資源構(gòu)成,其內(nèi)容是依據(jù)專(zhuān)題的知識(shí)結(jié)構(gòu)來(lái)確定知識(shí)范疇和層次。專(zhuān)題知識(shí)庫(kù)的內(nèi)容是從概念詞典和基本知識(shí)庫(kù)中抽取出來(lái)的。知識(shí)庫(kù)的層與層之間,以及各層的內(nèi)部都是相互聯(lián)系的。圖4示出各知識(shí)庫(kù)之間的聯(lián)系。概念詞典中對(duì)基本知識(shí)庫(kù)中出現(xiàn)的概念,以及概念間的關(guān)系進(jìn)行了定義,如對(duì)功能的定義及功能的分類(lèi)。概念詞典可以幫助描述基本知識(shí)庫(kù)中的知識(shí),如科學(xué)效應(yīng)知識(shí)可以依據(jù)功能來(lái)分類(lèi)組織?；局R(shí)庫(kù)中的各類(lèi)知識(shí)之間也存在關(guān)聯(lián),如在設(shè)計(jì)實(shí)例中使用了某個(gè)科學(xué)效應(yīng),參考了某個(gè)專(zhuān)利或設(shè)計(jì)實(shí)例。專(zhuān)題知識(shí)庫(kù)以問(wèn)題為中心,從概念詞典和基本知識(shí)庫(kù)中查找出相關(guān)的知識(shí),建立知識(shí)索引,形成專(zhuān)題資源。對(duì)知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)進(jìn)行分層和分類(lèi),便于對(duì)知識(shí)進(jìn)行管理;建立各層和各庫(kù)之間的聯(lián)系,將零散的知識(shí)形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)或知識(shí)體,便于知識(shí)的應(yīng)用。3.2建立產(chǎn)品概念網(wǎng)絡(luò)體系概念是指對(duì)事物本質(zhì)特征抽象概括的表征,人類(lèi)認(rèn)知結(jié)構(gòu)和認(rèn)知過(guò)程的重要組成部分。從某種角度看,概念是人類(lèi)頭腦中關(guān)于世界知識(shí)中的類(lèi)別知識(shí),它具有分類(lèi)功能、推理功能、聯(lián)結(jié)功能和系統(tǒng)功能。通過(guò)分類(lèi)功能,把事物歸類(lèi)到一定的類(lèi)別,一方面便于知識(shí)的組織與管理,另外從類(lèi)別知識(shí)中獲得該事物的更多知識(shí)。推理功能是通過(guò)對(duì)事物進(jìn)行歸類(lèi)、提取相關(guān)知識(shí)后,對(duì)該事物進(jìn)行解釋和判斷。聯(lián)結(jié)功能是獨(dú)立的概念單元通過(guò)各種關(guān)系而聯(lián)結(jié)起來(lái),形成更加復(fù)雜的概念和概念體系,構(gòu)成一個(gè)概念語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)功能是指在具有相同知識(shí)背景(某一個(gè)系統(tǒng))的情況下,人們對(duì)同一概念具有相同的理解,使得人們可以通過(guò)概念進(jìn)行交流。構(gòu)建概念詞典的工作包括:(1)構(gòu)建概念樹(shù),確定基本概念及概念的關(guān)系;(2)概念知識(shí)的計(jì)算機(jī)表達(dá),實(shí)現(xiàn)概念知識(shí)的存儲(chǔ)。文中采用“自頂向下”的方法建立產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)領(lǐng)域的概念樹(shù)。首先,從產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域中抽取出專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ),建立一個(gè)術(shù)語(yǔ)表;然后,從術(shù)語(yǔ)表中挑選最常用術(shù)語(yǔ)來(lái)表示概念,并按照層次關(guān)系建立概念的樹(shù)形結(jié)構(gòu),形成概念樹(shù)。圖5示出產(chǎn)品設(shè)計(jì)概念樹(shù)的一部分。在概念樹(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行概念的同義詞擴(kuò)展。通常一個(gè)概念會(huì)有多個(gè)表達(dá)詞匯。同一概念的不同表達(dá)方式給知識(shí)的共享帶來(lái)不便,容易產(chǎn)生歧義。通過(guò)建立同義詞表,可以幫助消除這些知識(shí)共享的障礙。概念詞典的DTD如下:在概念詞典的XML文檔中,只有一個(gè)根結(jié)點(diǎn)(conceptDB),根結(jié)點(diǎn)有子節(jié)點(diǎn)(concept)。節(jié)點(diǎn)(concept)描述了概念樹(shù)中的所有節(jié)點(diǎn),(concept)又包括子節(jié)點(diǎn)(name,definition,synonym,relation)。節(jié)點(diǎn)(name)描述概念名稱(chēng),節(jié)點(diǎn)(definition)描述概念的定義。概念樹(shù)中節(jié)點(diǎn)之間父子關(guān)系通過(guò)節(jié)點(diǎn)(relation)來(lái)描述,節(jié)點(diǎn)(synonym)用于描述概念的同義詞。概念詞典的XML文檔如下:3.3基礎(chǔ)存儲(chǔ)基本信息層是由各種知識(shí)資源組成,又根據(jù)其知識(shí)來(lái)源具體分成:設(shè)計(jì)實(shí)例庫(kù),科學(xué)效應(yīng)庫(kù)和專(zhuān)利知識(shí)庫(kù)。3.3.1基于fbs的實(shí)例知識(shí)產(chǎn)品是多種知識(shí)綜合的成果,產(chǎn)品知識(shí)是多種知識(shí)綜合形成的新知識(shí)。產(chǎn)品知識(shí)包含設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用、產(chǎn)品的功能原理、結(jié)構(gòu)等知識(shí)。通過(guò)借鑒已有產(chǎn)品知識(shí),能夠?yàn)樾碌脑O(shè)計(jì)提供很大的幫助,吸取成功的設(shè)計(jì)元素、規(guī)避設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)計(jì)實(shí)例知識(shí)又可以按FBS模型分解成:功能知識(shí)、行為知識(shí)和結(jié)構(gòu)知識(shí)。功能結(jié)構(gòu)是產(chǎn)品總功能通過(guò)功能分解形成的總功能和各級(jí)子功能構(gòu)成的功能層次樹(shù)。行為結(jié)構(gòu)描述了功能是如何實(shí)現(xiàn)的,表現(xiàn)為問(wèn)題的解決策略。物理結(jié)構(gòu)是功能的最終實(shí)現(xiàn)載體,也是行為的執(zhí)行載體,表現(xiàn)為問(wèn)題的最終解決方案。產(chǎn)品實(shí)例知識(shí)由4個(gè)XML文檔保存,分別為設(shè)計(jì)實(shí)例、功能模型、行為模型和結(jié)構(gòu)模型。設(shè)計(jì)實(shí)例文檔用于保存實(shí)例的基本信息,包括產(chǎn)品名稱(chēng)、編號(hào)、產(chǎn)品的說(shuō)明等。功能模型、行為模型和結(jié)構(gòu)模型分別描述了設(shè)計(jì)實(shí)例的功能知識(shí)、行為知識(shí)和結(jié)構(gòu)知識(shí)。這4個(gè)文檔之間通過(guò)知識(shí)的編號(hào)(如產(chǎn)品編號(hào))來(lái)建立連接。3.3.2學(xué)科知識(shí)背景科學(xué)效應(yīng)庫(kù)打破了不同行業(yè)或?qū)W科之間的界限,包括了物理、化學(xué)、幾何、生物、電子、機(jī)械等各個(gè)學(xué)科的基本原理?？茖W(xué)效應(yīng)庫(kù)存儲(chǔ)的各學(xué)科原理知識(shí)彌補(bǔ)設(shè)計(jì)師的知識(shí)領(lǐng)域廣度不足,幫助設(shè)計(jì)師獲得更大的設(shè)計(jì)求解空間,得到更多的設(shè)計(jì)方案;為得到最優(yōu)解創(chuàng)造了條件,也為獲得創(chuàng)造性設(shè)計(jì)方案提供了基礎(chǔ)。在知識(shí)庫(kù)中,科學(xué)原理知識(shí)的內(nèi)容包括:原理的詳細(xì)描述、原理的參數(shù)和公式、應(yīng)用原理的前提條件、原理能夠?qū)崿F(xiàn)的功能、原理所能具有的行為、應(yīng)用原理的典型物理結(jié)構(gòu)、應(yīng)用原理的約束以及特點(diǎn)、原理的參考內(nèi)容和應(yīng)用原理的相關(guān)產(chǎn)品。3.3.3triz分級(jí)專(zhuān)利信息的重要性專(zhuān)利知識(shí)是對(duì)來(lái)自世界各國(guó)專(zhuān)利庫(kù)中的專(zhuān)利信息進(jìn)行一定的整理得到的。專(zhuān)利文獻(xiàn)是專(zhuān)利活動(dòng)的完整記錄,它能夠反映各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)活動(dòng)的現(xiàn)狀,又能夠用來(lái)研究某個(gè)特定技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)活動(dòng)的發(fā)展史。專(zhuān)利信息內(nèi)容新穎、廣泛;分類(lèi)系統(tǒng)、詳盡,實(shí)用性強(qiáng);出版迅速,時(shí)效性強(qiáng)。由于專(zhuān)利信息的量非常大,并且不是每個(gè)專(zhuān)利都有很大的參考和應(yīng)用價(jià)值。所以,應(yīng)該對(duì)專(zhuān)利信息進(jìn)行加工整理,以提高專(zhuān)利知識(shí)的應(yīng)用效率。在進(jìn)行專(zhuān)利信息分析時(shí),首先依據(jù)TRIZ的分級(jí)方法將專(zhuān)利分級(jí),再根據(jù)這些級(jí)別對(duì)專(zhuān)利信息進(jìn)行詳細(xì)或簡(jiǎn)單地分析。對(duì)于低級(jí)別的專(zhuān)利,簡(jiǎn)單記錄下相關(guān)信息即可;對(duì)于高級(jí)別的專(zhuān)利信息,由于引入的新技術(shù)、新原理或解決了原有系統(tǒng)的沖突,所以應(yīng)該從創(chuàng)新的角度進(jìn)行詳細(xì)的分析,包括技術(shù)分析和經(jīng)濟(jì)分析。專(zhuān)利分析的內(nèi)容包括:此專(zhuān)利前的技術(shù)狀況(產(chǎn)品系統(tǒng)的構(gòu)成、應(yīng)用的原理、存在的沖突),專(zhuān)利引入的新原理或新技術(shù),專(zhuān)利解決的沖突。經(jīng)過(guò)分析整理得到的專(zhuān)利知識(shí)是產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的重要知識(shí)來(lái)源。3.3.4抽樣知識(shí)問(wèn)題情境專(zhuān)題知識(shí)庫(kù)是由各個(gè)專(zhuān)題的知識(shí)資源構(gòu)成的,其內(nèi)容也是依據(jù)專(zhuān)題的知識(shí)結(jié)構(gòu)來(lái)確定知識(shí)范疇和層次。專(zhuān)題知識(shí)庫(kù)將各類(lèi)基本知識(shí)抽取出來(lái),放置到某個(gè)問(wèn)題情境(專(zhuān)題),一方面讓抽象的、模糊的各類(lèi)基本知識(shí)體現(xiàn)出具體的效用,讓人對(duì)知識(shí)有更為直觀(guān)的理解;另一方面,可以方便設(shè)計(jì)人員檢索和使用某個(gè)專(zhuān)題的知識(shí),而不用重復(fù)地在各個(gè)庫(kù)中查找,從而提高檢索效率。專(zhuān)題知識(shí)的內(nèi)容包括專(zhuān)題的描述(問(wèn)題描述),相關(guān)知識(shí)項(xiàng)(從概念層和基本知識(shí)層抽取出來(lái)索引信息,如知識(shí)的編號(hào))。專(zhuān)題知識(shí)的DTD描述:4基于知識(shí)的設(shè)計(jì)實(shí)例庫(kù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般過(guò)程是,設(shè)計(jì)人員首先把用戶(hù)需求表示為功能;然后對(duì)功能進(jìn)行反復(fù)分解為一些可以解決的子功能,最終這些功能和子功能形成了設(shè)計(jì)的功能模型;隨后,設(shè)計(jì)人員對(duì)各子功能進(jìn)行求解,得到實(shí)現(xiàn)功能的原理解,即行為模型;最后,再將原理解轉(zhuǎn)化為實(shí)現(xiàn)功能的物理結(jié)構(gòu),即結(jié)構(gòu)模型,也就是設(shè)計(jì)的概念方案。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)人員需要用到大量的各類(lèi)知識(shí),而知識(shí)庫(kù)的作用就是提供了所需的知識(shí),從而有力地保證了設(shè)計(jì)的進(jìn)行,如圖6所示。在設(shè)計(jì)的最初階段,運(yùn)用概念詞典定義的功能名詞來(lái)描述產(chǎn)品的功能,保證了設(shè)計(jì)過(guò)程中建立的概念模型可讀性和共享性。在總功能分解為簡(jiǎn)單的子功能時(shí),設(shè)計(jì)實(shí)例庫(kù)可以為設(shè)計(jì)人員提供功能分解實(shí)例,幫助設(shè)計(jì)人員建立產(chǎn)品的功能模型。功能映射到行為的過(guò)程中,科學(xué)效應(yīng)庫(kù)幫助設(shè)計(jì)人員尋找到功能實(shí)現(xiàn)的原理;設(shè)計(jì)實(shí)例庫(kù)和專(zhuān)利庫(kù)為設(shè)計(jì)人員提供了映射實(shí)例,幫助設(shè)計(jì)人員建立產(chǎn)品的行為模型。行為映射到結(jié)構(gòu)過(guò)程中,設(shè)計(jì)實(shí)例庫(kù)和專(zhuān)利知識(shí)庫(kù)提供了實(shí)現(xiàn)行為的物理結(jié)構(gòu)實(shí)例。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中,知識(shí)庫(kù)給設(shè)計(jì)人員提供了有力的幫助。設(shè)計(jì)實(shí)例和專(zhuān)利知識(shí)為設(shè)計(jì)人員提供設(shè)計(jì)參考。設(shè)計(jì)人員可以在這些設(shè)計(jì)實(shí)例的基礎(chǔ)上揚(yáng)長(zhǎng)避短,進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。另外,不限專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的科學(xué)效應(yīng)知識(shí),可以拓展設(shè)計(jì)師的思維空間,尋找到更多的實(shí)現(xiàn)功能的原理或方法,增大了實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的可能性。而知識(shí)庫(kù)的知識(shí)組織方式,有利于設(shè)計(jì)知識(shí)的查找和應(yīng)用,從而使知識(shí)庫(kù)最大限度地支持產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。5庫(kù)-應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用5.1基于用戶(hù)層和數(shù)據(jù)層面向產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)采用3層體系結(jié)構(gòu)(如圖7所示):數(shù)據(jù)層、功能層和用戶(hù)層。用戶(hù)層是知識(shí)庫(kù)提供給用戶(hù)的操作接口,讓用戶(hù)可以方便地使用知識(shí)庫(kù);功能層主要實(shí)現(xiàn)知識(shí)庫(kù)的各種功能,包括知識(shí)查詢(xún)、獲取、更新、維護(hù)等功能;數(shù)據(jù)層保存知識(shí)庫(kù)的知識(shí)數(shù)據(jù),可以通過(guò)應(yīng)用程序接口(JDOM)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)(XML文檔)進(jìn)行操作。應(yīng)用Java技術(shù)和XML技術(shù)構(gòu)建了知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)原型。5.2查詢(xún)和檢索流程設(shè)定用戶(hù)可以通過(guò)知識(shí)庫(kù)提供的知識(shí)分類(lèi)目錄來(lái)瀏覽知識(shí),也可以通過(guò)檢索工具來(lái)檢索知識(shí),還可以通過(guò)知識(shí)鏈接瀏覽相關(guān)知識(shí)。知識(shí)庫(kù)為用戶(hù)提供多種知識(shí)檢索工具,包括初級(jí)檢索和高級(jí)檢索。初級(jí)檢索是直接將用戶(hù)輸入的檢索詞作為關(guān)鍵字檢索知識(shí)。高級(jí)檢索是基于概念詞典的檢索方式,它包括:(1)概念同義詞檢索:對(duì)于給定的查詢(xún)關(guān)鍵詞,依據(jù)概念表,找到其所有同義概念,并將它作為關(guān)鍵詞進(jìn)行信息搜索;(2)概念外延擴(kuò)展檢索:對(duì)提交的檢索關(guān)鍵詞,檢索概念表,得到其子概念、父概念和兄弟概念,然后將它們作為關(guān)鍵詞搜索知識(shí)庫(kù)。知識(shí)庫(kù)通過(guò)建立知識(shí)的關(guān)聯(lián),將各孤立的知識(shí)單元鏈接起來(lái),形成知識(shí)鏈接。如在科學(xué)效應(yīng)庫(kù)中,將能實(shí)現(xiàn)同樣功能的效應(yīng)關(guān)聯(lián)起來(lái),形成“相似實(shí)例”的知識(shí)鏈接。在查詢(xún)知識(shí)時(shí),知識(shí)庫(kù)提供給用戶(hù)詳細(xì)的知識(shí)內(nèi)容,還有知識(shí)鏈接。通過(guò)知識(shí)鏈接,用戶(hù)可以瀏覽到知識(shí)對(duì)象的相關(guān)知識(shí),從而幫助設(shè)計(jì)人員拓展知識(shí)面。知識(shí)庫(kù)使用流程(如圖8所示)如下:(1)選擇知識(shí)庫(kù):根據(jù)用戶(hù)的需要,在知識(shí)庫(kù)導(dǎo)航欄中選擇相應(yīng)的子庫(kù)作為知識(shí)檢索的范圍;(2)選擇檢索方式:檢索方式包括初級(jí)檢索或高級(jí)檢索;(3)輸入檢索條件:包括檢索邏輯、檢索字段,檢索詞;(4)執(zhí)行檢索:檢索得到一個(gè)知識(shí)對(duì)象的列表,用戶(hù)再選擇相應(yīng)的知識(shí)對(duì)象查看信息;(5)查看知識(shí)對(duì)象:知識(shí)對(duì)象的信息包括了知識(shí)的詳細(xì)信息及知識(shí)鏈接信息(如圖9所示)。5.3led手電的概念方案設(shè)計(jì)某公司要設(shè)計(jì)一種新型手電筒,從而改變傳統(tǒng)手電筒市場(chǎng)低迷的狀況。首先對(duì)設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行分析,可以將該問(wèn)題擴(kuò)大化為:(1)設(shè)計(jì)一種照明工具;(2)該工具便于攜帶。在明確了設(shè)計(jì)目標(biāo)之后,可以應(yīng)用知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)查詢(xún)專(zhuān)利知識(shí)、設(shè)計(jì)實(shí)例以及專(zhuān)題知識(shí),了解設(shè)計(jì)問(wèn)題的相關(guān)技術(shù)背景。通過(guò)查詢(xún)了解到許多與手電相關(guān)的技術(shù)專(zhuān)利,如:伸縮式手電筒(專(zhuān)利號(hào):98110681.1)、太陽(yáng)能充電/照明兩用手電(專(zhuān)利號(hào):88107235.4)、聚光與升壓手電筒(專(zhuān)利號(hào):02148480.5)等。從這些專(zhuān)利可以發(fā)現(xiàn),手電創(chuàng)新設(shè)