CN105205537A - 一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的装置，包括依次相连的领域本体模块、图形参数化工艺本体建模模块、通用本体建模模块和推理模块，所述图形参数化工艺本体建模模块与所述通用本体建模模块之间设有数据接口，所述通用本体建模模块与所述推理模块之间设有插件。本发明一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的装置在特征加工工艺知识领域内，利用本体理论进行特征工艺知识的表达，可以解决过程型的特征加工工艺知识表达和推理难、可维护性差的问题；其次本发明利用图形化的方式表达工艺知识，有助于用户掌握知识维护的方法，使知识表达更加形象，知识维护更加便捷。

Description

一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的装置及方法

技术领域

本发明涉及特征加工工艺知识的表达及推理领域，具体的涉及一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的装置及方法。

背景技术

特征加工工艺知识是工艺知识体系中非常重要的一部分，在三维工艺设计中，特征加工工艺知识的核心价值在于为零件工艺路线提供具有参考价值的工艺基础，利用特征的属性推理出的特征加工工艺能保证加工过程是经济、符合工艺要求的。

知识表达对于问题能否求解、是否便于程序实现有重大影响，知识结构的正确表示很关键，所以要选择和设计一种实用的表达模式。特征工艺知识表达考虑的因素包括(但不限于)：1)表达是否准确、有效，推理规则是否直观、简单、可理解且符合人类普遍思维；2)知识是否便于扩展和维护；3)知识是否便于计算机程序实现。

现有技术中，知识的表达方法主要有以下五种：

(1)谓词逻辑表示法：此表示法将知识中的对象、性质、状况和关系等符号化后，利用谓词合式公式和谓词描述前提条件和定理，然后利用逻辑公式证明新问题是否可从前提条件中推理出。谓词逻辑表示法适合表示事物的状态、属性、概念等事实性知识以及事物间确定的因果关系，但是不能表示不确定性知识，推理效率很低。

(2)产生式规则表示法：此表示法用“IFATHENB”的产生式规则形式来表示事物或知识的因果关系。产生式规则表示法适用于经验型领域，知识的因果关系明确，自然灵活，便于理解，推理过程清晰，但是不适合表达结构性知识，易造成规则冲突或组合***。

(3)语义网络表示法：此表示法采用网络图表达知识，其中节点表示事物、概念和情况等，弧线表示节点间的关系。语义网络表示法适用于依据明确分类进行推理的领域和处理事物的状态、性质、动作间关系的场合，自然直接，符合人类思维习惯，但这种弱约束的网络图无法保证推论的严格性和有效性，且知识的存储和检索较复杂。

(4)框架表示法：此表示法用框架和槽分别表示事物对象和对象的属性。一个框架由一组槽组成，每个槽表示对象的一个属性，槽的值就是对象的属性值。框架表示法适用于描述层次性好、继承性好且具有固定形式的对象。当出现多重继承时，易产生歧义，且不善于表达过程型知识。

(5)参数过程图表示法：此表示法是一种基于参数表和过程图的可视化的知识表示方法，用参数表达领域专家在决策过程中所考虑的各种因素，用过程图表达过程知识。参数过程图知识表示法具有可视化、参数化的特点，比较适合表达工艺上动态的、过程性的知识。但面对复杂的决策过程时，过程图的定义过于复杂，知识扩充和维护的难度较大。

特征加工工艺知识是过程型知识，具有一定的领域特点，主要包括描述型知识(特征的加工方法集)和推理型知识(特征与特征加工方法之间的关系)。描述型知识之间有较强的关联关系，如特征加工方法与刀具、机床、加工精度等都有关联。推理型知识描述较困难，不仅是因为知识条目总量较多，而且部分推理型知识没有量化或对象化，容易产生模糊意义，且部分知识具有隐含意义。总体而言，上述方法较难对特征加工工艺的隐含意义进行推理，且知识条目的可维护性和可推理性较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于本体的特征加工工艺知识表达***推理的装置及方法，可以解决过程型的特征加工工艺知识表达和推理难、可维护性差的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的装置，包括依次相连的领域本体模块、图形参数化工艺本体建模模块、通用本体建模模块和推理模块，所述图形参数化工艺本体建模模块与所述通用本体建模模块之间设有数据接口，所述通用本体建模模块与所述推理模块之间设有插件；

所述领域本体模块，其用于将机械加工领域内的工艺知识进行工艺知识本体建模形成机械加工工艺领域本体；

所述图形参数化工艺本体建模模块，其用于将机械加工工艺领域本体进行建模形成参数化特征加工工艺本体，并为参数化特征加工工艺本体提供图像化特征加工工艺推理规则，还用于将外部加工特征转化为特征属性，还用于将内部特征加工方法实例转化为特征加工方法，形成外部特征加工方法树；

所述通用本体建模模块，其用于将参数化特征加工工艺本体和图像化特征加工工艺推理规分别对应转化为通用的静态工艺知识本体和工艺推理规则，还用于将特征属性转化为内部特征实例；

所述推理模块，其用于将通用的静态工艺知识本体根据工艺推理规则进行层次结构和关系的优化，挖掘潜在的概念间的关系，得到完整优化的通用的特征加工工艺知识本体，还用于将内部特征实例进行实例推理得到为内部特征加工方法实例。

本发明的有益效果是：本发明一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的装置在特征加工工艺知识领域内，利用本体理论进行特征工艺知识的表达，可以解决过程型的特征加工工艺知识表达和推理难、可维护性差的问题；其次本发明利用图形化的方式表达工艺知识，有助于用户掌握知识维护的方法，使知识表达更加形象，知识维护更加便捷。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述数据接口用于图形参数化工艺本体建模模块与所述通用本体建模模块之间进行数据格式转换，所述插件用于通用本体建模模块与推理模块之间进行数据交换。

进一步，所述通用本体建模模块采用Protégé建模工具，所述推理模块采用Pellet推理机，所述图形参数化工艺本体建模模块采用OGPTool。

采用上述进一步方案的有益效果是：本发明选择支持OWL第二版和SWRL的Protégé工具作为通用本体建模，一方面此工具提供面向用户的可视化本体编辑工具，可以将图形化本体转化为OWL格式；另一方面此工具作为通用工具，可以与大部分推理机如Pellet、FaCT++、Hermit、Racer等集成。

进一步，所述Protégé建模工具和Pellet推理机均支持第二版OWL语言和SWRL语言，所述第二版OWL语言为描述特征加工工艺知识本体的语言，所述SWRL语言为描述工艺知识推理规则的语言。

进一步，基于OWL的特征加工工艺知识本体的表达为四元组，所述四元组的格式为(知识类,知识实例,属性,关系)；基于SWRL的工艺知识推理规则的表达由规则基元组成，所述规则基元形如函数表达，用类名或关系名表示函数名，变量用问号“？”加变量名表示；基于OPGTool的特征加工工艺知识本体建模的表达方式为本体结构树、实例、参数流程图、约束规则和计算表达式。

基于上述一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的装置，本发明还提供一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的方法。

一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的方法，包括以下步骤，

S1，将机械加工领域内的工艺知识在上述所述的一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的装置中进行表达，得到表达的特征加工工艺知识本体；

S2，将外部加工特征结合表达的特征加工工艺知识本体在上述所述的一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的装置中进行实例推理，得到外部特征加工方法树。

本发明的有益效果是：本发明一种基于本体的特征加工工艺知识的推理方法利用本体的特点，建立了特征工艺知识内各要素的关联关系，其维护的过程只需要按要求添加实例，其维护成本大大降低，维护的效率大大提高。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，步骤S1的具体实现包括以下步骤，

S11，将机械加工工艺领域内的工艺知识作为数据源，以特征为核心概念，以本体论作为理论基础，在领域本体模块中进行工艺知识本体建模，形成机械加工工艺领域本体；

S12，将机械加工工艺领域本体在OGPTool中转化为计算机表达方式，并对计算机表达方式的机械加工工艺领域本体进行建模，形成参数化特征加工工艺本体，同时OGPTool为参数化特征加工工艺本体提供图像化特征加工工艺推理规则；

S13，将参数化特征加工工艺本体和图像化特征加工工艺推理规则通过数据接口传递至Protégé建模工具中，并在Protégé建模工具中转化为Protégé建模工具支持的表达方式和文件格式，分别对应生成OWL静态工艺知识本体和SWRL工艺推理规则；

S14，将OWL静态工艺知识本体和SWRL工艺推理规则通过插件传递至Pellet推理机中，并通过Pellet推理机将OWL静态工艺知识本体根据SWRL工艺推理规则进行层次结构和关系的优化，挖掘潜在的概念间的关系，得到完整优化的OWL特征加工工艺知识本体，完成工艺知识的表达。

进一步，所述完整优化的OWL工艺知识本体通过插件传递至Protégé建模工具中，接着通过数据接口转换到OGPTool中作为工艺知识存储起来。

进一步，步骤S2的具体实现包括以下步骤，

S21，将外部加工特征输入至OGPTool中，并通过OGPTool转化为OGPTool的特征参数；

S22，将特征参数通过数据接口传递至Protégé建模工具中，并通过Protégé建模工具转化为内部特征实例；

S23，将内部特征实例与Protégé建模工具中的SWRL工艺推理规则进行结合，并通过插件传递至Pellet推理机中，并根据Pellet推理机中的完整优化的OWL特征加工工艺本体进行实例推理，得到内部特征加工方法实例；

S24，将内部特征加工方法实例通过插件传递到Protégé建模工具内；

S25，将Protégé建模工具内的内部特征加工方法实例通过接口传递到OGPTool中，并在OGPTool中转换为特征加工方法；

S26，将特征加工方法从OGPTool中导出，得到外部特征加工方法树。

附图说明

图1为本发明一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的装置的结构框图；

图2为本发明一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的装置的体系构建框图；

图3为本发明一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的方法的流程图；

图4为本发明一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的方法的特征加工工艺知识本体概念关系图；

图5为本发明发明一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的方法的特征加工工艺知识实例样例图；

图6为本发明一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的方法的基于OGPTool的特征加工工艺知识本体类及其关系建模示意图；

图7为本发明一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的方法的孔加工工艺推理规则的参数流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的装置，包括依次相连的领域本体模块、图形参数化工艺本体建模模块、通用本体建模模块和推理模块，所述图形参数化工艺本体建模模块与所述通用本体建模模块之间设有数据接口，所述通用本体建模模块与所述推理模块之间设有插件；

所述领域本体模块，其用于将机械加工领域内的工艺知识进行工艺知识本体建模形成机械加工工艺领域本体；

所述图形参数化工艺本体建模模块，其用于将机械加工工艺领域本体进行建模形成参数化特征加工工艺本体，并为参数化特征加工工艺本体提供图像化特征加工工艺推理规则，还用于将外部加工特征转化为特征属性，还用于将内部特征加工方法实例转化为特征加工方法，形成外部特征加工方法树；

所述通用本体建模模块，其用于将参数化特征加工工艺本体和图像化特征加工工艺推理规分别对应转化为通用的静态工艺知识本体和工艺推理规则，还用于将特征属性转化为内部特征实例；

所述推理模块，其用于将通用的静态工艺知识本体根据工艺推理规则进行层次结构和关系的优化，挖掘潜在的概念间的关系，得到完整优化的通用的特征加工工艺知识本体，还用于将内部特征实例进行实例推理得到为内部特征加工方法实例。

图2为本发明一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的装置的体系构建框图。如图2所示，所述通用本体建模模块为Protégé建模工具，所述推理模块为Pellet推理机，所述图形参数化工艺本体建模模块为OGPTool；所述Protégé建模工具和Pellet推理机均支持第二版OWL语言和SWRL语言，所述第二版OWL语言为描述特征加工工艺知识本体的语言，所述SWRL语言为描述工艺知识推理规则的语言。领域本体是对学科概念的一种描述，包括学科中的概念、概念的属性、概念间的关系以及属性和关系的约束。由于知识具有显著的领域特性，所以领域本体能够合理而有效地表示知识。“领域”是根据本体构建者的需求来确立的，它可以是一个学科领域，可以是某几个领域的一种结合，也可以是一个领域中的一个小范围。在特征加工工艺知识本体构建体系中，领域本体工具用于以机械加工工艺领域内的工艺知识为数据源，根据本体理论创建特征加工工艺知识本体，形成特征加工工艺知识本体的概念、属性、关系、公理、实例、规则。为了实现计算机智能化应用知识本体，选择合适的特征加工工艺知识本体描述语言作为计算机语言支撑。本发明以OWL2(OWL的第二版)作为特征加工工艺知识本体描述语言，以SWRL(SemanticWebRuleLanguage)作为工艺知识推理规则描述语言。OWL作为一种通用的处理Web信息内容的语言，主要为计算机应用程序的读取而设计的，对人类而言其可读性不强，因此需要通用本体建模工具支持用户完成OWL本体建模。本发明选择支持OWL2和SWRL的Protégé工具作为通用本体建模，一方面此工具提供面向用户的可视化本体编辑工具，可以将图形化本体转化为OWL格式；另一方面此工具作为通用工具，可以与大部分推理机如Pellet、FaCT++、Hermit、Racer等集成。本发明选择Pellet作为规则编辑器和推理工具，实现本体的优化和实例推理。Pellet也支持OWL2和SWRL，且通过插件可与Protégé进行数据转换。Protégé作为本体建模的通用工具，其局限在于定义概念、关系及规则的过程过于接近计算机语言编程模式，工艺设计人员难以掌握。而工艺知识本身经验性比较强，蕴含着“约定”好的层次关系，且推理规则分支较多，扩展性要求非常高，因此需要更接近业务层的图形参数化工艺本体建模工具OGPTool来完成特征加工工艺知识本体和推理规则的建模。底层通过数据接口完成OGPTool与Protégé之间的数据格式转换和概念对应。

基于上述一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的装置，本发明还提供一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的方法。

如图3所示，一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的方法，包括以下步骤S1和S2，

S1，将机械加工领域内的工艺知识在上述所述的一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的装置中进行表达，得到表达的特征加工工艺知识本体。

步骤S1的具体实现包括以下步骤，

S11，将机械加工工艺领域内的工艺知识作为数据源，以特征为核心概念，以本体论作为理论基础，在领域本体模块中进行工艺知识本体建模，形成机械加工工艺领域本体；

S12，将机械加工工艺领域本体在OGPTool中转化为计算机表达方式，并对计算机表达方式的机械加工工艺领域本体进行建模，形成参数化特征加工工艺本体，同时OGPTool为参数化特征加工工艺本体提供图像化特征加工工艺推理规则；

S13，将参数化特征加工工艺本体和图像化特征加工工艺推理规则通过数据接口传递至Protégé建模工具中，并在Protégé建模工具中转化为Protégé建模工具支持的表达方式和文件格式，分别对应生成OWL静态工艺知识本体和SWRL工艺推理规则；

S14，将OWL静态工艺知识本体和SWRL工艺推理规则通过插件传递至Pellet推理机中，并通过Pellet推理机将OWL静态工艺知识本体根据SWRL工艺推理规则进行层次结构和关系的优化，挖掘潜在的概念间的关系，得到完整优化的OWL特征加工工艺知识本体，完成工艺知识的表达。

所述完整优化的OWL工艺知识本体通过插件传递至Protégé建模工具中，接着通过数据接口转换到OGPTool中作为工艺知识存储起来。

S2，将外部加工特征结合表达的特征加工工艺知识本体在上述所述的一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的装置中进行实例推理，得到外部特征加工方法树。

步骤S2的具体实现包括以下步骤，

S21，将外部加工特征输入至OGPTool中，并通过OGPTool转化为OGPTool的特征参数；

S22，将特征参数通过数据接口传递至Protégé建模工具中，并通过Protégé建模工具转化为内部特征实例；

S23，将内部特征实例与Protégé建模工具中的SWRL工艺推理规则进行结合，并通过插件传递至Pellet推理机中，并根据Pellet推理机中的完整优化的OWL特征加工工艺本体进行实例推理，得到内部特征加工方法实例；

S24，将内部特征加工方法实例通过插件传递到Protégé建模工具内；

S25，将Protégé建模工具内的内部特征加工方法实例通过接口传递到OGPTool中，并在OGPTool中转换为特征加工方法；

S26，将特征加工方法从OGPTool中导出，得到外部特征加工方法树。

在本发明一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的方法中，具体包括以下内容：

基于OWL的特征加工工艺知识本体表达：

基于OWL的工艺知识本体的表达为四元组，即特征加工工艺本体＝(知识类,知识实例,属性,关系)，具体表达的为：OFP＝(KC,KI,A,R)，其中：

1)KC(知识类KnowledgeClass)：特征加工工艺知识类(概念)的集合，如加工特征类(MachiningFeature)和特征加工方法链类(FeatureProcessChain)等。

2)KI(知识实例KnowledgeIndividual)：特征加工工艺知识实例(个体)的集合。在加工工艺中，每个类都可以有多个知识个体，如的通孔为特征类的实例，粗车(RoughTurning)、半精车(SemifinishTurning)、精车(FinishTurning)为车(Turning)加工方法类的实例，“钻-扩钻-扩-粗铰-精铰”为特征加工方法链类的实例等。

3)A(属性Attribute)：是知识类的某特性，反映知识类的某一性质。A表示特征加工工艺知识中类的属性及属性定义的集合，是一类数据属性关系。如孔特征类具有直径(hasDiameter)、深度(hasDepth)、底面锥角(hasBottomAngle)、是否有预留孔(hasPreHole)等属性。

4)R(关系Relationship)：表示特征加工工艺知识中类、个体之间关系的集合，是一类对象属性关系。此类关系分为两种，一种是表示类的层次关系Rh，一种表示类及个体之间具有工艺语义的关系Rc。层次关系Rh主要包含类父子关系subClassOf、类兄弟关系isSiblingOf，个体与类之间的枚举关系oneof等。具有工艺语义的关系Rc是指类之间的工艺关系。如表示加工特征类与特征加工方法链类之间的关系hasFeatureProcessChain。

图4为本发明一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的方法的特征加工工艺知识本体概念关系图，从图4中可以看出，特征加工工艺知识本体主要包含五个关键类：特征类(MachiningFeature)，加工方法类(MachiningProcess)，特征加工方法链类(FeatureProcessChain)，特征加工方法类(FeatureProcess)，加工能力类(MachiningCapability)。

1)特征类(MachiningFeature)是指加工特征类的集合。特征类作为父类，将前发明中的各种特征类型作为特征类的子类。特征类包含孔类(Hole)、外圆柱面类(OuterCylinder)等子类，子类之间为兄弟关系。作为父类，特征类拥有特征的公共属性，如材料属性(hasMaterial)、硬度(hasHardness)、精度等级(hasToleranceIT)、表面粗糙度(hasRoughness)等。作为子类，子特征类不但继承父类所有的属性，而且还允许拥有子类自身特有的属性，如孔类有直径(hasDiameter)、深度(hasDepth)、底面锥角(hasBottomAngle)、是否有预留孔(hasPreHole)等属性。

2)加工方法类(MachiningProcess)是指根据机床、刀具及运动形态定义的各种加工方法类的集合，是工艺知识中的基础。加工方法类包括钻孔类(Drilling)、镗削类(Boring)、车削类(Turning)、铣削类(Milling)等子类，子类之间为兄弟关系。加工方法类的子类是枚举类，即通过列举出类的所有实例来表达或者描述此类。本发明将加工方法按加工精度的不同枚举出所有的加工子方法，如车削类包含粗车(RoughTurning)、半精车(SemifinishTurning)、精车(FinishTurning)等实例，车削类为所有这些实例的组合。

3)特征加工方法链类(FeatureProcessChain)是的满足加工特征工艺要求的、经济的加工方法顺序组合的集合。根据特征子类不同，特征加工方法链类包含孔加工方法链(HoleProcessChain)、型腔加工方法链(ProcketProcessChain)等子类，子类之间为兄弟关系。根据特征加工方法推理的要求，定义特征加工方法链类的属性：特征加工前的几何状态(hasPreFeature)和物理状态(hasPreCondition)。

4)特征加工方法类(FeatureProcess)是对加工方法类集合的一个分类和归纳。根据加工方法所适应的特征将其分类，如适合孔类加工的特征加工方法集合为孔加工方法类(HoleMakingProcess)，包括钻孔类(Drilling)、扩孔类(Enlarging)、铰孔类(Reaming)、镗孔类(Boring)、车孔类(Turning)、铣孔类(Milling)等。

5)加工能力类(MachiningCapability)是对加工方法及特征加工方法链的加工能力评估的指标集合。每种加工方法(链)均有自身的加工能力范围(range)，如能加工的材料范围(MaterialRange)、硬度范围(HardnessRange)、精度等级范围(ToleranceRange)、粗糙度范围(RoughnessRange)、尺寸范围(SizeRange)以及加工余量范围(AllowanceRange)等。

工艺关系在特征加工工艺本体表达中是一种对象属性，对象属性所拥有的特性和公理，工艺关系也拥有，如工艺关系有子属性(hasSubProperty)。在概念层面特征加工工艺知识本体的五个关键类之间存在如下工艺关系：特征类与特征加工方法链存在关系HasFeatureProcessChain，表示某特征可以通过某条特征加工方法链的加工达到工艺要求；加工方法(链)类与加工能力类存在关系hasMachiningCapability，表示某加工方法(链)的加工能力范围；特征加工方法链类与加工方法类存在关系hasOrderedMachiningProcess，表示特征加工方法链由某些加工方法组合而成；特征加工方法类与加工方法类存在关系hasMachiningProcess，表示某些加工方法适合某一类特征的加工。

特征加工工艺知识本体的结构和关系定义明确后，接下来需要构建知识实例。知识实例是加工工艺中的方法条目，按照类和关系详细地表达了特征加工方法。如图5为特征加工工艺知识实例样例，表达的是孔类特征实例和孔加工方法链实例。某特征为7级精度的的孔hole1，表面粗糙度为0.8，材料为45号钢，加工前没有预留孔(非铸造孔)。假设某特征加工方法链为holeprocesschain1，其中holeprocesschain1hasFirstStepNormalDrilling，hasSecondStepCounterBoring，hasThirdStepRoughReaming，hasFourthStepFinishReaming，此方法链适应于拥有如下属性的孔加工：没有预留特征、材料为钢材、硬度小于HB400、精度等级为7级或者8级、表面粗糙度在0.8～1.6mm之间、孔径在20～30之间；此方法链按先后顺序有4步，钻、扩、粗铰、精铰，每步的加工范围如图5中属性所示。通过推理可以得到hole1与holeprocesschain1存在hasFeatureProcessChain关系，从工艺语义上理解，即hole1的加工方法可以是holeprocesschain1，且根据hole1的直径值和每步的加工能力，可以推断出每步的加工余量如图5中AR1、AR2、AR3、AR4的属性值所示。

在表达类之间的关系时，工艺关系是在构建知识本体时直接建立的，但在表达实例之间的关系时，类之间的关系可以被继承，如图5中的关系hasOrderedMachining；部分关系则是需要推理才能得到的，如hasFeatureProcessChain关系需要特征工艺推理后才能在实例间建立；部分关系下的实例数据属性值也是需要推理才能得到，如需要余量推理才能确定FeatureProcessChain实例hasAllowanceRange关系下AllowanceRange实例的属性值。

基于SWRL的特征工艺推理规则表达：

基于SWRL的工艺知识推理规则的表达由规则基元组成，所述规则基元形如函数表达，用类名或关系名表示函数名，变量用问号“？”加变量名表示。

特征加工工艺推理是从工艺知识中匹配获得满足特征加工要求的加工方法。基于本体和SWRL的特征加工工艺推理是根据特征类实例的属性值，在特征加工方法链类的实例中匹配得到满足规则的实例。每一条规则由规则基元(atom)组成，如MachiningFeature(？f)，规则基元形如函数表达，用类名或关系名表示函数名，变量用问号“？”加变量名表示，变量一般表示类的实例或者属性值。根据图5所示的特征加工工艺知识实例样例中孔加工实例样例，利用SWRL提供的基元表达孔特征工艺推理规则。规则描述如下表表1所示，

表1

如Hole(？f)表示“如果f为Hole类的一个实例”，此种表达方法以变量形式定义类的实例；又如hasToleranceIT(？f,？t)表示f的精度等级(ToleranceIT)值为t，此种表达用变量表达实例的属性；再如swrlb:greaterThanOrEuqal(？h,？hu)表示“假如表示式h≥hu为真”，此类表达方法借用了SWRL中的Build-Ins定义变量比较的判断逻辑。如果符号“->”之前所有的定义明确、赋值有效且判定为真，则可以得到符号“->”之后的表达式，如hasFeatureProcessChain(？f,？c)，表示孔实例f与特征加工方法链c之间存在hasFeatureProcessChain关系。知识推理时，通过上述规则判断，如果实例f和实例c之间存在hasFeatureProcessChain关系，则f的特征加工方法链为c。

特征工艺推理使用的规则表达式中仅包含抽象的概念、属性及参数，特征类和加工能力类的实例和属性已用变量代替，因此，当特征加工工艺知识本体中实例属性值发生变化或实例条目需要扩充时，其推理规则不需要变化。规则表达式是针对特征建立的，每种特征的加工方法可以通过一条规则进行推理，满足规则的实例间均可以建立hasFeatureProcessChain关系，因此，通过推理一个特征可以拥有多个特征加工方法链，实际工艺设计时，需用户指定或新增更多条件规则才能唯一确定特征的加工方法链。

基于OGPTool的特征加工工艺本体建模：

基于OPGTool的工艺知识本体建模的表达方式为本体结构树、实例、参数流程图、约束规则和计算表达式。

OGPTool可分别对陈述型知识、控制型知识和计算型知识进行表达。对于已提供概念和事实的陈述型知识，OGPTool以本体结构树和实例进行描述，如特征加工方法链知识，加工余量的表达等；对于控制型的知识，OGPTool用参数流程图描述，如特征工艺推理规则的表达；对于计算型的知识，以约束规则和计算表达式进行描述，如特征加工方法链总余量计算、加工参数计算的表达。

图6为OGPTool进行特征工艺知识本体建模过程，在“基于OWL的特征加工工艺知识本体表达”中已经分析过知识的概念及关系，在OGPTool按同样的概念和关系建立知识本体，如图6所示，不同的是表与树节点存在一一对应的“属性”关系，且图6中为类和属性都被赋予了表达式和参数符号；表2为图6中各种类的部分实例表。

表2

图7为孔加工工艺推理规则的参数流程图，为了清楚地表达推理规则，图7中分别用参数汇总表1和参数汇总表2记录参数流程中所使用到的参数符号及其表达式。由于在类属性建模过程中，参数符号已经被设计过，则参数流程图设计过程中可以直接引用参数符号和类属性关系。参数流程图中通过逻辑控制图元控制规则的判断分支，图元中的内容即为判断规则。

参数汇总表1

参数名	表达式	参数符号
			孔类	Hole	ho
材料	hasMaterial	m

硬度	hasHardness	h
			精度等级	hasToleranceIT	t
表面粗糙度	hasRoughness	r
			直径	hasDiameter	d
深度	hasDepth	dp
			预留孔状态	hasPreHole	preh

参数汇总表2

参数名	表达式	参数符号
			孔加工方法链类	HoleProcessChain	hc
材料列表	hasList	ml
			硬度上限	hasUpperLimit	hu
硬度下限	hasLowerLimit	hl
			精度上限	hasUpperLimit	tu
精度下限	hasLowerLimit	tl
			Ra上限	hasUpperLimit	ru
Ra下限	hasLowerLimit	rl
			尺寸上限	hasUpperLimit	su
尺寸下限	hasLowerLimit	sl
			预留特征状态	hasPreFeature	pref

特征加工工艺知识本体建模与推理的实现为：

首先对工艺经验实例进行总结和归纳，在OGPTool中对工艺知识进行表达。利用OGPTool的参数化工具对特征加工工艺知识本体类、类关系、类属性参数表和推理规则进行建模。利用OGPTool的资源管理器对特征加工工艺知识本体实例进行建模。然后OGPTool将特征加工工艺知识本体表达数据转换成XML文件格式，Protégé读取后形成OWL本体表达和SWRL规则描述，分别转换为类、对象属性、数据类属性、个体和推理规则。最后Pellet对OWL本体进行错误检查和隐含关系推理。

在工艺设计过程中，先对零件模型进行特征识别获得特征的工艺属性，然后将特征及其属性以特征实例形式推送到OGPTool中，通过参数转换和实例关系推理获得当前特征的加工方法。最后将加工方法链解析为特征工艺，以特征工艺树结构显示在工艺设计平台中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的装置，其特征在于：包括依次相连的领域本体模块、图形参数化工艺本体建模模块、通用本体建模模块和推理模块，所述图形参数化工艺本体建模模块与所述通用本体建模模块之间设有数据接口，所述通用本体建模模块与所述推理模块之间设有插件；

所述领域本体模块，其用于将机械加工领域内的工艺知识进行工艺知识本体建模形成机械加工工艺领域本体；

所述图形参数化工艺本体建模模块，其用于将机械加工工艺领域本体进行建模形成参数化特征加工工艺本体，并为参数化特征加工工艺本体提供图像化特征加工工艺推理规则，还用于将外部加工特征转化为特征属性，还用于将内部特征加工方法实例转化为特征加工方法，形成外部特征加工方法树；

所述通用本体建模模块，其用于将参数化特征加工工艺本体和图像化特征加工工艺推理规分别对应转化为通用的静态工艺知识本体和工艺推理规则，还用于将特征属性转化为内部特征实例；

所述推理模块，其用于将通用的静态工艺知识本体根据工艺推理规则进行层次结构和关系的优化，挖掘潜在的概念间的关系，得到完整优化的通用的特征加工工艺知识本体，还用于将内部特征实例进行实例推理得到为内部特征加工方法实例。

2.根据权利要求1所述的一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的装置，其特征在于：所述数据接口用于图形参数化工艺本体建模模块与所述通用本体建模模块之间进行数据格式转换，所述插件用于通用本体建模模块与推理模块之间进行数据交换。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的装置，其特征在于：所述通用本体建模模块采用Protégé建模工具，所述推理模块采用Pellet推理机，所述图形参数化工艺本体建模模块采用OGPTool。

4.根据权利要求3所述的一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的装置，其特征在于：所述Protégé建模工具和Pellet推理机均支持第二版OWL语言和SWRL语言，所述第二版OWL语言为描述特征加工工艺知识本体的语言，所述SWRL语言为描述工艺知识推理规则的语言。

5.根据权利要求4所述的一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的装置，其特征在于：基于OWL的特征加工工艺知识本体的表达为四元组，所述四元组的格式为(知识类,知识实例,属性,关系)；基于SWRL的工艺知识推理规则的表达由规则基元组成，所述规则基元形如函数表达，用类名或关系名表示函数名，变量用问号“？”加变量名表示；基于OPGTool的特征加工工艺知识本体建模的表达方式为本体结构树、实例、参数流程图、约束规则和计算表达式。

6.一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的方法，其特征在于：包括以下步骤，

S1，将机械加工领域内的工艺知识在权利要求1至5任一项所述的一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的装置中进行表达，得到表达的特征加工工艺知识本体；

S2，将外部加工特征结合表达的特征加工工艺知识本体在权利要求1至5任一项所述的一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的装置中进行实例推理，得到外部特征加工方法树。

7.根据权利要求6所述的一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的方法，其特征在于：步骤S1的具体实现包括以下步骤，

S11，将机械加工工艺领域内的工艺知识作为数据源，以特征为核心概念，以本体论作为理论基础，在领域本体模块中进行工艺知识本体建模，形成机械加工工艺领域本体；

S12，将机械加工工艺领域本体在OGPTool中转化为计算机表达方式，并对计算机表达方式的机械加工工艺领域本体进行建模，形成参数化特征加工工艺本体，同时OGPTool为参数化特征加工工艺本体提供图像化特征加工工艺推理规则；

S13，将参数化特征加工工艺本体和图像化特征加工工艺推理规则通过数据接口传递至Protégé建模工具中，并在Protégé建模工具中转化为Protégé建模工具支持的表达方式和文件格式，分别对应生成OWL静态工艺知识本体和SWRL工艺推理规则；

S14，将OWL静态工艺知识本体和SWRL工艺推理规则通过插件传递至Pellet推理机中，并通过Pellet推理机将OWL静态工艺知识本体根据SWRL工艺推理规则进行层次结构和关系的优化，挖掘潜在的概念间的关系，得到完整优化的OWL特征加工工艺知识本体，完成工艺知识的表达。

8.根据权利要求7所述的一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的方法，其特征在于：所述完整优化的OWL工艺知识本体通过插件传递至Protégé建模工具中，接着通过数据接口转换到OGPTool中作为工艺知识存储起来。

9.根据权利要求6至8任一项所述的一种基于本体的特征加工工艺知识表达推理的方法，其特征在于：步骤S2的具体实现包括以下步骤，

S21，将外部加工特征输入至OGPTool中，并通过OGPTool转化为OGPTool的特征参数；

S22，将特征参数通过数据接口传递至Protégé建模工具中，并通过Protégé建模工具转化为内部特征实例；

S23，将内部特征实例与Protégé建模工具中的SWRL工艺推理规则进行结合，并通过插件传递至Pellet推理机中，并根据Pellet推理机中的完整优化的OWL特征加工工艺本体进行实例推理，得到内部特征加工方法实例；

S24，将内部特征加工方法实例通过插件传递到Protégé建模工具内；

S25，将Protégé建模工具内的内部特征加工方法实例通过接口传递到OGPTool中，并在OGPTool中转换为特征加工方法；

S26，将特征加工方法从OGPTool中导出，得到外部特征加工方法树。