基于产品符号语义模型的设计定制信息处理方法及应用研究---硕士论文

分类号： 密级：UDC ：编号： 学位论文基于产品符号语义模型的设计定制信息处理方法及应用研究指导教师姓名：教授河北工业大学申请学位级别：硕士学科、专业名称： 仪器科学与技术论文提交日期： 年 月论文答辩日期: 年 月学位授予单位：河北工业大学答辩委员会主席：评阅人：年 月 基于产品符号语义模型的设计定制信息处理方法及应用研究摘 要本文从大规模定制和信息处理技术在产品设计中的应用出发，对大规模定制设计下信息处理存在的缺陷进行了分析，阐述了以客户需求为出发点的设计和定制方式，提出了基于产品符号语义模型的信息处理方法。文章首先在讨论了信息处理技术的发展现状以及语义表达在信息处理中的重要性之后，介绍了语义模型这一概念，同时表达了语义和信息不可分割的特点。为了得出有效论据，本文结合了产品符号传递模型和支持公理设计的产品符号语义模型，在信息处理系统中增加了语义模块，使产品符号这一载体有效地将信息传递下去。其次，论述了语义模型在用户参与设计和定制中的优势，使用覆盖类对象和实例对象的符号模型与对应的语义模型相结合的方法，描述了符号对象之间的关联关系，实现了对产品设计对象的抽象化和形式化表达，便于产品设计中数据信息和概念信息的管理。最后，文章以袋式除尘器的设计为例，对上述方法进行验证，设计了用于袋式除尘器结构优化数据库系统的语义模型，通过 Pro/E 二次开发实现了袋式除尘器产品设计和定制信息的处理。关键字：产品符号，语义模型，信息处理，定制，Pro/E 二次开发基于产品符号语义模型的设计定制信息处理方法及应用研究THE RESEACH OF DESIGN AND CUSTOMIZE INFORMATION PROCESSING METHOD BASED ON SEMANTIC MODEL OF PRODUCT SYMBOLSABSTRACTThis paper analyzed the defect which left in the information processing of mess customization based on mass customization and message processing technology, and then expounds the customer demands as the starting point of design and customize and put forward a new message processing method which based on semantics model of product symbols.Firstly, the paper introduce the development status of information processing and the importance of the use of semantic expression in information processing, after that the paper introduced the concept of semantic models and discribed the indivisible characteristics between semantic and message. In order to get valid argument, this paper combine the product symbol and semantic modle together and add a semantic model module in information processing make the information pass along effectively.Secondly, this paper discourses the superior of semantic models used in user design and customize, with the method of link product symbol and semantic modle based on class object and instance object,paper describe the incidence relation between symbol objects, to achieve the abstration and formal representation of product design object,and facilitate the management of product design data and concepts in the product design.At last, as an example to verify the above method, in bag filter design we construct a database based on semantic modle and bring about the information processing of filter bag design use Pro/E secondary development through this way.KEY WORDS: product symbols，semantic model，information processing，customization， secondary development of PRO/ENGINEER目 录摘 要IABSTRACTII目 录III第一章 绪论11-1 研究背景与研究意义11-2 相关技术及其研究现状21-2-1 产品设计中信息处理的重要性21-2-2 信息处理技术综述41-3 基于语义模型的信息处理技术51-3-1 基于语义模型的信息处理技术的意义51-3-2 基于语义模型的信息处理系统概念简述51-4 论文研究内容61-5 论文结构7第二章 语义模型基本理论和构建方法研究82-1 语义模型理论研究82-1-1 语义模型基本理论92-1-2 语义模型基本分类和特点92-1-3 语义模型理论的应用以及在信息处理方面的应用112-2 产品符号语义模型构建方法112-2-1 产品符号语义模型理论的表示方法112-2-2 几种常见的语义模型表示方法142-3 小结16第三章 信息处理技术及语义模型在信息处理中的应用173-1 产品设计中的信息处理技术173-1-1 以 NFD 法为指导思想的信息处理方法183-1-2 基于语义的数据挖掘193-2 基于产品符号语义模型的信息处理方法213-2-1 基于产品符号语义模型的信息处理流程223-2-2 基于产品符号语义模型信息处理方法实现机理233-3 本章小结23第四章 基于产品符号语义模型的信息处理开发环境介绍244-1 语义模型构建工具244-2 信息处理实现工具27iii基于产品符号语义模型的设计定制信息处理方法及应用研究第五章 基于产品符号语义模型的信息处理平台开发及应用305-1 基于产品符号语义模型的设计定制系统基本流程305-1-1 信息处理系统信息数据库的建立305-1-2 信息处理系统信息语义模型的建立315-1-3 根据产品符号语义模型构建信息处理系统355-2 基于产品符号语义模型的设计定制系统应用实例415-2-1 基于产品符号的信息处理数据库415-2-2 建立基于产品符号的语义模型415-2-3 袋式除尘器信息处理实现46第六章 总结与展望526-1 全文总结526-2 发展与展望52参考文献53致谢56攻读学位期间所取得的相关科研成果57iv河北工业大学硕士学位论文第一章 绪论1-1 研究背景与研究意义大规模定制是以个性化信息为驱动，同时结合用户个性化需求和大规模生产的一种先进生产方式。当今社会是一个强调个性化的时代，随着科技的发展，大规模定制也逐步走进个性化的行列，并且这种生产方式已经成为主流的生产模式。企业要想在市场经济中稳操胜券就要为客户提供快速、准确、经济的个性化服务，快速反馈给客户个性化的需求，以生产出满足客户需求的个性产品，同时满足企业和用户的需求才是理想状态。总而言之，传统的大批量生产只能满足低成本的要求却满足不了客户个性化的需求，而定制生产则能够弥补其不能满足客户个性化的需求这一缺点。因此，随着科学技术的进步和生产力的发展，大规模定制的提出和发展给产品设计者提供了一种方法来满足客户个性化和经济性的要求如下图 1.1 所示。但是，立足二十一世纪这个信息化、全球化、知识化的时代，回顾以往的产品设计历程，产品设计者都是把技术作为产品设计和开发的关键，这种方法只是从设计师的角度提高了产品设计的质量，而产品使用者作为产品整个生命周期中的关键元素则被被动的视为信息的无奈接受者，他们只能被动的接受已经充斥了设计者技术的产品，毫无选择。总而言之，要想在市场中快速求胜，就要快速协调、并增强客户化需求在产品设计中的主动地位。大规模定制生产已经解决了传统大批量生产不能满足消费者的个性需求的缺点，因此个性化的定制生产风靡于世界各个角落。但是为了极大限度的满足客户个性化的需求并且尽可能降低生产成本，国内外对定制生产进行了大量研究得出，从生产管理的角度考虑，虽然满足了需求但是并没有给消费者提供以消费者需求为导向的设计和定制平台，以便于消费者参与生产。从语义学的角度，结合信息处理技术，在研究产品符号语义信息传递的基础上，构建个性化产品设计和定制信息处理系统，为企业提供较为全面的解决方案，在满足用户化信息的基础上也节省了成本，缩短了产品设计周期1。这种越来越满足客户个性化需求的、集定制和生产与一身的生产方式必将为未来产品设计的发展带来方便。其典型的优点是以大规模生产的成本和速度，综合运用各种先进的制造技术和管理技术，以较少的技术多样性实现产品多样化，为单个客户或小批量多品种的市场定制任意数量的产品6。1基于产品符号语义模型的设计定制信息处理方法及应用研究大规模定制大规模生定制满足产成本低，个性化需生产效率求高成本低、生产效率高、可满足用户个性化、多样化的需求图 1.1 大规模定制的形成Fig.1.1 The formation of mass customization我国的一些学者也对此进行了有益的探索。其中周炳海认为，大规模是指生产产品的大批量，定制是指满足客户需求，为客户提供多样化，个性化的产品。邵晓峰等人认为，大规模定制是通过对产品结构以及制造过程等方面的重组，在高效率、大规模生产的基础上，采用现代高科技信息技术、柔性技术、新材料技术等为单个小批量客户通过大规模生产的形式生产出满足个性要求的一种模式。吕巍认为，“大规模+定制”生产等于大规模定制生产，而且它同时具有两者的特点，是两者的有机结合。吴锡英等也认为，大规模定制生产模式是 GT 技术(成组)在信息时代影响下的新体现。结合国内外学者的观点，我们得出大规模定制的一些特点如下：（1）大规模定制是一种以客户需求为驱动因素，通过一些先进制造技术等支撑条件，结合大规模生产的低成本和高效率，使客户个性化的需求得到满足的定制生产模式。这同时也说明了大规模定制的特点就是：成本低、效率高，生产的目的是满足客户个性化和多样化的产品需求。（2）最重要的一点是大规模定制生产的关键在于通过各种方式让用户参与到产品的设计过程中去，因而使产品更能符合消费者的个性需求，这是传统的大规模生产或多品种小批量生产不可能实现的。因此。我们可以说，大规模定制(MC)生产是最接近用户的一种生产模式。（3）大规模定制（MC）生产模式可以使企业快速响应市场变化节奏，不断推出新产品。 大规模定制是建立在模块化和原有模块基础上的，通过对不同模块之间的变换就可以生产出新的产品，灵活性大，这样企业就可以用节省下来的时间进行另一产品的设计和生产。1-2 相关技术及其研究现状1-2-1 产品设计中信息处理的重要性不管是什么样的生产和什么样的定制，从设计者搜集信息开始到用户定制完成产品设计位置，每个2河北工业大学硕士学位论文阶段都反映了信息处理的重要性。针对大规模定制生产的第二个也是最重要的特点我们进行了分析，即通过各种方式让客户参与产品的设计和生产，得到更能满足客户需求的产品。也就是说，产品的大规模定制是设计者和客户之间关于产品设计信息交互的平台，使用户根据自身环境和对产品的需求来定制产品的设计信息。这就决定信息处理在整个产品设计和定制过程中的关键地位。无论是生产模式上看，还是从客户需求的角度来把握，大规模定制的运作都是以信息支撑体系为基础的。1、从运作模式看：一种生产方式的运作，都是对产品设计从投入到产出这个过程的映射，大规模定制也是如此。但它具有了与其他生产方式不同的新特点，即反应迅速、个性化、规模可伸缩性等。在大规模定制这一理念的支持下，企业的运作将会涉及不同优势的以虚拟企业为基础的企业集成问题。此处的虚拟企业指，针对不同的企业在不同的专业领域都各有优势，通过信息技术联系在一起，对多个虚拟企业进行组织以便通过网络将各中信息集合在一起用来满足客户个性需求。如此看来，信息集成对于生产客户个性化的产品意义重大。这也充分体现了以客户需求为驱动的个性化生产是大规模定制生产的方式。大规模定制生产方式自始至终都贯穿着个性化信息和信息处理的有效性。因此，构建合理的信息表达和信息传递，即信息处理体系将是提高有效性和经济性的关键。个性化信息个性化产品大规模信息输入定制生客户产方式图 1.2.1 大规模定制生产模式的构成图Fig1.2.1 The production model figue of mass customozation2、从运作方式上看，信息处理平台是五个平台中最关键的一个。这种生产方式是在竞争激烈的知识经济、全球经济市场环境中形成的先进体系。大规模定制以信息平台为支撑，以知识网络和物流为通道，沿着“以顾客为中心”的路径创造出个性化产品的完整的生产体系。因此，信息支撑体系在为大规模运作平台提供保障的同时把握客户个性化的信息需求。从 MC 的生产目的来看，大规模定制的信息支撑体系保证了合作和有效集成的实现，它作为大规模定制组织涵盖了很多企业的专业核心一一为大规模定制企业提供信息共享和沟通平台。使共享信息的各个企业在完成自身需求信息的搜集和使用以外还能针对其他共享信息和共享企业进行信息协调，以保证共享信息的实时性和有效性。因此，我们可以说信息支撑体系是大规模定制存在的基础也是其核心体系。3、从抓取用户个性化信息方面看：每种生产方式都有各自存在的目的和价值取向，大规模定制存3基于产品符号语义模型的设计定制信息处理方法及应用研究在和发展的目的就是个性化的信息服务。陈国权等人认为 MC 生产方式存在的两个主要目标是:（1）外部目标，满足顾客的个性化需求；（2）内部目标，降低成本，提高效率。从外部目标看，大规模定制信息是产品设计的动力，通过对所收集的个性化信息分解、集成等操作，实现确切把握客户的个性化需求这一目的。从内部目标来看，信息支撑体系为产品设计和生产提供了快速、准确的信息传递方法，降低了集成成本，提高了生产效率，缩短了开发周期。综上所述，信息处理作为当今社会主流生产模式的关键部分，必须给予高度重视。本文在研究国内外信息处理方法的基础上，开发了一种新型的信息处理机制。这种信息处理方法方便用户对信息的理解，加强了产品设计者和使用者之间的交流，有利于个性化产品的生产，从而有利于生产效率的提高和生产成本的降低。从当今流行的生产方式入手，可以得出信息处理在大规模定制生产方式中的重要地位。寻找一种能够从客户的个性化需求考虑的个性化信息处理方式以满足客户个性化的需求。因此，在此研究背景下得出论文所要解决的问题，个性化产品设计和定制信息的处理。这种信息支撑体系有以下优点：改变了单纯以设计者为信息的使用和操作的缺点，用户参与产品的设计和定制；方便了用户和设计者之间的交流；有利于提高生产效率，降低成本。1-2-2 信息处理技术综述信息，简而言之就是用符号传送的情况报道。产品的信息设计就是设计师通过对设计信息进行适当的操作使产品的设计信息可以被消费者所接受,从而简单快速的认知产品。消费者对产品的认知过程就是消费者对设计者进行改进的产品信息进行处理的过程。产品设计中的信息处理就是将产品置于特定的使用环境中，根据这一环境中人、物、社会、环境的关系来确定产品的角色和行为，并以此为依据进行设计，赋予产品一定的形象和意义，使产品形态语言有效传达信息和内涵。产品设计过程中的信息处理并不是一个简单的过程,它受到很多因素的制约。产品设计的过程是设计师将自己的设计思路转化为造型符号的过程,而产品设计完成后使用者依据成品所产生的刺激给出联想和判断的行为。如果产品设计者的对需求信息在产品设计中的表现得以正确表达,那么这个产品映射就可以被使用者正确理解和识别,此时的设计就是成功的设计。反之,设计师的设计意图被使用者译码时所误解则会影响使用者对使用信息的错误理解,因此这就是失败的设计。产品设计中的设计信息处理已经成为设计师今天乃至今后要不断研究的课题。信息处理系统分为三个模块：信息收集模块、需求信息分析模块以及信息分流模块、评价模块。随着大规模定制的发展，产品设计中信息处理方式也趋于多样化。针对要实现的功能的不同、领域不同、信息处理的实现方法也不一样。信息技术的发展带来了许多挑战，这是信息技术发展的必然。信息资源越来越呈现出异构、海量、动态分布等特点7。这就引导研究者走向实现异构信息在概念层次上的集成，通过异构信息的语义价值弥补其在信息处理中表现出来的不足。刘海滨在论文“基于 Ontology 的信息集成技术研究与实现”一文中提出了基于本体的信息集成技术。论文中作者运用本体建立信息和语义之间的映射，然后通过开发工具对信息的局部语义描述进行无缝整合，实现对产品设计信息的集成。社会总是会采取一些先进的技术、淘汰一些落后的技术才能进步。在信息处理领域运用本体语义方法已经成为一个趋势，因为语义对信息的描述不向 NFD 法那样必须将信息转化成计算机是别的数据或语言，而是直观的反应给设计者和用户，用户可以直接参与。4河北工业大学硕士学位论文此外，安琳、陆长德、徐隋怀等提出了基于模板技术的产品大规模定制信息发布模型，模型实现了系统信息发布页面的灵活定制和信息输出发布软件的复用，实现了系统数据输出与数据处理的同步性。赵韩，朱凌云等从客户需求的概念、分类及特点出发，对客户需求的获取与规范、客户需求群的划分、客户需求的转换、产品概念设计阶段中客户需求处理和产品质量评价等问题进行了深入的研究和探讨。以上介绍了国内学者对信息处理技术的应用情况，有的满足了局限范围内的个性化需求，但是用户间接参与，有的是将本体语义用于信息集成中，充分体现了这种方法可以实现在信息处理中以用户为导向的设计和定制的综合平台。1-3 基于语义模型的信息处理技术1-3-1 基于语义模型的信息处理技术的意义在顾娟、陆长德、余隋怀等人的论文【1】一文中，基于产品符号（模型零部件等）建立了一个设计定制系统。作者以莫里斯符号学体系为基础建立了产品符号传递模型，体现了产品符号的形成以及在设计者和用户之间的流动。实际上这种方法是一种设计者编码和用户解码的过程，设计者将产品信息通过编码转化为一种用户可以很容易接受并理解的符号形式，这样就略去了像 NFD 法中要转化为计算机语言，用户再学习计算机语言然后理解是不可能的。所以，这种方法为使用者和设计者都提供了方便。这种方法的符号编码是设计者将信息转化为三维模型（产品符号），这样，用户可以很直观的了解产品信息，但是产品中所隐含的语义信息用户并不能了解到。因此，我们建立了一种基于产品符号语义模型的信息处理平台。这就弥补了产品符号不能传递语义信息的缺点，能更好的满足产品设计和定制中的个性化需求。1-3-2 基于语义模型的信息处理系统概念简述通过以上叙述，我们将基于语义模型的信息处理方法定义为：将产品设计和定制信息通过语义描述的形式转化为用户可以方便的理解并操作的信息，并对这种语义信息进行处理使用户可以参与产品信息的更改以及对产品的定制。本论文在前人针对基于产品符号的信息处理基础上的创新在于使用语义模型作为产品符号和用户理解的桥梁，这起到两方面的效果：1、增强产品设计和定制信息的语义表达，传递的不仅是产品的外观信息还有其在语义表达下的深层次的信息；2、语义表达使用户更方便的参与设计和定制，更好的完善了大规模定制这种生产方式。从以上概念我们不难看出：5基于产品符号语义模型的设计定制信息处理方法及应用研究基产品设计信息于传语统义产品符号的模产品符号/计型信算机语言语义模型的息信处理息使用者定制信用户定制处息理图 1.3.1 信息处理实现途径Fig1.3.1 The implementa of information processing右上图 1.3.1 可得出：基于产品符号语义模型的信息处理设计中用户可直接参与产品设计，快速响应设计者提供的语义信息，而在传统信息处理中，用户则必须通过产品符号了解产品的有限量信息，要想更近一步了解还要通过计算机语言。因此，基于产品符号语义模型的信息处理方法有助于帮助企业实现大规模个性化定制，并节省成本。本文通过建立产品符号语义模型的方式对产品信息进行完整描述，弥补了以前通过各种方式对产品信息表达的不足，不仅使产品的数据信息和几何信息、外观信息等直观的呈现在用户面前，并接更进一步通过语义表达了产品的结构信息和参数信息等详细信息。实际上，在这个过程中设计者和使用者之间的交流可以看做是一个译码和解码的过程，产品符号语义模型是在考虑了用户需要的基础上将这个过程人性化、通俗化，以便于产品的定制和更好的满足客户的个性化需求，同时也缩短了生产周期，提高了生产效率。1-4 论文研究内容从以上背景出发，论文提出了一种基于产品符号语义模型的设计定制信息处理方法。以往的设计都是将产品的各种信息整理在一个或者几个系统的数据库中，以便于产品设计者对数据的使用，而对于用户来说，只有通过对这些信息的了解和揣摩才能了解产品所具有的特性和设计过程。基于符号语义模型的信息处理方式将产品设计中的各种信息给予形式化表达，直观的、抽象的反映了产品本身的特性，让用户一目了然，便于用户对产品设计的理解，这种方式更加方便了用户对个性化信息的表达和传递，在产品设计者和用户之间架起一座便捷的桥梁。课题主要研究内容包括：对产品设计中信息处理基本理论的研究、对语义模型理论的应用、基于语义模型的信息表达和传递，以及信息处理的实现等。课题整体思路如下图所示：6河北工业大学硕士学位论文产品设计定制信息整理建库语义模型理论产品符号语义和方法研究模型构建信息处理系统信息处理理论构建及实现研究图 1.4.1 论文整体框架Fig 1.4.1 the main frame of tne thesis其中主要研究内容及方法如下：（1）分析信息处理的重要性，总结信息处理理论的实现机制和改进方法；（2）研究语义模型理论以及所具有的优缺点，得出，建立符号语义模型的必要性；（3）建立基于产品符号的语义模型，为设计和定制信息的处理做基础；（4）基于产品符号语义模型的设计定制信息处理的实现。1-5 论文结构本文结合魏喆、冯毅雄、谭建荣等人提出的支持公里设计的产品符号语义模型和顾娟、陆长德等阐明的基于符号传递模型的设计定制信息处理方法，在此两种方法基础上进行整合，开发了一种基于产品符号语义模型的设计定制信息处理方法，此方法是在对产品设计和定制信息进行符号语义表达的基础上，采用后者对信息的传递方法，达到产品设计和定制过程中对信息的处理，以使产品的最终设计快速响应客户需求。论文的整体结构如下第一章 介绍了课题研究的内容和意义以及研究的必要性，本课题所使用的技术的研究现状。第二章 论文中应用的理论介绍，包括产品符号和语义模型的发展和应用，以及语义模型的构建方法介绍；第三章 信息处理技术发展现状，语义模型在信息处理技术中的应用；第四章 详细介绍在本课题中语义模型在信息处理中的应用方法以及课题研究所使用的工具介绍；第五章 介绍基于产品符号语义模型的设计定制信息处理方法的详细实现过程以及在袋式除尘器设计和定制中的应用实例；第六章 总结全文所采用的理论方法和系统实现过程，提出系统开发过程中的优缺点，展望产品符号语义模型在信息处理中的应用前景，并对系统存在的缺点提出进一步改进措施。7基于产品符号语义模型的设计定制信息处理方法及应用研究第二章 语义模型基本理论和构建方法研究为了克服产品信息表达和信息在使用者和设计者之间的交流，更为了满足客户个性化的需求，本文提出了采用构建语义模型的方式来实现对产品设计过程中各种数据的表达和传递。通过第一章的介绍验证了基于产品符号语义模型的信息处理方法的可行性，下面对语义模型理论进行介绍。2-1 语义模型理论研究语义即“语意”，是显示语言所能表达的意义，在各个学科中语义所能表达的意思各不相同，但研究者对其进行研究的目的是一致的，都是从自然语言出发，寻求一种能够对本学科信息表达有益的一种语义表达方式，在各个领域中，对语义的研究目的又可以矛盾的说是不同的，因为语义在各个学科中的立足点是不同的，为不同的领域信息服务，满足不同领域的信息表达需求。例如：在逻辑学中，研究者一般从逻辑系统的真值条件入手，用真值所能传达的信息对系统进行描述而不直接涉及自然语言；在计算机科学中则是另一种形式，主要体现在计算机对自然语言的理解；在其他学科中也一样，每个学科都有其使用语义对象的方法，各不相同，但最终目的都是为了完善对象化的信息描述。设计师对产品语义学的推广源自解决技术和使用之间的矛盾关系这一问题，“产品语义学”这一概念由克里本多夫和布特于 1984 年提出，在美国克兰布鲁克艺术学院由美国工业设计师协会举办的“产品语义学研讨会”中予以定义：“所谓产品语义是研究人造物在使用环境中的象征特性，并将其应用于工业设计中。这不仅体现了它物理性、心理性的功能，并且也包含了社会、文化等领域象征环境方面”。研究者对产品语义学提出了广义陈述:产品语义从心理学角度、社会学角度以及文化角度进行贯性，产品语义进而成为人与虚拟象征环境的桥梁:把产品语义想象成一个虚拟的象征环境，远远超越纯粹的现实生态社会对产品设计过程的各种影响，可以描述成在语义描述这一虚拟环境下的真实世界的体现。克里本多夫进一步阐述:产品语义学是在对旧有事实的新觉醒的基础上，得出产品不仅应该具备其所应该具有的物理机能，还要能够体现如下几方面:(l)产品设计中信息所指的隐含内容；(2)对产品信息隐含意义的表达(3)在人类生活原型中的映射。因此，对产品语义学的理解就可以简化为通过一些符号造型，图形抽象和一些能够表达产品意义的语义元素的结构安排来阐释产品设计中每个环节的意义。8河北工业大学硕士学位论文图 2.1.1 产品符号、语义模型作为中介物在设计者和用户之间的传递Fig 2.1 .1 The transmition of product symbols and semantic models between designers and users上图显示，对象语义模型可作为信息的载体，首先由设计者对对象信息进行编码，然后由使用者对其解码，实现信息在设计者和用户之间的传递的过程。由此看来，产品符号和语义模型相结合的信息表达和信息处理方式可以满足用户对产品的个性化需求，并且可以满足设计者对信息表达全面性和多样性的要求。2-1-1 语义模型基本理论语义模型是在关系模型的基础上增加全新的数据构造模块和数据处理体系，用来表达复杂的结构和丰富的语义的一类新的数据模型。七十年代中期，设计者们想通过设计一种特殊的信息交流机制，可以让用户通过一种特定的用户视图掌握数据信息来减少设计者对数据库的开发难度，例如：Chen1976；Smith and Smith 1977；Schmid andSwenson 1975；以上三篇论文中就已经出现了基于对象语义建模的思想【7】。研究者们受程序语言发展的影响，从产品物理结构的详细信息描述延伸到对物理结构以及详细信息的语义描述中去，这样，用户就可以按照自己对产品数据信息的语义理解定制所需产品。但是语义模型提出的最初设计者只是能够将思想从物理结构中解放出来，使用简单的语义描述的方式简化结构模型，而复杂的语义信息描述等，如：关联关系、包含关系、聚类关系等则没有得到发展，随着产品语义学的发展这些语义描述方式将不断出现，并且将出现一些高级语义形式。2-1-2 语义模型基本分类和特点随着语义学的发展，一些数据库研究者将心理学和人工智能学科中的一些概念用到本领域中7，这样则以形象的物理结构定义数据模型，为数据信息的物理描述提供了生活原型，更加贴近使用者。语义模型对数据的抽象和描述有多种形式。分类、概括、聚集和联合是语义描述最常用的抽象概念，忽略相似对象的不同之处，形成较高级类型，在较高级的类型中强调相似性。例如：分类是把一系列具有相似特性的对象归纳为一层对象类。这一概念表示了一种“实例”联系。例如：为了描述一类对象的特征和信息，定义一种属性。9基于产品符号语义模型的设计定制信息处理方法及应用研究聚类，是一种用低级对象类型描述高层次对象之间关系的语义方法。这一概念将实体类型或关系类型集成较高层次的实体。另外，许多语义模型还支持分类和联合的联系。聚集和联合都是从已定义的类型定义新类型，但它们之间存在本质的不同。聚集提供了一种说明新对象类型的属性的方法，而联合式一种定义类型的机制，其值是一类型对象的集合。在语义建模过程中，用户必须预先定义关系对象中隐含的属性关系然后对关系对象进行映射、链接等操作，这样才能使联系的语义在用户看来是包含在用户程序中的。显而易见，对于语义模型中的操作明确的定义在联系上，语义因此内置在数据模型本身中。语义模型描述是从用户的角度考虑，为了使用户掌握产品数据信息和产品物理结构等与产品设计过程相关的信息。以往的数据模型不能直接支持联系、抽象、继承性、约束等数据的动态特性，因此设计者所选用的语义模型应该具有能适应适应更强表达能力的特点。论文采用的概念语义模型利用了实体、联系和约束来描述企业模式的静态、动态和事态特征。期望能够不用理会物理模型，使产品的设计和信息表达类似于用户的理解。随着数据模型在产品设计中的应用的增多，其优点也逐渐显现：（1）语义表示的经济性，用户可以在语义模型中更加准确提取各种信息，甚至于提取任意信息的部分信息内容。（2）语义完整性 传统数据库中用户须向设计者求教来了解数据库对象的关系以及物理练习，甚至还要学习设计者数据库建立过程中的编程语言，这就给设计者的理解蒙上一层朦胧的面纱。而语义模型采用了一套完整的语义约束及定义机制，并允许用户在不管底层记录结构的层次而查看高层升至更高层的数据。（3）语义建模灵活性 语义模型通过运用抽象概念，允许用户在多个层次上建模和处理数据。如 E-R 模型（实体-联系模型）允许用户把对象间的联系理解为一个联系或一个对象。（4）语义建模效率高 通俗化的语义建模必定给用户理解带来方便，同时给产品设计效率装上了加速器。语义模型的优点的彰显是建立在语义模型构建过程中涉及到的建立约束和规则上的。在了解了语义模型的分类和优点后，从语义模型的建立原则看，语义模型又具有以下特点：（1）非结构对象的表示 语义模型不仅能够对实体对象的数据信息进行描述，也能对非结构的抽象对象信息进行描述；（2）联系表示 语义表示中通常是从高层王底层或者是从底层往高层进行语义关联，以防止丢失信息；（3）网状或层状联系 语义模型的建立方法体现在用户视图上有多种形式，例如：网状和层次、树状图等；（4）派生/继承 语义模型的子对象和父对象之间可以是派生关系也可以是继承关系；（5）插入/删除/修改等约束 语义模型的建立过程要遵循改变一类对象而并不影响另一类对象的表达效果这一原则。要想不破坏原有数据库的完整性就要遵循以上几种语义编码原则。10河北工业大学硕士学位论文2-1-3 语义模型理论的应用以及在信息处理方面的应用随着语义数据模型的发展，国内外越来越多的研究人士将其运用到信息处理领域。由于产品面向不同文化群体，因此，对语义模型的眼球便是增加人们对新产品的亲切感和已接受程度，在产品中注入更多的社会文化因素，因为社会文化因素是产品思维创新的起源。我国国内研究者对语义数据模型的理解引自西方研究者的观点，因而至今产品语义学还是一个陌生的术语并没有形成自己的产品语义学体系。国内关于产品语义学的资料还很少，而且也没有人对其进行总结归纳，只是在以人为本的理念下，才得到广大研究者的关注。Rungtai Lin, C.Y.Lin, Joan Wong（1995）对符号语义进行了研究。他指出产品设计中符号语义作用的关键在于用户和产品的信息交流。随着产品语义学广泛应用与产品设计当中，它面临着更多的疑问和挑战，这些疑问和挑战都来自于缺乏相关的经验和实践。所以，这篇文章提出了一种方法，多维尺度在产品语义中的应用，包括对产品设计中含义和所指的的研究。本文是测试多维尺度作为一种技术用于研究对产品语义的认识的第一步。结论为设计者提供了一种集中精力于产品语义上来为用户设计产品的设计方法15。魏喆等对支持公理设计的产品符号语义模型进行了研究，通过对产品结构和功能信息的多样性和相似性提出符号单元的概念，并与语义相结合描述符号对象及其之间的关系，实现了对符号单元抽象化与形式化的表达。通过研究得出，这种方法可以在高层次领域表达设计者的设计意图。文献8中将本体知识处理用到信息集成中，通过建立统一的语义层实现对不同部门、不同环境中的共享信息进行查询，原始数据库中的信息元存在异构、没有统一的语义集，这一应用正好解决了这一缺点。现阶段，接口集成是实现数据交互的主要途径，而且也满足了现状，但是由于工作效率低，资源消耗大，而且接口的方法是通过固定的数据转换方式实现系统间的数据交互，不能够适应系统对数据结构不断变化的需求，因此，在此基础上文中应用了语义模型的方法实现系统之间的数据交互，该方法可以屏蔽掉底层数据库之间的差异，通过调整数据间的映射关系就可以适应数据间的结构变化，提高数据交互的效率。2-2 产品符号语义模型构建方法产品符号语义模型的构建方法灵活，只要按照固定的构建规则即可实现。目前也出现了好多构建语义模型的软件，而且个性化的语义模型构建方法也越来越多，选择适合产品设计需要的语义模型构建方法很重要。2-2-1 产品符号语义模型理论的表示方法对象语义模型不仅能够支持丰富的数据类型,而且还能对超类与子类之间、实例与实例之间的语义关联进行描述；对于对象语义模拟的产品信息以及之间的联系,例如实例、概括、聚合和组合等层次关联均可提供支持,从而建立起覆盖实例对象和类对象的统一的符号对象语义模型。11基于产品符号语义模型的设计定制信息处理方法及应用研究1)实例关联在基于产品符号的语义模型中，把具有相似特征的符号对象抽象成语义类，每个对象为类的实例，每个语义对象是符号对象在语义模型中的一个映射，符合同一层次中的语义类的约束规则在这个对象中都适用，在语义模型中实例关联的表示方法描述如下：图 2.2.1 实例关联的语义模型图Fig 2.2.1 The Instance Relation in the semantic model figure2)概括关联符号对象映射到语义模型中的超类节点和子类节点可以相互转化，一般二者之间有如下关系：超类节点是子类节点的一般化，而子类节点是超类节点的特殊化。表示为：子类 “is-a” 超类。如箱型+箱型底梁、箱型+工字钢底梁和箱型+C 型底梁,它们可以概括为底梁这一符号对象类,即箱型+箱型底梁、箱型+工字钢底梁和箱型+C 型底梁是底梁类的子类。在语义图上,概括关联用弧和标注 G 来表示,如图 3所示。从以上关系可以看出“is-a”联系的是父类与子类的父子关系，子类继承了父类的属性、规则等。图 2.2.2 概括关联的语义模型图Fig 2.2.2 The Generalization Association in the semantic model figure3)聚合关联产品符号对象类可以表示成多个组成类的集合，这个对象类和其组成类的关系即为聚合关系，表示这类关系的属性也可以看作是符号对象，下图为在设计的初级阶段，产品符号语义模型的局部聚合表示方法。将袋式除尘器的整机用示意性图并带圆框的 G 表示,即袋式除尘器的整机由纯值对象类圆和文本聚合而成。12河北工业大学硕士学位论文图 2.2.3 聚合关联的语义模型图Fig 2.2.3 aggregation association insemantic model picture4)组合关联。组合关联和概括关联的不同在于：组合关联体现整体与部分的关系，而概括关联体现一般与特殊的关系。在组合关联中，将所有事件组合起