基于文件的船舶基础设计知识库工程方法外文翻译资料

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以下是对外文文献《Document based knowledge base engineering method for ship basic design》的翻译

基于文件的船舶基础设计知识库工程方法

文献信息：

文献历史：2010年10月17日收到投稿，2011年7月17日审核通过，主编是A.I. Incecik，2011年8月3日上线。

关键词：船舶协同设计、基于知识的工程、文件管理。

摘要

我们提出了一种使用基于知识的工程（KBE）系统进行信息存储和检索的基本船舶设计知识模型，并开发了语义查询功能，可以使用户立即使用检索到的信息。我们的目标是将重要的访问和计算任务和数据（如基本船舶设计过程中所需的主要尺寸）合并到单个数据库中，以便此信息可用于未来的建设项目。然而，连接设计知识库和推理引擎的概念要求将船舶设计信息与KBE系统相结合。本研究通过建立用户界面，知识库和推理机，增强了KBE设计方法推理机制的灵活性，扩展性和运行性。管理设计信息的基于文档的方法，需要将原始文档转换为XML（可扩展标记语言）格式，并编译基本设计过程的规则。该系统使用KBE方法尝试在文档生成集成工作的新项目开始时减少设计和建模的双重工作负载。

1．简介

船舶设计是一项基于专业知识的复杂任务，并且具有迭代性。它还需要一个知识库。由于船舶设计复杂的特点，它适用于基于知识的工程（KBE）方法。基本船舶设计旨在确定影响成本和性能的主要船舶特性。这种基本设计工作包括船舶尺寸，船体形式，动力，机械布置和一级结构的选择。适当的选择能确保达到任务要求，包括良好的适航能力和机动性，以及具体的速度，续航力，载货能力和载重量。此外，它包括对所需的货物处理能力，季度，细分和稳定性标准的实现的检查和修改，以及通常被定义为约束的干舷和吨位测量（Helvacıoglu和_ Insel，2001）。

基本船舶设计阶段作出的决定，对船舶建造的整个设计和生产过程至关重要。在这一点上的决定在船舶产品生命周期中具有持续和深远的影响（Nowacki，2009）。特别是在船体外形的设计阶段中，在选择主要尺寸之后，存在许多复杂的因素，它们结合起来形成设计约束，包括船体型线设计，性能参数和几何特征，这需要熟练的设计师的知识和经验（Noy和Musen，2004）。然而，由于可用的信息是有限的，并且有许多需要多次修改的设计元素，因此对这种设计元素做出决定并不容易。最近设计方法的趋势一直是更为互动的信息流，而不是单向信息流。因此，造船厂工程技术的关键功能是提高基础设计阶段的效率。工程师在每个设计阶段都使用这些信息，因为它从软信息逐渐变成硬信息（Helvacıoglu，2001）。

Bronsart开发了一种使用语义网技术的船舶设计的基于知识的模型（Bronsart和Zimmermann，2005）。该模型通过语义网络集成知识，几何模型和制造信息。将KBE方法整合到计算机辅助设计（CAD）系统中，可以实现自动质量保证。知识获取是提取人类知识和专业知识的过程，并以一种便利的形式记录下来作为在电脑上兼容的知识库（Picard et al, 1999; Golabchi，2008）。 Zimmermann研究了使用基于知识的船舶结构设计的应用（Zimmermann et al,2005）。基于对知识和质量的正式介绍，他们说明了KBE在知识查询和质量保证中的应用。他们还描述了在网络环境中的知识推理方法和知识结构的信息。

基本船舶设计遵循规划设计阶段;它涵盖了定义性能，材料，设备，布局和制造标准的基本设计计算，船体结构，布局，机械和电气方面的规定和描述（Hiekata et al。，2007a，2007）。造船厂的工程师将基本设计布局发送给船级社和各管理机构进行审查，之后成为制造设计任务的主要依据（Abersek和Popov，2004）。另一篇论文提出了一种使用设计模板来表达设计知识的方法，并提出了一种软件系统来支持所提出的方法。该系统既是一种设计导航器，又是一种设计数据存储技术（Hiekata et al。，2008）。随着商业活动的全球化，制造业企业的核心竞争力越来越多地依靠技术实力和资本的运作。技术实力通常以各种形式的文件形式出现。

在基本船舶设计中有几种一般的方法用于创建硬信息。 其中之一是利用经验丰富的工程师积累的知识和有组织的数据，或从期刊和论文获取的信息来判断设计数据的准确性。 在本文中，我们应用KBE方法来管理上述设计经验和信息，并使用基于XML的协议来组织文档。 这一综合概念将有助于领域专家根据以前的情况输出新的建设项目，同时提高造船环境的互操作性。 这个问题将在下一篇文章（吴和肖编写）中公布。

这项研究不仅仅是建立一个以知识为基础的工程系统;本研究的目的是为智能规则推理系统开发支持接口，具有两个贡献部分。一个是收集造船分类和常规设计规定和公式。第二组贡献来自文件，转换后，形成基于XML的规则（这里我们使用造船规范），并参考以前的类似建筑案例。 KBE方法的附加应用程序将修订和排序的日志文件合并为信息反馈。这些被认为是后期设计案例的知识资源。本研究讨论了一种基于文档的KBE的方法，用于全球工程和制造项目。知识可以在项目生命周期的许多阶段被捕获到文档中，可重用内容和上下文知识的性质和价值随着项目阶段的不同而不同。

本文安排如下：在下一节中，我们分析了使用基于文档的KBE后的设计流程优势，并讨论了使用基于文档的系统的优缺点。 第3节介绍知识收集，第四部分是关于知识推理的方法，第五部分详细介绍了基于文档的KBE系统框架的开发。 最后，本文的最后一节提出了我们的结论。

2．设计流程分析

通过改进内部设计系统处理模型（图1和图2中心正方形），对现有和提出的基本设计工作流程进行比较分析，表明时间成本效益和增强互操作性的优势。图1和2表示造船厂使用的原始和改进的设计工作流程模型。基本上，大型工程组织的所有活动都与获胜合同或履行现有合同要求有关。除了规定驱动项目的要求的合同文件外，还有主要的信息和知识体系必须被管理，与设计，生产和文档相关。

2.1。船厂现有设计流程分析

在造船行业，根据业主的要求，船只数量少，设计多样。为了确保订单，设计人员必须在固定时间内设计高效，高性能的船舶。在船舶设计中，现有船舶的数据主要用于现有数据，因为可用数据有限，设计自由度非常高。例如，在设计的概念阶段，通过与相似类型的船只或现有船舶的系数相比较来估计船舶的主要特点和主要性能。因此，设计人员应该密切研究，分析和组织近期建成的类似船舶的设计数据。这些数据可以实现为数据库，并用于提高质量并缩短设计所需的时间。从销售部门编制船主要求的工程师决定了设计条件。

图1显示了船东方设计师和造船厂的销售部门和工程师如何讨论并将船东的要求成为设计条件和规格。工程师向基本设计程序输入设计条件，并使用Microsoft Excel等工具编制计算结果。虽然文档编辑器有助于使用文档编辑器程序将数据传输到文档（规格），但工程师通常仍然负责。最后，编辑器使用文档编辑器程序（如Microsoft Word）完成文档（规范）。工程师将这些设计文档存储在公共文档数据库（如Web共享文件夹）中，而销售部门同时将规格提交给船东批准。签订合同后，存储在数据库中的数据将流向下游，以便通过Excel，TRIBON（AVEVA，2006），PDMS（工厂设计管理系统）（AVEVA，2010）等详细设计程序进行访问。

如图1顶部的知识路径所示。 工程师咨询参考文献，期刊和论文，并与他人分享他们的专业知识。然后，领域专家通过数据挖掘一组数据来开发生成常用的使用设计或设计方法，之后工程师根据这些知识开发程序编码。

在造船行业，工程师大部分时间将数据收集和传输到文件或软件。此外，当领域专家发现新技术或更合适的设计方法时，工程师必须基于此知识重新开发程序编码。

2.2基于文档的KBE设计流程模型

在基础船舶设计中，基于知识工程应用系统中建立以下要素可能会对当前设计流程产生积极影响，如图2所示。

我们采用基于知识的基础设计系统代替基本的设计方案。 我们使用基于XML的协议，集成了为基本设计提供的文档，并采用相同的格式和文档存储本体结构以节省工作，同时跨多平台传递消息。 此外，它提供了优越的访问知识库，如规则库和文档库。 船舶设计人员根据他们的经验和船舶的特点，例如类型，尺寸，速度等，从数据库中选择适当的现有船舶。 只有在从现有船舶的数据库中挑出类似的船只后，才会根据设计师的偏好和经验选择一些参考船或母船。

图1. 目前基本的设计流程

好的参考船的选择对于获得良好的初始设计至关重要，初始设计的质量直接影响整个概念设计过程的效率和质量。 依靠船舶设计经验和工程知识的设计专家现在已经完成了参考船的选择。 因此，可以根据同一情况下不同设计师的偏好改变选定的参考船。 参考船用于获得新船的初始设计，然后对该初始设计进行修改和调整，直到设计达到令人满意的质量水平。

新船根据过去的经验和参考船舶数据进行实际设计，假设参考船代表最佳设计，而且所做的小变更不会引起经济性上令人不满意的后果，尽管这种变化可能对船舶的性能产生不利影响。 如果我们认为船舶设计主要是在过去类似的船舶设计的基础上进行的，那么在船舶设计过程中，特别是在概念船舶设计中采用基于规则的推理理念是理想的。

在涉及许多不同系统的全球性工程和制造项目中，文档内容在每个项目阶段都是高度冗余的，因为每个系统都需要相同的信息，并且相同的组件可能在许多不同的系统中使用。 此外，文件内容在从项目的一个阶段流向下一个阶段时经常重复使用，为一个项目开发的文件可作为具有相似要求的后续项目的基础。 通过重用管理这种冗余是基于文档的知识管理架构的主要目标。 另一方面，需要在各个阶段捕捉不同种类的语境知识。

我们建立了规则基础。 在上面2.1节中，我们提到像Excel这样的软件程序执行与各种公式和评估过程相关的计算。 然而，对于基于文档的KBE框架，我们提出了一个规则库，而不是使用需要手动输入和判断决策的其他程序。 由Rulelab.Net（Dashevsky，2009）开发的这个规则库可以执行一个规则来检查或计算XML文档中目标内容的结果。 因此，我们的研究建立了一个规则库，代替现有的计算程序。 但是，“规则”来源于两个来源：领域专家以及整个设计过程中记录的反馈和设计跟踪日志文件。 这两个任务都需要专业领域专家或工程师的专业分类，分析和判断; 这些过程的输出用于连续维护和扩展规则库。

我们在应用基于文档的KBE后分析了设计流程优势，发现它大部分时间用于收集和传输数据到文档或软件作为输入数据。 用于集成为基本设计工作提供的文档的基于XML的协议也可以在其他设计阶段使用。 当领域专家发现新技术或适当的设计方法时，工程师只需在规则库中重新生成规则，而无需花时间重新开发程序。 所有上述规则生成过程都采用一种称为“规则挖掘”的原始技术。 第3节将详细介绍知识收集过程。

图2. 基于文档的KBE模型的基本设计流程

3. 基本船舶设计知识的收集

知识收集专注于捕捉所有关于即将发生的协作所必需的知识。这些知识涉及规则和文档型材（Rajsiri等，2010）。

基于知识设计是在试图捕捉和渲染关于域的可操作的人类知识的计算机环境设计过程模型。我们的目标是代表这样的知识，这是可以理解的，以人类和计算机（Helvacıoglu和INSEL，2001）。

我们把基本设计过程进行分类，并创建本节相应的规则。我们从使用基于XML的协议捕捉结构化和非结构化文档的知识。在这一节中，我们将介绍规则和文档知识的收集运用知识的识别，知识获取，以及知识的积累。在下一节中，我们将介绍如何表示知识和通过文档库解释它，以应用基于文档的KBE设计方法，基本的船舶设计，并产生基于所述规则的执行序列的工作流程。

3.1 知识识别

知识是信息的采集和处理以下代理的内部状态，这里的代理可以是一个人或一个计算机系统（Rajsiri等，2010）。许多知识模型已经被提出来分类人类的知识。众所周知，企业的知识是明确的，默契的，社会可以从许多不同来源的多种不同的方式:体验，实践，谈话，创新，文档，软件代码等途径获得（Helvacıoglu和INSEL，2001）。

从知识管理的角度来看，数据停留在知识的下面，因为人类是无法直接从数据中提取知识，必须使用数据挖掘技术从数据的摘要信息中获得;换句话说，我们整理和分析设计的跟踪数据，并修改统计及原因，结果构成了所谓的“回馈信息的信息是规则挖掘输入;领域专家编制材料，以产生相当于设计公式和方法组织规则之间的关系形式（斯托扬诺维奇等人，2002）。

在我们的方法，我们进行的分类涉及工程和制造工程为基础的框架两类知识。

图3基本设计知识收集方法。

第一类是“直接知识”或文件的知识，这是明确的或陈述性知识，这种知识类是可见的，写的，可转让的，可共享的，可重复使用。它通常是记录并存储和反式外部一个人的大脑。在招标过程中，工程师获取信息，并把它变成招标实况发言：输送知识精华。基于文档的知识管理系统应该帮助工程师捕获，验证和维护知识，以及协助发现，再利用，检索和知识传播。

隐式知识的第二类包括“程序性知识”或的最佳实践，这通常是隐式的和上下文敏感的。知识的此类别相关的过程，方法，和在基团和专业实践。这种类型的知识的需要被识别，捕捉，并提出明确的，以允许它被共享，但是，它并不总是有据可查的。隐式知识的第二种形式包括“上下文知识”，其涉及的信息，背景来源知识边缘，等等，这是提供给作者在写作的时候，但有正式的，明确的文件中没有的地方。这方面的知识很容易随时间失去

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