产生－框架式成本控制的知识模式构建[1]

论文导读:：降低成本求解是一个复杂的基于知识的推理过程，科学的知识表示结构是合理推理的基础。本文在详细分析成本各项目及约束关系基础上，提出了以产生-框架式的知识表示模式，并从对象与关系映射、推理等方面论述如何在知识库中保证其实现。在此基础上构建了以成本知识库为核心的成本控制知识模式。
论文关键词：成本控制，产生-框架式，知识表示

　　1引言
　　低成本高性能是价值工程设计评价的最佳方案。降低成本措施存在于产品生命周期的每一个阶段，而设计阶段是降低产品成本的最佳时机。产品设计阶段在确定产品目标成本和成本估算后，应将估算结果与目标成本进行对比，对于超过目标成本的成本项目，需寻找降低成本的途径。降低成本求解是一个复杂的基于知识的推理过程，如何兼顾技术性与经济性是产品设计过程降低成本的关键。设计师在长期的产品设计实践中已积累了大量的降低成本的知识和经验，这些知识和经验可作为降低成本的设计准则知识表示，在设计过程中有效地约束和指导设计，合理地进行知识表示是建立知识库，进行知识推理的基础。建立一种合理可行的成本降低知识表示方法，既符合成本项目特点、又符合产品技术性能，是本文研究的重点核心期刊。
　　2产生-框架式的知识表示方法
　　2.1 产生-框架式知识表示概念
　　所谓知识表示^[1]是利用计算机能够接受并且进行处理的符号和方式来表示人类在改造客观世界中所获得的知识。知识表示是智能研究的基础，其表示方法往往直接影响到专家系统的能力和问题求解的效率，不同领域的问题通常具有不同的特点和属性，因而其知识的表示方法也不尽相同。产品设计阶段降低成本的过程实质上是一个基于知识推理的过程，复杂的降低成本的知识体系构成了降低成本的求解网络，为获得合理的推理结果，必须先建立科学的知识表示。
　　产生式知识表示法是1972年，纽厄尔和西蒙在研究人类的认知模型中开提出的[2]。产生式的基本形式是P→Q 或者IF P THEN Q。其中P是产生式的前提，也称为前件，它给出了该产生式可否使用的先决条件，由事实的逻辑组合来构成；Q是一组结论或操作知识表示，也称为产生式的后件，它指出当前题P满足时，应该推出的结论或应该执行的动作。
　　框架式知识表示法是70年代美国M. Minsky 提出的，框架是把某一特殊事件或对象的所有知识存贮在一起的一种复杂的数据结构^[2]。一个框架就是描述一个实体类（ENTITY TYPE），它包含一组“槽”(SLOT)，每个槽可填以值或指向其他框架的指针。槽下可细为“侧面”(ASPECT)，每个侧面可有各自取值，作为对槽的进一步说明。
　　2.2 产生-框架式知识表示特点
　　产生式表示法适于表示过程性知识，不善于表达结构性知识，而框架表示法适于表示结构性知识，不善于表示过程性的知识，因此，将框架表示法与产生式表示法结合起来使用，以取得互补的效果，并且易于推理。产生式-框架表示的方法是：进行知识表示时是以框架表示为主体知识表示，把产生式规则嵌入到框架中.然而在实现时，框架可以调用产生式规则，产生式规则也可以调用框架，因此产生式规则与框架是融合的。其主要特点如下：
　　l面向对象，为表示大规模复杂知识提供基本手段
　　l利用层次结构，性质继承，降低知识表示冗余
　　l推理灵活多变，框架中没有固定的推理机制，它可以根据需要通过过程附件灵活地实现多种推理。
　　3产生-框架式成本控制知识表示适用性分析
　　3.1产生-框架式有利于成本控制“期望制导”处理核心期刊。
　　成本降低知识是在估算成本高于目标成本的情况下，寻找一种合理降低的途径的知识，是期望制导处理形式。而框架式结构利用“槽”与“侧面”能说明期望信息，并且一个“槽”可附加一个过程，说明在需要的情况下如何求“槽”的值，这种知识表示方式可满足人们在特定环境寻找期望值的要求，有利于“期望制导”处理。
　　3.2产生-框架式符合成本控制知识特点
　　框架结构通过对“槽”与“侧面”的填值可增加知识知识表示，其动态衍生性符合成本降低知识的广泛性与扩展性特点；框架结构将实体相关的属性聚到一起，即能将一类成本降低知识组织起来体现相关性，并且利用“槽”与“侧面”体现层次性；框架结构可以提供缺省值与公共属性满足成本降低知识的通用性要求，也可利用表示过程与特殊说明性的知识解决冲突。
　　3.3产生-框架式便于成本控制推理实现
　　合理地进行知识表示是建立知识库，进行知识推理的基础。知识库大多以关系数据库形式建立。成本对象具有很强的层次性与相互制约性，采用产生-框架式知识表示，在建立知识库时，根据不同的成本项目层次分设实体类、槽、侧面数据表，每个子类都引用父类的主键作为外健以实现继承关系。不同层次的成本实体类、槽与侧面间及其约束关系间存在一对一、一对多或多对多关系，根据一定的映射规则将这些关系映射到数据表，可以实现不同成本对象间的连接。知识库中的知识类之间或知识类中的规则之间的调用及其关系者能自然形成推理树，推理树的根节点是总的降低目标，对应着相应的成本项目，是推理的入口，叶节点就是要得到的结论或计算结果知识表示，对应着定性知识规则或具体措施，是推理的出口（终止节点）。符合成本控制知识的特点。
　　4成本控制的知识模式构建
　　4.1总体思路
　　控制成本是与产品设计各阶段各过程紧密联系知识工程，在控制成本时还需考虑质量、成本项目之间的设计约束条件。因此，控制成本需通过专家系统进行知识管理，建立知识库进行有效推理得到合理结论。知识表示问题是知识工程的基础，成本知识库是成本控制知识模式的核心，因此本文在建立成本知识库的基础上构建成本控制的知识模式。体现知识库中知识存存储与表达核心期刊。
　　首先，采用产生-框架的知识表示方法，根据成本知识的分类将成本知识划分成不同的类层次结构，并分析成本知识对象之间的约束关系。
　　其次，由于目前数据库具有成熟的组织策略，把数据库管理技术引入知识库的组织已成为一种有效的途径。按照对象-关系的映射策略，将对象模型映射到关系数据库中，采用关系数据库的管理技术实现成本知识的组织。
　　最后，借助联机分析技术、数据挖掘技术和Agent技术知识表示，构建以成本知识库为核心的成本控制模式，实现成本知识在成本控制决策过程中的应用、成本知识间的约束关系和对成本知识的反馈。
　　4.2产生－框架式的成本知识表示具体模式
　　根据成本知识的分类，采用面向对象的方法，将成本知识按一定的层次结构进行组织，如图1所示。图中三角形表示继承关系，小菱形表示聚合关系。
　　图1 产品成本知识的类层次结构
　　产品成本是最高层次的知识类，包括成本ID、名称、产品目标成本等属性，方法和规则主要包括成本估算、成本分析、成本降低等各种方法及其规则。设计成本、工艺成本、采购成本、生产成本和销售成本是四个子知识类，继承产品成本类的属性和方法以外，具有自身特有的属性、方法、约束和规则。由于面向对象方法允许存在嵌套结构，类的属性也可以是对象，如设计成本的设计成本元，可以是一个对象，包含自身特有的属性和方法。
　　4.3产生－框架式成本知识库映射方案
　　知识表示的最终载体是知识库，按照目前成熟的关系数据库的管理技术实现对知识库的组织知识表示，必须将各种对象及关系映射到表。如图2所示。
　　对象类映射到表的实现：为每一个框架元素（实体、槽、侧面）建立一张数据表，每张表仅包含相应类的业务属性，同时指定非空主关键词。每个子项都引用父项的主键作为外键以实现继承关系，采用SQL 代码创建，建立对主关键词的索引，SQL 层把域映射到数据类型^[3][4]核心期刊。
　　关系映射到表的实现：不同层次的成本对象间及其约束关系间存在一对一、一对多或多对多关系，根据一定的映射规则将这些关系映射到数据表，可以实现不同成本对象间的连接。如多对多关系则通过引入一张关联表，用以维系两个以上表之间的关联。关联表引入相关各表的主键作为自己的外键。
　　4.4 产生－框架式成本知识的数据库组织
　　根据映射规则将对象类和关系一一映射成关系数据表，构成如图3所示的数据库结构。
　　产品成本表中包括了所有的成本要素，通过产品ID与产品表及其子类映射成的数据表关联；成本估算表、成本分析表、成本降低表中的各成本知识对象同样对应成本ID，与产品成本表相关联；成本对象间的约束关系反映在约束关系表中，约束关系表引入成本知识子类的ID作为外键，以此来实现相关知识对象间的链接。
　　图3 成本知识库结构
　　4 结束语
　　降低成本是与产品设计各阶段各过程紧密联系的复杂任务，在考虑成本降低的同时知识表示，还要考虑设计约束必须被保证。成本降低途径应通过专家系统建立知识库进行有效推理得到合理结论，知识表示问题是建立知识库的基础，体现知识库中知识存存储与表达。采用上文描述的知识表示方法，知识库中的知识类之间或知识类中的规则之间的调用及其关系者能自然形成推理树，推理树的根节点是总的降低目标，对应着相应的成本项目，是推理的入口，叶节点就是要得到的结论或计算结果，对应着定性知识规则或具体措施，是推理的出口（终止节点）。符合成本降低知识的特点。

参考文献
[1]杨炳儒.知识工程与知识发现.北京:冶金工业出版社，2000
[2]赵瑞清等著，知识表示与推理，气象出版社，1991.10P2-23
[3]刘晓冰，杨春立，孙伟.产品设计知识库建立方法研究.计算机集成制造系统-CIMS，2003（8）：621-625
[4]朱连章，杨杰.对象/关系映射的基本策略.微计算机应用，2006（9）：585-58
 

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