基于本体的复杂产品设计知识组织关键技术研究大学论文.doc

南昌航空大学
硕 士 学 位 论 文
（专业学位研究生）

基于本体的复杂产品设计知识组织
关键技术研究

Research on Ontology-Based Knowledge Organization and its Key Technologies for Complex Product Design

摘 要

当前复杂产品设计已经成为技术复杂、涉及专业领域繁多并且知识密集的活动，在整个产品设计流程中，如何将正确的设计知识在正确的时间推送给正确的人是知识管理的目标，而知识组织的目的是对企业中散乱的设计资源进行优化配置，是实现知识管理的重要环节。本文对复杂产品设计知识特点及知识管理研究现状进行分析后，研究了复杂产品设计的知识组织若干关键技术，以提高知识组织的效率与准确性，主要研究内容如下：
（1）提出了复杂产品设计知识组织总体框架。分别从知识流向、知识特征及学科领域维度分类几个角度，对复杂产品设计知识进行分析，并在此基础上，提出了复杂产品设计知识组织的总体框架，框架主要由知识表示、语义信息提取及文档关键词语义标注三个主要模块组成。
（2）研究了基于本体的复杂产品设计知识表示方法。从本体中元素含义及其在知识管理中所扮演的角色出发，依据学科领域维度的划分，采用本体技术对复杂产品设计知识进行了系统化的建模，用本体建模语言OWL对本体片段进行了实例化的说明，并对本体操作工具及可视化建模进行了演示。
（3）研究了复杂产品设计知识语义信息提取方法。对本体中所富含的语义信息，提出了一种以多影响因子为参考的综合加权概念语义相似度算法，将本体树中的信息量和本体结构考虑在内，在对本体树中多个相似度影响因素进行综合评估的基础上，对相似度算法进行了详细说明，并对算法模型进行了实验，以验证算法的有效性。
（4）研究了复杂产品设计文档类知识的关键词语义标注方法。构建了文档类知识语义标注的框架，主要分为知识预处理、本体解析和关键词自动标注三个部分；对技术文档和本体的预处理分别得到相应的文档向量和本体语义表达向量，在此基础上，将语义信息纳入到传统的关键词权重算法，提出了一种基于语义增量的文档关键词权重算法，从而得到文档中关键词的权重特征，最终将文档标注为由关键词及关键词权重组成的文档向量模型。对文档向量所生成的语义模型进行语义空间的转换存储，并通过文档实例对标注流程进行了说明。
关键词：复杂产品，本体，知识组织，知识表示，语义信息提取，语义标注

II

ABSTRACT
Current design of complex product has become with complicated technology, involved in various subjects and knowledge-intensive activities, throughout the flow of product design, how to push the correct design knowledge to the right people at the right time is the goal of knowledge management, and the objective of knowledge organization is a study on optimal allocation of scattered design resources in enterprises, and it’s a way to realize important process of knowledge management. This paper analyzes the knowledge characteristics of complex product design and the present research situation of enterprise-class knowledge management, and studied knowledge organization and its key technologies for design of complex product, in order to improve the efficiency and accuracy of knowledge organization, the main research contents are as follows :
(1) The general knowledge organization framework for design of complex product was put forward. respectively, from the view of knowledge flows, knowledge characteristics and dimensions classification of disciplinary field, analyzed the knowledge of complex product design; and on this basis, a general framework for knowledge organization is proposed, the frame mainly consists of three blocks: knowledge representation, the semantic information extraction and document keywords automatic tagging.
(2) Studied the method of ontology-based knowledge representation for design of complex product. From the meaning of ontology element and its role in knowledge management, according to the dimensions classification of disciplines, modeling for design knowledge of complex product systematically with ontology technology, and illustrate examples with ontology modeling language-OWL, and demonstrated the operation tools of ontology and visual modeling.
(3) Studied the method of semantic information extraction for design of complex product. For the semantic information rich in ontology, put forward an synthetically weighted arithmetic of semantic similarity referenced influencing factors, considering with information content and ontology structure of ontology tree, based on comprehensive evaluating several influencing factors of ontology tree, made the specify to the semantic similarity arithmetic in detail, and tested the arithmetic with experimental model to demonstrate the efficiency of the algorithm.
(4) Studied the semantic tagging method of document keyword in product design knowledge. Constructed a tagging framework for document knowledge, mainly be divided into three parts: knowledge preprocessing, ontology parsing and keyword automatic tagging. The relevant document vector and ontology semantic expression vector obtained by preprocessing technical document and ontology respectively, on this basis, brought semantic information into traditional weighted arithmetic, put forward a new keywords weighted arithmetic based of semantic increment, obtained the characteristics of weights, eventually made the document tagging to the model of document vector consist by keywords and keyword weights. Changing storing semantic model made by document vector to database, and described tagging flow with document instance.
Keywords: complex product, ontology, knowledge organization, knowledge representation, semantic information extraction, semantic tagging

IV

南昌航空大学硕士学位论文 目 录

目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 复杂产品设计的研究现状与存在的问题 1
1.2 知识管理的研究现状与发展趋势 2
1.3 产品设计知识组织的相关技术研究 4
1.3.1 领域知识表示的研究 5
1.3.2 语义信息提取的研究 6
1.3.3 资源标注方法的研究 6
1.4 论文研究内容及组织结构 8
1.4.1 论文的主要研究内容 8
1.4.2 论文组织结构 8
1.5 本章小结 10
第2章 复杂产品设计知识分析及知识组织总体框架 11
2.1 引言 11
2.2 复杂产品设计知识分析及维度划分 11
2.2.1复杂产品设计知识流向分析 11
2.2.2 复杂产品设计知识特征分析 12
2.2.3复杂产品设计知识学科领域维度分析 14
2.3 复杂产品设计知识组织总体框架 16
2.4 本章小结 17
第3章 基于本体的复杂产品设计知识表示方法研究 18
3.1 引言 18
3.2 基于本体的知识表示技术 18
3.2.1本体中元素的定义及功能 18
3.2.2本体技术在知识管理中的优势及功能 19
3.3复杂产品多维度领域本体的建模 21
3.3.1 复杂产品设计知识的表示 21
3.3.2 复杂产品设计知识本体的建模流程 22
3.3.3 复杂产品设计知识表示的实例化说明 26
3.4 本体操作工具及可视化建模 29
3.4.1 protégé 简介 29
3.4.2 Jena 简介 29
3.4.3 本体的可视化建模 30
3.5 本章小结 31
第4章 复杂产品设计知识的语义信息提取方法研究 32
4.1 引言 32
4.2 知识组织方法的总体流程 32
4.3 本体语义信息提取中存在的问题及算法流程 33
4.3.1 相似度算法中存在的问题 34
4.3.2 算法流程 34
4.4 综合加权的概念语义相似度算法 35
4.4.1 多影响因素的相似度计算 35
4.4.2 综合加权的相似度算法 36
4.5 算法模型实验 37
4.6 本章小结 40
第5章 复杂产品设计文档类知识的语义标注方法研究 41
5.1 引言 41
5.2 文档类知识语义标注的框架 41
5.3 文档类知识的预处理与本体解析 42
5.3.1 文档类知识的预处理 42
5.3.2 本体模型解析 43
5.4 关键词的自动标注 44
5.4.1 关键词在本体树中的定位 44
5.4.2 基于语义增量的关键词权重算法 45
5.5 语义空间的转换存储 47
5.6 语义标注流程的实例化说明 47
5.7 本章小结 49
第6章 总结与展望 50
6.1 全文总结 50
6.2 研究展望 51
参考文献 52
发表论文和参加科研情况说明 56
致 谢 57

VI

南昌航空大学硕士学位论文 第1章 绪 论

第1章 绪论
1.1 复杂产品设计的研究现状与存在的问题
复杂产品是指产品零部件繁多、设计生产过程庞杂、涉及学科广泛、技术难度大、管理难度大、资金投入大的知识密集型产品，如飞机、火车、轮船等。复杂产品从概念设计到产品定型的过程是机械、电子、计算机控制等多领域学科并行设计、相互关联和相互制约的过程[1]。
随着信息化、网络化技术的发展，当前的企业中已开发出各种实用的管理工具，例如PDM（Product Data Management，产品数据管理）及PLM（Product Lifecycle Management，产品生命周期管理）系统等，为企业中的设计数据及产品全生命周期的管理带来了极大的便捷，为企业各种信息集成及知识管理提供了基础性的设施[2]。在产品信息化平台的支持下，结合当今复杂产品设计的特点，简要分析其中存在的主要问题。
复杂产品设计的主要特点为[3-8]：
（1）多层次性。复杂产品的设计一般是基于“综合—分解—综合”的过程，其中，不同的分解模块都对应着不同的设计活动，再由不同设计活动综合为最后的设计成果。
（2）多学科性。复杂产品设计过程中存在着大量的学科交叉问题，不同的设计团队、人员分别在各自的设计任务中进行相应的设计活动。
（3）多冲突性。不同的设计学科对同一设计对象存在着设计概念、参数等的相悖问题，需要各个学科间的多次协调才能降低彼此的设计冲突，并逐步逼近最后的设计结果。
（4）设计资源的异构性。设计过程中产生的大量设计图纸、文档、算法公式等知识资源，每一类知识资源都有各自的产生形式与存储格式，导致资源的异构等问题。
存在的主要问题：
（1）对于复杂产品设计而言，设计师需要对其它学科的标准或规范进行查询，浪费了大量的时间。研究表明，设计人员在进行本领域的设计活动时，需要用掉70%的时间进行资料查询，而其中25%的时间是消耗在与其它领域设计内容相关的标准查询上，这样综合起来就大大降低了复杂产品的设计研发效率[9]。
（2）不同学科设计团队间和团队内部的协调问题。在复杂产品设计过程中，需要不同专业背景、不同设计职责的团队和人员共同参与，对于设计对象中存在的设计概念产生了大量的理解差异和语义模糊问题，为团队间和团队内部的协调带来了大量矛盾。
（3）设计资源的异构性带来的资源组织困难，目前的信息技术难以用统一的资源标注方法对不同格式及种类的设计资源进行标注，而资源组织的效率又影响着各种知识应用的效果。
1.2 知识管理的研究现状与发展趋势
随着当代网络化技术与信息技术的发展，复杂产品设计、生产及贸易也经历着一场新的变革。面对目前复杂产品设计知识的动态性、多学科性及相关性的特点，解决复杂产品设计行业中普遍存在的瓶颈问题，将正确、无歧义的设计知识在正确的时间传递给设计师，知识管理平台的搭建为这一目标提供了可能[10][11]。
当今产品的市场竞争已经走入了知识经济的时代，企业内部创造知识、使用知识、传递知识的能力代表着企业的核心竞争力，是在日渐激烈的市场竞争中取得优势的法宝。根据Gartner Group公司的一份关于企业知识管理现状的调查可以发现，在欧洲和北美成熟的大中型企业中，知识管理已经被广泛的应用在不同的领域，其中，计算机与IT领域中的应用尤为广泛和突出，占据总体比率的39.75%，其次分别为服务行业、金融业和教育业等[12]。
通过各个行业对于知识管理系统的实践可以看出，当代知识管理平台有以下几个特点[13-17]：
（1）涉及行业领域。知识管理已经广泛的参与到一些新型行业，例如传媒、互联网、金融保险等，但对于传统的机械、冶金等行业，近几年才开始逐渐兴起。
（2）知识管理的应用范畴。主要包括领域内知识库的构建、与知识相关的应用平台及专家系统等，并且如今部分大中型企业内部都设置了知识管理的相关部门。
（3）知识管理的应用技术。互联网技术与计算机技术的发展成为知识管理的源动力，一些重要的知识应用都建立在新兴的信息技术之上，主要包括人工智能、数据挖掘、知识检索等。
在机械行业中，人们对产品设计知识的认识也经历了几个发展阶段，如图1-1示，由于知识的重要性逐渐被认识，对知识管理的研究和应用的重视也达到了新的高度。人们在对知识的认知阶段主要经历了无序使用阶段、反应阶段、意识阶段、确认阶段及共享阶段，这些阶段同时也伴随这知识管理成熟度的增强[18]。因此，对知识的研究以及重用的重视程度逐渐增强。

图1-1 对产品设计知识认识的不同阶段
此外，从哲学领域借鉴而来的本体技术，逐步广泛的应用于知识管理平台中，为其带来了基础性和框架性的变革。纵观本体技术在知识管理平台中的应用，并分析了复杂产品设计生产企业中的应用优势主要表现在以下几个方面，如表1-1所示[19-23]。
表1-1 本体技术在知识管理平台中的应用优势
作用描述
问题描述
本体在知识管理中所起的作用
功能层面
产品定义
本体通过建模和存储产品相关分类、产品结构及特征的方式，支持产品定义。
产品设计
本体通过定义概念和规则，用于支持产品设计和概念设计阶段，以解决设计约束和特征设计等问题。
制造过程
本体通过定义类和规则，用于产品制造过程中的性能监测和质量控制等问题。
产品使用、维修、循环使用
产品全生命周期中中间周期和结束周期的语义信息并没有完全包含在产品本体和应用中。而本体通过伴随着推理的数据集成服务于知识发现，从而支持了分布式和决策等问题。
语义互操作性
通过构建不同领域的专业本体，用于解决交叉学科的协作问题。它为不同系统之间的互操作性提供了匹配的机制。
技术层面
数据集成，数据/信息的转换
本体通过数据关联以使数据在许多系统间无缝集成，为这种集成的条件采用标准化知识表示语言（OWL/RDF/RDFS）等。
信息建模
本体支持产品全生命周期的信息建模，并且通过对某一领域知识的共同理解表达领域内知识。
知识工程
本体通过推理机制推理出隐藏的知识属性，在知识获取、存储和检索中具有广泛应用。
综合上面若干本体技术在知识管理平台中功能层面和技术层面的应用优势，可以发现，本体技术逐步成为构建知识管理平台必不可少的技术核心，以本体为基础的知识表示、知识组织和知识应用逐步成为企业中知识管理平台的主流技术。
1.3 产品设计知识组织的相关技术研究
知识组织是知识管理中的重要环节，知识组织方法的性能直接影响着知识管理平台中的各种应用[24][25]。广义的知识组织主要分为两个部分：知识的表示与建模，知识资源的组织。
（1）知识的表示与建模。作为知识管理平台的基础模型，知识表示完成的是对领域内知识的概念性建模，是解决各种知识应用中语义冲突的关键步骤。
（2）知识资源的组织。知识资源作为知识处理的对象，需要将原先零散的分布在各个库中的资源有效分类进行组织，形成知识库，为后续以知识库为基础的知识应用提供支持。
其中，知识资源的组织主要是通过相关的知识处理算法，对知识建模的结果产生的有价值信息提取，以及对设计资源进行相关的标注。本文将知识资源组织的方法分为两个主要的步骤，分别为语义信息提取和资源标注，采用不同的算法，分别对领域知识本体中蕴含的语义信息提取及采用提取出的语义信息对文档类知识资源进行对应的标注。以下分别从领域知识表示的研究、语义信息提取的研究和资源标注方法的研究入手，分析了国内外相关领域研究的发展进程及现状。
1.3.1 领域知识表示的研究
知识表示作为一种语义表达的方式，所需要建模的对象本质上是一个概念模型，并且要求在模型内部，能够准确、无歧义的表达领域中的概念，以及概念与概念之间的联系，而其所要解决问题的方法是采用某种特定的符号或形式来表示信息资源，其信息描述语言的计算机可读性是现代知识表示方法所必需具备的要素[26]。它采用一种特定的资源描述框架，用以表达客观世界中存在的实体、联系，并使得这些表示结果能与程序集成，使程序的应用能产生某些特定的智能行为。对于知识表示这一人工智能系统中的基础问题，国内外许多学者多年以来进行了大量的研究与探索，到目前为止，集中比较经典的知识表示方法有[27-29]：产生式表达法（IF P THEN Q）、实体-联系模型（Entities Attributes Relationships，E-R模型）、统一的建模语言（Unified Modeling Language，UML），以递归方式为主的对象模型和本文将要采用的语义网模型。以上几种知识表示方法分别在不同对象及情境中具有不同的优势，基于本体的语义网知识表示方法从知识的语义表达方面很好的解决了概念歧义等问题，逐步成为近年来知识管理系统概念建模的主要方式，伴随着知识管理系统在行业中的推广，本体技术也获得了广泛的应用。
而在信息学以及计算机学中，“本体”一词于80年代后期在计算机和信息系统中获得了广泛的应用，但知识工程界对本体的认识仍存在大分歧，但随着诸多学者在人工智能系统等领域的深入研究，对本体概念的理解也开始趋于统一，而基于本体的建模语言也随着对本体的逐渐认识而不断发展，作为目前最流行的本体建模语言OWL（Web Ontology Language，网络本体语言），其在应用的数量及质量上高于其他类本体建模语言，其中，OWL又可以划分为OWL Lite、OWL DL和OWL FULL三种子语言[30][31]。其中，本体的建模语言发展里程如图1-2所示。

图1-2 本体建模语言的发展历程
1.3.2 语义信息提取的研究
本体作为富含语义资源的模型，需要相应的处理方法，将本体中概念节点间的语义信息提取出来。在进行概念语义相似度计算时，由于本体具有一致性、无歧义性的组织结构和领域内共同认可的语义内容，所以其本身就是一个很好的参考标准。目前有很多方法是利用本体树结构自带的信息进行相似度计算，例如传统的节点距离、节点深度等[32]，这些方法的原理通常是利用本体树中的节点信息，如节点所处位置，节点间的距离等，作为算法的输入，所以其计算的结果是否能反映出真正的语义关系与本体结构的好坏有很大关系。几种比较经典的基于本体的概念语义相似度算法包括：Shortest Path 算法、Wu&Palmer算法、Leacock&Chodorow 算法等[33-37]，表1-2对几种经典的概念语义相似度算法进行了分析。
表1-2概念语义相似度算法研究综述
名称
算法参考因素
算法优、缺点
Wu&Palmer
待比较节点的最近公共父节点位置
提出将公共父节点引入相似度计算，但忽视了两个概念间到公共父节点的路径可能不唯一的事实，影响了相似度计算的准确性。
Liu et al
概念边计算
算法思想建立在概念间共同属性特征决定两两概念间的语义相似度大小这一假设上，过度依赖于本体中概念属性是否合理。
Hao et al
概念间的语义距离、最近父节点深度
考虑了两个概念语义相似度的影响因素，但算法中利用了概念共享属性作为输入参数值，提高了算法的复杂度。
安建成
边的深度、密度、强度
对于本体中同支概念和异支概念做了深入的分析，并针对不同的节点类型给出了不同的相似度算法。

1.3.3 资源标注方法的研究
实现知识资源组织的前提是为知识管理系统中的知识条目“贴”上语义化的标签，这个过程称为语义标注，而如何实现对设计过程中产生的大量文档进行资源标注，是知识管理领域相关学者长久以来关注的问题，因为在实际的设计师工作情境中，需要对本地的设计文档进行归纳、标注、入库等操作，通俗来讲，即为设计文档贴上相应的分类标签[38]。设计资源的自动语义标注成为简化这一过程的方法，能有效的提升对于设计文档的信息描述、分类化组织以及提高其互操作的能力。对知识语义化标注的研究起源于语义网的诞生，其最初目的是为了解决信息膨胀的问题，从而对网络上的知识条目进行标注，使知识条目可以达到机器和人都能理解的目的。对知识资源进行标注的研究及成果如表1-3所示[39-42]。
表1-3 知识资源标注研究及成果
SemTag
SemTag采用的是基于分类的消歧算法对文档中的词汇进行相关的标注，其进行标注的对象来自Tap本体，其中包含了大量用于描述实体的概念以及概念间关系。
CREAM
CREAM是基于语义网标注框架的工具，其特点是对于标注对象的要求十分严格，只针对高度结构化的数据，对于非结构化数据的标注并没有提出一套合理的解决方案。
UIMA
对于非结构化信息的标注框架UIMA(Unstructured Information Management Architecture)是IBM公司开发，其利用文本工程基础框架（the General Architecture for Text Engineering，GATE）中的自然语言分析方法，来关联元数据与本体，从而完成了非结构化信息的资源标注问题。
OpenCalais
OpenCalais采用了自然语言处理技术来处理文本中的概念实体，并完成了相关资源的标注，但其标注结果是针对于文本分词后的结果，因此忽略了语境和语义。
Armadillo
Armadillo是自适应的语义信息抽取算法的标注系统，但该系统需要在大量文档集中进行学习，否则无法针对非结构化的信息自动标注。
对于上述语义网的资源标注工具，主要针对的是网页信息并且存在着各种各样的问题，难以应用到实际的复杂产品设计知识资源的标注当中，其主要原因是复杂产品设计资源的知识结构复杂性要远远高于网络中的资源，为其标注也大大增加了操作的难度。因此本文将主要研究复杂产品设计文档类知识资源的语义标注。
1.4 论文研究内容及组织结构
1.4.1 论文的主要研究内容
论文在归纳复杂产品设计知识的种类及学科分类维度后，对知识组织中三项关键技术进行了着重的研究与论述，主要从设计知识的表示，语义信息的提取以及文档类知识资源的标注入手，将设计知识进行有效的归纳、分类与录入等。此外，对于文章中提出的算法，采用实例说明的方式证明了算法的有效性，论文的主要研究内容为：
（1）基于本体的复杂产品设计知识表示方法
在对于设计知识表示的知识建模中，首先分析了复杂产品设计过程中知识传递的特征，利用本体在建模时语义表达等方面的优势，提出以学科维度划分为建模的基准，将客观的概念及概念间的联系分别用本体中的类及属性相关联，并研究了本体所导出OWL文件的结构化存储方式。
（2）复杂产品设计知识本体的语义信息提取方法
在知识组织中，一项重要的过渡工作就是将知识表示环节中本体的语义信息抽取出来，使其能用于后续的资源标注，本文首先分析了本体树结构中各种影响相似度值的因素，提出了一种以多影响因子为参考的相似度算法，并对算法模型进行了实验，以验证算法的有效性。
（3）复杂产品设计文档类知识资源的自动化语义标注方法
在本文研究了传统的关键词权重TF-IDF算法，并在原有基础上引入了语义增量，用以描述文档中标题关键词相对于一般关键词的语义增量，从而对文章内容加以更为精确的刻画，利用文档中的关键词特征表示文档的主要内容，从而完成对文档类知识的语义标注。
1.4.2 论文组织结构
本文将正文分为六个章节，其中各章节主要内容为：
第1章 绪论
主要阐述了当代复杂产品设计的现状及特点，并结合知识管理的研究现状及知识组织在产品设计过程中的应用，分别从领域知识表示、本体中的语义信息提取以及资源的标注方法三个方面简要阐述了相关领域的国内外研究现状，最后对论文的主要研究内容和框架进行了归纳介绍。
第2章 复杂产品设计知识分析及知识组织的总体框架
本章对复杂产品设计知识的分类与各类知识的特征进行分析，以预警机产品为例，对该领域中的知识按学科进行划分，并总结出复杂产品设计领域内部知识组织所涉及关键技术的总体框架。
第3章 基于本体的复杂产品设计知识表示方法研究
知识表示作为整个知识组织框架的基础，为后续语义信息提取及资源标注提供语义化的知识模型。本章中研究本体技术的特点，并结合其在语义表达等方面的优势，分别提出了元模型约束下的本体建模方法和基于学科多维度划分的本体建模方式。
第4章 复杂产品设计知识的语义信息提取方法研究
本章在前面知识表示章节的基础上，分析语义信息提取在知识组织中的作用，并综合评估了各种影响因子对语义相似度的影响，提出一种以多影响因子为参考的语义相似度算法，对复杂的本体结构树进行语义信息的提取。
第5章 复杂产品设计文档类知识的语义标注方法研究
本章利用从领域本体中抽取出的语义信息，对设计中的文档资源进行自动的语义标注。对传统的文章关键词权重算法进行改进，引入文章中主关键词相对于一般关键词的语义影响作为语义增量，进行文章关键词权重计算，利用文档的关键词特征对设计文档进行自动的语义标注。
第6章 总结与展望
本章对文章中所阐述的研究内容进行了概括性的总结，并综合过往的研究基础，对日后的研究工作进行了总结。

图1-3 文章组织结构图
1.5 本章小结
本章主要介绍了：（1）分析了复杂产品设计的现状及目前存在的问题；（2）知识管理当前的研究现状与相关的发展趋势；（3）复杂产品设计知识组织的相关技术研究背景；（4）论文的主要研究内容及全文组织结构。

55

南昌航空大学硕士学位论文 第2章 复杂产品设计知识分析及知识组织总体框架
第2章 复杂产品设计知识分析及知识组织总体框架
2.1 引言
对于不同的产品对象，其相应的知识特征及知识类别都不相同，就复杂产品而言，其产品设计研发过程伴随着更多的学科协同、设计任务多层次等特点，对于不同类型的复杂产品，其设计过程的知识又呈现出不同的特点，所以，在本章中，对复杂产品的一般设计知识及共有特征进行分析，在此基础上提出知识组织中相应的知识处理方法，随后给出总体的框架，及概括性的讨论总体框架中各模块所起到的作用。
2.2 复杂产品设计知识分析及维度划分
2.2.1复杂产品设计知识流向分析
在复杂产品设计生产企业中，不同结构或功能设计对应不同专业学科，其按照不同的专业部门进行组织，而设计的过程又是从总体开始层层向下不断分解后，又逐步进行综合统一的过程，因此，需要各部门间大量的协同办公以及频繁的信息交互[43-45]。
如下图2-1所示，以某类复杂产品研发企业为例，在总体方案成型及概念设计阶段，产品总体部门确定产品方案及相对应的各项主要指标后，交由结构总体、系统总体、电讯总体等分部门，其相应的分部门通过总体部门下发的指标确定相对应设计内容及方案，此后，再交由相应的零部件设计师，分系统设计师及子功能设计师分别进行相应的设计任务，而对于经常出现的设计结果无法满足其他分系统设计要求，或者指标参数有误差等情况，则需要总体部门对相关部门的设计结果进行协调或者更改指标方法等，因此，有时候一个分系统设计的结果会影响其他分系统的接口要求，这时需要各分系统设计师与总体部门重新进行协调完成设计任务或调解设计矛盾。

图2-1某类型复杂产品设计知识传递示意图
2.2.2 复杂产品设计知识特征分析
在理清复杂产品设计知识流向后，需要对设计知识类型及知识形态进行划分，以便于对不同设计知识采用不同种类的知识表示方式及知识录入方法。产品设计知识的分类方法有很多种类，起初对知识分为隐性知识和显性知识，按照知识的所属范围，又可以将知识分为全局性知识和局部性知识[46][47]。
按照表现形式，产品设计知识可以被划分为市场信息及反馈、设计手册、设计标准、计算工具、分析数据、试验数据、过往设计实例、设计经验等类别；按照知识所属结构领域，设计知识针对产品的系统、模块、组件划分而进行划分，得到不同结构系统、模块及组件领域下的对应设计知识，这种层次化的划分可以得到具有更强产品结构针对性的设计知识。如图2-2所示。

图 2-2 产品设计知识分类
对于一般的复杂产品而言，可以将产品研发知识划分为过程类知识、方法类知识、手册类知识、标准类知识、判断类知识、结构类知识和描述类知识等知识形态[48-50]。这些知识类型具有一些共同的特点：来源于企业中不同部门的不同数据库，牵扯到的相关设计人员和角色不同，应用于特定的产品及零部件，产生于不同的产品生命周期阶段的不同业务平台或者设计流程。对于新一代产品的设计研发，或多或少会借鉴或重复过往的相似设计知识及设计经验。

图2-3 复杂产品设计知识内容范畴
通常而言，人们所指的设计知识是指那些已经定版的产品设计档案、图纸及模型等，而这些知识形式仅仅是设计结束后所产生的设计结果，而企业内某领域的设计相关人员更关注的是在设计活动中所涉及的原理性知识、设计参数和结构信息等过程性知识，其中，复杂产品设计知识范畴如图2-3所示。
复杂产品设计知识的内容范畴，相对于一般的机械产品而言，具有所涉及交叉学科更多，分系统结构更复杂，隐性知识专业性更强等特点，这就为复杂产品的设计知识传递与共享带来了更大的困难[51][52]。
因此，在复杂产品设计知识组织时，需要面向特定的产品对象（产品、零部件等），贴合产品设计知识的传递过程，及知识的相关来源（部门、团队、设计师），借助这些要素的相关需求和具体特征，对上述知识进行表示。这样既有利于对设计知识的不断发现更新，同时又为知识的重用提供了保障，使设计知识在不断积累的基础上进行传递与共享。
2.2.3复杂产品设计知识学科领域维度分析
复杂产品与一般产品最显著的区别不仅在于生产加工方式更为精密复杂，还在于其技术涉及学科领域范围广。例如，飞机产品是由许多不同专业的子系统和相关零部件、模块所组成的结构复杂的系统，其相应的设计知识、生产方式和每个批次的技术指标是连续且迭代的[53][54]。所以，本文以预警机为例，将复杂产品设计知识的领域依据学科和部门组织维度划分，对于企业内部组织方式、各主要专业的知识流向等问题进行了分析。

图2-4预警机设计相关领域学科组织及知识流向
在产品设