航空产品维修性多领域知识建模方法、系统、设备及介质

技术领域

本发明涉及航空产品维修性设计领域，特别是涉及一种航空产品维修性多领域知识建模方法、系统、设备及介质。

背景技术

良好的维修性设计是保证飞机等大型航空产品寿命周期内安全运行和高可用度的重要途径。航空产品的维修性设计涉及产品结构、故障诊断、维修性工程、工效学等多学科知识的协同优化。然而，传统方法主要以设计人员的主观认知和经验驱动维修性设计的全过程。一方面，随着航空产品复杂性增加，不同阶段、不同领域间的认知差异导致在维修性设计过程中存在重复性工作，甚至产生设计矛盾。另一方面，航空产品的多领域维修性知识存在着多源异构特性。

目前缺乏有效的维修性多领域异构知识的建模方法，知识获取和重用效率低下，降低了航空产品维修性的设计效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种航空产品维修性多领域知识建模方法、系统、设备及介质，能够提高航空产品维修性的设计效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

第一方面，本发明提供了一种航空产品维修性多领域知识建模方法，包括：

根据航空产品维修任务下的交互要素构建航空产品维修交互过程分析模型，并根据所述航空产品维修交互过程分析模型确定航空产品维修性设计所涉及的知识表达对象；

利用系统建模语言和基本形式化本体，构建航空产品维修性多领域知识本体元模型；所述航空产品维修性多领域知识本体元模型用于对维修性多领域知识本体的概念、属性、以及实例的构建规则进行约束和规范；在所述航空产品维修性多领域知识本体元模型中，所述概念划分为自在常体、普遍他在常体以及特定他在常体，所述属性划分为对象属性、数据属性和注释属性；

根据航空产品维修性设计所涉及的知识表达对象以及航空产品维修性多领域知识本体元模型，构建航空产品维修性设计知识本体；所述航空产品维修性设计知识本体包括为顶层本体、领域本体和应用本体；所述应用本体包括三个子本体，分别为功能-行为-结构-交互子本体、过程-资源描述子本体以及知识表达子本体；

对所述子本体中的概念以及概念之间的对象属性、数据属性和注释属性进行定义和赋值，并在对各个概念及概念之间的对象属性、数据属性和注释属性进行定义和赋值后，对概念进行实例化。

可选地，所述航空产品维修性多领域知识建模方法，还包括：

基于目标维修性多领域知识推理框架，利用已有的航空产品维修性设计知识本体的实例以及各类属性，针对航天产品特征及维修过程特征为用户自动推理新的航空产品维修性设计知识本体，并根据语义网规则语言对航空产品维修性设计知识本体进行消歧和更新；

所述目标维修性多领域知识推理框架为基于语义网规则语言和Pellet推理机的维修性多领域知识推理框架。

可选地，所述根据航空产品维修任务下的交互要素构建航空产品维修交互过程分析模型，具体包括：

对航空产品维修过程中所涉及的对象、信息、人员、环境进行分析，确定航空产品维修任务下的交互要素；所述交互要素具体包括对象类要素、信息类要素、人员类要素、以及维修环境要素；所述对象类要素包括产品类对象和资源类对象；所述信息类要素是指在维修过程中作业人员能够获取到的与维修相关的信息，所述信息类要素包括对象类信息和技术类信息两类；所述人员类要素包含作业人员和辅助人员；所述维修环境要素是指维修事件进行时所处的物理环境；

根据所述航空产品维修任务下的交互要素，以作业人员为中心，建立目标交互连接，并根据所述目标交互连接构建航空产品维修交互过程分析模型；所述目标交互连接为作业人员-产品类对象、作业人员-资源类对象、作业人员-对象类信息、作业人员-技术类信息、作业人员-辅助人员、作业人员-维修环境、产品类对象-资源类对象之间的交互连接。

可选地，所述根据所述航空产品维修交互过程分析模型确定航空产品维修性设计所涉及的知识表达对象，具体包括：

根据所述航空产品维修交互过程分析模型，分析作业人员-技术类信息之间的交互、分析作业人员-对象类信息之间的交互、分析作业人员-产品类对象之间的交互、分析作业人员-资源类对象之间的交互、分析作业人员-维修环境之间的交互、以及分析作业人员-辅助人员之间的交互，确定航空产品维修性设计所涉及的知识表达对象。

可选地，所述根据航空产品维修性设计所涉及的知识表达对象以及航空产品维修性多领域知识本体元模型，构建航空产品维修性设计知识本体，具体包括：

确定所要建立航空产品维修性设计知识本体需要涵盖的领域，以及建立航空产品维修性设计知识本体的目的；

根据所述航空产品维修性设计所涉及的知识表达对象，确定航空产品维修性设计知识本体中所需要表达的术语概念；

根据所述航空产品维修性设计知识本体中所需要表达的术语概念和所述航空产品维修性多领域知识本体元模型所描述的概念、属性的定义规则，构建航空产品维修性设计知识本体。

可选地，所述功能-行为-结构-交互子本体用于以设计对象为基础，对设计对象的功能、行为、结构以及维修交互特征进行描述；所述功能-行为-结构-交互子本体包括多个概念，分别为对象本体、基本参数、对象层级、对象类别、系统类别、维修性约束和虚拟样机信息；

所述过程-资源描述子本体用于以设计对象的维修过程为线索，对维修过程中所涉及的维修资源的要素进行描述；所述过程-资源描述子本体包括多个概念，分别为作业人员、维修操作和维修工具；

所述设计知识子本体用于对设计对象、维修资源所涉及的知识进行描述；所述设计知识子本体包括多个概念，分别为参数集、通用设计知识以及基于故障的设计知识。

第二方面，本发明提供了一种航空产品维修性多领域知识建模系统，包括：

知识表达对象确定模块，用于根据航空产品维修任务下的交互要素构建航空产品维修交互过程分析模型，并根据所述航空产品维修交互过程分析模型确定航空产品维修性设计所涉及的知识表达对象；

航空产品维修性多领域知识本体元模型构建模块，用于利用系统建模语言和基本形式化本体，构建航空产品维修性多领域知识本体元模型；所述航空产品维修性多领域知识本体元模型用于对维修性多领域知识本体的概念、属性、以及实例的构建规则进行约束和规范；在所述航空产品维修性多领域知识本体元模型中，所述概念划分为自在常体、普遍他在常体以及特定他在常体，所述属性划分为对象属性、数据属性和注释属性；

航空产品维修性设计知识本体构建模块，用于根据航空产品维修性设计所涉及的知识表达对象以及航空产品维修性多领域知识本体元模型，构建航空产品维修性设计知识本体；所述航空产品维修性设计知识本体包括为顶层本体、领域本体和应用本体；所述应用本体包括三个子本体，分别为功能-行为-结构-交互子本体、过程-资源描述子本体以及知识表达子本体；

实例化模块，用于对所述子本体中的概念以及概念之间的对象属性、数据属性和注释属性进行定义和赋值，并在对各个概念及概念之间的对象属性、数据属性和注释属性进行定义和赋值后，对概念进行实例化。

可选地，所述航空产品维修性多领域知识建模系统，还包括：

知识更新模块，用于基于目标维修性多领域知识推理框架，利用已有的航空产品维修性设计知识本体的实例以及各类属性，针对航天产品特征及维修过程特征为用户自动推理新的航空产品维修性设计知识本体，并根据语义网规则语言对航空产品维修性设计知识本体进行消歧和更新；

所述目标维修性多领域知识推理框架为基于语义网规则语言和Pellet推理机的维修性多领域知识推理框架。

第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行根据第一方面所述的航空产品维修性多领域知识建模方法。

第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述的航空产品维修性多领域知识建模方法。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

针对上述问题，本发明提出了一种航空产品维修性多领域知识建模方法、系统、设备及介质，本发明构建了基于多学科知识与数据的航空产品维修性知识模型，实现以知识驱动的航空产品维修性设计全过程，提高航空产品维修性设计效率及水平。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的航空产品维修性多领域知识建模方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的航空产品维修交互过程分析模型的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的航空产品维修性设计知识本体的架构图；

图4为本发明实施例提供的基于语义网规则语言和Pellet推理机的维修性多领域知识推理框架图；

图5为本发明实施例提供的利用Protégé构建的LiebherrIII型防冰活门维修性知识本体实例图；

图6为本发明实施例提供的航空产品维修性多领域知识建模系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

本发明实施例提供了一种航空产品维修性多领域知识建模方法，包括：

1.提出了面向航空产品维修过程分析方法，基于该方法对航空产品维修过程中所涉及的硬件、人件、软件、环境以及之间的交互关系进行分析，确定航空产品维修性设计所涉及的知识表达对象。

2.在分析航空产品维修过程的基础上，利用系统建模语言(Systems ModelingLanguage，SysML)，并借鉴基本形式化本体(Basic formal ontology，BFO)构建航空产品维修性多领域知识本体元模型，该元模型对维修性多领域知识本体的概念、属性、以及实例的构建规则进行约束和规范。

3.在上述元模型基础上，构建航空产品维修性设计知识本体(Knowledgeontology formaintainabilitydesignofaviationproduct，KOMDAP)。KOMDAP分为3层：基本形式化本体为顶层本体，航空产品维修性为领域本体，应用本体；应用本体包含3个子本体：(1)功能-行为-结构-交互子本体：以设计对象为基础，对该设计对象所涉及的功能、行为、结构以及维修接口等信息进行描述，实现对设计对象本身以维修性为中心的信息表达；(2)过程-资源描述子本体：以设计对象的维修过程为线索，对维修过程中所涉及的人员、工作、操作等维修资源进行描述；(3)设计知识子本体：对产品维修性设计相关知识进行描述。在本发明实施例中，该设计对象为航空产品。

4.利用语义网规则语言对KOMDAP中的知识推理规则进行构建。知识推理规则包含关系推理规则、属性推理规则以及综合推理规则。基于推理规则实现设计对象、维修资源、设计知识之间的隐性关系挖掘。

如图1所示，本发明实施例提供了一种航空产品维修性多领域知识建模方法，包括：

步骤100：根据航空产品维修任务下的交互要素构建航空产品维修交互过程分析模型，并根据所述航空产品维修交互过程分析模型确定航空产品维修性设计所涉及的知识表达对象；该航空产品维修交互过程分析模型为积木式结构。

在本发明实施例中，所述根据航空产品维修任务下的交互要素构建航空产品维修交互过程分析模型，具体包括：

1.1：对航空产品维修过程中所涉及的对象、信息、人员、环境进行分析，确定航空产品维修任务下的交互要素；所述交互要素具体包括对象类要素、信息类要素、人员类要素、以及维修环境要素4大类。

对象类要素包含产品类对象和资源类对象两类。产品类对象是指所设计的目标产品，包括飞机的某个零部件、以及由若干零部件按照一定的功能或结构关系所构成的子系统等；资源类对象是指所需的维修工具、设备、设施、备件等。

信息类要素是指在维修过程中作业人员能够获取到的与维修相关的信息，包括对象类信息和技术类信息两类。对象类信息是指维修对象所反馈给作业人员的信息，例如维修对象表面的维修指引图标及文字；技术类信息是指作业人员经过专业培训所形成的认知、经验等，这些知识能够被通过书面、口述等方式进行显性的表达。

人员类要素包含作业人员和辅助人员两类。作业人员是指直接参与维修操作的作业人员；辅助人员是指配合作业人员完成相关维修任务的管理人员、支持人员等。

维修环境要素是指维修事件进行时所处的物理环境，既包含航空产品在外场的原位维修，比如在停机坪进行的检查保养工作，也包含在维修基地所进行的离位维修，比如在维修工厂中对拆卸下的发动机进行修复。

1.2：根据航空产品维修任务下的交互要素，以作业人员为中心，建立目标交互连接，并根据所述目标交互连接构建航空产品维修交互过程分析模型；所述目标交互连接为作业人员-产品类对象、作业人员-资源类对象、作业人员-对象类信息、作业人员-技术类信息、作业人员-辅助人员、作业人员-维修环境、产品类对象-资源类对象之间的交互连接；其中，构建完成的航空产品维修交互过程分析模型如图2所示。

在本发明实施例中，作业人员与产品类对象之间可能存在的可视性、可达性问题；产品类对象与资源类对象之间可能存在的标准化问题；作业人员与对象类信息之间存在的防差错问题等。故，所述根据所述航空产品维修交互过程分析模型确定航空产品维修性设计所涉及的知识表达对象，具体包括：

根据所述航空产品维修交互过程分析模型，分析作业人员-技术类信息之间的交互、分析作业人员-对象类信息之间的交互、分析作业人员-产品类对象之间的交互、分析作业人员-资源类对象之间的交互、分析作业人员-维修环境之间的交互、以及分析作业人员-辅助人员之间的交互，确定航空产品维修性设计所涉及的知识表达对象。其中，

分析作业人员-技术类信息之间的交互，具体指：分析作业人员在维修过程前或过程中查阅相关的技术手册、维修工单等电子或纸质文档，其中所包含的相关维修知识。

分析作业人员-对象类信息之间的交互，具体指：分析维修过程中作业人员通过维修对象、维修环境中所标识的文字、图片、图像等所获得的相关维修信息，例如机身表面的防差错标识指示，相关操作指引等。机身的防差错标识对于正确的维修操作非常重要。例如1994年西北航空公司WH2303班机的空难，便是由于执飞飞机图-154M未采取防差错设计，地面作业人员将自动驾驶仪的两个插头插反，导致飞机起飞不久后在空中失去控制并解体，机上160人全部遇难。在该交互过程的分析中，可以得到维修性设计需要防差错以及维修标识方面的知识。

分析作业人员-产品类对象之间的交互，具体指：分析作业人员与航空产品之间所发生的直接物理交互。例如作业人员对飞机的目视检查，以及不需要维修工具的维修保养操作等。

分析作业人员-资源类对象之间的交互，具体指：分析作业人员与维修硬件类资源所发生的交互，例如作业人员使用维修工具对飞机的保养、拆卸，以及更换备件等操作。这类操作在飞机的维修活动中占有较大比例。这类交互过程通常会涉及航空产品的可达性、可视性、操作空间、工作姿态等方面的设计知识。

分析作业人员-维修环境之间的交互，具体指：分析作业人员在进行维修任务时所处的物理环境与作业人员之间发生的交互，主要包括温度、疲劳度、危险源等。例如作业人员在维修车间中利用空调系统降低室内温度，利用辅助维修平板车帮助调节身体姿态以减少疲劳等。在维修环境设计中，主要涉及到工作姿态设计的内容，以帮助作业人员提高在维修环境中的舒适度。

分析作业人员-辅助人员之间的交互，具体指：分析作业人员与辅助人员之间发生的语言、动作上的交互。例如，在进行发动机吊装操作时，作业人员之间进行的协同配合，既可以是语言上的沟通交流，也可以是具体维修操作的协作配合，这类交互主要涉及维修管理、组织结构、沟通技能等方面的知识。

步骤200：利用系统建模语言和基本形式化本体，构建航空产品维修性多领域知识本体元模型；所述航空产品维修性多领域知识本体元模型用于对维修性多领域知识本体的概念、属性、以及实例的构建规则进行约束和规范。

模型是对客观事物的抽象和表达。本体作为一种用于描述客观现象或规律的方法手段，可以视为一种描述性模型，其本身具有自我描述性。虽然其正确与否取决于对事实的描述，但是在进行本体构建的过程中，缺乏统一、明确的规则，导致同领域知识本体重用效率和共享效率低下，构建过程具有随机性。元模型是对特定模型的规则、语法以及标准的抽象描述，即“描述模型的模型”。

本发明实施例利用系统建模语言SysML，对中量级航空产品维修性多领域知识本体进行元模型定义，构建基于基本形式化本体的航空产品维修性多领域知识本体元模型。

该元模型参考考虑本体建模语言(Web Ontology Language Description Logic，OWLDL)的语法特点，对航空产品维修性多领域知识本体的概念、属性、实例三个元类进行定义。具体的：

2.1：定义维修性多领域知识本体的概念

概念是对维修性设计领域中相关定义、事物的抽象描述，例如虚拟样机、维修时间、可达性等基本概念。本发明实施例借鉴基本形式化本体(Basic Formal Ontology，BFO)的架构，在本体元模型中将所有表示航空产品维修性设计知识的概念划分为自在常体(ContinuantClass)、普遍他在常体(GenerallyDependent Class)以及特定他在常体(SpecificallyDependent Class)。其中，自在常体用于描述客观世界中独立存在的事物或者时空域。例如飞机(事物)、平均修复时间(时间)，这两者都在客观世界中独立存在。普遍他在常体用于描述客观世界中依赖于一个或多个自在常体才能够存在的常体。例如交互式电子手册，它们通常为电子版，而且在多个交互式维修终端中同时存在。特定地在常体用于描述遵循非迁移公理(Axiom of nonmigration)的常体，即这类他在常体不能从一个自在常体中迁移到另外一个自在常体中。例如波音737-800的续航里程，只能描述波音737-800的续航能力，而不能描述其他飞机的续航能力。

2.2：定义维修性多领域知识本体的属性。

属性对概念起到描述作用，进一步分为三类：

1.对象属性(ObjectProperty)：对象属性用于描述概念之间所存在的关系，例如一个人和他的体重之间的属性关系是“has_Weight”。用于描述维修性设计知识间关系的对象属性，具有传递性、函数性、对称性、自反性等特性，用于对维修性设计知识进行推理。例如传递性，允许知识具有泛化能力。当利用语义网规则语言(Semantic web rulelanguage，SWRL)定义了规则“autogen0:is_Part-of(？x，？y)^autogen0:is_Part-of(？y，？z)->autogen0:is_Part-of(？x，？z)”后，便可以通过“is_Part-of”的函数性，利用“x是y的一部分，y是z的一部分”这一显性事实，推导出“x是z的一部分”这一隐性事实。

2.数据属性(DataProperty)：描述概念本身所具有的一些特性，例如，一个螺母的ID编号、防冰活门的平均修复时间，都属于数据属性。

3.注释属性(AnnotationProperty)：对实例做出除了对象属性以及数据属性之外的辅助性解释，例如某些标准的适用范围、工具的使用说明等难以用对象、数据属性等进行表述的文本类说明。

步骤300：根据航空产品维修性设计所涉及的知识表达对象以及航空产品维修性多领域知识本体元模型，构建航空产品维修性设计知识本体。

根据步骤100分析确定的航空产品维修性设计所涉及的知识表达对象、以及步骤200所定义的知识本体设计规则，构建航空产品维修性设计知识本体(Knowledge ontologyfor maintainability design of aviation product，KOMDAP)，以实现航空产品维修性设计多源异构知识的形式化规范化表达。其具体步骤包括：

3.1：确定所要建立航空产品维修性设计知识本体需要涵盖的领域，以及建立航空产品维修性设计知识本体的目的。

以航空产品维修性设计知识本体为例，其涵盖的领域是以航空产品为对象的力学、机械、维修性、计算机、人因等多领域范围的学科知识，其目的是规范化表示以维修性设计为目的的多领域知识，并能够为用户根据需要自动推荐相关设计知识，并实现知识的自动更新，提高维修性设计的效率。

3.2：基于步骤100确定的航空产品维修性设计所涉及的知识表达对象，确定航空产品维修性设计知识本体中所需要表达的相关术语概念。该步骤由专业人员执行，并参考相关国际及国家标准，如ISO-6385(2016)、IEC60706-2-2006、GJB/Z 91-1997。例如分析作业人员与资源类对象所发生的交互，作业人员使用的维修工具、器材、设施以及维修备件等。作业人员日常所进行的维护维修操作有润滑、保养、检测、拆卸、更换、校准等多种操作，此外维修对象所具有的接口类型与规格也有所不同(如紧固件、接插件等)，因此所涉及的硬件类资源也具有较多的种类。基于基层作业人员而言，使用最多的为各类维修及保养工具，例如不同规格尺寸的扳手、起子、钳子和专用工具等。而基地级的作业人员则拥有更多的维修器材，设施等，可以开展更大型的维修操作活动。对航空产品开展模块化、标准化和互换性设计，可以降低进行维修活动所需的资源准备量和维修难度，提高维修效率。在本体中，需要将这些作业人员工具、过程的相关概念进行表示。

3.3：在确定航空产品维修性设计知识本体中所需要表达的相关术语概念后，基于步骤200中的航空产品维修性多领域知识本体元模型所描述的概念、属性的定义规则，构建航空产品维修性设计知识本体。航空产品维修性设计知识本体由五元组构成。即：

O

式中各元素定义如下：

概念集C(Concept)：复杂产品维修性设计知识本体中所有n个概念的集合，其不仅包含顶层本体中的通用概念，例如时间、地点、人物等，也包含领域本体中的专用概念，例如，产品结构、装配关系、作业人员、接口类型等。在KOMDAP中，产品结构、维修资源以及领域知识是最核心的三个概念，各自都可以进一步衍生出子概念。

关系集R(Relation)：描述KOMDAP中所有n个概念之间的逻辑关系，任意c1，c2，…，ci之间的i元关系是i个概念笛卡尔乘积的任意子集。例如整机与子系统的关系，虚拟样机与样机版本的关系，作业人员和身高体重的关系等。

函数集F(Function)：函数集是一类特殊的关系，第i个概念的关系由i-1个概念来决定，具体包含维修性设计知识中对象属性的各类特性，即传递性、函数性、对称性以及互反性。传递性就是函数的一种，当概念具有传递性时，由A→B以及B→C，可以推导出A→C。这在描述设计对象的功能关系时较为常见。例如，当存在hasSubclass(防冰活门，发动机短舱)以及hasSubclass(发动机短舱，动力系统)时，则可以推导出防冰活门也属于动力系统。

实例集I(Instance)：概念是对具有共同特征的一类事物的抽象，而实例则是这类概念的具体化对象。实例具有其所属概念的属性。例如，对于扳手这一概念来说，其具体的实例有“卡夫威尔12英寸活动扳手”、“史丹利10mm棘轮扳手”等实例。

公理集A(Axiom)：公理在本体中是一类无需证明的真理或定理，其对本体中的相关概念、关系等做出严格的定义。在KOMDAP中，公理来源于相关国际标准、技术文档以及经专家咨询的规范内容。例如，通过GJB/Z91-1997《维修性设计技术手册》可以获知，维修可达性包括视觉可达以及实体可达；测试性设计包括固有测试性设计、BIT设计和ATE设计，这些都属于KOMDAP中的公理。

如图3所示，航空产品维修性设计知识本体的结构分为顶层本体、领域本体、应用本体三层。

顶层本体用于描述最为基本的概念和属性，例如时间、空间、人物、地点等，其完全独立于特性的领域或问题，本发明实施例中的顶层本体基于基本形式化本体BFO进行创建，其在步骤200中已经描述。

领域本体用于描述维修性设计相关的最基本概念及关系。主要概念有：维修、维修性、维修性要求、维修性设计、维修性分配预计、维修性分析、维修性试验与评价、虚拟维修等。

在顶层本体、领域本体的基础上，应用本体用于描述航空产品维修性设计相关的产品、过程、以及设计知识，具体包含功能-行为-结构-交互(Function-Behavior-Structure-Interaction，FBSI)子本体、过程-资源描述子本体以及知识表达子本体。

该功能-行为-结构-交互子本体用于以设计对象为基础，对设计对象的功能、行为、结构以及维修交互特征进行描述。该子本体主要包括的概念有：

(1)对象本体：对设计对象本身的概念进行描述，其自身不包含任何的设计信息。

(2)基本参数：描述设计对象的基本特征，包含尺寸、重量、功率、供应商等。针对具体对象还有专门的参数，例如航空发动机还有推重比、使用寿命、耗油率、空气流量等。

(3)对象层级：设计对象所属层级，包括零件、部组件、子系统、系统。

(4)对象类别：按照设计对象的加工、结构等特点，描述其种类，包括实例化标准件、非实例化标准件、管路件、钣金件、装配件、铸件。

(5)系统类别：描述对象所属的系统，包括空调系统、自动驾驶系统、通讯系统、电源系统、防火系统、飞行操纵系统、燃油系统、液压系统、防冰排雨系统、指示/记录系统、起落架系统、灯光系统、导航系统、氧气系统、气源系统、水/废水系统、客舱系统、信息系统、氮气系统、辅助动力装置系统等。

(6)维修性约束：第一部分为定性指标，包括维修装配/拆卸性、产品设计简化性、可达性(进一步分为视觉可达性、实体可达性和操作空间)、标准化和互换性、测试性和诊断。第二部分为定量指标，主要为平均故障间隔时间、平均修复时间。第三部分为接口类型，包括标准接口和非标准接口。

(7)虚拟样机信息：描述设计对象的虚拟样机相关信息，包括样机名称、样机标识、样机版本、样机规格。

该过程-资源描述子本体用于以设计对象的维修过程为线索，对维修过程中所涉及的维修资源的相关要素进行描述。该过程-资源描述子本体主要包括的概念为：

(1)作业人员：描述作业人员的相关信息，包括：a.人员本体(用于指代作业人员本身，作为对作业人员的索引，本身不包含人员所具有的其他属性)、b.人体测量学数据(包含全臂长、前臂长、百分位、眼高、肩高、腿长、膝高、身宽、身高)、c.视觉(可见光波长、最佳直接视野、最佳眼动视野、最佳观察视野)、d.力量(上抬力、上提力、单臂拉力、双臂拉力、推力)、e.听觉(声强、频率)、f.维修能力(初级、中级、高级)、f.培训时长。

(2)维修操作：描述维修过程中的相关操作，包括：a.操作本体(用于指代维修操作本身，作为对维修操作的索引，本身不包含操作所具有的其他属性)、b.单手操作、c.双手操作、d.徒手操作、e.有工具操作、f.精细操作。

(3)维修工具：用于描述维修过程中所需的工具，包括：a.工具本体(用于指代维修工具本身，作为对工具的索引，本身不包含工具所具有的其他属性)，b.工具类型(通用工具、专用工具、计量工具)，c.工具规格(通用规格、计量规格)。

该设计知识子本体用于对设计对象、维修资源所涉及的相关知识进行描述。这些知识来源包括：国家、行业、或相关部门组织专家所制定的，在一定范围内强制或推荐执行的标准；设计部门在长期进行设计工作的过程中，经过系统分析、总结、整理而得到的规范化的设计知识；设计人员在长期工作中所积累的难以有效表述和迁移的认知、经验、诀窍；终端用户(例如地勤人员和飞行员)的使用体验和反馈。该设计知识子本体主要包括的概念为：

(1)参数集：维修性设计的过程中涉及的各种设计参数，包括a.参数层级(整机级、机载设备级、系统级、重要零部件级)、b.可靠性参数(任务可靠度、平均故障间隔时间)、c.维修性参数(平均修复时间)。

(2)通用设计知识：维修性设计过程中所需要的一般性维修性设计知识，主要为各类设计准则，具体包括：a.作业姿态设计知识、b.实体可达性设计知识、c.视觉可达性设计知识、d.操作空间设计知识、e.模块化/互换性设计知识、f.简化设计知识、g.维修安全设计知识、h.诊断测试设计知识。

(3)基于故障的设计知识：在进行维修性设计的过程中，如果仅仅掌握一般性的维修性设计知识，是不足以有效支撑设计工作的。维修性设计的目的在产品发生或将要发生故障时，能够高效、安全地进行维护或维修。基于故障的设计知识以设计失效模式及后果分析(Design failure mode and effects analysis，DFMEA)为基础，对基于故障的维修性设计知识进行描述。具体包括：a.产品本体(对设计对象本身进行描述，不带有任何属性)、b.产品层级(零件、部组件、子系统、系统)、c.产品重要度(一般件、关键件)、d.影响、e.故障模式(功能相关、物理相关)、f.潜在原因、g.设计措施。

步骤400：对子本体中的概念以及概念之间的对象属性、数据属性和注释属性进行定义和赋值，以进一步描述各个概念及概念之间的关系，并在对各个概念及概念之间的对象属性、数据属性和注释属性进行定义和赋值后，对概念进行实例化，以得到维修性设计知识实例。

表1、表2、表3分别展示了3个子本体中的部分对象属性。对象属性由定义域中的概念指向值域中的概念。

表1功能-行为-结构-交互子本体中部分对象属性(关系)的定义表

表2过程-资源描述子本体中部分对象属性(关系)的定义表

表3过程-资源描述子本体中部分对象属性(关系)的定义表

在完成了三个子本体所有概念及属性定义的基础上，对概念进行实例化，具体为：

首先从技术文档、案例资料、人员的认知经验中抽取与设计对象相关的结构化及非结构化的维修性知识，基于资源描述框架(Resource Description Framework，RDF)，将这些知识转化为“资源—属性—值”的三元组结构，存储到相应的子本体当中，完成本体的实例化。以技术文档中“飞控计算机需要双手维修操作”这句话为例，其可以转化为<飞控计算机、required_Opn、双手操作>的三元组结构，即<实例、关系、实例>，之后这条知识便可以存入到航空产品维修性设计知识本体中。

进一步地，本发明实施例提供的方法，还包括：

步骤500：基于目标维修性多领域知识推理框架，利用已有的航空产品维修性设计知识本体的实例以及各类属性，针对航天产品特征及维修过程特征为用户自动推理新的航空产品维修性设计知识本体，并根据语义网规则语言对航空产品维修性设计知识本体进行消歧和更新。

其中，所述目标维修性多领域知识推理框架为如图4所示的基于语义网规则语言和Pellet推理机的维修性多领域知识推理框架。

首先从航空产品维修性设计知识本体中抽取构建语义网规则语言(以下简称SWRL)所需的推理元素，包括航空产品维修性设计知识本体中已经建立的概念、对象属性以及数据属性等。在提取航空产品维修性设计知识本体的推理元素之后，根据SWRL的语法进行推理规则的定义。当SWRL推理规则定义完成后，使用Pellet推理机将SWRL推理规则转化为航空产品维修性设计知识本体的推理规则。之后，将航空产品维修性设计知识本体装入到Pellet推理机中，Pellet推理机便可以基于航空产品维修性设计知识本体的推理规则进行航空产品维修性设计知识本体的推理，完成航空产品维修性设计知识本体的更新以及航空产品维修性设计知识本体的推荐。其具体步骤为：

5.1：建立航空产品维修性设计知识本体的推理规则，具体包括基于对象的推理规则、基于属性的推理规则和综合推理规则。

其中，利用维修性设计知识实例之间的显性关系，通过基于对象的推理规则的建立，去挖掘推断两个实例之间的隐性关系，从而挖掘实例之间的联系。表4展示了本发明实施例中部分维修性知识的关系推理规则。

表4基于关系属性的维修性知识推理规则表

维修性设计知识实例都存在自身属性，属性赋值的不同，代表了实例可能处于不同的等级或要求，从而针对性的抽取相关的维修性设计知识。利用基于属性的推理规则，可以通过维修性设计知识实例属性的取值推理出维修性设计知识实例的相应隐性信息。表5展示了本发明实施例中部分维修性知识的属性推理规则。

表5基于数据属性的维修性知识推理规则表

前两步完成了对本体中关系和属性的推理规则构建，但还不能够达到利用产品相关参数、特征等进行知识推送和重用的目标。知识推送的推理规则要综合运用本体中实例的对象属性、数据属性进行规则的构建。基本的推理原则是：如果产品A满足某条件B，则为产品A推送维修性知识C。表6展示了本发明实施例中部分维修性知识的综合推理规则。

表6维修性知识综合推理规则表

5.2：由于上述步骤仅仅利用SWRL构建了的三类通用推理规则，无法直接用于对KOMDAP中的知识进行推理，因此需要将推理规则与KOMDAP装入Pellet推理机中，使构建的三类知识推理规则转化为KOMDAP的内置规则。

步骤5.3：基于上一步所建立的推理框架，利用已有的维修性设计知识实例以及各类属性，针对航天产品特征及维修过程特征为用户自动推理新的航空产品维修性设计知识本体，并根据语义网规则语言对航空产品维修性设计知识本体进行消歧和更新。具体步骤如下：

5.3.1：通过规则推理，如果两个维修性设计知识实例具有完全相同的关键特征属性，则判断两个维修性设计知识实例为同一事物或知识。例如，推理规则“对象本体(？x)^hasObjID(？x，？p1)^对象本体(？y)^hasObjID(？y，？p2)^swrlb:equal(？p1，？p2)->sameAs(？x，？y)”则定义了“如果对象x和对象y的ID号相同，则：x和y相同”这一事实。通过基于该规则的知识推理，则可以判断同一个ID号的两个实例其实为同一对象。而这一问题在传统由设计人员编写的技术文档中经常出现，例如：同一种截止阀，有的设计人员写为“截阀”，而有的设计人员写为“截门阀”，但其实描述的都是同一个截止阀。通过定义相关规则并进行推理，以消除KOMDAP中的歧义本体，实现语义一致性。

5.3.2：将消歧后的两个维修性设计知识实例进行合并，形成具有语义一致性的维修性设计知识实例。

5.3.3：基于规则，对维修性设计知识实例的属性和关系进行挖掘，推理出新的知识，并将其存储进KOMDAP中，实现设计知识的更新。例如，规则“产品本体(？x)^hasProdSeve(？x，？y)^swrlb:greaterThanOrEqual(？y，5)->关键件(？x)^has_DesgMeasure(？x，关键件设计知识1)”，则定义了如果一个产品的重要度超过5，则判定该产品赋予“关键件”这一属性，并自动推送关键件的设计知识，从而完KOMDAP本体的知识自动更新。

下面通过一个例子说明知识更新的过程。

飞机在高空高速飞行过程中受到结冰气象环境的影响，容易在机体表面及发动机进气道部位凝结冰层，导致原有气动外形遭到破坏，重量上升，操控性能下降，进而引发严重的飞行安全事故。防冰活门作为防冰排雨系统的核心部件，能够利用发动机引出的热气对相关部位进行加热，防止结冰。

图5展示了Liebherr III型防冰活门的维修性知识本体实例图。如图5所示，利用Protégé手动构建该本体实例，基于SWRL建立了推理规则，并利用Pellet推理机检查了一致性。其目的在于帮助设计人员完成对防冰活门维修性知识的捕获和重用。

该知识本体以“LiebherrIII型防冰活门”产品实例为核心，从结构和逻辑的角度，进行了维修性多领域知识的功能-行为-结构-交互、过程-资源描述、以及设计知识的三视图建模。首先在功能-行为-结构-交互视图中，对基本参数、维修性参数、结构关系及系统分类进行了表示，实现了防冰活门在结构上的知识表达；在设计知识视图中，以DFMEA的分析逻辑为基础，对防冰活门的故障模式/代码、潜在原因及设计措施进行表达。其中，设计措施与功能-行为-结构-交互视图中的定性指标之间具有关联，例如在本例中，设计措施1是防冰活门维修性定性指标“操作空间”所对应的一条设计措施，并用“has_DesgMeasure”来表达两者之间的关系。在过程-资源描述视图中，对防冰活门维修的规程、操作、人员、工具等进行了描述。由于产品在不同的故障模式及原因下，所对应的维修措施不同，因此，产品本体不与维修规程构成直接的关联关系。

基于所构建的维修性知识本体，设计人员能够快速的对防冰活门基本参数、维修性指标、故障模式以及设计措施等知识进行捕获和重用。此外，该本体还支持基于规则的知识推理，以获取新的设计知识。例如，利用推理框架中的规则“产品本体(？a)^has_FMo(？a，故障模式1)^is_Causedby(故障模式1，潜在原因1)^has_CorDgnMea(潜在原因1，对应设计措施1)->has_DesgMeasure(？a，对应设计措施1)”，便可以在已知产品x具有故障模式1的情况下，推断故障模式1对应的潜在原因，并为设计人员提供对应的设计措施1。同时，将设计措施1作为对应防冰活门故障模式1新的设计知识，存入KOMDAP中。

实施例二

为了执行上述实施例一对应的方法，以实现相应的功能和技术效果，下面提供一种航空产品维修性多领域知识建模系统。

如图6所示，本发明实施例提供了一种航空产品维修性多领域知识建模系统，包括：

知识表达对象确定模块1，用于根据航空产品维修任务下的交互要素构建航空产品维修交互过程分析模型，并根据所述航空产品维修交互过程分析模型确定航空产品维修性设计所涉及的知识表达对象。

航空产品维修性多领域知识本体元模型构建模块2，用于利用系统建模语言和基本形式化本体，构建航空产品维修性多领域知识本体元模型；所述航空产品维修性多领域知识本体元模型用于对维修性多领域知识本体的概念、属性、以及实例的构建规则进行约束和规范；在所述航空产品维修性多领域知识本体元模型中，所述概念划分为自在常体、普遍他在常体以及特定他在常体，所述属性划分为对象属性、数据属性和注释属性。

航空产品维修性设计知识本体构建模块3，用于根据航空产品维修性设计所涉及的知识表达对象以及航空产品维修性多领域知识本体元模型，构建航空产品维修性设计知识本体；所述航空产品维修性设计知识本体包括为顶层本体、领域本体和应用本体；所述应用本体包括三个子本体，分别为功能-行为-结构-交互子本体、过程-资源描述子本体以及知识表达子本体。

实例化模块4，用于对所述子本体中的概念以及概念之间的对象属性、数据属性和注释属性进行定义和赋值，并在对各个概念及概念之间的对象属性、数据属性和注释属性进行定义和赋值后，对概念进行实例化。

进一步地，本发明实施例提供的航空产品维修性多领域知识建模系统，还包括：

知识更新模块，用于基于目标维修性多领域知识推理框架，利用已有的航空产品维修性设计知识本体的实例以及各类属性，针对航天产品特征及维修过程特征为用户自动推理新的航空产品维修性设计知识本体，并根据语义网规则语言对航空产品维修性设计知识本体进行消歧和更新。

所述目标维修性多领域知识推理框架为基于语义网规则语言和Pellet推理机的维修性多领域知识推理框架。

实施例三

本发明实施例提供一种电子设备包括存储器及处理器，该存储器用于存储计算机程序，该处理器运行计算机程序以使电子设备执行实施例一的航空产品维修性多领域知识建模方法。

可选地，上述电子设备可以是服务器。

另外，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现实施例一的航空产品维修性多领域知识建模方法。

现有技术相比，本发明具有如下优点：

第一，提出了航空产品维修过程交互分析模型，通过该模型，可以对航空产品维修过程中作业人员、产品、资源、环境之间的交互过程进行全面的分析，对可视性、可达性、操作空间等维修性各要素知识的捕捉效率更高。

第二，基于SysML设计了维修性多领域知识本体的元模型，该元模型对本体中概念、属性、实例进行了定义和描述，实现了多领域知识建模描述规则在高层次的抽象与表达，保证了维修性知识描述的规范性，以及多个知识本体融合时的一致性和有效性。

第三，通过元模型与本体模型之间的强耦合映射，构建了航空产品维修性多领域中量级知识本体KOMDAP，该本体以基本形式化本体为顶层本体，维修性为领域本体，FBSI、过程-资源描述、设计知识三个子本体为应用本体，解决了航空产品维修性设计过程中多学科知识共享重用效率低下的问题；计了SWRL和Pellet推理机的维修性多领域知识推理框架实现了维修性多领域设计知识的规范描述和智能挖掘。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。