Please wait a minute...
浙江大学学报(工学版)  2023, Vol. 57 Issue (1): 32-46    DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2023.01.004
机械与能源工程     
基于推理-情境感知激活模型的设计知识推荐
叶晨1(),战洪飞1,*(),林颖俊2,余军合1,王瑞1,钟武昌1
1. 宁波大学 机械工程与力学学院,浙江 宁波 315211
2. 中银(宁波)电池有限公司,浙江 宁波 315040
Design knowledge recommendation based on inference-context-aware activation model
Chen YE1(),Hong-fei ZHAN1,*(),Ying-jun LIN2,Jun-he YU1,Rui WANG1,Wu-chang ZHONG1
1. Faculty of Mechanical Engineering and Mechanics, Ningbo University, Ningbo 315211, China
2. Zhongyin (Ningbo) Battery Limited Company, Ningbo 315040, China
 全文: PDF(2926 KB)   HTML
摘要:

针对个性化产品设计任务下的知识资源检索和利用效率低、知识推荐结果有效性和准确性侧重失衡的问题,提出个性化设计知识推荐服务架构. 该架构以产品设计文献数据、手册数据为核心,结合产品设计场景特征,确定设计知识类别. 采用新的深度学习模型ALBERT-BiLSTM-IDCNN-CRF,对数据中蕴含的设计对象、设计任务、设计性能、设计方法、设计工具、设计原理、设计参数、计算公式、设计图这9类知识元进行有效抽取. 结合由企业内部员工和文献作者组成的设计人员知识元,建立五维设计知识关联模型,以该模型为基础,运用本体和推理规则建立完善的产品设计知识库. 提出基于推理-情境感知激活模型的设计知识推荐服务模式. 以液压机设计为例进行验证. 结果表明,所提的深度学习模型在设计知识抽取中获得了优于其他基准模型的效果. 所提的知识推荐服务模式在维持较高的知识推荐结果准确性的同时,提升了输出推荐结果的有效性,可以快速、准确地为特定对象属性、任务属性和性能要求属性下的个性化设计任务求解推荐所需的知识资源.

关键词: 产品设计个性化设计任务求解深度学习推理-情境感知激活模型知识推荐    
Abstract:

A personalized design knowledge recommendation service architecture was proposed aiming at the problems of low efficiency of knowledge resource retrieval and utilization and imbalance of effectiveness and accuracy of knowledge recommendation results under the task of personalized product design. The framework combined the product design scene characteristics to determine the design knowledge categories based on the product design literature data and manual data. A new deep learning model ALBERT-BiLSTM-IDCNN-CRF was adopted to effectively extract 9 types of knowledge elements contained in the data, including design objects, design tasks, design performance, design methods, design tools, design principles, design parameters, calculation formulas and design drawings. A five-dimensional design knowledge association model was established by combining the knowledge elements of designers composed of internal employees and literature authors. A complete product design knowledge base was established by using ontology and inference rules based on the model. A design knowledge recommendation service mode based on inference-context-aware activation model was proposed. The hydraulic press design was taken as an example to verify. Results show that the proposed deep learning model achieves better results than other benchmark models in design knowledge extraction. The proposed knowledge recommendation service mode greatly improves the effectiveness of outputting recommendation results while maintaining a high accuracy of the knowledge recommendation results. Required solution knowledge resources can be quickly and accurately recommended for personalized design tasks under specific object attributes, task attributes and performance requirement attributes.

Key words: product design    personalized design task solving    deep learning    inference-context-aware activation model    knowledge recommendation
收稿日期: 2022-05-14 出版日期: 2023-01-17
CLC:  TH 186  
基金资助: 国家重点研发计划资助项目(2019YFB1707101, 2019YFB1707103);国家自然科学基金资助项目(71671097);浙江省公益技术应用研究计划资助项目(LGG20E050010, LGG18E050002);宁波市自然科学基金资助项目(2018A610131);健康智慧厨房浙江省工程研究中心资助项目
通讯作者: 战洪飞     E-mail: 15295500807@163.com;zhanhongfei@nbu.edu.cn
作者简介: 叶晨(1995—),男,硕士生,从事知识推荐服务的研究. orcid.org/0000-0002-0021-8814. E-mail: 15295500807@163.com
服务  
把本文推荐给朋友
加入引用管理器
E-mail Alert
作者相关文章  
叶晨
战洪飞
林颖俊
余军合
王瑞
钟武昌

引用本文:

叶晨,战洪飞,林颖俊,余军合,王瑞,钟武昌. 基于推理-情境感知激活模型的设计知识推荐[J]. 浙江大学学报(工学版), 2023, 57(1): 32-46.

Chen YE,Hong-fei ZHAN,Ying-jun LIN,Jun-he YU,Rui WANG,Wu-chang ZHONG. Design knowledge recommendation based on inference-context-aware activation model. Journal of ZheJiang University (Engineering Science), 2023, 57(1): 32-46.

链接本文:

https://www.zjujournals.com/eng/CN/10.3785/j.issn.1008-973X.2023.01.004        https://www.zjujournals.com/eng/CN/Y2023/V57/I1/32

图 1  个性化设计知识推荐服务的架构
图 2  基于大数据和产品设计场景分析的知识元抽取模型
图 3  五维映射知识模型
图 4  基于情境感知激活模型的二阶段设计知识推荐服务过程
图 5  改进的知识相似度计算算法流程
词性 权重
名词 0.75
动词 0.65
形容词 0.40
其他 0.10
表 1  词性权重的归纳表
模型 人民日报数据集 液压机设计数据集
P R F1 P R F1
ALBERT 0.872 4 0.834 6 0.818 2 0.730 1 0.476 8 0.536 3
ALBERT-BiLSTM 0.931 2 0.908 4 0.919 6 0.909 3 0.555 0 0.667 9
ALBERT-CRF 0.831 5 0.697 4 0.758 0 0.434 4 0.417 3 0.423 0
ALBERT-BiLSTM-CRF 0.964 4 0.919 9 0.941 6 0.841 7 0.618 0 0.681 9
ALBERT-BiLSTM-IDCNN-CRF 0.973 4 0.925 6 0.945 8 0.915 3 0.627 1 0.718 7
表 2  2种文本语料下的不同模型仿真结果
图 6  不同模型方法下的各类知识元识别F1
模型方法 t/ms
ALBERT 61.207
ALBERT-BiLSTM 63.145
ALBERT-CRF 64.685
ALBERT-BiLSTM-CRF 65.022
ALBERT-BiLSTM-IDCNN-CRF 64.893
表 3  单个知识元抽取的平均耗时
图 7  原始的液压机设计知识库
图 8  基于推理规则的隐性设计知识发现
图 9  一阶段液压机设计知识推荐服务功能实现部分示例图
类型 MI 排序
设计原理 0.019 5 6
设计参数 0.021 3 5
计算公式 0.014 8 7
设计图 0.039 0 2
设计方法 0.032 5 3
设计工具 0.030 8 4
设计人员 0.063 3 1
表 4  知识推荐的优先级排序
任务书的下标索引 TF-IDF+余弦相似度方法 改进的知识相似度计算方法
相似度 输出结果 相似度 输出结果
0 0.794 0.838
1 0.331 × 0.304 ×
2 0.089 × 0.012 ×
3 0.608 0.585 ×
4 0.620 0.636
5 0.152 × 0.016 ×
6 0.506 × 0.486 ×
7 0.302 × 0.310 ×
8 0.076 × 0.031 ×
9 0.213 × 0.189 ×
10 0.144 × 0.103 ×
表 5  当前设计任务书与任务书库中其他任务书间的相似度计算
图 10  任务关键词间的语义相似度计算
图 11  液压机设计知识节点的激活扩展
图 12  二阶段液压机设计知识推荐服务功能
方法 Qs Ps 优先度和相似度排序性能 Ts
推理机 20% 100%
知识激活模型 70% 50%
情境感知激活模型 70% 60% 较长
推理-情境感知激活模型 70% 80% 较短
表 6  不同方法的推荐性能
1 QIAO B, ZOU Z, HUANG Y, et al A joint model for entity and relation extraction based on BERT[J]. Neural Computing and Applications, 2022, 34 (1-3): 3471- 3481
2 余丽, 钱力, 付常雷, 等 基于深度学习的文本中细粒度知识元抽取方法研究[J]. 数据分析与知识发现, 2019, 3 (1): 38- 45
YU Li, QIAN Li, FU Chang-lei, et al Extracting fine-grained knowledge units from texts with deep learning[J]. Data Analysis and Knowledge Discovery, 2019, 3 (1): 38- 45
3 LIU J, XIA C, YAN H, et al Innovative deep neural network modeling for fine-grained Chinese entity recognition[J]. Electronics, 2020, 9 (6): 1001- 1015
doi: 10.3390/electronics9061001
4 QIN Y, SHEN G W, ZHAO W B, et al A network security entity recognition method based on feature template and CNN-BiLSTM-CRF[J]. Frontiers of Information Technology and Electronic Engineering, 2019, 20 (6): 872- 884
doi: 10.1631/FITEE.1800520
5 王志梅, 杨帆 基于相似学习者发现的资源推荐系统[J]. 浙江大学学报: 工学版, 2006, (10): 1688- 1691
WANG Zhi-mei, YANG Fan Resource recommendation system based on similar learners exploitation[J]. Journal of Zhejiang University: Engineering Science, 2006, (10): 1688- 1691
6 密阮建驰, 战洪飞, 余军合 面向企业知识推荐的知识情景建模方法研究[J]. 情报理论与实践, 2016, 39 (4): 78- 83
MI RUAN Jian-chi, ZHAN Hong-fei, YU Jun-he Research on knowledge scenario modeling method for enterprise knowledge recommendation[J]. Information Studies: Theory and Application, 2016, 39 (4): 78- 83
doi: 10.16353/j.cnki.1000-7490.2016.04.014
7 WANG H, FU W Personalized learning resource recommendation method based on dynamic collaborative filtering[J]. Mobile Networks and Applications, 2021, 26 (2): 473- 487
8 LI M, YUAN M Y, XU Y C An approach to task-oriented knowledge recommendation based on multi-granularity fuzzy linguistic method[J]. Kybernetes, 2015, 44 (3): 460- 474
doi: 10.1108/K-10-2014-0207
9 WEI Y L Development of an integrated-collaborative decision making framework for product top-down design process[J]. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 2009, 25 (3): 497- 512
doi: 10.1016/j.rcim.2008.01.005
10 贺雪梅, 邵骁裕, 王海锋 基于场景思维的家具产品设计策略研究[J]. 林产工业, 2020, 57 (12): 65- 69
HE Xue-mei, SHAO Xiao-yu, WANG Hai-feng Research about furniture product design strategies based on scene thinking[J]. China Forest Products Industry, 2020, 57 (12): 65- 69
doi: 10.19531/j.issn1001-5299.202012013
11 YANG J, ZHANG Y, LI L, et al. YEDDA: a lightweight collaborative text span annotation tool [C]// Proceedings of ACL 2018, System Demonstrations. Melbourne: ACL, 2018.
12 LAN Z, CHEN M, GOODMAN S, et al. Albert: a lite bert for self-supervised learning of language representations [C]// Proceedings of ICLR 2020, Computer Science. Los Alamos: ICLR, 2019.
13 YANG L, FU Y F, DAI Y BIBC: a Chinese named entity recognition model for diabetes research[J]. Applied Sciences, 2021, 20 (11): 1- 14
14 代风, 翟翔, 施国强, 等 面向航天产品研制的知识网络本体建模方法[J]. 浙江大学学报: 工学版, 2018, 52 (10): 2023- 2034
DAI Feng, ZHAI Xiang, SHI Guo-qiang, et al Modeling ontological knowledge network for aerospace equipment development[J]. Journal of Zhejiang University: Engineering Science, 2018, 52 (10): 2023- 2034
15 李泚泚, 田国会, 张梦洋, 等 基于本体的物品属性类人认知及推理[J]. 浙江大学学报: 工学版, 2018, 52 (7): 1231- 1238
LI Ci-ci, TIAN Guo-hui, ZHANG Meng-yang, et al Ontology-based humanoid cognition and reasoning of object attributes[J]. Journal of Zhejiang University: Engineering Science, 2018, 52 (7): 1231- 1238
16 梁野, 张树有, 刘晓健, 等 基于变权分层激活模型的产品设计知识动态推送技术[J]. 计算机集成制造系统, 2015, 21 (12): 3107- 3118
LIANG Ye, ZHANG Shu-you, LIU Xiao-jian, et al Product design knowledge dynamic push technology based on variable-weight layered spreading activation model[J]. Computer Integrated Manufacturing Systems, 2015, 21 (12): 3107- 3118
17 KIM J, YUN U, PYUN G, et al A blog ranking algorithm using analysis of both blog influence and characteristics of blog posts[J]. Cluster Computing-The Journal of Networks Software Tools and Applications, 2015, 18 (3): 157- 164
18 CHHIM P, CHINNAM R B, SADAWI N Product design and manufacturing process based ontology for manufacturing knowledge reuse[J]. Journal of Intelligent Manufacturing, 2019, 30 (2): 905- 916
doi: 10.1007/s10845-016-1290-2
19 YE J Cosine similarity measures for intuitionistic fuzzy sets and their applications[J]. Mathematical and Computer Modelling, 2011, 53 (1/2): 91- 97
20 PETROV S, DAS D, MCDONALD R A universal part-of-speech tagset[J]. Computer Science, 2011, 1 (3): 2089- 2096
21 MANNING C D, RAGHAVAN P. Introduction to information retrieval [M]. Cambridge: Cambridge University Press, 2010: 79-113.
22 王临科, 蒋祖华, 李心雨 基于情境感知生成对抗网络模型的工程知识推荐方法[J]. 计算机集成制造系统, 2022, 28 (3): 798- 811
WANG Lin-ke, JIANG Zu-hua, LI Xin-yu Context-aware GAN-based knowledge recommendation method in engineering field[J]. Computer Integrated Manufacturing Systems, 2022, 28 (3): 798- 811
[1] 刘近贞,陈飞,熊慧. 多尺度残差网络模型的开放式电阻抗成像算法[J]. 浙江大学学报(工学版), 2022, 56(9): 1789-1795.
[2] 王万良,王铁军,陈嘉诚,尤文波. 融合多尺度和多头注意力的医疗图像分割方法[J]. 浙江大学学报(工学版), 2022, 56(9): 1796-1805.
[3] 郝琨,王阔,王贝贝. 基于改进Mobilenet-YOLOv3的轻量级水下生物检测算法[J]. 浙江大学学报(工学版), 2022, 56(8): 1622-1632.
[4] 夏杰锋,唐武勤,杨强. 光伏航拍红外图像的热斑自动检测方法[J]. 浙江大学学报(工学版), 2022, 56(8): 1640-1647.
[5] 赵永胜,李瑞祥,牛娜娜,赵志勇. 数字孪生驱动的机身形状控制方法[J]. 浙江大学学报(工学版), 2022, 56(7): 1457-1463.
[6] 何立,庞善民. 结合年龄监督和人脸先验的语音-人脸图像重建[J]. 浙江大学学报(工学版), 2022, 56(5): 1006-1016.
[7] 张雪芹,李天任. 基于Cycle-GAN和改进DPN网络的乳腺癌病理图像分类[J]. 浙江大学学报(工学版), 2022, 56(4): 727-735.
[8] 林丽,任丽,阳明庆. 基于改进加权协同过滤的集群用户黑箱个性意象预测[J]. 浙江大学学报(工学版), 2022, 56(4): 803-808.
[9] 褚晶辉,史李栋,井佩光,吕卫. 适用于目标检测的上下文感知知识蒸馏网络[J]. 浙江大学学报(工学版), 2022, 56(3): 503-509.
[10] 程若然,赵晓丽,周浩军,叶翰辰. 基于深度学习的中文字体风格转换研究综述[J]. 浙江大学学报(工学版), 2022, 56(3): 510-519, 530.
[11] 袁天乐,袁巨龙,朱勇建,郑翰辰. 基于改进YOLOv5的推力球轴承表面缺陷检测算法[J]. 浙江大学学报(工学版), 2022, 56(12): 2349-2357.
[12] 钟帆,柏正尧. 采用动态残差图卷积的3D点云超分辨率[J]. 浙江大学学报(工学版), 2022, 56(11): 2251-2259.
[13] 彭向东,潘从成,柯泽浚,朱华强,周肖. 基于并行架构和时空注意力机制的心电分类方法[J]. 浙江大学学报(工学版), 2022, 56(10): 1912-1923.
[14] 杨栋杰,高贤君,冉树浩,张广斌,王萍,杨元维. 基于多重多尺度融合注意力网络的建筑物提取[J]. 浙江大学学报(工学版), 2022, 56(10): 1924-1934.
[15] 陈伟航,罗强,王腾飞,张文生,蒋良潍. DMC复合地基工后沉降可靠性分析及设计优化[J]. 浙江大学学报(工学版), 2022, 56(10): 2019-2027.