目前,设计知识管理已成为国内外许多研究机构、大学、企业的研究热点,如美国NIST的设计知识库项目[2]；欧洲WISE工程知识管理项目[3]、MOKA项目[4]；韩国LG公司资助的知识管理项目[5]；国家863资助的知识管理平台研究[6]等,但还没有一个实用的能支持概念设计知识重用的系统,对它的研究也还停留在理论准备阶段。
本文在研究了基于本体的的概念设计知识模型的基础上,提出了基于本体的概念设计知识管理框架,研究了用户对本体的定义、对知识结构内容的自由扩充以及概念设计知识的检索方法等关键技术。
1、基于本体的概念设计知识建模
1.1 概念设计知识分类与表达
概念设计是对设计问题加以描述,并以方案的形式提出众多解的设计阶段[7].概念设计从不同的角度有多种定义[8].一般认为,概念设计是指以设计要求为输入、以最佳方案为输出的系统所包含的工作流程,是一个由功能向结构的转换过程。
图1描述了一般概念设计的工作流程,它包含综合与评价两个基本过程。综合是指根据设计要求,运用各种分析、设计方法推理而生成的多个方案,是个发散过程；评价则从方案集中择出最优,是个收敛过程。概念设计是将所设计的产品看成一个系统,运用系统工程的方法去分析和设计。具体说,概念设计就是将设计对象的总功能分解成相互有机联系的若干功能单元,并以功能单元为子系统进行再次分解,生成更低一级的功能单元,经过这样逐层分解,直至对应的各个最末端功能单元能够找到一个可以实现的技术原理解。概念设计的主要任务是功能到结构的映射,概念设计过程主要包括：功能创新、功能分析和功能结构设计、工作原理解的搜索和确定、功能载体方案构思和决策。
根据概念设计的过程及人在设计时的认知特点将概念设计知识分为元知识和实例知识（其分类如图2所示）。元知识中主要包括功能知识、技术原理解知识、结构知识等。实例知识中主要包括方案设计实例、技术原理解实例、产品实例等知识。
（1）功能知识。主要描述产品完成的任务,描述产品的功能及功能子项。描述产品要完成的功能,包括功能内容、实现参数、性能指标等；
（2）技术原理解知识。描述产品功能及功能子项的原理解答。它的表达要复杂些,一方面可用文字、数字表达它的说明、解答参数,另一方面,要有图形支持产品原理解答；
（3）结构知识。描述产品的结构设计状况,是对原理域知识的细化和扩充,是求解原理解的结构载体,可描述产品关键部分的形状、尺寸和参数。产品功能 结构的映射（简称为功构映射）就是对产品的功能模型进行结构实现的求解,是将产品功能性的描述转化为能实现这些功能的具有具体形状、尺寸及相互关系的零部件描述。在这里功能是产品结构的抽象,是结构实现的目的；而结构则为实现某功能而选用的一组构件或元件。功能 结构间的关系一般而言是多对多的映射关系。一个功能可能由一个或多个特征或元件实现,而一个特征或元件也可能完成一个或多个功能；
（4）实例知识。已成功或失败的设计范例,包括方案设计实例,产品结构知识实例、技术原理解实例等。它包含了更多的实际因素,是类比设计和基于实例推理设计的基础。
以工程机械中某型滑模式水泥摊铺机为例,总功能为摊铺水泥路面,总功能可细分为滑模作业、控制作业等功能,滑模作业功能又可细分为提水泥浆、挤压成型等功能。其中某个功能的实现可能会由几个结构组合而成,例如滑模式水泥摊铺机滑模作业功能就是由螺旋分料器、刮平板等几个结构一起才能实现。图3为该水泥摊铺机的功能层次定义和功能分解结构举例。该产品所对应的结构分解则如图4所示。图5中给出了对于滑模作业功能的技术原理解简图、技术原理解的评价、参考产品,以及实现该功能的说明等相关的知识。
如何利用计算机技术对概念设计予以支持,对概念设计知识进行有效的管理,至今仍没有较好的解决方法。目前的知识建模主要是专家系统,最常用的知识模型包括框架、产生式规则、语义网络、谓词逻辑等。专家系统的知识建模主要侧重符号层的系统实现,很少考虑动态的,非结构化的知识,造成专家系统解决问题的局限性,使得专家系统不能解决大型复杂问题。
本体作为“对概念化显式的详细说明”[9,10],研究领域内的对象、概念和其他实体,以及它们之间的关系,可以很好地解决概念设计知识的表达、检索和重用等问题。采用本体描述概念设计知识可以支持细粒度的产品语义信息的描述,可以形式化地定义特定领域的知识,如概念、事实、规则等；支持语义层面的集成和共享,基于本体的知识定义可以对知识作普遍的、无歧义的语义解释,可以保证不同使用者之间进行语义层面的信息共享和互操作。
1.2 本体建模过程描述
本体是某一领域的概念化描述,着意于在抽象层次提出描述客观世界的抽象模型,它包括两个基本的要素：概念和概念之间的关系。本体的构建必须满足以下的要求：对目标领域的清晰描述；概念或概念之间关系的明确定义；一般性和综合性原则。本体可以有多种表述方式,包括图形方式、语言形式和XML文档形式等。
基于本体的产品概念设计知识建模过程包括3个阶段：
（1）产品概念设计知识目标确定。产品概念设计知识定位,概念设计知识的定位决定本体构造的功能需求及最终用户。
（2）产品概念设计知识本体分析与建立。根据需求分析,确定该领域的相关概念及概念属性,并用XML语言进行形式化描述。这个阶段是建立概念设计知识本体的关键环节,直接影响到整个本体的生成质量,同时也是工作量最大的阶段。
（3）产品概念设计知识本体评价。对所创建的本体进行一致性及完备性评价。一致性是指术语之间的关系逻辑上应保持一致；完备性是指本体中概念及关系应是完善的。我们称该3阶段的组合为产品概念设计知识本体建模的一个生命周期（见图6）。
1.3 概念设计知识的本体表示
在此我们以工程机械中滑模式水泥摊铺机为例,结合图3～图5中的实际知识,从概念实体、概念属性及概念间关系等方面来说明产品知识、功能知识、技术原理解知识、技术原理解实例等概念设计知识的本体表示,通过概念蕴涵、属性关联、相互约束和公理定义等方法揭示了概念间的本质联系,形成一个语义关系清晰的产品概念设计知识模型。建模采用目前最新的OWL语言描述。
表述的语义为一个滑模式水泥摊铺机继承了一个产品的所有属性,此外还具备了关系属性：摊铺能力,同时,又对属性摊铺能力作了限制：只能应用于滑模式水泥摊铺机领域,且取值变化只能在摊铺宽度中（省略了关于滑模式水泥摊铺机类似属性的定义,如摊铺厚度和摊铺速度等）。
（3）功能知识类
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</owl：Restricton>
</owl：Class>
表述的语义为一个功能知识只有一个功能名称,且最少具有一个相关产品（省略了功能知识类似属性的定义,如功能编号、功能说明、创建人、创建时间、存储位置等）。
（4）功能技术原理解类
<owl：Classrdf：ID=“功能技术原理解”>
<owl：Restriction>
<owl：onPropertyrdf：resource=“#功能知识”/></owl：Restricton>
<owl：Restriction>
<owl：onPropertyrdf：resource=“#技术原理解简图”/></owl：Restricton>
</owl：Class>
表述的语义为一个功能技术原理解具有对应的功能名称,相关的技术原理解简图（省略了技术原理解类似属性的定义,如评价、参考产品、创建人、创建时间、存储位置等）。
上述描述中,使用类公理（subclassof）描述了两个类（概念）之间的继承关系,如滑模式水泥摊铺机类是产品类的子类。在描述类属性时,使用关系属性（objectproperty）描述了类的某个属性同时也表示了两个类之间的某种关系,如摊铺能力既是滑模式水泥摊铺机类的一个属性,同时也表达了和摊铺宽度类之间的对应关系。另外,使用属性公理domain和range表示属性的应用领域和属性的取值范围,如属性摊铺能力只能用于滑模式水泥摊铺机类,且它的取值只能是摊铺宽度数据集。
1.4 基于本体的概念设计知识管理的特点和优势
基于本体的概念设计知识管理可以让设计人员更好地重用已有的概念设计知识,基于本体的概念设计知识管理具有以下的一些特点或优势：
（1）支持用户定制知识类别。产品概念设计过程中,需要运用多种类型的知识,如：功能类、功能技术原理方案解类等。这些知识的描述和使用有着不同的特点,不能用相同的描述框架来处理。基于本体的设计知识建模允许用户对设计中知识类别加以定制,针对每一类别定义其描述属性,从而较好的解决了概念设计中多来源多类型知识的表示问题。
（2）支持概念共享的知识库构建。概念设计知识本体的构造澄清了概念设计领域知识的结构,为概念设计知识的表示打好了基础,而本体中统一的术语和概念也使概念设计知识更好地共享成为可能。基于本体的概念设计知识表示在区分不同知识类别的同时,建立起概念间的共享联系。通过概念间的共享机制,避免了设计知识库的数据冗余和数据不一致问题,方便了知识的建模录入、检索及统计处理。
（3）多视图和基于本体概念的知识检索。在目前的应用系统中一般采用基于关键字的数据库查询方法,由于其数据库组织不是建立在能够表示概念之间的关系、事实和实例的领域模型的基础上,因此无法实现智能查询和信息推理,也就无法解决语义异构性问题。由于不同的组织和人员可能使用不同的词语表示同一个含义,因此查询系统得不到意义相同但用词（语法）不同的内容。当需要对多个数据源进行查询的时候问题更为明显,多意词和同义词会使查询得到许多不相关的信息,而忽略另外一些重要信息。
在基于本体的概念设计知识管理中由于具有统一的术语和概念,知识库建立在本体的基础上,使得基于知识的设计意图匹配成为可能。采用基于知识、语义上的检索匹配,对用户的检索请求,通过查询转换器按照本体把各种检索请求转换成对应的概念,在本体的帮助下从知识库中匹配出符合条件的数据集合,解决了语义异构的问题。
从人在设计时的认知特点出发,可以采用基于功能分解树的功能设计知识检索视图、基于产品分解结构树的结构设计知识检索视图,还可以利用本体中已定义的概念定义其它知识检索视图,比如需求功能知识检索视图、软件工具使用知识检索视图等,实现基于知识检索的设计意图的匹配。
2、基于本体的概念设计知识管理
2.1 概念设计知识管理系统结构
结合工程机械行业的实际,本文提出了图7所示的基于本体的产品概念设计知识管理系统结构,系统按照知识产生、获取和利用的流程来构建,系统结构主要包括概念设计知识管理工具、数据接口程序以及基于本体的概念设计知识库,具体由4个部分构成。
（1）概念设计知识获取。概念设计知识的获取包括从概念设计知识本体定义、本体之间关系定义、本体知识库生成到概念设计知识获取整个过程。
（2）概念设计知识维护。主要包括从概念设计知识本体维护、本体关系维护、知识库重新生成到概念设计知识维护的过程,实现对本体的属性修改,各类知识之间的关系维护,以及知识库的更新等。
（3）概念设计知识检索重用。系统中提供基于多视图的知识检索方式,如基于功能分解树的功能设计知识检索视图、基于产品分解结构树的结构设计知识检索视图,及用户定义的其它知识检索视图。此外系统提供基于本体概念的知识检索方式,通过本体映射库,可以实现同义词的检索,保证可能会采用不同的概念和术语表示相同的设计信息的人可以得到相同的知识帮助。
（4）概念设计知识库的构建。要实现基于本体的,支持客户自定义的概念设计知识管理,系统必须由足够的柔性,支持各类知识的存储,作为系统基石的知识库的构建就不能采用完全预先定义的方式,在系统中我们采用基础数据库加上在此基础上经过本体定义工具动态生成的各类知识库的方法保证基于本体的知识管理的实现。
2.2 概念设计知识管理关键技术及实现
目前,设计知识管理已成为国内外许多研究机构、大学、企业的研究热点,如美国nist的设计知识库项目[2]；欧洲wise工程知识管理项目[3]、moka项目[4]；韩国lg公司资助的知识管理项目[5]；国家863资助的知识管理平台研究[6]等,但还没有一个实用的能支持概念设计知识重用的系统,对它的研究也还停留在理论准备阶段。
本文在研究了基于本体的的概念设计知识模型的基础上,提出了基于本体的概念设计知识管理框架,研究了用户对本体的定义、对知识结构内容的自由扩充以及概念设计知识的检索方法等关键技术。
1、基于本体的概念设计知识建模
1.1 概念设计知识分类与表达
概念设计是对设计问题加以描述,并以方案的形式提出众多解的设计阶段[7].概念设计从不同的角度有多种定义[8].一般认为,概念设计是指以设计要求为输入、以最佳方案为输出的系统所包含的工作流程,是一个由功能向结构的转换过程。
图1描述了一般概念设计的工作流程,它包含综合与评价两个基本过程。综合是指根据设计要求,运用各种分析、设计方法推理而生成的多个方案,是个发散过程；评价则从方案集中择出最优,是个收敛过程。概念设计是将所设计的产品看成一个系统,运用系统工程的方法去分析和设计。具体说,概念设计就是将设计对象的总功能分解成相互有机联系的若干功能单元,并以功能单元为子系统进行再次分解,生成更低一级的功能单元,经过这样逐层分解,直至对应的各个最末端功能单元能够找到一个可以实现的技术原理解。概念设计的主要任务是功能到结构的映射,概念设计过程主要包括：功能创新、功能分析和功能结构设计、工作原理解的搜索和确定、功能载体方案构思和决策。
根据概念设计的过程及人在设计时的认知特点将概念设计知识分为元知识和实例知识（其分类如图2所示）。元知识中主要包括功能知识、技术原理解知识、结构知识等。实例知识中主要包括方案设计实例、技术原理解实例、产品实例等知识。
（1）功能知识。主要描述产品完成的任务,描述产品的功能及功能子项。描述产品要完成的功能,包括功能内容、实现参数、性能指标等；
（2）技术原理解知识。描述产品功能及功能子项的原理解答。它的表达要复杂些,一方面可用文字、数字表达它的说明、解答参数,另一方面,要有图形支持产品原理解答；
（3）结构知识。描述产品的结构设计状况,是对原理域知识的细化和扩充,是求解原理解的结构载体,可描述产品关键部分的形状、尺寸和参数。产品功能 结构的映射（简称为功构映射）就是对产品的功能模型进行结构实现的求解,是将产品功能性的描述转化为能实现这些功能的具有具体形状、尺寸及相互关系的零部件描述。在这里功能是产品结构的抽象,是结构实现的目的；而结构则为实现某功能而选用的一组构件或元件。功能 结构间的关系一般而言是多对多的映射关系。一个功能可能由一个或多个特征或元件实现,而一个特征或元件也可能完成一个或多个功能；
（4）实例知识。已成功或失败的设计范例,包括方案设计实例,产品结构知识实例、技术原理解实例等。它包含了更多的实际因素,是类比设计和基于实例推理设计的基础。
以工程机械中某型滑模式水泥摊铺机为例,总功能为摊铺水泥路面,总功能可细分为滑模作业、控制作业等功能,滑模作业功能又可细分为提水泥浆、挤压成型等功能。其中某个功能的实现可能会由几个结构组合而成,例如滑模式水泥摊铺机滑模作业功能就是由螺旋分料器、刮平板等几个结构一起才能实现。图3为该水泥摊铺机的功能层次定义和功能分解结构举例。该产品所对应的结构分解则如图4所示。图5中给出了对于滑模作业功能的技术原理解简图、技术原理解的评价、参考产品,以及实现该功能的说明等相关的知识。
如何利用计算机技术对概念设计予以支持,对概念设计知识进行有效的管理,至今仍没有较好的解决方法。目前的知识建模主要是专家系统,最常用的知识模型包括框架、产生式规则、语义网络、谓词逻辑等。专家系统的知识建模主要侧重符号层的系统实现,很少考虑动态的,非结构化的知识,造成专家系统解决问题的局限性,使得专家系统不能解决大型复杂问题。
本体作为“对概念化显式的详细说明”[9,10],研究领域内的对象、概念和其他实体,以及它们之间的关系,可以很好地解决概念设计知识的表达、检索和重用等问题。采用本体描述概念设计知识可以支持细粒度的产品语义信息的描述,可以形式化地定义特定领域的知识,如概念、事实、规则等；支持语义层面的集成和共享,基于本体的知识定义可以对知识作普遍的、无歧义的语义解释,可以保证不同使用者之间进行语义层面的信息共享和互操作。
1.2 本体建模过程描述
本体是某一领域的概念化描述,着意于在抽象层次提出描述客观世界的抽象模型,它包括两个基本的要素：概念和概念之间的关系。本体的构建必须满足以下的要求：对目标领域的清晰描述；概念或概念之间关系的明确定义；一般性和综合性原则。本体可以有多种表述方式,包括图形方式、语言形式和xml文档形式等。
基于本体的产品概念设计知识建模过程包括3个阶段：
（1）产品概念设计知识目标确定。产品概念设计知识定位,概念设计知识的定位决定本体构造的功能需求及最终用户。
（2）产品概念设计知识本体分析与建立。根据需求分析,确定该领域的相关概念及概念属性,并用xml语言进行形式化描述。这个阶段是建立概念设计知识本体的关键环节,直接影响到整个本体的生成质量,同时也是工作量最大的阶段。
（3）产品概念设计知识本体评价。对所创建的本体进行一致性及完备性评价。一致性是指术语之间的关系逻辑上应保持一致；完备性是指本体中概念及关系应是完善的。我们称该3阶段的组合为产品概念设计知识本体建模的一个生命周期（见图6）。
1.3 概念设计知识的本体表示
在此我们以工程机械中滑模式水泥摊铺机为例,结合图3～图5中的实际知识,从概念实体、概念属性及概念间关系等方面来说明产品知识、功能知识、技术原理解知识、技术原理解实例等概念设计知识的本体表示,通过概念蕴涵、属性关联、相互约束和公理定义等方法揭示了概念间的本质联系,形成一个语义关系清晰的产品概念设计知识模型。建模采用目前最新的owl语言描述。
表述的语义为一个滑模式水泥摊铺机继承了一个产品的所有属性,此外还具备了关系属性：摊铺能力,同时,又对属性摊铺能力作了限制：只能应用于滑模式水泥摊铺机领域,且取值变化只能在摊铺宽度中（省略了关于滑模式水泥摊铺机类似属性的定义,如摊铺厚度和摊铺速度等）。
（3）功能知识类
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表述的语义为一个功能知识只有一个功能名称,且最少具有一个相关产品（省略了功能知识类似属性的定义,如功能编号、功能说明、创建人、创建时间、存储位置等）。
（4）功能技术原理解类
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表述的语义为一个功能技术原理解具有对应的功能名称,相关的技术原理解简图（省略了技术原理解类似属性的定义,如评价、参考产品、创建人、创建时间、存储位置等）。
上述描述中,使用类公理（subclassof）描述了两个类（概念）之间的继承关系,如滑模式水泥摊铺机类是产品类的子类。在描述类属性时,使用关系属性（objectproperty）描述了类的某个属性同时也表示了两个类之间的某种关系,如摊铺能力既是滑模式水泥摊铺机类的一个属性,同时也表达了和摊铺宽度类之间的对应关系。另外,使用属性公理domain和range表示属性的应用领域和属性的取值范围,如属性摊铺能力只能用于滑模式水泥摊铺机类,且它的取值只能是摊铺宽度数据集。
1.4 基于本体的概念设计知识管理的特点和优势
基于本体的概念设计知识管理可以让设计人员更好地重用已有的概念设计知识,基于本体的概念设计知识管理具有以下的一些特点或优势：
（1）支持用户定制知识类别。产品概念设计过程中,需要运用多种类型的知识,如：功能类、功能技术原理方案解类等。这些知识的描述和使用有着不同的特点,不能用相同的描述框架来处理。基于本体的设计知识建模允许用户对设计中知识类别加以定制,针对每一类别定义其描述属性,从而较好的解决了概念设计中多来源多类型知识的表示问题。
（2）支持概念共享的知识库构建。概念设计知识本体的构造澄清了概念设计领域知识的结构,为概念设计知识的表示打好了基础,而本体中统一的术语和概念也使概念设计知识更好地共享成为可能。基于本体的概念设计知识表示在区分不同知识类别的同时,建立起概念间的共享联系。通过概念间的共享机制,避免了设计知识库的数据冗余和数据不一致问题,方便了知识的建模录入、检索及统计处理。
（3）多视图和基于本体概念的知识检索。在目前的应用系统中一般采用基于关键字的数据库查询方法,由于其数据库组织不是建立在能够表示概念之间的关系、事实和实例的领域模型的基础上,因此无法实现智能查询和信息推理,也就无法解决语义异构性问题。由于不同的组织和人员可能使用不同的词语表示同一个含义,因此查询系统得不到意义相同但用词（语法）不同的内容。当需要对多个数据源进行查询的时候问题更为明显,多意词和同义词会使查询得到许多不相关的信息,而忽略另外一些重要信息。
在基于本体的概念设计知识管理中由于具有统一的术语和概念,知识库建立在本体的基础上,使得基于知识的设计意图匹配成为可能。采用基于知识、语义上的检索匹配,对用户的检索请求,通过查询转换器按照本体把各种检索请求转换成对应的概念,在本体的帮助下从知识库中匹配出符合条件的数据集合,解决了语义异构的问题。
从人在设计时的认知特点出发,可以采用基于功能分解树的功能设计知识检索视图、基于产品分解结构树的结构设计知识检索视图,还可以利用本体中已定义的概念定义其它知识检索视图,比如需求功能知识检索视图、软件工具使用知识检索视图等,实现基于知识检索的设计意图的匹配。
2、基于本体的概念设计知识管理
2.1 概念设计知识管理系统结构
结合工程机械行业的实际,本文提出了图7所示的基于本体的产品概念设计知识管理系统结构,系统按照知识产生、获取和利用的流程来构建,系统结构主要包括概念设计知识管理工具、数据接口程序以及基于本体的概念设计知识库,具体由4个部分构成。
（1）概念设计知识获取。概念设计知识的获取包括从概念设计知识本体定义、本体之间关系定义、本体知识库生成到概念设计知识获取整个过程。
（2）概念设计知识维护。主要包括从概念设计知识本体维护、本体关系维护、知识库重新生成到概念设计知识维护的过程,实现对本体的属性修改,各类知识之间的关系维护,以及知识库的更新等。
（3）概念设计知识检索重用。系统中提供基于多视图的知识检索方式,如基于功能分解树的功能设计知识检索视图、基于产品分解结构树的结构设计知识检索视图,及用户定义的其它知识检索视图。此外系统提供基于本体概念的知识检索方式,通过本体映射库,可以实现同义词的检索,保证可能会采用不同的概念和术语表示相同的设计信息的人可以得到相同的知识帮助。
（4）概念设计知识库的构建。要实现基于本体的,支持客户自定义的概念设计知识管理,系统必须由足够的柔性,支持各类知识的存储,作为系统基石的知识库的构建就不能采用完全预先定义的方式,在系统中我们采用基础数据库加上在此基础上经过本体定义工具动态生成的各类知识库的方法保证基于本体的知识管理的实现。
2.2 概念设计知识管理关键技术及实现
目前,设计知识管理已成为国内外许多研究机构、大学、企业的研究热点,如美国NIST的设计知识库项目[2]；欧洲WISE工程知识管理项目[3]、MOKA项目[4]；韩国LG公司资助的知识管理项目[5]；国家863资助的知识管理平台研究[6]等,但还没有一个实用的能支持概念设计知识重用的系统,对它的研究也还停留在理论准备阶段。
本文在研究了基于本体的的概念设计知识模型的基础上,提出了基于本体的概念设计知识管理框架,研究了用户对本体的定义、对知识结构内容的自由扩充以及概念设计知识的检索方法等关键技术。
1、基于本体的概念设计知识建模
1.1概念设计知识分类与表达
概念设计是对设计问题加以描述,并以方案的形式提出众多解的设计阶段[7].概念设计从不同的角度有多种定义[8].一般认为,概念设计是指以设计要求为输入、以最佳方案为输出的系统所包含的工作流程,是一个由功能向结构的转换过程。
图1描述了一般概念设计的工作流程,它包含综合与评价两个基本过程。综合是指根据设计要求,运用各种分析、设计方法推理而生成的多个方案,是个发散过程；评价则从方案集中择出最优,是个收敛过程。概念设计是将所设计的产品看成一个系统,运用系统工程的方法去分析和设计。具体说,概念设计就是将设计对象的总功能分解成相互有机联系的若干功能单元,并以功能单元为子系统进行再次分解,生成更低一级的功能单元,经过这样逐层分解,直至对应的各个最末端功能单元能够找到一个可以实现的技术原理解。概念设计的主要任务是功能到结构的映射,概念设计过程主要包括：功能创新、功能分析和功能结构设计、工作原理解的搜索和确定、功能载体方案构思和决策。
根据概念设计的过程及人在设计时的认知特点将概念设计知识分为元知识和实例知识（其分类如图2所示）。元知识中主要包括功能知识、技术原理解知识、结构知识等。实例知识中主要包括方案设计实例、技术原理解实例、产品实例等知识。
（1）功能知识。主要描述产品完成的任务,描述产品的功能及功能子项。描述产品要完成的功能,包括功能内容、实现参数、性能指标等；
（2）技术原理解知识。描述产品功能及功能子项的原理解答。它的表达要复杂些,一方面可用文字、数字表达它的说明、解答参数,另一方面,要有图形支持产品原理解答；
（3）结构知识。描述产品的结构设计状况,是对原理域知识的细化和扩充,是求解原理解的结构载体,可描述产品关键部分的形状、尺寸和参数。产品功能结构的映射（简称为功构映射）就是对产品的功能模型进行结构实现的求解,是将产品功能性的描述转化为能实现这些功能的具有具体形状、尺寸及相互关系的零部件描述。在这里功能是产品结构的抽象,是结构实现的目的；而结构则为实现某功能而选用的一组构件或元件。功能结构间的关系一般而言是多对多的映射关系。一个功能可能由一个或多个特征或元件实现,而一个特征或元件也可能完成一个或多个功能；
（4）实例知识。已成功或失败的设计范例,包括方案设计实例,产品结构知识实例、技术原理解实例等。它包含了更多的实际因素,是类比设计和基于实例推理设计的基础。
以工程机械中某型滑模式水泥摊铺机为例,总功能为摊铺水泥路面,总功能可细分为滑模作业、控制作业等功能,滑模作业功能又可细分为提水泥浆、挤压成型等功能。其中某个功能的实现可能会由几个结构组合而成,例如滑模式水泥摊铺机滑模作业功能就是由螺旋分料器、刮平板等几个结构一起才能实现。图3为该水泥摊铺机的功能层次定义和功能分解结构举例。该产品所对应的结构分解则如图4所示。图5中给出了对于滑模作业功能的技术原理解简图、技术原理解的评价、参考产品,以及实现该功能的说明等相关的知识。
如何利用计算机技术对概念设计予以支持,对概念设计知识进行有效的管理,至今仍没有较好的解决方法。目前的知识建模主要是专家系统,最常用的知识模型包括框架、产生式规则、语义网络、谓词逻辑等。专家系统的知识建模主要侧重符号层的系统实现,很少考虑动态的,非结构化的知识,造成专家系统解决问题的局限性,使得专家系统不能解决大型复杂问题。
本体作为“对概念化显式的详细说明”[9,10],研究领域内的对象、概念和其他实体,以及它们之间的关系,可以很好地解决概念设计知识的表达、检索和重用等问题。采用本体描述概念设计知识可以支持细粒度的产品语义信息的描述,可以形式化地定义特定领域的知识,如概念、事实、规则等；支持语义层面的集成和共享,基于本体的知识定义可以对知识作普遍的、无歧义的语义解释,可以保证不同使用者之间进行语义层面的信息共享和互操作。
1.2本体建模过程描述
本体是某一领域的概念化描述,着意于在抽象层次提出描述客观世界的抽象模型,它包括两个基本的要素：概念和概念之间的关系。本体的构建必须满足以下的要求：对目标领域的清晰描述；概念或概念之间关系的明确定义；一般性和综合性原则。本体可以有多种表述方式,包括图形方式、语言形式和XML文档形式等。
基于本体的产品概念设计知识建模过程包括3个阶段：
（1）产品概念设计知识目标确定。产品概念设计知识定位,概念设计知识的定位决定本体构造的功能需求及最终用户。
（2）产品概念设计知识本体分析与建立。根据需求分析,确定该领域的相关概念及概念属性,并用XML语言进行形式化描述。这个阶段是建立概念设计知识本体的关键环节,直接影响到整个本体的生成质量,同时也是工作量最大的阶段。
（3）产品概念设计知识本体评价。对所创建的本体进行一致性及完备性评价。一致性是指术语之间的关系逻辑上应保持一致；完备性是指本体中概念及关系应是完善的。我们称该3阶段的组合为产品概念设计知识本体建模的一个生命周期（见图6）。
1.3概念设计知识的本体表示
在此我们以工程机械中滑模式水泥摊铺机为例,结合图3～图5中的实际知识,从概念实体、概念属性及概念间关系等方面来说明产品知识、功能知识、技术原理解知识、技术原理解实例等概念设计知识的本体表示,通过概念蕴涵、属性关联、相互约束和公理定义等方法揭示了概念间的本质联系,形成一个语义关系清晰的产品概念设计知识模型。建模采用目前最新的OWL语言描述。
表述的语义为一个滑模式水泥摊铺机继承了一个产品的所有属性,此外还具备了关系属性：摊铺能力,同时,又对属性摊铺能力作了限制：只能应用于滑模式水泥摊铺机领域,且取值变化只能在摊铺宽度中（省略了关于滑模式水泥摊铺机类似属性的定义,如摊铺厚度和摊铺速度等）。
表述的语义为一个功能技术原理解具有对应的功能名称,相关的技术原理解简图（省略了技术原理解类似属性的定义,如评价、参考产品、创建人、创建时间、存储位置等）。
上述描述中,使用类公理（subclassof）描述了两个类（概念）之间的继承关系,如滑模式水泥摊铺机类是产品类的子类。在描述类属性时,使用关系属性（objectproperty）描述了类的某个属性同时也表示了两个类之间的某种关系,如摊铺能力既是滑模式水泥摊铺机类的一个属性,同时也表达了和摊铺宽度类之间的对应关系。另外,使用属性公理domain和range表示属性的应用领域和属性的取值范围,如属性摊铺能力只能用于滑模式水泥摊铺机类,且它的取值只能是摊铺宽度数据集。
1.4基于本体的概念设计知识管理的特点和优势
基于本体的概念设计知识管理可以让设计人员更好地重用已有的概念设计知识,基于本体的概念设计知识管理具有以下的一些特点或优势：
（1）支持用户定制知识类别。产品概念设计过程中,需要运用多种类型的知识,如：功能类、功能技术原理方案解类等。这些知识的描述和使用有着不同的特点,不能用相同的描述框架来处理。基于本体的设计知识建模允许用户对设计中知识类别加以定制,针对每一类别定义其描述属性,从而较好的解决了概念设计中多来源多类型知识的表示问题。
（2）支持概念共享的知识库构建。概念设计知识本体的构造澄清了概念设计领域知识的结构,为概念设计知识的表示打好了基础,而本体中统一的术语和概念也使概念设计知识更好地共享成为可能。基于本体的概念设计知识表示在区分不同知识类别的同时,建立起概念间的共享联系。通过概念间的共享机制,避免了设计知识库的数据冗余和数据不一致问题,方便了知识的建模录入、检索及统计处理。
（3）多视图和基于本体概念的知识检索。在目前的应用系统中一般采用基于关键字的数据库查询方法,由于其数据库组织不是建立在能够表示概念之间的关系、事实和实例的领域模型的基础上,因此无法实现智能查询和信息推理,也就无法解决语义异构性问题。由于不同的组织和人员可能使用不同的词语表示同一个含义,因此查询系统得不到意义相同但用词（语法）不同的内容。当需要对多个数据源进行查询的时候问题更为明显,多意词和同义词会使查询得到许多不相关的信息,而忽略另外一些重要信息。
在基于本体的概念设计知识管理中由于具有统一的术语和概念,知识库建立在本体的基础上,使得基于知识的设计意图匹配成为可能。采用基于知识、语义上的检索匹配,对用户的检索请求,通过查询转换器按照本体把各种检索请求转换成对应的概念,在本体的帮助下从知识库中匹配出符合条件的数据集合,解决了语义异构的问题。
从人在设计时的认知特点出发,可以采用基于功能分解树的功能设计知识检索视图、基于产品分解结构树的结构设计知识检索视图,还可以利用本体中已定义的概念定义其它知识检索视图,比如需求功能知识检索视图、软件工具使用知识检索视图等,实现基于知识检索的设计意图的匹配。
2、基于本体的概念设计知识管理
2.1概念设计知识管理系统结构
结合工程机械行业的实际,本文提出了图7所示的基于本体的产品概念设计知识管理系统结构,系统按照知识产生、获取和利用的流程来构建,系统结构主要包括概念设计知识管理工具、数据接口程序以及基于本体的概念设计知识库,具体由4个部分构成。
（1）概念设计知识获取。概念设计知识的获取包括从概念设计知识本体定义、本体之间关系定义、本体知识库生成到概念设计知识获取整个过程。
（2）概念设计知识维护。主要包括从概念设计知识本体维护、本体关系维护、知识库重新生成到概念设计知识维护的过程,实现对本体的属性修改,各类知识之间的关系维护,以及知识库的更新等。
（3）概念设计知识检索重用。系统中提供基于多视图的知识检索方式,如基于功能分解树的功能设计知识检索视图、基于产品分解结构树的结构设计知识检索视图,及用户定义的其它知识检索视图。此外系统提供基于本体概念的知识检索方式,通过本体映射库,可以实现同义词的检索,保证可能会采用不同的概念和术语表示相同的设计信息的人可以得到相同的知识帮助。
（4）概念设计知识库的构建。要实现基于本体的,支持客户自定义的概念设计知识管理,系统必须由足够的柔性,支持各类知识的存储,作为系统基石的知识库的构建就不能采用完全预先定义的方式,在系统中我们采用基础数据库加上在此基础上经过本体定义工具动态生成的各类知识库的方法保证基于本体的知识管理的实现。
2.2概念设计知识管理关键技术及实现
论文关键词：知识管理；本体；教育
知识管理在发展早期仅是基于数据库或文档管理的初级技术，但随着信息技术的发展，知识管理已经成为一个非常活跃的领域并拥有很广泛的发展前景。目前知识管理越来越多地被企事业用来提高技术和竞争等，但在知识经济时代，知识管理应紧紧和知识活动联系在一起，首当其冲的便是教育。
1研究背景
知识管理是指将可得到的各种信息转化为知识，并将知识与人联系起来的过程。它包括：1)对信息的管理，通过智能化的信息深加工实现信息的知识化增值、发现、组织、共享和使用；2)对人的管理，实现隐性知识的发现、组织、共享和使用。知识管理的基本活动包括对知识的识别、获取、开发、分解、使用和存储。当前知识管理中的问题是：如何把信息以统一的方式组织并避免对同一知识的不同描述影响理解和共享?如何提高计算机的查全率和查准率并利用有组织的信息获取知识?
引入本体与知识管理结合可以很好地解决这些问题。本体源自哲学的概念。Gruber给出目前非常流行的本体定义：本体是概念模型的明确的规范说明。本体提供了目标世界的公共词汇，为信息的描述和交换提供适当的数据结构。本体最大好处是明确了概念与概念之间的关系，因此在教育领域的知识管理中引入本体，使知识对象化，必定会给知识的集成和重用带来益处，而且可以使与之匹配的知识对象的关系和属性得到完整和清晰的描述，通过这些，用户可以获取更适合自己的知识。
2基于本体的教学知识管理系统框架
本体是构建知识管理系统的有效方式，对于具体的项目而涉及的工作包括概念定义和资源组织2个方面。每个概念的定义要包括它的含义、子概念、父概念、每个类的实例概念问的各种关联、概念与外部资源的关联。该框架分为知识收集及获取、知识检索和知识推理3个部分，具体关系如图1所示。
1)知识收集及获取。知识的收集及获取的首要任务是要将有用的信息资源结合进知识管理系统中，并与本体方法论相结合，将信息通过本体构建工具转化为用本体语言描述的知识，放入本体库中。此系统的目标用户有2类，一类是资源的使用者(学生或者教师)，另一类是资源的加工者。收集和获取的信息资源是指对教学有帮助的课件、试题、音视频等资料，在本体中对教育资源分类遵循的是LOM元数据标准等。
2)知识检索。目前的应用系统中由于其数据库不是建立在能够表示概念之间的关系、事实和实例的领域模型的基础上，因此无法实现智能查询和信息推理。不同的组织和人员可能使用不同的词语表示同一个含义，因此查询系统对意义相同但用词不同的内容无法进行精确的检索，当对多个数据源进行查询时问题更明显。在基于本体的概念设计知识管理中由于具有统一的术语和概念，采用基于知识、语义上的检索匹配，在本体的帮助下从本体库中匹配出符合条件的数据集合，解决语义异构的问题，在教师和学生查询具体资源时能够减少对冗繁数据筛选的时间，也能够提高信息检索的精确性。
3)知识推理。推理使用推理机能够对初始本体进行处理，通过自定义规则或者内在规则，能获得原有本体隐含的没有直接定义的知识。推理机不仅能对本体语言内在的各种关系进行计算，而且支持自定义规则推理。自定义规则定义更加丰富，可以包括反映现实世界的某种传递或逆反关系等，实现对知识模型更灵活的操作。比如放入一个新的教学资源，推理机就能够对其进行推理，从而得知其具体所属类及定义。
【关键词】 风险预警系统;财务知识管理;本体
财务风险管理是企业风险管理的一个重要组成部分,是企业经营风险的集中体现。财务风险预警是财务风险管理发展的一个新阶段。财务风险预警的重点是抓住小范围、低程度的财务风险事件与财务状况变化,采取控制措施,防止小事件引发大风险而使企业陷入财务危机。21世纪的经济是世界经济一体化条件下的经济,是以知识决策为导向的经济。企业管理进入知识经济时代,企业的工作环境和工作内容都彻底发生了变化,知识管理的理念和方法不断渗透到财务管理中,为财务管理创新提供了机遇。而财务风险预警是一项重要的知识依赖的技术工作,在企业财务风险管理中如何引入知识管理的理念和方法,构建财务风险预警系统,帮助管理者准确地了解企业财务状况,指导风险应对工作的开展,从而降低经营风险,减少财务损失,是企业管理者关注的问题。本文运用知识本体(ontology)方法研究财务风险预警管理,探索科学化、智能化和系统化的财务风险预警机制。
一、基于知识本体的财务风险预警系统需求分析
财务风险预警系统是现代企业预测和防范风险的一个重要工具,它在收集大量相关信息的基础上,借助计算机技术、信息技术、概率论和模糊数学等方法,设定风险预警指标体系及其预警警戒线,捕捉和监视各种细微的迹象变动,对不同性质和程度的财务风险及时发出警报,提醒决策者及时采取防范和化解风险的措施。可见,财务风险预警系统建立的关键是如何有效地捕获企业内外部信息并形成有用的知识,有效的财务风险预警知识系统应满足如下四点需求。
一是信息收集与转换功能。财务风险预警知识系统应通过收集与企业经营相关的产业政策、国内外市场竞争状况、企业本身的各类财务信息和生产经营状况信息,并进行分析转换,按一定形式和规则存入知识库。
二是预警指标管理与更新功能。系统应建立起财务风险评价指标体系,并根据其中的评价指标计算公式,利用财务风险信息子系统提供的资料,计算出具体的指标值,供综合评价和预警使用。
三是财务风险综合评价功能。系统应根据已计算出的各种风险指标的值,利用各种科学的综合评价模型和预测模型,对企业目前的财务风险进行综合评价和对企业未来的风险进行预测。该功能是根据对企业运营过程跟踪、监测的结果,运用现代企业管理技术和企业诊断技术对企业财务状况的优劣作出判断,找出企业财务运行中潜在的危险。
四是财务风险报警功能。系统应根据已计算出的反映企业财务风险的风险指标值、综合评价值以及预测值,按照一定的报警模式发出不同程度的警报。
笔者在财务风险预警知识管理研究中引入本体的概念,本体原本是一个哲学上的概念,用于研究客观世界本质。在本体中概念的关系可以被描述得更加广泛、详细、深入和全面,通过对概念添加属性值,以及在属性与属性之间添加映射关系,一些不便描述的语义关系就可以清晰地描述出来。同时,在本体中可以使用形式语言,这就为实现知识检索创造了条件。在对财务风险预警知识形式化定义后,本体概念模型能够实现对财务风险预警知识理解的唯一性和精确性;另外,利用本体技术对知识的联系进行形式化映射,可以产生和约束新的知识规则,增加财务风险预警知识本体表示方法的实用性。
二、财务风险预警系统知识本体建模
通过分析财务风险预警领域知识的概念、关系和知识结构,采用分层次的思路建立财务风险预警领域本体,并分别对财务风险预警评价模型、指标体系和财务状况监控知识与案例进行形式化描述。本系统模型建立概念本体,评价模型本体、指标本体、资源本体和通讯本体等。下面以财务风险预警定量模型概念本体为例说明财务风险预警知识本体建模。
概念本体是用来描述某个领域内的一些基本概念和概念之间关系的本体,这些概念是被该领域内人们所共同认可的,概念是对事物认知的抽象,包含的内容很广,与模型相关的内容有:关系、函数、公理与实例等;关系表达了财务风险预警领域内概念间的互相作用,n个概念之间的关系可以表示为 R:Cl×C2×…×Cn;函数是一种特殊的概念关系,表示在n元关系中确定了n-1个概念,则第n个概念是唯一的,即F:Cl×C2×…×Cn-1Cn;公理表示永远为真的概念,即真命题;实例是具体的模型元素。财务风险预警定量模型概念本体形式化定义如下。
CO::=(Fn,Cc,R,Ac,Ic)。
其中,Fn是领域名,Cc是领域内的术语集,R是关系集,Ac是公理集,Ic是实例集。
R形式化为:R::=(Ra,Rc),Ra是Cc上的属性集,形式化为:Ra::=(dc:Identifier,dc:Title,dc:Creator,dc:Description,dc:Date),前缀dc表示重用DC元数据集中的标识符、题名、创建者、描述及日期元素;Rc是术语间的关系集,Rc域是Cc1×Cc1,形式化为:Rc::=(SubConceptOf,SuperConceptOf,IsPartOf,HasPart,Equal,Pre,Next),SubConceptOf和SuperConceptOf
是包含和被包含的关系,IsPartof和HasPart是聚集关系,Equal是等价关系,Pre描述了概念和概念之间的直接前驱关系,Next描述了概念和概念之间的直接后继关系。Ac是公理集,Ac形式化为:Ac::=(SubConceptOfSuperConceptOf-,IsPartOfHasPart-,PreNext-,IsPartOfIsPartof*,HasPartHasPart*,EqualEqual*,……),表达了SubConceptOf和SuperConc-
eptOf,IsPartOf和HasPart,Pre和Next都是逆反关系,IsPartOf和HasPart和Equal都是可传递的。Ic形式化为:Ic::=(IRa,IRc),IRa是属性集实例,IRc是概念的关系实例。
概念是对人类知识的抽象,概念本体是按照分类法来组织领域概念及其客观关系的,概念本体作为一类独立的本体存在,由领域专家或知识工程师管理。财务风险预警定量模型概念本体的描述说明如下:
Fn=财务风险预警定量模型;
Cc=(Z计分模型,人工神经网络模型,多元逻辑(logit)模型,F计分模型……);
IRa={(“Prop1”,“Z计分模型”,“Z-score”,“通过将反映企业偿债能力的指标(X1,X4)、获利能力指标(X2,X3)和营运能力指标(X5)五种财务比率有机联系起来,综合分析预警企业财务风险。”),(“Prop2”,“人工神经网络模型”,“Artificial-Neural-Network”,“通过大量神经元的复杂连接,采用由底到顶的学习方法,以自组织和非线性动力学所形成的并列分布方式处理非语言化的财务模式信息,达到预警企业财务风险的目标”),……};
IRc={SubConceptOf(财务风险预警定量模型,Z计分模型),SubConceptOf(财务风险预警定量模型,人工神经网络模型),IsPartOf(Z计分模型,函数形式),IsPartOf(Z计分模型,参数指标),IsPartOf(人工神经网络模型,模型算法),IsPartOf(人工神经网络模型,输入矩阵),……}。
三、财务风险预警知识管理系统框架
通过分析基于本体的财务风险预警知识模型及需求,本文提出财务风险预警知识管理系统框架如图1所示。
基本的知识管理活动包括知识的创造、发现、存储和应用,财务风险预警知识管理将这些活动整合为财务风险预警知识的获取、财务风险预警知识的存储与推理、财务风险预警知识的应用与预警三个主要过程。财务风险预警以企业经营绩效为基础,充分认识财务风险的本质并在更广泛的领域内选择相关的预警指标,通过综合评价企业的财务状况进行预警。本财务风险预警模型由获利能力、偿债能力、经济效率和发展潜力四个方面的评价构成,获利能力和偿债能力是公司财务评价的两大基本部分,而经济效率高低又直接体现了公司的经营管理水平,公司的发展潜力尤其值得重视,公司理财的目标是财富最大化,良好的财务风险预警系统不应仅仅关注目前的运营状况。在具体预警指标的选取方面,考虑到各指标间既能相互补充,又不重复,尽可能全面综合地反映公司运营状况,故每个预警模块各取两个最具代表性的指标。系统从定量和定性两个角度利用财务本体知识对企业财务风险进行评价,本体风险评价模型利用本体推理与财务知识库得出的各指标值,代入建立的财务风险综合评价模型,进行风险评估,具体的评价模型可根据风险案例库的匹配情况,选取合适的模型,如层次分析模型或模糊评价模型等。
在企业内外部信息集成与知识获取部分,利用本体技术、知识集成技术、多种检索技术,对财务风险预警知识进行数字化语义处理;系统按照本体论思想对知识进行分类标注,组织到知识库中,形成财务风险预警领域概念集;这种框架便于实现本体知识获取、存储、检索等功能,并方便财务风险预警知识集成、共享、发现和重用。本框架一方面从技术角度针对财务风险预警知识管理提出了全面的解决方案;另一方面,通过引入本体技术,本框架在一定程度上能够使知识提供者和知识需求者之间尽可能无歧议地相互理解,并且能够表达组织内知识提供者和知识需求者的原始思想。这将使得财务风险预警知识管理能够更广泛地应用于各种类型的组织中,为组织的财务风险管理在技术上提供支持。
企业财务风险管理是一项复杂的系统工程,随着知识经济时代的到来,信息革命和经济全球化的进程日趋加快,财务风险预警知识系统研究有着广阔的发展前景,日益被人们所关注。本文采用本体方法为财务风险预警领域知识建模,并提出基于本体的财务风险预警知识管理框架,但在财务风险预警知识表达与推理等方面需进一步研究。
【参考文献】
[1] 谷文林.企业财务风险预警研究综述[J].现代管理科学,2008(8).94-95.
[2] 于富生,张敏,姜付秀,任梦杰.公司治理影响公司财务风险吗?[J].会计研究,2008(10):52-59.
[3] 张友棠.基于内部控制的多维财务预警系统设计[J].财会月刊(会计版),2008(1):16-18.
[4] 彭润华,阳震青.基于XBRL的集团财务知识管理研究[J].会计之友,2009(3):31-33.
[5] Segev A,Gal A.Enhancing portability with multilingual ontology-based knowledge management[J].Decision Support Systems.2008,45(3):567-584.
论文摘要：知识管理在教育领域的应用具有很大的空间。从知识管理与本体结合的角度切入，提出基于本体的教学知识管理系统的基本框架，并对其关键技术做出简要阐述。
知识管理在发展早期仅是基于数据库或文档管理的初级技术，但随着信息技术的发展，知识管理已经成为一个非常活跃的领域并拥有很广泛的发展前景。目前知识管理越来越多地被企事业用来提高技术和竞争等，但在知识经济时代，知识管理应紧紧和知识活动联系在一起，首当其冲的便是教育。
1研究背景
知识管理是指将可得到的各种信息转化为知识，并将知识与人联系起来的过程。它包括：1)对信息的管理，通过智能化的信息深加工实现信息的知识化增值、发现、组织、共享和使用；2)对人的管理，实现隐性知识的发现、组织、共享和使用。知识管理的基本活动包括对知识的识别、获取、开发、分解、使用和存储。当前知识管理中的问题是：如何把信息以统一的方式组织并避免对同一知识的不同描述影响理解和共享?如何提高计算机的查全率和查准率并利用有组织的信息获取知识?
引入本体与知识管理结合可以很好地解决这些问题。本体源自哲学的概念。Gruber给出目前非常流行的本体定义：本体是概念模型的明确的规范说明。本体提供了目标世界的公共词汇，为信息的描述和交换提供适当的数据结构。本体最大好处是明确了概念与概念之间的关系，因此在教育领域的知识管理中引入本体，使知识对象化，必定会给知识的集成和重用带来益处，而且可以使与之匹配的知识对象的关系和属性得到完整和清晰的描述，通过这些，用户可以获取更适合自己的知识。
2基于本体的教学知识管理系统框架
本体是构建知识管理系统的有效方式，对于具体的项目而涉及的工作包括概念定义和资源组织2个方面。每个概念的定义要包括它的含义、子概念、父概念、每个类的实例概念问的各种关联、概念与外部资源的关联。该框架分为知识收集及获取、知识检索和知识推理3个部分，具体关系如图1所示。
1)知识收集及获取。知识的收集及获取的首要任务是要将有用的信息资源结合进知识管理系统中，并与本体方法论相结合，将信息通过本体构建工具转化为用本体语言描述的知识，放入本体库中。此系统的目标用户有2类，一类是资源的使用者(学生或者教师)，另一类是资源的加工者。收集和获取的信息资源是指对教学有帮助的课件、试题、音视频等资料，在本体中对教育资源分类遵循的是LOM元数据标准等。
2)知识检索。目前的应用系统中由于其数据库不是建立在能够表示概念之间的关系、事实和实例的领域模型的基础上，因此无法实现智能查询和信息推理。不同的组织和人员可能使用不同的词语表示同一个含义，因此查询系统对意义相同但用词不同的内容无法进行精确的检索，当对多个数据源进行查询时问题更明显。在基于本体的概念设计知识管理中由于具有统一的术语和概念，采用基于知识、语义上的检索匹配，在本体的帮助下从本体库中匹配出符合条件的数据集合，解决语义异构的问题，在教师和学生查询具体资源时能够减少对冗繁数据筛选的时间，也能够提高信息检索的精确性。
3)知识推理。推理使用推理机能够对初始本体进行处理，通过自定义规则或者内在规则，能获得原有本体隐含的没有直接定义的知识。推理机不仅能对本体语言内在的各种关系进行计算，而且支持自定义规则推理。自定义规则定义更加丰富，可以包括反映现实世界的某种传递或逆反关系等，实现对知识模型更灵活的操作。比如放入一个新的教学资源，推理机就能够对其进行推理，从而得知其具体所属类及定义。
非正式学习概念图个人知识管理我们每个人习得的知识据统计80%来自于非正式学习，非正式学习过程中往往要对自己所习得的知识加以管理，转化为自己有意义能存储的知识，通过概念图的方式把非正式学习过程的知识加以归纳、总结，使我们人的大脑更容易存储与记忆，更有效的管理所习得的知识。
一、非正式学习以及个人知识管理的内涵
1.非正式学习和正式学习
学习有正式学习和非正式学习之外，正式学习主要指在学校课堂规定时间下以课程为主展开一系列教学活动的学习，而非正式学习没有指定地址和时间，几乎无处不在，往往通过学习者非教学性质的社会交往来传递和渗透知识，由学习者自我发起、自我调控、自我负责的学习。
2.个人知识管理
个人知识管理的宽泛定义由美国Paul A. Dorsey教授提出：“个人知识管理应被看作既有逻个人知识管理辑概念层面又有实际操作层面的一套解决问题的技巧与方法”。个人知识管理一般指个人使用有效工具建立个人知识体系并通过获得、创造、分享、整合、记录、存取、更新、创新等过程去归纳总结不断完善过程，形成自己有效的个人知识架构。个人知识管理常用工具：Microsoft OneNote、MyBase等。
二、概念图介绍
概念图是一种用每一个节点代表概念和每一个连线表示概念间关系的图示表示方法。康乃尔大学的Joseph D. Novak博士根据奥苏贝尔的学习理论在1960年代着手研究概念图技术，并使之成为了一种很好的教学工具。概念图的用途非常广泛。除了用作辅助学生学习的工具外，还是教师和研究人员分析评价学生对知识的理解和构建的方法，更是个人知识管理的有效手段。
三、非正式学习视角下概念图在个人知识管理中的应用探讨
1.概念图在个人知识管理中的应用理论基础
概念图的理论基础是建构主义学习理论和奥苏伯尔的学习理论。
（1）建构主义学习理论。建构主义学习理论强调学习者是以自己的经验为基础来建构知识，学习知识不是通过教师教学直接获取的，而是通过知识的处理把学习者先前的知识，通过与他人的交流、沟通，进行有意义建构的方式获取。
学习本身就是建够一个概念图示网络，不间断地向图示网络增添新的知识内容，通过网络连线把新知识和学过的概念联系起来，让自己的学习更有意义，这充分体现了建构主义理论思想的核心精髓。也符合非正式学习的一般过程，不仅改进了原有知识经验，还对学习者个人知识管理的提高提供很大帮助。
（2）学习理论
概念图理论基础主要是奥苏贝尔提出的认知学习理论，认为新知识的学习取决于新旧知识能否达到意义的同化，观点是有意义学习。为了使学习有意义，学习者必须把新知识和学过的概念联系起来，会辨别新概念的层次，把这些概念放入知识结构中相应的位置上。
奥苏贝尔的“先行组织者”是一种广泛使用的传递大量学科知识的方法，也充分体现了概念图的基本特性。用一幅“大的图画”，首先呈现最笼统的概念，然后逐渐展现细节和具体的东西。学习者可用这种方法把知识点之间的联系有效管理，更方便个人对知识进行创造、分享、整合、记录、存取、更新等知识系统的构建，很好体现个人知识管理系统方法。
2.非正式学习知识的特点分析
从非正式学习知识管理角度：可以把非正式学习知识分为显性非正式学习知识和隐形非正式学习知识，显性非正式学习知识以文字、图形图像以及符号表达，存在方式以印刷或电子存储为主，比较容易进行交流、理解、分享的结构化知识。隐形非正式学习知识是高度化认知的个人知识，一般通过行动表现出来，很难用图形图像、文字等表示出来。
非正式学习知识具有社会性、多元性、自主性、合作性、情境性以及松散性。非正式学习知识的获取方式很多，如报纸、电视、网络等，也可通过交流合作进行获取，并且非正式学习知识与社会环境以及人们生活、工作的真实情境密切相关。
3.非正式学习视角下个人知识管理过程中构建概念图的策略
非正式学习视角下个人知识管理过程中，制作概念图可以使新旧知识之间、概念之间的关系清晰可见，迫使非正式学习者将这些关系外化。从这个意义上说，概念图帮助非正式学习者了解知识的结构，了解知识构建的过程。更能够帮助非正式学习者学会对知识归纳整理、理解和掌握，把隐性非正式学习知识外化为容易掌握的显性非正式学习知识，制作概念图的过程就是个人知识管理的过程。
（1）构建个人非正式学习知识库
非正式学习的过程，非正式学习者会面临着大量的松散知识点，如何将这些不连贯、松散的、多样的知识点组合成为新的知识极为重要。根据个人的知识结构体系进行分析，从而确定自己所需知识，以此形成自己的学习动机，构建适合自己的非正式学习知识体系。明确了学习需求，进而有意识的收集自己的知识，组织自己的知识，收集和组织自己的知识过程就是在选择、处理、评价、总结的过程，并进行有效的存储资源，从而形成自己有使用价值的非正式学习知识库。
（2）隐性非正式学习知识的外化和显性非正式学习知识的内化
利用概念图工具将隐性非正式学习知识图形化和文字化，外化为简单易懂的显性非正式学习知识，有利于非正式学习知识的消化和理解掌握。非正式学习者将自己的隐性知识显性化和将获取的隐性知识与自己原有知识进行加工处理，采用概念图策略可使各知识、各概念之间的关系清晰可见，迫使非正式学习者对自己需要的隐性知识进行外化。用构图的形式将难以表达的隐性知识进行图形化和文字化的方式显性描述出来，变成学习者易理解的形式。将非正式显性知识隐性化的过程，形成一种个人知识经验的过程，提升个人自己的知识价值，对自己的知识有效性进行评价过程，这个过程对非正式学习者非常重要，只有经过反思、评价的知识才是有意义、有价值的，从而能够更有效进行自己的个人知识管理。
（3）将非正式学习知识社会化和综合化
非正式学习知识的社会化的过程就是学习共同体之间进行知识分享的过程，把自己的经验和其他学习者的经验进行交流，有利于学习者创新能力的培养。利用概念图把所学知识进行有意义的架构，分享自己的构图灵感，通过交流和合作，形成自己的新创意和新观点。
非正式学习个人知识管理的过程中必须注重知识的综合化，将自己松散、无序的个人知识进行归纳整理，形成自己有结构和系统性的知识综合体。概念图恰恰能够帮我们重构知识，使各个知识点之间有清晰的脉络关系和知识管理架构，这充分体现知识综合化过程。
参考文献：
[1]杨宝红.非正式学习环境下个人知识管理的策略研究[J].中国科教创新导刊，2011，（23）.
[2]毛丽红.概念图在教育知识管理中的应用探索[J].教学与管理，2007，（7）.
[3]赵娜.基于非正式学习的知识管理[J].文教资料，2009，（4）.
化学基本概念是基本理论的基础，它指导着元素化合物的学习，在化学实验和化学计算中有广泛的应用。化学基本概念的教学对于学生学好化学是很重要的。如何引导学生掌握化学基本概念呢？笔者认为应遵循学生的认知规律，把好概念教学的三个环节。
1.概念的形成
学生形成化学概念的过程，是由感性认识上升到理性认识的过程，是从感知具体物质和现象开始的，通过一系列思维活动，剔除感知对象的非本质属性，抓住本质属性。由于九年级学生在概念的学习过程中，其心理活动特征整体上处于过渡时期，缺乏接受化学概念的基础，在对抽象的新概念的理解上，存在着对感性直观材料较多的依赖性。因此，在学生学习概念时，要引导他们重视实验。实验的目的不仅是为了提高学习兴趣，更重要的是为促进学生积极思维提供感性材料。通过引导学生对实验现象的观察、分析、比较、抽象、概括形成概念。
例如，要使学生形成催化剂和催化作用这两个概念，关键是正确引导学生观察「实验2-5、2-6所发生的现象。
「实验2-5把带火星的木条伸入盛有过氧化氢溶液的试管中，木条没有复燃；然后向试管中加入少量二氧化锰，把带火星的木条伸入试管中，木条复燃。
「实验2-6待实验2-5的试管中没有气泡时，重新加入过氧化氢溶液，把带火星的木条伸入试管中，木条复燃。以上实验可重复多次。
在学生积累了丰富的感性材料的基础上，再引导学生对实验现象进行分析概括，得出"二氧化锰能加快过氧化氢的化学反应速率，二氧化锰好像永远用不完"的结论。
在此基础上，再通过引导学生阅读课本，学生就能顺利地形成催化剂和催化作用的概念了。
2.明确概念的内涵与外延
在学生初步形成概念之后，还要引导学生深入理解概念的内涵与外延，使概念明确。内涵是概念反映的对象的本质属性。它回答的问题是：概念对于对象反映了些什么？一个概念的含义是什么？外延是概念反映的对象的总和。它回答的问题是：概念反映了哪些对象？一个概念的适用范围有多大？例如：
剖析概念中每一个字词的含义及它们之间的关系，是明确概念内涵行之有效的方法：①弄清概念成立的前题条件。例如，固体物质溶解度概念中的"一定的温度"、"溶液达到饱和"是这一概念成立的前题条件；②把握概念中的量词、副词等的含义。例如，化合反应概念中的"几种变一种"，分解反应概念中的"一种变几种"等。③抓住概念中的关键词。如催化剂的概念要抓住"改变"二字，单质的概念要抓住"同种元素"、"纯净物"等关键词。
明确概念的外延，是以明确概念的内涵为基础的。概念的内涵指导着概念的外延的确定。只有在深入理解概念的内涵的基础上，才能确定概念的外延。例如，"同一类原子" （即核电荷数相同的一类原子）是元素概念的本质内涵。核电荷数为1的一类原子是氢元素，核电荷数为2的一类原子是氦元素……所以氢、氦等目前已发现的113种元素都是元素概念的外延。
3.概念的深化
基本概念具有覆盖面广、相互联系密切、高度抽象概括等特征，在教学时应尽量引导学生采用纵向联成网络、横向辩别比较等方法，使概念得到广泛的运用。
3.1 纵向联成网络。纵向联成网络是指在理解的前题下对概念进行综合、归纳、分类和系统化。把学过的概念整理成知识点，把相互联系的概念连接成知识线，然后交织成知识网。这样不仅可以形成科学的概念体系，而且便于概念的编码、贮存、转换及输出。
例如，有关溶液单元，可用图示法整理出如下概念体系：
3.2 横向辨别比较。即从众多而杂乱的概念中，将类同、相似、接近或相反的概念结成知识块，通过横向比较找出各概念间的异同点和相互关系。这样不仅能加深对概念的理解与巩固，而且还能防止概念间的混淆。
例如，对于分子和原子，可用列表法进行如下比较：
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