杨 沁，武 珂，唐 伟，朱跃峰，卫道柱

YANG Qin1, WU Ke1, TANG Wei1, ZHU Yue-feng2, WEI Dao-zhu1

（1.合肥工业大学 机械与汽车工程学院，合肥 230009；2.开封大学 机电工程学院，开封 475004）

0 引言

目前，以满足客户需求，体现客户的思想的个性化产品定制方式越来越受到企业的重视。如何根据客户需求制定出合理的产品信息模型，成为个性化产品研究的核心问题。早期，一些企业通过聆听和理解每一个特殊客户的需求，提供满足客户需求的定制产品，并将这种方法定义为合作定制(collaborative customization)[1]。随着Internet和电子商务的普及应用，文献[2]提出通过与客户洽谈或在Internet上交互式对话获取客户需求信息，以质量功能展开(QFD)和逼近理想解排序(TOPSIS)法进行产品配置优化分析，获得较为准确的客户需求信息和个性化产品信息模型。文献[3]提出一种基于功能族和结构族的客户需求信息模糊表达与处理方法，但其模糊属性的取值只能从既定选项中选择。谭建荣等[4]建立了基于Web的客户需求交互平台，形成糊框架推理与基于规则的配置推理方法，实现了对客户模糊个性化需求的快速响应。但斌等[5]针对模糊的客户需求语言的结构化进行了研究，提出了相关解析方法，建立了客户需求域的模糊客户需求本体和配置实例域的产品族实例。

需求信息表达的清晰与否直接决定了产品设计的效率和质量，本文以本体理论构建客户需求参数化知识库，以设计人员的角度去理解和转化客户需求，挖掘客户需求信息，最大化客户需求的多样性。通过专家知识及市场调查得出个性化产品需求表达的参数要求，对产品客户需求构建领域本体。客户需求文本规范化检索，得到一致性参数化的需求本体模型，确保准确理解和快速反应客户需求，缩短产品的上市时间。在参数化客户需求过程中有两个重要问题需要解决：如何构建客户需求本体，如何实现检索过程。

1 构建个性化客户需求本体

1.1 个性化产品信息表达

个性化产品客户需求涉及产品的性能、质量、成本、外观颜色以及加工周期等[6]。图1为个性化产品需求表达树型结构，产品从其结构上可看成是具有层次关系的信息模型，特征属性层是自上而下(Top-Down)的树型结构，文本描述层是串行结构的客户需求，且包含所有的客户需求信息，由文本描述层分解、形式化所形成的特征参数层，构成产品特征节点与客户需求间的接口关系。产品概念、特征层、参数层通过不同的结点自上而下构成。一个产品概念由多个特征属性构成，而每个属性因模糊的描述语言包含不同的属性参数值，客户需求表达中每一个规范化文本描述对应唯一的参数值或参数范围。客户通过个性化产品所提供的特征信息结构树，针对于结构树上的开放结点，把个性化的需求表达进去，直接参与产品的定制。

图1 个性化产品客户需求信息结构树

1.2 本体描述

本体是共享概念模型明确的形式化规范说明[7]。具体来说，某个领域的本体就是关于该领域的一个公认的概念集，其中的概念含有公认的语义，这些语义通过概念之间的各种关联来表现。近年来，本体知识广泛应用于生物医学、计算机和产品设计等领域，并开发了一系列基于本体的建模方法、工具和语言，在实际应用中的优势也逐渐体现出来，主要表现在以下三个方面。

1）实现信息共享。信息共享是本体构建最普遍的目的之一，与传统信息共享不同在于其可实现领域知识在语义层上的互联。

2）专业领域的知识复用。提高了领域知识的衍生能力，增强了领域知识的互操作性，便于产品知识管理与创新，加快模型的构建速度。

3）异构系统互操作。在异构主体之间对交流的结构化信息达成共识，以易于表达的语义及有效机制，提供实体间更复杂的语义关联。

将本体融入到客户需求表达的信息检索中，是个性化产品研究的关键问题之一。基于本体建模特征和关键字检索过程，主要步骤如下：

1）通过调查客户和市场，收集产品特性的数据，在领域专家的帮助下，建立参数化的客户需求本体；

2）由检索界面获取客户需求，通过规范化处理需求语句来满足本体搜索条件。即把客户需求文本转换成可被识别的规范化语句；

3）从客户需求本体库中匹配出符合条件的产品特性参数集合，检索结果经定制系统返回给客

户。

1.3 个性化客户需求本体构建

定义1 个性化客户需求本体I C R O(Individualized Customer Requirement Ontology)，对个性化产品客户需求信息的规范化、参数化表示方式，它由一个四元组构成，即ICRO ={Concept, Attribute, Parameter, Rule}。

其中，Concept表示客户域产品知识的概念集，一个概念的定义和描述往往会涉及到多个其它概念，概念之间具有关联性和继承性，如汽车、电脑、变速器等；Attribute表示客户域知识的产品特征属性集，如结构、性能、功能等；Parameter表示属性的特征参数空间，如尺寸大小、价格高低、变速范围等，它们之间通过规则由结点相连； Rule表示节点规则集，可以表示概念、属性、节点之间的约束关系。

构建的ICRO可以包含n个概念，则Concept ={ Ci| i = 1, 2, … , n}。概念Ci有m个属性，则Ai = {Aij| j = 1, 2 , … , m} , Attribute = A1∪A2∪…∪An。

图2 客户需求规范化处理过程

规则集Rule可用三元组表示为ζ＜condition,operation, goal＞，其中condition表示规则约束的条件，它是由产品信息的特征属性结点或属性值结点所构成的；operation表示当condition满足时，规则所应执行的操作、达到的目标或规则表示的事实条件与goal之间的关系；goal表示规则的目标、希望得到的结果，由属性参数值空间Parameter构成。由结点构成的规则约束具主要有：子关系subof，并关系or-of，且关系and-of，互斥关系mutexof，逆关系inverser-of等。

通过确定结点间约束关系，并根据专家知识域及客户需求调查得出产品特征，对产品特征属性赋值或制定参数范围，由ICRO知识库，对客户需求提供参数化检索支持，使最终输出能满足产品一致性要求。

2 客户需求文本规范化处理

由于客户提出的个性化产品需求具有不规范性、模糊性及不一致性，应对其进行规范化处理，以便本体库的识别和检索。图2为客户需求规范化处理过程，首先对个性化客户需求语言的概念属性进行句型模式匹配，识别转化为规范的结构化语句；其次进行模糊语言分析，通过ICRO的智能检索得出参数化客户需求，将参数化和结构化的客户需求直接检索得出其参数值；最后分析参数化需求可能存在冲突，根据客户需求反馈得出的需求特征权重对客户需求冲突一致性检验，最终得出最佳的、可行的参数化客户需求模型。

定义2 个性化客户需求是客户用模糊的、不确定、不规范语句对所需产品的特性、功能等进行描述的一段文本。用Si(i=1,2, …, n)表示，其中n表示需求语句的数量，Si表示第i个需求语句。

客户个性化需求表达体现在以下三个方面：1)客户对该产品具备初步的知识，根据结构化、参数化的需求模型，可制定其属性值；2)针对不规范、模糊性、不一致性的个性化产品描述语句，要求每条需求语句段至少由产品需求概念Ci（如变速器、发动机等）、属性Ai（质量、价格、外挂、尺寸等）及模糊语义词Vi（如大小、快慢、高低等）三要素中的两个组成；3)需求语句通常包含或隐含所描述的产品或部件（概念）、特征（属性）以及对特征的描述（属性值）。

定义3 可识别的结构化语句定义为S*i（Ci*,Ai*,Vi*）。其中Ci*为概念变量，Ai*为属性变量，Vi*为属性模糊变量值或属性变量值。

由定义可知，通过句型模式的识别和匹配，实现客户需求语句的句法分析，将模糊客户需求Si转化为能被计算机理解的可识别语句Si*（Ci*,Ai*,Vi*）。对句型模式的规范化处理，文献[8]提出了语句结构函数模式和句型匹配模式。应用相关程序识别、提取关键词，把个性化客户需求文本转化为可识别的结构函数模式，即通过句型结构函数SF(Si)把文本语句Si转化为Si*。

其中Ci，Ai，Vi分别表示第i个需求语句对应的概念变量、属性变量及属性变量值。SF(Si)的自变量为Ci，Ai，Vi及相关过渡词（如“的”、“要”等）、语气词（“很”、“非常”、“相当”等）。通过建立完整的句型模式库，将需求语句与句型模式库中的句型模式进行匹配，即能实现该需求语句的句法分析，需求句型模式Si*可以由SF(Si)函数生成，

Si*= C*+ [的…] + A*+ [要/需要/ …] + V*，运算符“+”、“[ ]”、“/”分别表示连结运算、可取可不取运算、二者取一运算，由公式（1）和（2）可推出：

图3 个性化客户需求参数化检索

3 个性化客户需求的参数化检索

在客户需求中对属性值的描述Vi*往往是一些模糊的语言值，如描述价格的语言值有“便宜”和“很便宜”等。如何通过成熟的文本信息检索技术将本体建模优势融合到构建参数化客户需求中，不仅可以继承信息检索快捷、准确的优点，还可以充分利用本体建模的优势，克服文本信息检索不能对语义关联进行处理的局限。采用Protégé 4.1工具构建客户需求本体ICRO，由专家评审将模糊语言值赋予相应的属性值及参数，根据规范化的客户需求文本，检索客户需求本体可得出参数值。图3为个性化客户需求参数化检索方式，实现基本步骤如下：

1）从模糊客户需求文本中获取需求语句Si（i=1）；

2） 应用结构函数程序查询、提取关键词，对字符串进行句型模式库自动匹配处理，获得规范化客户需求Si*；

3）通过规范化的客户需求Si*识别Si所包含的概念Ci及属性Ai，检索已建立的参数化ICRO知识库，得参数化的S1，即（C1，A1，V1)；

4）若原语句中不包含属性，则检验语句概念中模糊语言，由句式库匹配可满足规范语言的一致性。如客户需求文本为“减速器较便宜”，没有价格属性，规范化后可匹配出SF( )=减速器+价格+较便宜；

5）检索下一个语句Si+1，重复2）；

6）对于既没有概念也没有属性的文本语句，知识库给出默认的参数值。

入党积极分子长期培养得不到发展，造成政治热情下降，积极改进和提升自我的积极性和主动性降低，不利于培养工作稳步、有序开展。

通过上述个性化客户需求文本检索，将模糊的客户需求转换成规范化需求技术参数，实现了从模糊需求语句到参数化需求模型的过渡。为设计人员提供了重要的数据依据，也为下一步产品的详细设计和产品信息建模提供了理论基础。

4 应用举例

客户的个性化定制需求可能非常简单直观，对产品某些功能、性能、使用、外观等方面的要求，需求表达具有一定的相似性和通用性。将上述理论应用在某款SUV轿车的个性化定制上，以说明其理论的可实践性和有效性。

通过大规模的市场和用户调查，参照图1对产品的需求表达模型进行树型结构分析，得出需求表达的层次关系表。经调查客户需求关注度，主要体现在轿车的经济性，动力性，安全性等特性，根据客户模糊语言表达习惯，由领域专家为模糊语言赋予参数，建立个性化产品客户需求定制信息表。由定义2，应用Protégé建立个性化客户需求本体（ICRO）。图4所示个性化轿车的客户需求本体知识框架，相关领域专家为各个模糊参数赋予参数值或参数范围，应用Protégé构造如下本体，部分本体OWL程序如下：

xml:base=＂http://www.owl-ontologies.com/Ontology1311577663.owl＂＞

＜owl:Ontology rdf:about=＂＂/＞

＜owl:Class rdf:ID=＂尺寸＂＞

＜rdfs:subClassOf＞

＜owl:Class rdf:ID=＂外观结构＂/＞

＜/rdfs:subClassOf＞

＜rdfs:subClassOf rdf:resource=＂#外观结构＂/＞

……

＜/owl:Class＞

＜owl:Class rdf:ID=＂发动机排量＂＞

＜rdfs:subClassOf rdf:resource=＂#动力性＂/＞

＜/owl:Class＞

＜o w l:O b j e c t P r o p e r t y rdf:ID=＂objectProperty_10＂/＞

＜/rdf:RDF＞

＜!-- Created with Protege (with OWL Plugin

3.3.1, Build 430) http://protege.stanford.edu --＞

某客户由于没有专业知识背景，只给出了模糊的需求描述语言，如下客户需求文本S：整车四驱，发动机的排量较大，价格要求适中等。

应用相关程序可实现对客户需求文本的识别、规范化处理：

S1

*:轿车，驱动形式，四驱；

S2

*:发动机，排量， 较大；

S3

*:整车，价格，适中；

经个性化客户需求本体（ICRO）检索，得客户的参数化需求模型：

S1:轿车，驱动形式，4D(四驱)；

S2:发动机，排量， 3.7L-6.0L；

S3:整车，价格，8W-15W；

根据检索出的参数化客户需求及参数化范围，实现了客户需求的参数化建模，设计人员对产品的整体设计有了参数依据，对下一步的详细设计有个整体把握。

图4 个性化轿车ICRO建模

5 结束语

基于模糊客户需求的个性化产品定制更能真实地反映客户的心声，本文应用本体理论建模的优势，结合相关检索技术，对客户的个性化需求进行解析、识别，最终参数化客户需求。为普通客户和专业设计人员之间的交流和反馈建立了一个很好的平台，尊重客户需求，体现了客户在个性化产品定制中的主导作用，并给出实例，阐述了其理论的有效性和实用性。在本文中遇到了文本的识别、检索、映射相关理论及技术，构造本体时节点规则的控制和反馈，及当客户需求不满足时如何反馈给客户且设置客户需求特性权重等，将是下一步研究的重点。

[1] GILMORE J H,PINE B J.The four faces of mass customization[J].Harvard Business Review,1997,75(1):91～101.

[2] 梁梁,周俊,罗彪.MC模式下基于顾客需求的产品配置优化分析[J].管理科学学报,2003,6(3):52-56.

[3] 楼健人,张树有,谭建荣.面向大批量定制的客户需求信息表达与处理技术[J].中国机械工程,2004,15(8):685-687.

[4] 谭建荣,齐峰,张树有,等.基于模糊客户需求信息的设计检索技术的研究[J].机械工程学报,2005,41(4):79-84.

[5] 但斌,姚玲,经有国,张旭梅.基于本体映射面向模糊客户需求的产品配置研究[J].计算机集成制造系统,2010,02:226-232.

[6] 杨沁,韩江洪,朱家诚.个性化产品需求表达模型的研究[J].组合机床与自动化加工技术,2004,6:52-55.

[7] 赵建勋,张振明,田锡天,等.本体及其在机械工程中的应用综述[J].计算机集成制造系统,2007,04:727-736.

[8] 经有国,但斌,张旭梅,郭钢.基于本体的非结构化客户需求智能解析方法[J]计算机集成制造系统,2010,05:26-31.