协同产品开发中,数字化产品模型是设计优化、性能分析、评测和仿真运行的基础,如何将不同阶段的产品模型有效地进行集成,最大限度地实现产品信息的共享与重用,一直是需要重点解决的基础问题。随着知识在产品生命周期中的作用日益显著,对产品开发各个领域间信息共享与集成达成的共识是:不仅需要交换产品的几何数据,更需要交换掩藏在产品数据后的语义。复杂产品的协同开发通常涉及了多个学科,需要跨企业的多个功能团队合作,以及大量设计、分析方面的辅助工具支持,由此引起了一些领域模型间语义集成问题。产品的大部分知识是隐含的,约束和规则等被封装在应用系统内部,模型中含有较少的工程语义知识,不同领域模型只在较低层次上实现共享和重用。此外,各领域从不同的视角出发,在不同的侧面描述产品信息,各功能系统的目标和解决方案不同,有自身的数据模型和数据组织方式,领域语义的表达存在复杂的异构性,容易造成跨领域传递时工程语义丢失和语义歧义,使得协同在多方面受到了限制。因此,有必要深入研究基于语义的跨领域产品模型集成技术,实现产品数据、知识在语义层的共享、交换与重用。论文在国家973计划项目“虚拟现实的基础理论、算法及其实现”子课题“产品建模技术研究”,航天科技创新基金项目等相关研究课题支持下,围绕跨领域产品模型语义集成中语义的表达、获取以及映射等基础问题展开研究,主要工作包括:(1)提出一个跨领域产品模型语义集成框架CPMSIF。CPMSIF分为概念层和模型层,概念层包括核心产品本体和多个领域本体,支持产品知识的形式化语义表达;模型层由多个领域语义模型组成,具有良好的可扩展性。论文重点对概念层的产品本体组织方式、定义、本体构建技术和核心产品本体内容进行了分析。利用多个本体建立的概念体系作为驱动源,提出了一种语义驱动的产品模型知识共享与重用技术,能有效避免重复建模的低效,支持语义理解基础上的跨领域知识重用。(2)提出一个面向协同的产品语义模型,在多个抽象层次进行协同知识的语义表达。语义模型是语义集成的基础。针对跨领域协同中产品语义的隐含和缺失问题,在兼容原有的应用领域模型基础上,通过模型语义解释和语义扩展对携带工程语义、设计意图的多抽象层次的知识进行捕获和表达。基于应用模型解释的语义以本体定义的概念作为语义载体,显式化协同建模元素中蕴涵的语义,达到语义强化目的;基于应用模型扩展的语义则进一步扩充解释语义对象相关的关键特性和其他高层语义。通过多抽象层次的表达,语义模型能有效支持集成环境中不同协作者达到对产品知识的一致的、正确的理解,提高了知识的可重用程度。(3)提出基于元模型语义提升和多策略语义加强的语义获取技术。针对产品语义模型中的不同抽象层次语义,结合提取和推送的获取方式,从已有模型中易获取的底层数据出发,通过对模型资源的元模型分析、本体语义抽取和语义丰富,来自动获取解释语义;通过预定义的补充、基于领域知识的自动推理和传递等多种策略,来获取扩展语义。(4)提出一种工程语境相关的多层次异构模型语义映射技术。针对应用模型间语义共享、交换形式的多样性特点,建立语义等价、语义相似、语义联接三种不同的语义对应关系。利用不同深度的语义描述,设计一种逐层深入的语义映射机制,包括基于核心产品本体的、基于多级描述特征的、和基于领域规则的等三种方法,来建立多层次的语义对应关系,并将反映关注焦点、目标等方面的工程语境信息应用到概念匹配上,以提高本体映射算法的语义匹配精度和质量,为实际工程应用提供可行的解决方案。