数字孪生 | 武汉科技大学夏绪辉教授团队：基于知识图谱的再制造设备资源建模方法

A knowledge graph based remanufacturing equipment resource modeling method

Xinlan Liu¹, Lei Wang^1,2, Yuyao Guo^1,2, Binyuan Zhang¹, Xuhui Xia^1,2

1 Key Laboratory of Metallurgical Equipment and Control Technology, Ministry of Education, wuhan, 430080, China

2 Hubei Key Laboratory of Mechanical Transmission and Manufacturing Engineering, wuhan, 430080, China

Abstract

Background

The uncertainty and non-standardization of the remanufacturing process result in multi-source heterogeneity of remanufacturing equipment capabilities and knowledge information, which limits the development of informationization and intelligence in remanufacturing.

Methods

Therefore, we propose a knowledge graph-based modeling method for Remanufacturing Equipment Resource (RMER) information. By analyzing the categories of remanufacturing equipment resources and integrating resource information such as man, machine, material, method, and environment, a unified remanufacturing equipment information model and service capability information model were constructed. Based on the top-down knowledge graph construction process, the RMER semantic association information of the ontology pattern and data layers was extracted and integrated to construct the RMER knowledge graph.

Results

In this paper, 18 enterprise texts, 50 experience texts and thesis patent texts were selected as the training set, and 2 enterprise texts, 50 experience texts and thesis patent texts were selected as the test set. After multiple rounds of model training, the accuracy rate of entity information extraction reached 91.4%, which proved the accuracy and effectiveness of the model for entity information document extraction.

Conclusions

This study provides a unified information foundation for mapping and optimizing the resource capabilities of remanufacturing equipment. It can help remanufacturing enterprises to quickly configure equipment resources, and improve the intelligent and automated management level of RMER.

摘要

背景

再制造过程的不确定性和非标准化导致了再制造设备能力和知识信息的多源性异质性，这限制了再制造领域信息化和智能化的发展。

方法

本文提出了一种基于知识图谱的再制造设备资源（Remanufacturing Equipment Resource，RMER）信息建模方法。通过分析再制造设备资源的类别，并整合人、机、料、法、环等资源信息，构建了统一的再制造设备信息模型及其服务能力信息模型。基于自顶向下的知识图谱构建流程，提取并整合了本体模式和数据层中的RMER语义关联信息，以构建RMER知识图谱。

1. 知识图谱的引入： 为了解决再制造设备资源信息的异构性问题，提出基于知识图谱的再制造设备资源（RMER）信息建模方法。

2. 信息模型构建： 通过分析再制造设备资源类别，整合人、机、料、法、环等资源信息，构建统一的再制造设备信息模型与服务能力信息模型。

3. 知识图谱的构建： 基于自顶向下的知识图谱构建过程，提取并整合RMER本体模式层和数据层的语义关联信息，构建RMER知识图谱。

结果

在本文中，我们选取了18篇企业文本、50篇经验文本以及论文和专利文本作为训练集，同时选取了2篇企业文本、50篇经验文本以及论文和专利文本作为测试集。经过多轮模型训练，实体信息提取的准确率达到了91.4%，这证明了该模型在实体信息文档提取中的准确性和有效性。

1. 知识图谱的构建： 通过知识图谱的构建，实现了再制造设备资源信息的自动化获取，提高了再制造企业的生产效率，并辅助企业进行再制造资源的配置。

2. 案例研究：在智能再制造公司（IRC）实施所提出的RMER信息建模方法，通过构建知识图谱，实现了企业对再制造设备资源信息的快速配置，提高了设备资源的智能化和自动化管理水平。

结论

本研究为再制造设备资源的能力映射和优化提供了统一的信息基础。它有助于再制造企业快速配置设备资源，并提高RMER的智能化和自动化管理水平。

1. 信息模型的统一性： 本研究为再制造设备资源能力的映射和优化提供了统一的信息基础，有助于再制造企业快速配置设备资源。

2. 知识图谱的应用：知识图谱在再制造设备资源信息建模中的应用，为再制造行业的信息化和智能化发展提供了新思路。

Figure 2. Modeling framework of the RMER knowledge graph.

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2022年毕业于湖南理工学院机械设计制造及其自动化专业，获学士学位；自2022年起，在武汉科技大学攻读机械工程硕士学位。研究方向包括再制造重构、网络制造和再制造设备。

工学博士，现任武汉科技大学机械工程学院教授，副院长，博士生导师。湖北省杰出青年基金项目主持人，湖北省青年拔尖人才，湖北省青年英才，襄阳市隆中人才，英国剑桥大学访问学者，中国机械工程学会高级会员，《机械工程学报》及《武汉科技大学学报》青年编委，《现代制造工程》编委会委员。主持国家基金2项，省级杰出青年基金、重点研发计划等省部级项目7项、企业委托项目7项，参与国家及省部级重点研发项目15项，企业委托项目20余项，发表论文120篇（SCI 48篇，ESI高被引3篇），出版著作4部，教材5部，申请/授权专利40余项，获软件著作权9项；获湖北省科技进步奖1项、湖北省教学成果奖2项。研究方向包括智能再制造理论与技术、制造系统工程及服务。

通讯作者，邮箱：

candywang@wust.edu.cn。

工学博士，现为武汉科技大学博士后研究员，师从夏绪辉教授。研究方向是智能广义再制造，采用智能优化和人工智能方法实现退役机械产品的广义再设计与再制造优化。自2018年以来，她荣获国家奖学金，主持企业委托项目1项，参与多项国家级及省部级重点研发项目科研项目，发表了10余篇学术论文（SCI 7 篇），获发明专利2项，软件著作权2项。

通讯作者，邮箱：

guoyuyao@wust.edu.cn。

毕业于武汉科技大学机械工程专业，获硕士学位。2021年至2023年参加了多项数学建模竞赛并获奖，发表学术论文1篇。研究方向包括制造系统工程、网络制造和再制造服务。

工学博士。现任武汉科技大学机械工程学院教授，博士生导师，武汉科技大学科学技术发展院院长。享受湖北省政府特殊津贴，湖北名师，湖北双创战略团队带头人，中国机械工程学会高级会员，中国人工智能学会智能制造专业委员会委员，湖北省机械设计与传动学会副理事长，湖北省智能制造学会联合体教育工作委员会委员。主持和参与国家自然科学基金及863项目10余项、湖北省技术创新专项重大项目1项、湖北省自然科学基金项目2项、湖北省科技攻关计划项目2项、湖北省高等学校省级教学研究项目2项、全国工程专业学位研究生教育自选研究课题（教学改革项目）1项，主持和参与校企合作科研项目50余项。发表论文110余篇（SCI/EI 80余篇，ESI高被引论文3篇/热点论文1篇），出版教材或专著7部，拥有专利50余项，获软件著作权16项。荣获湖北省科技进步奖一等奖1项、二等奖2项、技术发明三等奖1项、教学成果二等奖1项。研究方向包括制造系统工程、制造/再制造服务、逆向供应链管理。

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