崔靖華 朱學(xué)芳

0 引言

產(chǎn)品創(chuàng)新是企業(yè)發(fā)展的動力，能否開發(fā)出符合市場需求的新產(chǎn)品，是一個企業(yè)發(fā)展的根本。企業(yè)科研人員在進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新時需要用到科技論文，科技論文是國家科技競爭力的重要體現(xiàn)，因此有效使用科技論文對于進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新的企業(yè)科研人員來說十分重要。然而,目前由于科技論文語義知識紛繁復(fù)雜，企業(yè)科研創(chuàng)新人員在獲取相關(guān)知識要點(diǎn)、技術(shù)創(chuàng)新知識及研究發(fā)展前沿?zé)狳c(diǎn)方面需要手動檢索、搜集、閱讀，其過程繁瑣，耗費(fèi)了許多時間和精力。若是能夠針對企業(yè)科研人員的創(chuàng)新方向，對相關(guān)科技論文進(jìn)行語義知識組織，并形成語義知識庫，使企業(yè)科研人員可直接查閱知識庫中的相關(guān)產(chǎn)品知識，則能有效提高對科技論文知識的利用率，進(jìn)而提高產(chǎn)品創(chuàng)新效率，為企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

為了方便企業(yè)科研人員更加快速、全面地獲取關(guān)于創(chuàng)新產(chǎn)品的相關(guān)科技論文中的相關(guān)知識，本研究以智能機(jī)器人產(chǎn)品為例，選取該產(chǎn)品國內(nèi)核心科技論文，構(gòu)建了面向企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新的科技論文語義知識本體，對其進(jìn)行可視化，并利用情景分析法探討企業(yè)科研人員如何利用可視化結(jié)果進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新，希望能夠提高企業(yè)科研人員對科技論文語義知識的利用率，進(jìn)一步提升企業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新效率。

1 科技論文語義知識研究

目前，國內(nèi)外關(guān)于科技論文研究的側(cè)重點(diǎn)在于對科技論文的用詞、詞頻、語義特征等方面進(jìn)行分析，以構(gòu)建完善的檢索體系，為科研人員提供科技論文檢索、個性化推薦等服務(wù)。馬慧芳等[1]考慮到研究人員難以定位到感興趣的科技論文，就此提出了一種融合作者與文獻(xiàn)影響力的科技論文推薦方法；路永和等[2]基于段落層級結(jié)構(gòu)，分別在詞級和句級使用雙向GRU對寫作需求和參考文獻(xiàn)進(jìn)行語義建模；王宇[3]完成了面向科技文本的預(yù)處理，主要包括短文本化、去除文本噪聲、分詞、去停用詞等，為后續(xù)的科技文本分類工作提供數(shù)據(jù)質(zhì)量的保證和文本數(shù)據(jù)的形式化支持；宋東桓等[4]采用文本挖掘方法對選取的英文科技論文中的單詞、動詞、三詞詞塊、四詞詞塊等進(jìn)行詞頻、TFIDF值等多個指標(biāo)的定量統(tǒng)計(jì)分析，構(gòu)建能夠進(jìn)行結(jié)構(gòu)要素識別的語義特征詞典。國外有Boger等[5]學(xué)者在Cite ULike數(shù)據(jù)集上通過實(shí)驗(yàn)表明基于用戶的協(xié)同過濾算法能取得更好的效果；Y.K.Meena等[6]利用科技論文句子特征構(gòu)建了不同類型的要素識別模型；Chen等[7]使用CNN來提取科技論文文本特征，并使用RNN來產(chǎn)生標(biāo)簽序列；另外還有國際上一些非常成熟的常用詞表等[8-10]。但目前尚沒有關(guān)于企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新的科技論文語義知識本體構(gòu)建研究。若能有效地整合企業(yè)科研人員進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新時所需的科技論文語義知識資源，那么對科研人員自身創(chuàng)新水平的提高、對企業(yè)創(chuàng)新競爭能力的提升將產(chǎn)生巨大影響。

2 科技論文語義知識結(jié)構(gòu)

產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過程中的知識可分為需求、功能、作用原理、結(jié)構(gòu)等具體方面。需求反映了產(chǎn)品在市場中的一種現(xiàn)有狀況；功能來源于用戶的主觀意愿，體現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，是產(chǎn)品最終的目的；作用原理則是對功能、結(jié)構(gòu)中沖突現(xiàn)象的解決進(jìn)行詳細(xì)說明；結(jié)構(gòu)描述產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)組件、結(jié)構(gòu)組件的屬性，以及它們之間的連接[11]。為了描述科研人員在具體設(shè)計(jì)產(chǎn)品過程中所表現(xiàn)出的這種空間知識結(jié)構(gòu)，悉尼大學(xué)Gero[11]提出了關(guān)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的“功能—行為—結(jié)構(gòu)”FBS模型，在后來學(xué)者的不斷完善下，最終形成FBS模型“需求—功能—作用原理—結(jié)構(gòu)”關(guān)系[11]。本研究為能很好地使科研人員進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新時檢索到所需的科技論文知識，根據(jù)FBS模型中的相對應(yīng)模塊含義來映射科技論文的語義知識結(jié)構(gòu)，以求在檢索中形成科技知識關(guān)聯(lián)本體。

本文以“智能機(jī)器人”為主題的國內(nèi)核心科技論文為例，對其題目和摘要進(jìn)行分詞，再根據(jù)人工校對分詞后的結(jié)果進(jìn)行研究主題提取，共總結(jié)出“智能機(jī)器人”產(chǎn)品領(lǐng)域的主要研究內(nèi)容，包括設(shè)計(jì)研究（與FBS模型中的結(jié)構(gòu)知識趨同）、技術(shù)研究、應(yīng)用研究、綜述與趨勢研究、法律問題研究。同時，根據(jù)FBS模型的相對應(yīng)模塊來映射“智能機(jī)器人”產(chǎn)品領(lǐng)域科技論文的語義知識結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 科技論文語義知識結(jié)構(gòu)

3 科技論文語義知識本體類別及其語義關(guān)系

本文從企業(yè)科研人員需要創(chuàng)新的產(chǎn)品的核心概念出發(fā)，根據(jù)科技論文語義知識結(jié)構(gòu)，確定產(chǎn)品的“類別”“需求”“功能”“作用原理”“結(jié)構(gòu)”“技術(shù)”“應(yīng)用”“綜述”“法律”共9個頂層概念。定義這9個頂層概念及其等級體系，形成科技論文語義知識本體[12]的類別及其等級體系，如表1所示。

表1 科技論文語義知識本體的類別及其等級體系

根據(jù)上述科技論文語義知識本體的類別及其等級體系，企業(yè)科研人員就可在一個產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)上系統(tǒng)地了解創(chuàng)新產(chǎn)品的核心知識，并對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、技術(shù)、應(yīng)用、進(jìn)展、法律等相關(guān)知識有一個全面而深刻的認(rèn)識。通過產(chǎn)品需求，可及時了解學(xué)術(shù)需求，并考慮是否可以轉(zhuǎn)化為市場需求，以進(jìn)行新產(chǎn)品研發(fā)。企業(yè)科研人員還可以進(jìn)一步地根據(jù)產(chǎn)品功能了解作者要實(shí)現(xiàn)的功能意圖，可以通過產(chǎn)品的作用原理加深對實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能所應(yīng)用的相關(guān)知識的了解。繼而企業(yè)科研人員可以依次分別了解關(guān)于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、技術(shù)、應(yīng)用、進(jìn)展、法律等方面知識。具體來說有：（1）可根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)知識了解產(chǎn)品是如何制備的，智能機(jī)器人是由哪些機(jī)械零件、硬件、軟件等構(gòu)造而成；（2）可根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)知識，了解目前智能機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)的研究情況，從而可以在目前研究不足的地方進(jìn)行創(chuàng)新；（3）可根據(jù)科技論文作者對產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域、應(yīng)用效果的研究，看是否能夠?qū)υ擃I(lǐng)域的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)等進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到創(chuàng)新；（4）可通過產(chǎn)品綜述與趨勢知識了解智能機(jī)器人的現(xiàn)有研究情況，以及未來可能的發(fā)展方向、待解決的問題、改進(jìn)建議，以進(jìn)一步推動創(chuàng)新發(fā)展；（5）可通過產(chǎn)品法律知識了解目前智能機(jī)器人所存在的一些法律問題，進(jìn)而避開雷區(qū)。

科技論文語義知識較現(xiàn)有的市場產(chǎn)品技術(shù)具有一定的超前性，這將激發(fā)企業(yè)科研人員產(chǎn)生更多的創(chuàng)新想法。根據(jù)上述分析，形成語義類型之間的語義關(guān)系集，具體如表2所示。

表2 科技論文語義知識本體語義關(guān)系集

4 基于Protégé的本體可視化結(jié)果及其產(chǎn)品創(chuàng)新

本文選取以“智能機(jī)器人”產(chǎn)品為主題的國內(nèi)核心科技論文，根據(jù)中國知網(wǎng)上的核心期刊、博碩士論文、會議文獻(xiàn)等數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，并將檢索到的論文進(jìn)行前文的相關(guān)處理，構(gòu)建科技論文語義知識類別及類別之間的語義關(guān)系，而后利用本體構(gòu)建工具Protégé[13]，分別在Protégé的OWL Classes和Object Properties中編輯科技論文語義知識類別及其語義關(guān)系，并根據(jù)編輯好的類別及其等級體系、屬性及其關(guān)系，利用Onto Graf形成可視化本體圖，如圖2所示。

圖2 “智能機(jī)器人”產(chǎn)品的國內(nèi)核心科技論文可視化本體圖

當(dāng)企業(yè)科研人員想要進(jìn)行有關(guān)圖書館智能機(jī)器人方面的創(chuàng)新設(shè)計(jì)時，可根據(jù)圖2所示進(jìn)行創(chuàng)新活動。具體的創(chuàng)新流程可用情景演繹法來進(jìn)行演繹[14]。以企業(yè)科研人員想要改善圖書館智能機(jī)器人的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)作為情景演繹的創(chuàng)新目的，具體演繹流程如下。

（1）明確本產(chǎn)品是應(yīng)用于圖書館體驗(yàn)區(qū)的智能機(jī)器人。

（2）通過可視化本體圖了解目前人工智能在各個領(lǐng)域的滲透情況，知道目前機(jī)器人已開始具有自主學(xué)習(xí)的智能交互能力，并且智能機(jī)器人在圖書館已經(jīng)有所應(yīng)用，如沈陽市圖書館智能機(jī)器人“伴讀”、上海圖書館前臺咨詢機(jī)器人“圖小靈”。

（3）研究智能機(jī)器人在圖書館體驗(yàn)區(qū)的應(yīng)用功能，主要包括書籍檢索、導(dǎo)航指引、讀者信息查詢、智能迎賓及問答，以此為智能機(jī)器人在圖書館中的應(yīng)用研究提供參考。

（4）了解智能機(jī)器人所用到的作用原理，包括圖像處理原理、傳感器原理、信號采集原理、語音識別原理、機(jī)器視覺原理及其他原理。

（5）關(guān)于應(yīng)用于圖書館體驗(yàn)區(qū)的智能機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，要清楚了解智能機(jī)器人的系統(tǒng)電控設(shè)計(jì)，包括本地化的智能云平臺、機(jī)器人客戶端等；在硬件的具體設(shè)計(jì)上要清楚了解傳感器、核心控制板等；在軟件設(shè)計(jì)上要知道包含感知處理模塊、系統(tǒng)報表模塊、外部查詢模塊等。

在上述逐步引導(dǎo)下，可幫助企業(yè)科研人員更快、更高效地了解圖書館智能機(jī)器人的相關(guān)知識，有助于企業(yè)科研人員全面系統(tǒng)的掌握相關(guān)知識，進(jìn)而啟發(fā)企業(yè)科研人員的創(chuàng)新想法。其相關(guān)設(shè)計(jì)研究的具體創(chuàng)新流程路徑如圖3所示。

圖3 圖書館智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)研究

5 結(jié)語

為了給構(gòu)建企業(yè)產(chǎn)品科技論文語義知識庫做鋪墊，本文以當(dāng)前的熱點(diǎn)項(xiàng)目——智能機(jī)器人為例，構(gòu)建了面向企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新的科技論文語義知識本體。通過實(shí)例，我們知道一篇產(chǎn)品科技論文中大多有描述需求知識的研究背景、研究現(xiàn)狀，描述功能知識的研究目的、意義、結(jié)論，描述原理知識的一些相關(guān)原理，描述結(jié)構(gòu)知識的產(chǎn)品的具體設(shè)計(jì)。為此，需要根據(jù)不同領(lǐng)域產(chǎn)品的科技論文的主要研究內(nèi)容來構(gòu)建語義模型，形成該領(lǐng)域產(chǎn)品的科技論文語義知識本體。進(jìn)一步來講，我們將在后續(xù)研究中與相關(guān)企業(yè)合作，讓企業(yè)科研人員在具體開發(fā)新產(chǎn)品的過程中，通過利用相關(guān)產(chǎn)品科技論文語義知識本體，構(gòu)建起關(guān)系型知識數(shù)據(jù)庫，并基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的查詢，結(jié)合Web檢索、本體推理等技術(shù)構(gòu)建企業(yè)產(chǎn)品科技論文語義知識庫，為企業(yè)科研人員提供知識資源，并在企業(yè)科研人員的不斷反饋下修正該知識庫。