基于脑机交互的产品设计文档数据的实时推送处理方法

摘要

本发明公开了一种基于脑机交互的产品设计文档数据的实时推送处理方法。将产品设计过程分解为不同的设计节点，根据其节点特征信息寻找产品设计文档并关联，形成产品设计数据库，实时监测分析设计人员脑电信号，判断设计人员是否处于产品设计文档的需求状态进而推送产品设计文档，根据设计人员的浏览行为获得需求域数据和域特征文档加入数据库，再次进行遇到某设计节点并且检测到需求状态时，将该设计节点对应需求域数据中所有域特征文档按浏览的先后顺序推送，再进行域展开推送或者域特征文档的替换。本发明能识别产品设计文档需求，实现产品设计文档数据的智能推送，节省人工的时间与精力，提高了效率。

说明书

技术领域

本发明属于计算机辅助设计、脑机接口与人机交互技术领域，尤其是涉及 了一种基于脑机交互的产品设计文档数据的实时推送处理方法。

背景技术

在复杂机械产品设计领域，由于知识密集的特点，设计人员需要进行频繁 的产品设计文档查找操作，研究表明，在产品的设计过程中，60％的时间用来查 找产品相关设计文档资料，严重制约设计效率的提高。随着制造业信息化程度 不断加深，产品设计文档数量呈爆炸式增长，怎样使设计人员快速得到其所需 产品设计文档成为计算机辅助设计领域研究的热点之一。

针对上述问题，目前主要的解决思路是通过实时分析用户需求，主动的将 产品设计文档推送给设计人员，避免被动搜索、查找操作。但目前的推送技术 在获取用户需求时，依然需要设计人员主动提供信息，或者只通过设计任务推 断，前者依然要求设计人员被动操作，后者因为没有获得直接信息，需求判断 模糊，智能性不高，推送效果差。

脑电波自被发现以来，首先在医学领域得到了广泛的应用，是有效的对各 种脑部以及精神疾病的检测手段。随着对脑电波的深入研究，脑电波携带信息 不断被解读，使脑机接口技术成为了一种人类与外界沟通的新通道。脑机接口 通过实时分析脑电波携带信息，直接获取设计人员的思维状态，使完全静默， 高效获取用户需求信息成为了可能。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种基于脑机交互的产品 设计文档数据的实时推送处理方法，目的是为了通过直接获取设计人员产品设 计文档需求状态，实现产品设计文档数据的智能推送，节省设计人员查找相关 文档的时间，避免了人工的寻找，提高效率。

本发明采用的技术方案具体包括以下步骤：

步骤1)：按照设计阶段DS、设计对象DT、设计内容DC的不同将产品设 计过程分解为不同的设计节点，{DS,DT,DC}为节点特征信息，DS、DT和DC 分别表示设计阶段、设计对象和设计内容作为特征信息；

步骤2)：对于每个设计节点，根据其节点特征信息寻找与其关联的产品设 计文档，并与该设计节点关联，由此形成产品设计数据库；

步骤3)：实时监测分析设计人员脑电信号，判断设计人员是否处于产品设 计文档的需求状态进而推送产品设计文档：若设计人员处于产品设计文档的需 求状态，则将与设计人员所处设计节点关联的产品设计文档推送给设计人员； 若设计人员未处于产品设计文档的需求状态，则不进行推送；

步骤4)：根据设计人员的浏览行为获得需求域数据和需求域数据下的域特 征文档，并加入到产品设计数据库；

步骤5)：产品设计过程中，再次进行遇到某设计节点并且检测到设计人员 处于需求状态时，则从产品设计数据库中提取该设计节点对应需求域数据中所 有域特征文档，并按浏览的先后顺序推送给设计人员；

步骤6)：上述步骤5)推送后若设计人员浏览该域特征文档时，从产品设 计数据库中提取该域特征文档所在的需求域数据进行域展开推送；

上述步骤5)推送后若设计人员没有浏览该域特征文档，通过检索操作打开 属于某需求域数据的其他产品设计文档，则将该产品设计文档替换成为所属需 求域数据的域特征文档；

步骤7)产品设计过程中根据设计人员浏览到的设计节点变化，重复步骤3) —6)进行推送。

所述步骤1)设计阶段DS包括整机设计、部件设计和零件设计的三个设计 阶段。

所述的设计对象DT为产品结构树中的产品及产品结构，所述的设计内容 DC为进行某产品及产品结构设计需要完成的设计活动。

所述步骤2)中，对于任意设计节点{DS,DT,DC}，根据其节点特征信息寻 找与其关联的产品设计文档具体为：

当设计阶段为整机设计，以DT，DC为检索字符串进行检索，寻找满足 (DT∩DC)∪DT∪DC条件的所有产品设计文档，作为与其关联的产品设计文 档；

当设计阶段为部件设计或零件设计，以DT_p，DT，DC为检索字符串进行检 索，DT_p为在产品结构树中包含当前设计对象的上一级产品或产品结构，寻找 满足(DT_p∩DT∩DC)∪(DT_p∩DT)∪(DT∩DC)∪DT条件的所有产品设计文 档，作为与其关联的产品设计文档。

所述步骤3)中脑电信号监测分析与需求状态判断方法具体为：

3.1)按照10-20国际标准电极位置，采集电极F3，F4，P3，P4脑电信号， 采样频率500Hz；

3.2)采用线性相位FIR滤波器对脑电信号进行0.1-30Hz滤波分析信号，每 2s获得一组状态特征，状态特征包括电极F3和电极F4的α波峰值频率以及电 极P3和电极P4的β波频段相对能量；

3.3)根据状态特征，采用以下方式判断设计人员是否有对设计文档的需求：

当max(PFα_F3,PFα_F4)∈{8-13Hz}，且max(BEβ_P3,BEβ_P4)∈{0.6-1}，判定 设计人员有对设计文档的需求，反之则没有；其中，PFα_F3、PFα_F4分别表示 F3、F4电极α波峰值频率，BEβ_P3、BEβ_P4分别表示P3、P4电极β波频段相对 能量。

所述的峰值频率计算具体为，将脑电信号以2s为间隔依次进行分段，对每 段数据进行快速傅里叶变换，8～13Hz内幅值最大值对应的频率为该时间段内的 α波峰值频率；

所述的频段相对能量计算具体为：将脑电信号以4s为一个数据段时长依次 重叠分段，每相邻两段数据之间有2s重叠，对每个4s数据段进行短时傅里叶变 换，获得脑电信号功率谱密度，频段在功率谱密度曲线下的面积为频段能量， 13～30Hz频段能量值与1～30Hz频段能量值的比值为β波频段相对能量。

所述步骤4)中需求域数据具体为：脑电检测判断设计人员处于需求状态到 该状态结束期间，设计人员浏览的所有产品设计文档构成的集合，表示为 RD＝{DS,DT,DC,RDN,RDF|d₁…d_n}，其中RDN为域编号，RDF为域特征文 档，d_n表示需求域数据内的产品设计文档。

所述步骤4)中获得需求域数据和域特征文档采用以下方式：

若设计人员直接通过检索打开产品设计文档，则将设计人员在处于需求状 态的连续时间段内浏览的产品设计文档归为一个需求域数据，第一次检索打开 的产品设计文档作为该需求域数据的域特征文档；

若设计人员在推送后进行继续浏览，记录设计人员在推送后的浏览行为， 将设计人员在处于需求状态的连续时间段内浏览的产品设计文档归为一个需求 域数据，取需求域数据内被设计人员浏览时间最长的产品设计文档作为域特征 文档；

所述步骤6)中的域展开推送具体是将设计人员浏览的域特征文档对应需求 域数据内的所有产品设计文档以及域特征文档所属的设计节点关联的其他所有 产品设计文档推送给设计人员。

本发明具有的有益效果是：

1.本发明通过脑机接口直接获取设计人员的思维状态，判断其对设计文档 的需求情况进行数据推送，避免了设计人员的操作，节省设计人员时间与精力。

2.本发明通过脑机接口获得的需求状态确定需求域数据及其域特征文档， 在设计节点的数据处理迭代反复时，能实现产品设计文档需求的快速智能定位， 实现产品设计文档数据的智能推送，提高效率。

附图说明

图1是本发明提供的产品设计文档推送方法流程图。

图2是本发明提供的需求状态判断流程图。

图3是设计节点与产品结构树实施例示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，本发明实施例及其具体实施过程包括：

步骤1)：按照设计阶段DS、设计对象DT、设计内容DC的不同将产品设 计过程分解为不同的设计节点，{DS,DT,DC}为节点特征信息，DS、DT和DC 分别表示设计阶段、设计对象和设计内容作为特征信息；

所述设计阶段DS包括整机设计、部件设计和零件设计的三个设计阶段。

所述设计对象DT为产品结构树中的产品及产品结构，所述的设计内容DC 为进行某产品及产品结构设计需要完成的设计活动。

如图3所示坐标镗床产品设计，1为对坐标镗床设计过程分解获得的部分设 计节点，2为设计对象对应的产品结构树。

步骤2)：对于每个设计节点，根据其节点特征信息寻找与其关联的产品设 计文档，并与该设计节点关联，由此形成产品设计数据库；

对于任意设计节点{DS,DT,DC}，根据其节点特征信息寻找与其关联的产 品设计文档具体为：

当设计阶段为整机设计，以DT，DC为检索字符串进行检索，寻找满足 (DT∩DC)∪DT∪DC条件的所有产品设计文档，作为与其关联的产品设计文 档；

当设计阶段为部件设计或零件设计，以DT_p，DT，DC为检索字符串进行检 索，DT_p为在产品结构树中包含当前设计对象的上一级产品或产品结构，寻找 满足(DT_p∩DT∩DC)∪(DT_p∩DT)∪(DT∩DC)∪DT条件的所有产品设计文 档，作为与其关联的产品设计文档。

如图3所示，设计节点{整机设计，坐标镗床，工艺分析}，其检索式为满 足：(坐标镗床∩工艺分析)∪坐标镗床∪工艺分析，设计节点{零件设计，轴 承，类型选择}，其检索式满足：

(主轴∩轴承∩类型选择)∪(主轴∩轴承)∪(轴承∩类型选择)∪轴承。

步骤3)：实时监测分析设计人员脑电信号，判断设计人员是否处于产品设 计文档的需求状态进而推送产品设计文档：若设计人员处于产品设计文档的需 求状态，则将与设计人员所处设计节点关联的产品设计文档推送给设计人员； 若设计人员未处于产品设计文档的需求状态，则不进行推送；

所述脑电信号监测分析与需求状态判断方法具体为：

3.1)按照10-20国际标准电极位置，采集电极F3，F4，P3，P4脑电信号， 采样频率500Hz；

3.2)采用线性相位FIR滤波器对脑电信号进行0.1-30Hz滤波分析信号，每 2s获得一组状态特征，状态特征包括电极F3和电极F4的α波峰值频率以及电 极P3和电极P4的β波频段相对能量；

所述的峰值频率计算具体为，将脑电信号以2s为间隔依次进行分段，对每 段数据进行快速傅里叶变换，8～13Hz内幅值最大值对应的频率为该时间段内的 α波峰值频率；

所述的频段相对能量计算具体为：将脑电信号以4s为一个数据段时长依次 重叠分段，每相邻两段数据之间有2s重叠，对每个4s数据段进行短时傅里叶变 换，获得脑电信号功率谱密度，频段在功率谱密度曲线下的面积为频段能量， 13～30Hz频段能量值与1～30Hz频段能量值的比值为β波频段相对能量。

3.3)根据状态特征，采用以下方式判断设计人员是否有对设计文档的需求：

当max(PFα_F3,PFα_F4)∈{8-13Hz}，且max(BEβ_P3,BEβ_P4)∈{0.6-1}，判定 设计人员有对设计文档的需求，反之则没有；其中，PFα_F3、PFα_F4分别表示 F3、F4电极α波峰值频率，BEβ_P3、BEβ_P4分别表示P3、P4电极β波频段相对 能量。

在实际的设计任务管理系统中获取信息判断设计人员所处设计节点，往往 只能获得设计阶段、设计对象信息，而无法知道具体设计内容，所以将所有前 两项节点信息相同的设计节点相关的产品设计文档推送给设计人员。

如图3，当获取的的节点信息为{零件设计，轴承，未知}，则将节点{零件 设计，轴承，类型选择}、{零件设计，轴承，寿命验算}等节点相关的产品设计 文档数据推送给设计人员。

步骤4)：根据设计人员的浏览行为获得需求域数据和需求域数据下的域特 征文档，并加入到产品设计数据库；

所述步骤4)中需求域数据具体为：脑电检测判断设计人员处于需求状态到 该状态结束期间，设计人员浏览的所有产品设计文档构成的集合，表示为 RD＝{DS,DT,DC,RDN,RDF|d₁…d_n}，其中RDN为域编号，RDF为域特征文 档，d_n表示需求域数据内的产品设计文档。

所述步骤4)中获得需求域数据和域特征文档采用以下方式：

若设计人员直接通过检索打开产品设计文档，则将设计人员在处于需求状 态的连续时间段内浏览的产品设计文档归为一个需求域数据，第一次检索打开 的产品设计文档作为该需求域数据的域特征文档；

若设计人员在推送后进行继续浏览，记录设计人员在推送后的浏览行为， 将设计人员在处于需求状态的连续时间段内浏览的产品设计文档归为一个需求 域数据，取需求域数据内被设计人员浏览时间最长的产品设计文档作为域特征 文档；

步骤5)：产品设计过程中，再次进行遇到某设计节点并且检测到设计人员 处于需求状态时，则从产品设计数据库中提取该设计节点对应需求域数据中所 有域特征文档，并按浏览的先后顺序推送给设计人员；

如重复步骤3所述节点，其节点信息为{零件设计，轴承，未知}，则检索 需求域RD数据库，将(设计阶段DS＝零件设计and设计对象DT＝轴承)的所 有需求域数据中的域特征文档推送给设计人员。

步骤6)：上述步骤5)推送后若设计人员浏览该域特征文档时，从产品设 计数据库中提取该域特征文档所在的需求域数据进行域展开推送；

所述步骤6)中的域展开推送具体是将设计人员浏览的域特征文档对应需求 域数据内的所有产品设计文档以及域特征文档所属的设计节点关联的其他所有 产品设计文档推送给设计人员。

如有产品设计文档“角接触球轴承的特点”为某需求域数据的域特征文档， 设计人员浏览给文档后，则将“角接触球轴承的特点”所属需求域数据中其他 产品设计文档，以及其所属的设计节点{零件设计，轴承，类型选择}相关的其 他产品设计文档推送给设计人员。

上述步骤5)推送后若设计人员没有浏览该域特征文档，通过检索操作打开 属于某需求域数据的其他产品设计文档，则将该产品设计文档替换成为所属需 求域数据的域特征文档；

如产品设计人员检索打开“圆锥孔双列圆柱滚子轴承特点”，其与上述文 档“角接触球轴承的特点”同属于一个需求域数据，则将其替换为该域的域特 征文档。

步骤7)产品设计过程中根据设计人员浏览到的设计节点变化，重复步骤3) —6)进行推送。

由上可见，通过脑机接口直接获取设计人员的思维状态，判断其对设计文 档的需求情况进行数据推送，避免了设计人员的操作，节省设计人员时间与精 力。而且在设计节点的数据处理迭代反复，且部分特征信息没有完全获取的情 况下，通过域特征数据及其特征文档能实现产品设计文档需求的快速智能定位， 实现产品设计文档数据的智能推送，提高效率。