基于大语言模型的机载产品计量溯源知识图谱构建方法

doi:10.11772/j.issn.1001-9081.2025040455

《计算机应用》唯一官方网站 ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (4): 1086-1095.DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2025040455

基于大语言模型的机载产品计量溯源知识图谱构建方法

师凯洲¹, 何旋², 候国义¹, 李根³, 李泷杲¹, 黄翔¹()

^1.南京航空航天大学机电学院，南京 210016
^2.航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095
^3.南京航空航天大学苏州研究院，江苏苏州 215000

收稿日期:2025-04-27 修回日期:2025-06-13 接受日期:2025-06-23 发布日期:2025-07-07 出版日期:2026-04-10
通讯作者: 黄翔
作者简介:师凯洲（2000—），男，浙江宁波人，硕士研究生，CCF会员，主要研究方向：大语言模型驱动的工业知识图谱应用、飞机装配与测量的数字化
何旋（1987—），男，黑龙江齐齐哈尔人，高级工程师，主要研究方向：大型试验设施的计量保障、计量数字化
候国义（1992—），男，内蒙古丰镇人，副研究员，博士，主要研究方向：航空制造里的计量与测量数字化、大语言模型驱动的工业知识图谱应用
李根（1989—），男，江苏苏州人，高级工程师，博士，主要研究方向：工业知识图谱应用、航空的装配与测量数字化
李泷杲（1978—），男，江苏南京人，副教授，博士，主要研究方向：飞机装配、数字测量
基金资助:
民用飞机专项科研项目（MJZ2-4N21（2））;苏州市科技计划项目(SYG202346)

Airborne product metrological traceability knowledge graph construction method based on large language models

Kaizhou SHI¹, Xuan HE², Guoyi HOU¹, Gen LI³, Shuanggao LI¹, Xiang HUANG¹()

^1.College of Mechanical and Electronic Engineering，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing Jiangsu 210016，China
^2.AVIC Changcheng Institute of Metrology and Measurement，Beijing 100095，China
^3.Suzhou Research Institute of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Suzhou Jiangsu 215000，China

Received:2025-04-27 Revised:2025-06-13 Accepted:2025-06-23 Online:2025-07-07 Published:2026-04-10
Contact: Xiang HUANG
About author:SHI Kaizhou， born in 2000， M. S. candidate. His research interests include industrial knowledge graph applications driven by large language models， digitalization of assembly and measurement of aircraft.
HE Xuan， born in 1987， senior engineer. His research interests include metrological support for large-scale test facilities， digitalization of metrology.
HOU Guoyi， born in 1992， Ph. D.， associate research fellow. His research interests include digitalization of metrology and measurement in aviation manufacturing， industrial knowledge graph applications driven by large language models.
LI Gen， born in 1989， Ph. D.， senior engineer. His research interests include application of industrial knowledge graph， digitalization of assembly and measurement in aviation.
LI Shuanggao， born in 1978， Ph. D.， associate professor. His research interests include aircraft assembly， digital measurement.
Supported by:
Science and Technology Program of Suzhou(SYG202346);Specialized Scientific Research Project on Civil Aircraft(MJZ2-4N21（2）)

摘要/Abstract

摘要：

机载产品类型多样、产业链广泛，存在复杂的检测体系，需要开展完备的计量检定工作。然而，机载产品数据资源主要以非结构化、碎片化和多模态的形式存在，不利于对各类测试要素开展统筹分析，并难以在统一框架下溯源测试规范性与产品质量，给计量工作带来了障碍。面对这一问题，结合生成式大语言模型（LLM）开展机载产品计量溯源（MT-AP）知识图谱构建研究。首先，梳理资源类型和计量溯源环节，构建知识图谱（KG）本体模型；其次，设计LLM工作模块并把它们组合成工作链；最后，提出基于工作链与提示模板的MT-AP知识图谱的构建方法。结合机载产品实例数据和多个工作链进行验证的实验结果表明，所提方法的知识理解与命名能力评分基本在0.91以上，文本拆分与知识解耦能力评分基本在0.83以上，而复杂参数的知识提取与结构化能力评分基本在0.85以上。可见，所提方法在MT-AP知识图谱构建关键任务上体现了较好的工作性能，为机载产品计量工程提供了技术支撑。

关键词: 大语言模型, 多源异构数据, 机载产品, 计量溯源, 知识图谱

Abstract:

Airborne products with diverse range and extensive industrial chain have a complex testing system， requiring comprehensive metrological verification work. However， airborne product data resources primarily exist in unstructured， fragmented， and multimodal forms， making it difficult to conduct overall analysis of various testing elements or trace the standardization of testing and product quality under a unified framework， thereby posing challenges to metrological work. To address this issue， the construction of knowledge graph for Metrological Traceability of Airborne Products （MT-AP） was explored by combining generative Large Language Model （LLM）. Firstly， the resource types and metrological traceability links were sorted out， and a Knowledge Graph （KG） ontological model was constructed. Secondly， LLM-based work modules were designed and integrated into workflow chains. Finally， a method for constructing the MT-AP knowledge graph based on the workflow chains and prompt templates was proposed. Experiments were conducted using airborne product instance data and workflow chains. Experimental results show that the proposed method has the knowledge comprehension and naming capability scored above 0.91 basically， the text segmentation and knowledge decoupling capability scored above 0.83 basically， and the complex parameter extraction and structured capability scored above 0.85 basically. It can be seen that the proposed method exhibits satisfactory performance in key tasks of MT-AP knowledge graph construction， providing technical support for metrology engineering of airborne products.

Key words: Large Language Model (LLM), multi-source heterogeneous data, airborne product, metrological traceability, Knowledge Graph (KG)

中图分类号:

TP391.1

师凯洲, 何旋, 候国义, 李根, 李泷杲, 黄翔. 基于大语言模型的机载产品计量溯源知识图谱构建方法[J]. 计算机应用, 2026, 46(4): 1086-1095.

Kaizhou SHI, Xuan HE, Guoyi HOU, Gen LI, Shuanggao LI, Xiang HUANG. Airborne product metrological traceability knowledge graph construction method based on large language models[J]. Journal of Computer Applications, 2026, 46(4): 1086-1095.

图/表 16

图1 机载产品计量溯源相关的数据类型与知识来源

Fig. 1 Data types and knowledge sources related to airborne product metrological traceability

图2 基于LLM的MT-AP知识图谱构建的整体架构

Fig. 2 Overall architecture of MT-AP knowledge graph construction based on LLM

表1 实体与属性定义

Tab. 1 Definitions of entities and attributes

子集	实体类别	中文称谓	主要属性内容
$E R$	PD	产品	产品名称，产品描述
	TI	技术指标	指标名称，指标描述
	PM	被测参数	参数名称，单位，范围或量值，允许误差
$E P$	PE	测试过程	过程名称，过程内容
$E E$	ME	测试方法	方法名称，方法内容
	TL	检测设备	设备名称，型号，厂商，测量范围或规格不确定度或精度等级，有效期，管理状态
	TR	检测人员	姓名，性别，学历，检定专业，证书号，部门
	BS	测试依据	测试依据名称，内容描述
	ENV	环境条件	环境条件名称，内容描述
$E M$	MA	计量专业	计量专业名称
	MI	计量项目	计量项目名称
	MST	计量标准器具	器具名称，证书号，机构，建标时间，有效期
	MSM	计量标准方法	方法名称，内容描述

表1 实体与属性定义

Tab. 1 Definitions of entities and attributes

子集	实体类别	中文称谓	主要属性内容
$E R$	PD	产品	产品名称，产品描述
	TI	技术指标	指标名称，指标描述
	PM	被测参数	参数名称，单位，范围或量值，允许误差
$E P$	PE	测试过程	过程名称，过程内容
$E E$	ME	测试方法	方法名称，方法内容
	TL	检测设备	设备名称，型号，厂商，测量范围或规格不确定度或精度等级，有效期，管理状态
	TR	检测人员	姓名，性别，学历，检定专业，证书号，部门
	BS	测试依据	测试依据名称，内容描述
	ENV	环境条件	环境条件名称，内容描述
$E M$	MA	计量专业	计量专业名称
	MI	计量项目	计量项目名称
	MST	计量标准器具	器具名称，证书号，机构，建标时间，有效期
	MSM	计量标准方法	方法名称，内容描述

表2 关系定义

Tab. 2 Definitions of relations

内外部子集	内容子集	关系类别	中文称谓	关系示例
$R I N$	$R S T$	SubPD	子产品	（e：液压油箱）—［r：SubPD］→（e：止回阀）
	$R S T$	SubTI	子指标	（e：环境适应）—［r：SubTI］→（e：湿热耐受）
	$R S T$	SubPM	子参数	（e：泄漏量）—［r：SubPM］→（e：时间）
	$R S T$	SubPE	子过程	（e：磨合试验）—［r：SubPE］→（e：进气测试）
	$R T M$	Next	下一步	（e：磨合试验）—［r：Next］→（e：旋件试验）
$R E X$	$R S T$	Has	有	（e：量块项目）—［r：Has］→（e：量块标准）
	$R S T$	HasTI	有技术指标	（e：液压邮箱）—［r：HasTI］→（e：温度耐受）
	$R S T$	HasPM	有参数	（e：温度耐受）—［r：HasPM］→（e：温度）
	$R S T$	ToBS	依据	（e：振动）—［r：ToBS］→（e：RTCA/DO-160G）
	$R S T$	ReTL	需求设备	（e：时间）—［r：ReTL］→（e：数采系统）
	$R S T$	ReTR	需求人员	（e：密封试验）—［r：ReTR］→（e：李工）
	$R S T$	ReENV	需求环境	（e：进气测试）—［r：ReENV］→（e：常温常压）
	$R O P$	OpTE	执行检定	（e：张工）—［r：OpTE］→（e：压力传感器）
	$R O P$	OpPE	执行过程	（e：耐压压力）—［r：OpPE］→（e：压力测试）
	$R O P$	GetV	量值获取	（e：开启压力）—［r：GetV］→（e：压力传感器）

表2 关系定义

Tab. 2 Definitions of relations

内外部子集	内容子集	关系类别	中文称谓	关系示例
$R I N$	$R S T$	SubPD	子产品	（e：液压油箱）—［r：SubPD］→（e：止回阀）
	$R S T$	SubTI	子指标	（e：环境适应）—［r：SubTI］→（e：湿热耐受）
	$R S T$	SubPM	子参数	（e：泄漏量）—［r：SubPM］→（e：时间）
	$R S T$	SubPE	子过程	（e：磨合试验）—［r：SubPE］→（e：进气测试）
	$R T M$	Next	下一步	（e：磨合试验）—［r：Next］→（e：旋件试验）
$R E X$	$R S T$	Has	有	（e：量块项目）—［r：Has］→（e：量块标准）
	$R S T$	HasTI	有技术指标	（e：液压邮箱）—［r：HasTI］→（e：温度耐受）
	$R S T$	HasPM	有参数	（e：温度耐受）—［r：HasPM］→（e：温度）
	$R S T$	ToBS	依据	（e：振动）—［r：ToBS］→（e：RTCA/DO-160G）
	$R S T$	ReTL	需求设备	（e：时间）—［r：ReTL］→（e：数采系统）
	$R S T$	ReTR	需求人员	（e：密封试验）—［r：ReTR］→（e：李工）
	$R S T$	ReENV	需求环境	（e：进气测试）—［r：ReENV］→（e：常温常压）
	$R O P$	OpTE	执行检定	（e：张工）—［r：OpTE］→（e：压力传感器）
	$R O P$	OpPE	执行过程	（e：耐压压力）—［r：OpPE］→（e：压力测试）
	$R O P$	GetV	量值获取	（e：开启压力）—［r：GetV］→（e：压力传感器）

图3 MT-AP知识图谱的基本链路关系示意图

Fig. 3 Basic link relationship diagram of MT-AP knowledge graph

图4 数据资源的解析流程

Fig. 4 Analysis flow of data resources

图5 生成式LLM的工作原理

Fig. 5 Working principle of generative LLM

表3 LLM工作模块的提示模板与基本提示词示例

Tab. 3 Prompt template and basic prompt examples for LLM work modules

工作模块	标识	提示模板与基本提示词示例
前置提示	F	你是一名机载产品计量检定领域专家
思考模块	T-M	以下内容是［introduction］，请分析［task］。内容：“［text］”。
判决模块	J-M	以下内容是［introduction］，请根据内容总结是否［task］，只回答“是”或者“否”。内容：“［text］”。
命名模块	N-M	以下内容是［introduction］，请为其命名。内容：“［text］”。只回答名字即可。
拆解模块	D-M	请将以下内容按照［task］进行文本拆分。内容：“［text］”。
提取模块	E-M	请从以下内容中提取所有［task］。内容：“［text］”。
结构化模块	S-M	输出格式：［format］。严格按照格式输出，不要输出其他内容。

表4 MT-AP知识图谱构建的关键任务

Tab. 4 Key tasks of MT-AP knowledge graph construction

任务名称	工作链设计	主要的实体与关系类型
技术指标梳理	（T-M）→（J-M）→（D-M，S-M）→（N-M）	（e：PD）—［r：HasTI］→（e：TI）
技术指标分层	（T-M）→（J-M）→（D-M，S-M）→（N-M）	（e：TI）—［r：SubTI］→（e：TI）
技术指标的被测参数提取	（T-M）→（J-M）→（E-M，S-M）	（e：TI）—［r：HasPM］→（e：PM）
被测参数解析	（T-M）→（J-M）→（E-M，S-M）	（e：PM）—［r：SubPM］→（e：PM）
测试过程层级分解	（T-M）→（J-M）→（D-M，S-M）→（N-M）	（e：PE）—［r：SubPE］→（e：PE）
测试过程时序分解	（T-M）→（J-M）→（D-M，S-M）→（N-M）	（e：PE）—［r：Next］→（e：PE）
测试过程与指标匹配	（T-M）→（J-M）→（E-M，S-M）→（J-M）	（e：TI）—［r：OpPE］→（e：PE）
测试过程与方法匹配	（T-M）→（J-M）→（E-M，S-M）→（J-M）	（e：PE）—［r：ToBS］→（e：ME）
测试过程与依据匹配	（T-M）→（J-M）→（E-M，S-M）→（J-M）	（e：PE）—［r：ToBS］→（e：BS）
参数量值获取过程	（T-M）→（J-M）→（E-M，S-M）→（J-M）	（e：PM）—［r：GetV］→（e：PE）
参数量值检测设备	（T-M）→（J-M）→（E-M，S-M）→（J-M）	（e：PM）—［r：ReTL］→（e：TL）
环境条件提取	（T-M）→（J-M）→（E-M，S-M）→（J-M）	（e：PE）—［r：ReENV］→（e：ENV）
被测参数计量规划溯源	（T-M）→（J-M）	（e：MI）—［r：Has］→（e：PM）

图6 基于LLM工作链的MT-AP知识图谱构建示例

Fig. 6 Example of MT-AP knowledge graph construction based on LLM workflow chains

表5 实验任务

Tab. 5 Experimental tasks

实验项目	考察内容	数据条数
技术指标命名	知识理解与命名能力	220
技术指标分层	文本拆分与知识解耦能力	173
被测参数提取	知识提取与结构化能力	243

表6 技术指标命名任务的评分结果

Tab. 6 Scoring results of technical index naming task

LLM	描述准确性专家评分结果			描述精炼性专家评分结果			技术指标命名总评
LLM	专家1	专家2	专家3	专家1	专家2	专家3	技术指标命名总评
Qwen2.5-7B-Instruct	0.950 0	0.883 3	0.916 7	0.933 3	0.900 0	0.958 3	0.922 2
InternLM3-8B-Instruct	0.908 3	0.808 3	0.875 0	0.766 7	0.758 3	0.958 3	0.849 4
GLM-4-9B-Chat	0.941 7	0.891 7	0.941 7	0.916 7	0.850 0	0.966 7	0.919 5
Gemma-2-9b-it	0.933 3	0.841 7	0.950 0	0.966 7	0.975 0	0.991 7	0.936 1

表7 技术指标分层任务的评分结果

Tab. 7 Scoring results of technical index layering task

LLM	技术指标分层专家评价结果			技术指标分层总评
LLM	专家1	专家2	专家3	技术指标分层总评
Qwen2.5-7B-Instruct	0.832 2	0.958 9	0.722 6	0.837 9
InternLM3-8B-Instruct	0.815 1	0.962 3	0.715 8	0.831 1
GLM-4-9B-Chat	0.575 3	0.736 3	0.619 9	0.643 8
Gemma-2-9b-it	0.849 3	0.921 2	0.743 2	0.837 9

表8 被测参数提取任务的评分结果

Tab. 8 Scoring results of test parameter extraction task

LLM	数据难度	输出格式	提取全面性	属性准确性	评分结果
Qwen2.5-7B-Instruct	复杂	0.964 3	0.758 9	0.872 4	0.865 9
Qwen2.5-7B-Instruct	简单	1.000 0	/	0.963 7	0.978 2
InternLM3-8B-Instruct	复杂	0.767 9	0.696 4	0.902 9	0.800 5
InternLM3-8B-Instruct	简单	0.938 9	/	0.916 0	0.925 2
GLM-4-9B-Chat	复杂	0.946 4	0.794 6	0.881 9	0.875 1
GLM-4-9B-Chat	简单	1.000 0	/	0.893 1	0.935 9
Gemma-2-9b-it	复杂	0.973 2	0.803 6	0.980 3	0.925 2
Gemma-2-9b-it	简单	0.984 7	/	0.996 2	0.991 6

表9 MT-AP知识图谱的运行环境

Tab. 9 Operating environment for MT-AP knowledge graph

类型	项目	名称
硬件环境	CPU	i9-12900K
	显卡	RTX4090
	内存	32 GB
软件环境	图数据库	neo4j 4.4.4 Community
	图数据库查询语言	Cypher
	图数据库java环境	JDK11
	LLM运行管理工具	Ollama
	脚本开发语言	Python3.9

图7 MT-AP知识图谱的构建结果

Fig. 7 Construction result of MT-AP knowledge graph

参考文献 28

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基于大语言模型的机载产品计量溯源知识图谱构建方法

Airborne product metrological traceability knowledge graph construction method based on large language models

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