機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)重用機(jī)制

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1設(shè)計(jì)知識(shí)模型

機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)過程首先受到設(shè)計(jì)規(guī)范知識(shí)的制約，所有的設(shè)計(jì)必須遵循國(guó)家、行業(yè)、部門的規(guī)范。在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與調(diào)優(yōu)過程中，還應(yīng)充分領(lǐng)用領(lǐng)域知識(shí)引導(dǎo)設(shè)計(jì)與調(diào)優(yōu)，從而提高設(shè)計(jì)效率與優(yōu)化質(zhì)量。專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中必不可少的知識(shí)，豐富的專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)引導(dǎo)能夠縮短設(shè)計(jì)周期，保證結(jié)構(gòu)的性能。此外，借鑒歷史實(shí)例，從成功實(shí)例中挖掘吸取精華，充分利用歷史實(shí)例知識(shí)引導(dǎo)設(shè)計(jì)，也是提高設(shè)計(jì)效率的有效手段。在設(shè)計(jì)方案成形后，還應(yīng)采用強(qiáng)度評(píng)價(jià)知識(shí)、剛度評(píng)價(jià)知識(shí)、外觀評(píng)價(jià)知識(shí)等對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)價(jià)。若結(jié)構(gòu)滿足評(píng)價(jià)要求，則設(shè)計(jì)過程結(jié)束；否則，應(yīng)重新利用領(lǐng)域知識(shí)、設(shè)計(jì)規(guī)范知識(shí)、專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)等引導(dǎo)設(shè)計(jì)過程對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改，直至結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)滿足要求。因此，從知識(shí)構(gòu)成上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的知識(shí)包含領(lǐng)域知識(shí)、設(shè)計(jì)規(guī)范知識(shí)、專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、歷史實(shí)例知識(shí)、強(qiáng)度評(píng)價(jià)知識(shí)、剛度評(píng)價(jià)知識(shí)、外觀評(píng)價(jià)知識(shí)等。各知識(shí)構(gòu)成貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)周期，且在不同的設(shè)計(jì)階段，角色不盡相同。為便于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)的表達(dá)、處理和重用，提出復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)模型。設(shè)計(jì)知識(shí)模型包含符號(hào)知識(shí)、樣本知識(shí)和評(píng)價(jià)知識(shí)等3部分。設(shè)計(jì)知識(shí)模型的符號(hào)知識(shí)是指用規(guī)范化的符號(hào)語言進(jìn)行描述的知識(shí)，主要包括領(lǐng)域知識(shí)、設(shè)計(jì)規(guī)范知識(shí)和專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。符號(hào)知識(shí)不僅便于經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和歸納，也便于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。符號(hào)知識(shí)的求解依靠基于規(guī)則推理的求解技術(shù)，這種求解技術(shù)屬于邏輯思維，具有簡(jiǎn)單、靈活和易于理解、解釋機(jī)制良好、便于實(shí)現(xiàn)知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)相分離等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在知識(shí)的任務(wù)依賴性較強(qiáng)、知識(shí)難以維護(hù)、推理耗時(shí)長(zhǎng)等缺點(diǎn)。設(shè)計(jì)知識(shí)模型的樣本知識(shí)是對(duì)歷史成功樣本的規(guī)范化描述，能夠表達(dá)符號(hào)知識(shí)難以描述的知識(shí)。樣本知識(shí)的處理采用基于實(shí)例推理的求解機(jī)制進(jìn)行求解，推理過程與設(shè)計(jì)人員的類比思維過程相吻合，推理效率高，且能實(shí)現(xiàn)知識(shí)的自動(dòng)獲取，知識(shí)庫(kù)創(chuàng)建簡(jiǎn)單、快速，維護(hù)方便，能夠彌補(bǔ)基于規(guī)則推理求解機(jī)制的不足。設(shè)計(jì)知識(shí)模型的評(píng)價(jià)知識(shí)主要包含用于評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型和邏輯規(guī)則。評(píng)價(jià)知識(shí)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的外觀、剛度、強(qiáng)度等性能，主要包含外觀評(píng)價(jià)知識(shí)、剛度求解知識(shí)、強(qiáng)度求解知識(shí)。通過評(píng)價(jià)知識(shí)的評(píng)價(jià)，保證結(jié)構(gòu)在具有足夠的剛度、強(qiáng)度的同時(shí)，外形美觀。

2設(shè)計(jì)知識(shí)重用機(jī)制

設(shè)計(jì)知識(shí)貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)知識(shí)的處理、重用機(jī)制不僅影響著設(shè)計(jì)質(zhì)量，也決定了設(shè)計(jì)效率。設(shè)計(jì)知識(shí)模型的樣本知識(shí)包含了歷史成功實(shí)例，應(yīng)用基于實(shí)例推理的處理機(jī)制能夠模仿人類專家設(shè)計(jì)的類比思維，設(shè)計(jì)效率高，因此用于設(shè)計(jì)初期快速生成初始設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)知識(shí)模型的領(lǐng)域知識(shí)、設(shè)計(jì)規(guī)范知識(shí)、專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)等符號(hào)知識(shí)處理效率較低，主要用于類比設(shè)計(jì)后的結(jié)構(gòu)合理化微調(diào)及類比設(shè)計(jì)失敗時(shí)的重新設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)知識(shí)模型的評(píng)價(jià)知識(shí)作為評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)性能的主要手段，實(shí)現(xiàn)在結(jié)構(gòu)初始方案設(shè)計(jì)完成后對(duì)結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)并給出改進(jìn)依據(jù)。評(píng)價(jià)知識(shí)主要為結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度評(píng)價(jià)模型和結(jié)構(gòu)外觀評(píng)價(jià)模型。其中，剛度、強(qiáng)度主要通過有限元分析方法進(jìn)行計(jì)算，外觀采用符號(hào)推理的方式實(shí)現(xiàn)。基于上述分析，構(gòu)建復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)重用機(jī)制。設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員通過系統(tǒng)人機(jī)界面對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行描述，將相關(guān)設(shè)計(jì)要求傳遞給系統(tǒng)。系統(tǒng)獲取設(shè)計(jì)任務(wù)后，首先調(diào)用基于實(shí)例推理的推理模塊，在樣本知識(shí)庫(kù)的基礎(chǔ)上，模擬設(shè)計(jì)專家的類比思維，從歷史成功實(shí)例中，查找與設(shè)計(jì)任務(wù)最匹配的歷史實(shí)例。如果查找成功，則基于成功的歷史實(shí)例對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)要求的結(jié)構(gòu)進(jìn)行類比設(shè)計(jì)，并在設(shè)計(jì)完成后調(diào)用基于規(guī)則推理的模塊，在符號(hào)知識(shí)庫(kù)的基礎(chǔ)上對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行微調(diào)，是結(jié)構(gòu)更加符合設(shè)計(jì)任務(wù)要求，從而生成初始設(shè)計(jì)方案。若查找失敗，則在符號(hào)知識(shí)庫(kù)的基礎(chǔ)上調(diào)用基于規(guī)則推理的模型根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)從頭開始進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，生成初始設(shè)計(jì)方案。當(dāng)初始設(shè)計(jì)方案生成后，系統(tǒng)調(diào)用結(jié)構(gòu)性能評(píng)價(jià)模塊，基于評(píng)價(jià)知識(shí)庫(kù)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行剛度、強(qiáng)度和外觀評(píng)價(jià)。若評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求，則輸出設(shè)計(jì)方案。若評(píng)價(jià)結(jié)果不滿足設(shè)計(jì)要求，則重新調(diào)用基于規(guī)則推理的符號(hào)知識(shí)處理機(jī)制，對(duì)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行微調(diào)直至結(jié)構(gòu)方案滿足設(shè)計(jì)要求。

3小結(jié)

探討了復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，充分利用領(lǐng)域知識(shí)、設(shè)計(jì)規(guī)范知識(shí)、專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、歷史實(shí)例知識(shí)等知識(shí)引導(dǎo)設(shè)計(jì)方向的必要性，提出了基于符號(hào)知識(shí)、樣本知識(shí)、評(píng)價(jià)知識(shí)的設(shè)計(jì)知識(shí)模型，并綜合利用基于規(guī)則推理和基于實(shí)例推理的機(jī)制，構(gòu)建了復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中知識(shí)的重用機(jī)制，提高了復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效率和智能化水平。

作者：黃昕龍 吳新江 單位:福建江夏學(xué)院