機械結構設計知識重用機制的論文

機械結構設計知識重用機制的論文

　　1設計知識模型

　　機械結構設計過(guò)程中，設計過(guò)程首先受到設計規范知識的制約，所有的設計必須遵循國家、行業(yè)、部門(mén)的規范。在結構的設計與調優(yōu)過(guò)程中，還應充分領(lǐng)用領(lǐng)域知識引導設計與調優(yōu)，從而提高設計效率與優(yōu)化質(zhì)量。專(zhuān)家經(jīng)驗知識是結構設計過(guò)程中必不可少的知識，豐富的專(zhuān)家經(jīng)驗知識引導能夠縮短設計周期，保證結構的性能。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)例知識引導設計，也是提高設計效率的有效手段。在設計方案成形后，還應采用強度評價(jià)知識、剛度評價(jià)知識、外觀(guān)評價(jià)知識等對結構進(jìn)行評價(jià)。若結構滿(mǎn)足評價(jià)要求，則設計過(guò)程結束；否則，應重新利用領(lǐng)域知識、設計規范知識、專(zhuān)家經(jīng)驗知識等引導設計過(guò)程對設計方案進(jìn)行修改，直至結構的評價(jià)滿(mǎn)足要求。因此，從知識構成上，結構設計過(guò)程中的知識包含領(lǐng)域知識、設計規范知識、專(zhuān)家經(jīng)驗知識、歷史實(shí)例知識、強度評價(jià)知識、剛度評價(jià)知識、外觀(guān)評價(jià)知識等。各知識構成貫穿整個(gè)設計周期，且在不同的設計階段，角色不盡相同。為便于結構設計知識的表達、處理和重用，提出復雜機械結構設計知識模型。設計知識模型包含符號知識、樣本知識和評價(jià)知識等3部分。設計知識模型的符號知識是指用規范化的符號語(yǔ)言進(jìn)行描述的知識，主要包括領(lǐng)域知識、設計規范知識和專(zhuān)家經(jīng)驗知識。符號知識不僅便于經(jīng)驗的總結和歸納，也便于計算機實(shí)現。符號知識的求解依靠基于規則推理的求解技術(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、解釋機制良好、便于實(shí)現知識庫和推理機相分離等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在知識的任務(wù)依賴(lài)性較強、知識難以維護、推理耗時(shí)長(cháng)等缺點(diǎn)。設計知識模型的樣本知識是對歷史成功樣本的規范化描述，能夠表達符號知識難以描述的知識。樣本知識的處理采用基于實(shí)例推理的求解機制進(jìn)行求解，推理過(guò)程與設計人員的類(lèi)比思維過(guò)程相吻合，推理效率高，且能實(shí)現知識的自動(dòng)獲取，知識庫創(chuàng )建簡(jiǎn)單、快速，維護方便，能夠彌補基于規則推理求解機制的不足。設計知識模型的評價(jià)知識主要包含用于評價(jià)結構的數學(xué)模型和邏輯規則。評價(jià)知識用于結構設計過(guò)程中，評價(jià)結構的外觀(guān)、剛度、強度等性能，主要包含外觀(guān)評價(jià)知識、剛度求解知識、強度求解知識。通過(guò)評價(jià)知識的評價(jià)，保證結構在具有足夠的剛度、強度的同時(shí)，外形美觀(guān)。

　　2設計知識重用機制

　　設計知識貫穿于整個(gè)設計過(guò)程中，設計知識的處理、重用機制不僅影響著(zhù)設計質(zhì)量，也決定了設計效率。設計知識模型的樣本知識包含了歷史成功實(shí)例，應用基于實(shí)例推理的處理機制能夠模仿人類(lèi)專(zhuān)家設計的類(lèi)比思維，設計效率高，因此用于設計初期快速生成初始設計方案。設計知識模型的領(lǐng)域知識、設計規范知識、專(zhuān)家經(jīng)驗知識等符號知識處理效率較低，主要用于類(lèi)比設計后的結構合理化微調及類(lèi)比設計失敗時(shí)的重新設計。設計知識模型的評價(jià)知識作為評價(jià)結構性能的主要手段，實(shí)現在結構初始方案設計完成后對結構性能進(jìn)行評價(jià)并給出改進(jìn)依據。評價(jià)知識主要為結構強度、剛度評價(jià)模型和結構外觀(guān)評價(jià)模型。其中，剛度、強度主要通過(guò)有限元分析方法進(jìn)行計算，外觀(guān)采用符號推理的方式實(shí)現�；�于上述分析，構建復雜機械結構設計知識重用機制。設計時(shí)，設計人員通過(guò)系統人機界面對設計任務(wù)進(jìn)行描述，將相關(guān)設計要求傳遞給系統。系統獲取設計任務(wù)后，首先調用基于實(shí)例推理的推理模塊，在樣本知識庫的基礎上，模擬設計專(zhuān)家的類(lèi)比思維，從歷史成功實(shí)例中，查找與設計任務(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)例對設計任務(wù)要求的結構進(jìn)行類(lèi)比設計，并在設計完成后調用基于規則推理的模塊，在符號知識庫的基礎上對設計方案進(jìn)行微調，是結構更加符合設計任務(wù)要求，從而生成初始設計方案。若查找失敗，則在符號知識庫的基礎上調用基于規則推理的模型根據設計任務(wù)從頭開(kāi)始進(jìn)行結構方案設計，生成初始設計方案。當初始設計方案生成后，系統調用結構性能評價(jià)模塊，基于評價(jià)知識庫對結構進(jìn)行剛度、強度和外觀(guān)評價(jià)。若評價(jià)結構滿(mǎn)足設計要求，則輸出設計方案。若評價(jià)結果不滿(mǎn)足設計要求，則重新調用基于規則推理的符號知識處理機制，對結構方案進(jìn)行微調直至結構方案滿(mǎn)足設計要求。

　　3小結

　　探討了復雜機械結構設計中，充分利用領(lǐng)域知識、設計規范知識、專(zhuān)家經(jīng)驗知識、歷史實(shí)例知識等知識引導設計方向的必要性，提出了基于符號知識、樣本知識、評價(jià)知識的設計知識模型，并綜合利用基于規則推理和基于實(shí)例推理的機制，構建了復雜機械結構設計中知識的重用機制，提高了復雜機械結構設計的效率和智能化水平。