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

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

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)?;谏鲜龇治?,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

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