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一、引言
产品设计是制造业的核心,产品的结构、功能、质量、成
本、交货时间、产品可制造性、可维修性、报废后的处理,以
及人、机和环境关系等与产品的设计阶段有密切关系。随着产品结
构越来越复杂,功能越来越趋向于集成化和复合化,新产品研发所
需要的知识也是越来越多。
现代产品设计是一个知识驱动的创造性过程,它包含了对知
识的继承、集成、创新和管理。
基于知识的工程(KnowledgeBasedEngineering-KBE正是
面向现代设计要求而产生、发展的新型智能设计方法和设计决策自
动化的重要工具,已经成为促进工程设计智能化的重要途径。
英国Warwick制造组的Chapman指出,在2010年,
KBE对于企业的重要性,就同CAD/CAE/CAM在20世纪
90年代给全球工业界带来的变革同样重要。美国、德国的领先
制造企业也将KBE作为公司发展战略中信息领域的关键技术,并
获得可喜的收获。
CAD(计算机辅助设计)技术极大地改变了人类的设
计方式,由最原始的画图板设计,进入二维数字化设计,再
进入三维数字样机,设计师一次次地感受到它对设计质量和效率的
极大提升。
但随着企业信息化进程的不断深入,对设计软件的要求也越
来越高,不再满足于利用三维软件的按部就班的建模设计,更多地
期待将行业或企业设计知识、专家经验等融入到三维设计过程及模
型中,实现设计自动化。
本文我们将讨论KBE技术在SOLIDWORK歎件中的应用,以及
如何将专家经验集成到设计流程中,实现更快速、更准确的设计自
动化。
二、KBE的概念
20世纪90年代开始,以CAD/CAE/CAM/PDM/AI技术集成
作为典型特征的知识工程(KnowledgeBasedEngineering,简
称KBE)技术开始在工业领域广泛应用。英国Coventry
大学的KBE中心认为KBE系统是一种存储并处理与产品模型有关
的知识,并基于产品模型的计算机系统;美国Washington大学认
为KBE是一种设计方法学,将与下一代CAD技术紧密结合。它使用
启发式的设计规则,将涵盖构件、装配和系统的开发。
KBE的本质就是知识的再利用,即工业产品在其生命周期的
每个阶段,是否能够充分利用各种实践经验、专家知识及其他有关
信息。
要想从设计、分析到制造的每个阶段都有效地利用KBE
系统,就要求KBE系统具有柔性、开放性、可重用性并可用户
化。KBE系统是深层次内嵌于CAX(CAD/CAM/CAE/CAPP)和AI
(人工智能)系统中,而不是简单地添加到一个已存在的系统中。因
此,KBE系统应具有下面几个基本功能。
:就是从行业专家获取领域知识并将其
转化为知识库,主要通过以下3种方式。
(1)从书本获取知识,如国标、设计规范、图表等。
(2)与专家交流获取知识。
(3)通过学****积累或数据挖掘的方式获得新知识。
:主要研究用什么样的方式将解决问题
所需的知识存储到计算机中,便于计算机处理。知识表示分为规
则、逻辑和框架等。规则是指一种行为的描述,这种行为对应于
一定的输入,可以引用各种形式的知识库,并按照对应的逻辑条件
产生一定的结果,如特征造型、参数计算、指定种类的选择,或是
违反约束时产生警告等。
:从事例库中提取
相似的案例进行设计,即从已有的知识中推导出所需要的结论和知
识。有基于规则,基于事例,基于模型和混合/人工神经网络等
4种方式。
三、KBE的目的
KBE技术的最终目的就是利用KBE技术,结合
CAD/CAM/CAE/CAPP等软件,实现设计自动化。对产品系列丰富,
提供按订单设计生产型公司尤其重要。
(1)将重复的任务自动化。自动生成产品三维、二维设计