（机械制造及其自动化专业论文）基于知识的计算机辅助夹具设计支持技术研究.pdf

基于知识的计算机辅助夹具设计支持技术研究+ 机械制造及其自动化专业 博士研究生徐雷指导教师殷国富 夹具作为机械制造业中的一种重要的工艺装备，直接影响产品的质量和研制周期 缩短夹具设计周期。提高夹具的设计质量是计算机辅助工艺装各研究的重要领域，也是 提高企业快速反应能力的一个关键环节。夹具设计过程是一个基于经验的机械结构设计 问题，需要设计者具备关于设计问题的大量、全面的知识和经验现有的基于通用c a d 软件环境的计算机辅助夹具设计系统仅能完成一些诸如绘图、三维建模等方面的工作， 在夹具设计过程的集成、设计资源的共享与智能化、知识的处理和重用等方面还不能提 供有效的计算机辅助设计的支持技术。如何将具有多样性、复杂性、经验性、不确定性 等特点的夹具知识形式化、数字化并以显式的方式保存下来，提高夹具设计的智能化程 度，是计算机辅助夹具设计技术领域的前沿研究问题之一 本论文在国家自然科学基金项目和四川省应用基础研究项目的资助下，针对目前计 算机辅助夹具设计技术研究中存在的问题，将知识工程与夹具设计过程结合起来，重点 研究夹具设计知识描述、分类、发现以及重用的基本原理和智能化夹具设计中的知识求 解技术，探讨一种能支持夹具整个设计过程的智能求解技术，开发基于集成知识资源的 计算机辅助夹具设计支持系统。本文的研究成果和特色如下： ( 1 ) 在分析基于知识的计算机辅助夹具设计支持系统的的功能需求及其与传统计 算机辅助夹具设计系统区别的基础上，构建了由界面层、应用程序服务器层和资源层形 成的计算机辅助夹具设计支持系统的总体层次体系结构。提出了一种由资源分系统、设 计分系统、计算分系统、管理分系统和信息交换分系统所组成的计算机辅助夹具设计支 持系统的软件功能模型，通过5 个功能分系统的协同工作而形成一种支持夹具智能化设 计的环境平台 ( 2 ) 详细分析了夹具设计信息，提出夹具元特征的概念，建立了集成定位元特征、 夹紧元特征、元件元特征、装配元特征、精度元特征、性能分析元特征的夹具信息模型， 并采用b o o c h 方法建立了与夹具设计相关的产品信息模型和制造信息模型，使其为设 本文受目家自然科学基金项目- 基于产品四维信息建模的机槭设计知识爱瑰技术( 蕾号：5 0 2 7 5 1 0 0 ) 四川省应用基磕 嘎且。基于w c b 技术的机床史具同络协同设计方j 圭与实施技术。( 编号：0 1 c y o s l 一2 9 ) 瓷助 i 四川大学博士学位论文 计制造过程中所有要求夹具输入的活动提供足够的信息支持。在此基础上，研究了信息 集成和信息共享的实施技术。 ( 3 ) 在对夹具设计知识形态分析的基础上，提出基于知识元的设计知识统一描述 方法。采用面向夹具设计知识重用的知识模型构建方法。针对夹具设计知识分为由工件 几何、夹具元件等知识元组成的重用型设计知识和由夹具设计过程中所应用的推理过程 组成的决策型设计知识两种类型，将知识模型分为综合任务和分析任务，定义了可以用 于知识共享的知识元对象的知识模板，从而缩短知识模型的开发时间。 ( 4 ) 为了实现这些知识资源的有效共享，采用面向夹具的设计过程基于主题的方 法构建了包括设计资源库、设计实例库、设计知识库和设计模型库所组成的夹具集成知 识资源平台，采用多维数据模型结构实现资源库之间的协同工作。其中实例库的构建采 用多层次抽象实例库结构，设计了一种改进的层次凝聚法对实例数据进行聚类分析，并 定义了夹具设计知识库的关系存储模型。同时重点研究了产品设计支持系统中的关键问 题一零件库的构建，提出了一种将工程设计中的零件库信息抽象为类层、实例层和具体 实例层的三层结构模式，形成工程设计中数字化零件库系统的多表达机制。 ( 5 ) 提出了“规则+ 实例”的混合知识推理方法，并应用在夹具的方案设计中。研 究了方案实例推理中的相似度计算模型以及获取的方案实例的修改和调整方法。在夹具 配置设计中。提出基于功能实例推理的设计方法，通过将夹具结构功能性分解进行实例 推理，获取的配置实例可以采用基于几何和基于功能两方法进行冲突裁决。 ( 6 ) 在采用面向对象方法建立的夹具装配稹型的基础上，提出了基于需求功能 特征结构( r e q u i r e m e n t - f u n c t i o n f e a t u r e - s t r u c t u r e 。r f f s ) 的映射模型，建立了工件装 夹面域的关联网络模型，定义了组合夹具元件的有向装配关系图( m o d u l a re l e m e n t a s s e m b l yr e l a t i o ng r a p h ，m f e a r g ) ，建立了夹具元件的装配关系库，在此基础上研究 了夹其组件的生成和组装算法。 ( 7 ) 采用基于插件的开发技术、分布式组件策略、软件复用技术和o l e 自动化技 术等设计策略开发研制出由资源分系统、设计分系统、计算分系统、管理分系统和信息 交换分系统组成的原型软件系统。用实例验证了本文所提出的体系结构、关键技术和实 施方法。 关键词：夹具设计；知识模型；信息共享；计算机辅助夹具设计：知识库；实例推理：映 射模型：相似度计算 a b s t r a c t r e s e a r c ho ns u p p o r t t e c h n o l o g yf o rk n o w l e d g e b a s e d c o m p u t e r a i d e df i x t u r ed e s i g n + m a j o r ：m e c h a n i e a lm a n u f a c t u r i n ga n da u t o m a t i o n p h d c a n d i d a t e ：x ul e i s u p e r v i s o r p r o f y i ng u o f u a sa ni m p o r t a n tp r o c e s se q u i p l m e r i ti nm e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n g ，f i x t u r ee f f e c tp r o d u c t q u a l i t ya n dl e a d - t i m ed i r e c t l y s h o r t e nf i x t u r ed e s i g nc y c l ea n di m p r o v i n gd e s i g nq u a l i t yi sa v e r yi m p o r t a n tr e s e a r c hf i e l di nc o m p u t e ra i d e dt o o t i n g a sw e l la sk e yf a c t o ri ne n h a n c i n g e n t e r p r i s er a p i dr e s p o n da b i l i t y f l x t o r ed e s i g np r o c e s si sam e c h a n i c a ls t r u c t u r ed e s i g n p r o b l e mb a s e d o ne x p e r i e n c e ，8 0e n o u g ha n dc o m p r e h e n s i v ek n o w l e d g ea n de x p e r i e n c ea b o u t d e s i g np r o b l e ma r en e e d e df o rd e s i g n e r s n o wa v a i l a b l ec o m p u t e ra i d e df i x t u r ed e s i g n s y s t e m sb a s e do ng e n e r a lc a d s o f t w a r ee n v i r o n m e n tj u s tc a nd ot h ef o l l o w i n gw o r ks u c ha s d r a w i n go r3 dm e d e h n g ，b u tc a nn o tp r o v i d ee f f e c t i v ec o m p u t e ra i d e ds u p p o r tt e c h n o l o g yi n f i x t u r ed e s i g np r o c e s si n t e g r a t i o n ，d e s i g nr e s o l u v , es h a r i n ga n di n t e l t i g e n t i z i n g 。k n o w l e d g e m a n a g e m e n ta n dr e u s e ，e t c h o wt of o r m a l i z ea n dd i g i t i z e f i x t u r e k n o w l e d g ew h i c h c h a r a c t e f i z e db yd i v e r s i t y , c o m p l e x i t y , e m p i r i c a l ，u n c e r t a i n n e s s 。e t u ，s oa st op r e s e r v et h e mi n e x p l i c i tf o r m sa n dr a i s et h el e v e lo fi n t e l l i g e n c ei so n eo ft h el e a d i n gs t u d i e si nc o m p u t e r a i d e df i x t u r ed e s i g ns y s t e m s u p p o r t e db yt h ep r o j e c to fn a t i o n a ln a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o na n ds i c h u a np r o v i n c e a p p l i c a t i o nf o u n d a t i o n , o r i e n t e d 砒p r o b l e m se 】【i s t e di nn o wa v a i l a b l ec o m p u t e ra i d e df i x t u r e d e s i g ns y s t e m , c o m b i n i n gk n o w l e d g ee n g i n e e r i n gw i t hf i x t u r ed e s i g np r o c e s s ，t h i sr e s e a r c h f o c u s e su p o nt h eb a s i cp r i n c i p l e so ff i x t u r ed e s i g nk n o w l e d g ed e s c r i p t i o n , c l a s s i f i c a t i o n ， d i s c o v e r y 。r e u s ea n dk n o w l e d g es o l v i n gt e c h n o l o g yi ni n t e l l i g e n tf i x t u r ed e s i g n 。s oa st o e x p l o r ea l li n t e l l i g e n ts o l v i n gt e c h n o l o g yw h i c hc a ns u p p o r tc o m p r e h e n s i v e l yt h ew h o l e p r o c e s so ff i x t u r ed e s i g na n dd e v e l o pc o m p u t e ra i d e df i x t u r ed e s i g ns u p p o r ts y s t e mb a s e d i n t e g r a t e dk n o w l e d g er e s o o r c c t h ea c h i e v e m e n t sa n dh i g h l i g h t so ft h i sr e s e a r c ha r ea s f o 1 0 w s ： ( 1 ) f u n c t i o nr e q u i r e m e n t so fk n o w l e d g e - b a s e dc o m p u t e ra i d e df i x t u r ed e s i g ns u p p o r t t h er e s e a r c h w o r k 括* u p p 0 啦d b y t h e p r o j e c t o f a a t i o n a ln , g t q 曲l * c - i e a e z f b u n 删 m e c h a n i c a ld e s i g n i m o w l e d s cd i 牡帽了 t e c h n o l o g yb a s e d o u p r o d u c t f o u r d i m e a s i o n a l i n f o f m a u o n m o d e l l i n 8 n o 5 0 2 7 5 1 0 0a n d t h e p r o j e c t o f s i c h u a n p r o v t a c e a p p f i c a t i o n 如q m h 咖 w 1 a c h i a e f i x u m s c o o r d i n a t e d e s i g n m e t h o da n da p p l i c a u a u t e c h n o l o g y b a s e d o e w e b ”( n o 0 1 c y 0 5 1 - 2 9 ) m 四川大学博士学位论文 s y s t e ma r ea n a l y z e d ，a sw e l la si t sd i f f e r e n c e sc e m p a r ew i t he x i s t i n gc o m p u t e ra i d e df i x t u r e d e s i g ns y s t e m s t h ea r c h i t e c t u r a ls t r u c t u r eo fc o m p u t e ra i d e df i x t u r ed e s i g ns u p p o r ts y s t e m c o m p r i s e si n t e r f a c el e v e l ，a p p l i c a t i o np r o g r a ms e r v e rl e v e la n dr e s o u r c el e v e ls o f t w a r e f u n c t i o nm o d e lo f c o m p u t e ra i d e df u t t u r ed e s i g ns u p p o r ts y s t e mw h i c hi sc o m p o s eo f r e s o u r c e s u b s y s t e m , d e s i g ns u b s y s t e m , c a l c u l a t i o ns u b s y s t e m , m a n a g e m e n ts u b s y s t e ma n di n f o r m a t i o n e x c h a n g es u b s y s t e m i sp r e s e n t e d ，a n da l le n v i r o n m e n tp l a t f o r mw h i c hc a r ls u p p o r ti n t e l f i g e n t f i x t u r ed e s i g ni sf o r m e d ( 2 ) o nt h eb a s i so fa n a l y z i n gf i x t u r ed e s i g ni n f o r m a t i o ni nd e t a i l ac o n c e p to ff i x t u r e m e t e f e a t u r ei sp u tf o r w a r d ，a n daf i x t u r ei n f o r m a t i o nm o d e lw h i c hi sa l li n t e g r a t i o no fs u c h m e t e f e a t u r e sa sl o c a t i o n 。c l a m p i n g 。e l e m e n la s s e m b l y , p r e c i s i o n ，p e r f o r m a n c ea n a l y s i si ss e t u p a n dp r o d u c ti n f o r m a t i o nm o d e la n dm a n u f a c t u r i n gm o d e lw h i c hr e l e v a n tt of i x t u r ed e s i g n p r o c e s si sb u i l tb ya d o p t i n gb o o c hm e t h o d t h e s em o d e l sm e n t i o n e da b o v ec a np r o v i d e e n o u g hi n f o r m a t i o ns u p p o r tf u ra l la c t i v i t yt h a tr e q u i r i n gf i x t u r ei n p u ti nd e s i g na n d m a n u f a c t u r i n gp r o c e s s i m p l e m e n t a t i o nt e c h n o l o g yo fi n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o na n ds h a r i n gi s r e s e a r c h e d ( 3 ) a n a l y z i n gt h e f i x t u r ed e s i g nk n o w l e d g ep a r e r n s ，au n i f i e dd e s i g nk n o w l e d g e d e s c r i b i n gm e t h o db a s e do nk n o w l e d g ee l e m e n ti sp r o p o s e d ak n o w l e d g em o d e lc o n s t r u c t m e t h o do r i e n t e dt of i x t u r ed e s i g nk n o w l e d g er e - u s a g ei sa d o p t e d ，a n da i m i n ga tt h a tf i x t u r e d e s i g nk n o w l e d g ei sc l a s s i f i e di n t or e u s a b l ed e s i g nk n o w l e d g ew h i c hi n c l u d i n gw o r k - p i e c e g e o m e t r y , f i x t u r ee l e m e n t , e t c ，a n dd e c i s i o n a ld e s i g nk n o w l e d g ew h i c ha p p l i e di nf i x t u r e d e s i g np r o c e s s ，k n o w l e d g em o d e li sc l a s s i f i e di n t os y n t h e t i ct a s ka n da n a l y s i st a s k , a n dt h e k n o w l e d g et e m p l a t eo f t h ek n o w l e d g ee l e m e n t so b j e c tw h i c hc a l lb es h a r e di sd e f i n o d , 8 0a st o s h o r t e nt h et i m eo f d e v e l o p i n gak n o w l e d g em o d e l ( 4 ) a i m i n ga tk n o w l e d g ee f f e c t i v es h a r i n g 。a d a p t i n gt b e m c - b a s o dm e t h o do r i e n t e dt o d e s i g np r o c e s s ，f i x t u r ei n t e g r a t e dk n o w l e d g er e s o u r c ep l a t f o r mw h i c hi n c l u d i n gd e s i g n r e s o u l v , 2b a s e d e s i g nc a s eb a s e ，d e s i g nk n o w l e d g eb a s ea n dd e s i g nm o d e lb a s ei sb u i l t , t h e c o o r d i n a t e dw o r kb e t w e e nt h e s eb a s e si sa c h i e v e db ym u l t i - 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c a s e ”h y b r i dk n o w l e d g er e a s o n i n gm e t h o di sp r o p o s e da n du s e di nf i x t u r e p l a n n i n g s i m i l a r i t y c a l c u l a t i o nm o d e l sa n da c q u i r e dc a s em o d i f i c a t i o nm e t h o d sa r e a b m a c t r e s e a r c h e d af u n c t i o n - c a s e b a s e dr e a s o n i n gd e s i g nm e t h o db yc o m p r i s i n gf i x t u r es 咖c 眦 f u n c t i o n a l l yi sa p p r o a c h e di nf i x m r ec o n f i g u r a t i o nd e s i g n ，c o n f l i c tj u d g m e n tc r n b ea c h i e v e d e i t h e rb ym e t h o db a s e dg e o m e t r yo rb ym e t h o db a s e df u n c t i o ni na c q u i r e dc o n f i g u r a t i o nc a s c ( 6 ) ar e q u i r e m e n t - f o n c t i o n f e a t u r e s m l c t u r em a p p i n gm o d e l i sp r e s e n t e d a c c o r d i n gt o t h ef i x t u r e a s s e m b l ym o d e l ，w h i c h i sc o n s t r u c t e db a s e do no r i e n t e d - o b j e c tm e t h o d i n t e r r e l a t e dn e t w o r km o d e lo fw o r k - p i e c ef i x t u r e - f a c e si se s t a b f i s h e d ad i r e c t e da s s e m b l y r c l a f i o ng r a p ho r i e n t e dm o d u l a rf u t t u r ee l e m e n ti sd e f i n e d ，t h ec o r r e s p o n d i n ga s s e m b l y r e l a t i o nb a s ei sb u i l t , a n df i x t u r ec o m p o n e n tg e n e r a t i o na n df a b r i c a t i 衄a r i t h m e t i ca r e r e s e a r c h e d ( 7 ) b ya d o p t i n gd e v e l o p i n gt e c h n o l o g yb a s e do np l u g i n ，d i s t r i b u t e dc o m p o n e n ts t r a t e g y , s o f t w a r er e u s et e c h n o l o g ya n do l ea u t o m a t i o nt e c h n o l o g y , as o f t w a r es y s t e mi sd e v e l o p e d w h i c hi s c o m p o s e do fg e s o u r c es u b s y s t e m , d e s i g ns u b s y s t e m , c a l c u l a t i o ns u b s y s t e m , m a n a g e m e n ts u b s y s t e ma n di n f o r m a t i o ne x c h a n g i n gs u b s y s t e m a ne x p e r i m e n t a lp r o t o t y p e s y s t e mi ss u c c e s s f u u yd e v e l o p e df o rv e r i f i c a t i o no ft h ea r c h i t e c t u r e ，k e yt e c h n o l o g i e sa n d i m p l e m e n t i n gm e t h o d s k e yw o r d s ：f i x t u r ed e s i g n ；k n o w l e d g em o d e l ；i n f o r m a t i o ns h a r i n g ；c o m p u t u ra i d e d f u t t u r ed e s i g n ；k n o w l e d g eb a s e ；c a s e - b a s e dr e a s o n i n g ；m a p p i n gm o d e l ；s i m i l a r i t y c a l o n l a t l o n v 1 绪论 1 绪论 夹具设计水平对于传统制造以及现代的柔性和敏捷制造均有十分重要的影响，它直 接影响加工精度、产品成本和加工周期。现有的计算机辅助夹具设计系统在夹具设计过 程的集成、设计资源的共享与智能化、知识的处理和重用等方面还不能为夹具设计提供 有效的和全面的设计支持本论文针对制造业信息化技术的发展需要，进行基于知识的 计算机辅助夹具设计支持系统的研究。本章在分析制造业所面临的变化、计算机辅助夹 具设计所面临问题的基础上，通过综述计算机辅助夹具设计的国内外研究概况、存在问 题以及计算机辅助夹具设计系统的发展趋势，介绍本文的课题背景和研究意义，提出本。 论文研究工作的主要内容和技术路线。 1 1 论文研究工作的意义与背景 当前，制造业所面对的市场和社会经济环境己发生了根本的变化，世界制造业正面 对着一个“顾客驱动市场”、“市场主导生产”，不确定而又急剧变化的市场在这种 激烈变化的市场环境下，制造企业的生产模式己开始从大批量少品种生产、多层次的垂 直管理和严格的生产计划控制，向中小批量多品种生产和快速灵活、高度柔性的生产控 制的方式转变。制造企业在产品开发方面面临的变化和特征是“1 ：( 1 ) 由于市场需求的 多样化，企业为适应市场而进行产品开发的工作量和复杂性急剧增加。( 2 ) 产品寿命周 期缩短。市场需求的快速变化和激烈的市场竞争，使企业投入市场的产品品种多，产品 的寿命周期缩短，更新加快的趋势越来越明显。( 3 ) 新产品知识含量增加。一方面，顾 客对产品的求新、求异、求全和求好的要求及企业对产品利润与高附加价值的追求，促 使企业在新开发的产品中积极采用各种高新技术，使新产品自身的知识含量提高。另一 方面，基于高新技术的各种新产品开发手段，在缩短开发周期、提高开发的成功率和进 而迅速占领市场的过程中起着越来越大的作用 这样一种市场竞争环境下，新产品上市速度成为竞争的一个焦点这就要求企业必 须具备快速响应市场的能力但是，由于企业首先考虑解决新产品的设计问题和加工设 备问题，而造成生产准备工作的一个重要环节，即工装的设计与准备落后于产品设计， 影响了产品的快速反应“经过几年的新技术实践，制造行业已领会到，要缩短产品生 产周期，必须以有效的方式充分挖掘生产准备的各个环节的潜力，构建一个能支持快速 产品制造的生产准备系统所以如何压缩工具或工艺装备设计所需要的生产准备时间及 设计制作成本，成了计算机辅助工艺装备( c o m p u t e r a i d e d t o o l i n g ，简称c a t ) 研究的 重要领域夹具和模具是各类工具中最复杂和随产品不同而专用化程度最高的工艺设 备其中模具c a d 研究开始较早。并已经在市场上出现了一些商品化的设计软件，在部 1 四川大学博士学位论文 分模具设计过程中得到了不同程度的应用。但是由于夹具结构依赖于产品的结构特征和 企业的工艺水平，因而使其结构设计变得复杂和不确定性，各种计算机辅助工程并未使 夹具设计领域有更大的受益，夹具设计仍是企业制造过程中提高生产效率的瓶颈问题之 一 夹具作为一种特殊的产品，需要丰富的设计经验，设计人员的经验与技能将直接影 响着设计结果。而现有的一些通用c a d 软件只能完成一些诸如绘图，三维建模等方面的 工作，计算机对辅助设计人员进行夹具l 绽计非常有限。设计的自动化程度也很低，要实 现夹具设计的智能化，所开发的夹具设计系统必须能够继承夹具设计人员优秀的设计知 识、经验与技能。运用知识工程可以将这些设计经验进行综合，提炼，改进和组合，以 形成智能化的设计系统。 1 0 2 基于知识的计算机辅助夹具设计支持系统的理论基础 1 0 2 1 设计智能化问题 人类的设计活动在本质上是一个复杂的智能决策过程在产品开发过程中，产品方 案的确定、分析模型的建立、主要参数的决策、几何结构设计的评价选优等环节，都需 要设计人员的创造性与经验，它们完全依赖于设计人员的思考和推理。所谓智能设计 就是针对计算机的设计活动，使计算机具有模拟人类在设计活动中的智能决策的功能。 近年来掘起的人工神经网络就是研究脑，利用脑的生动实例。然而人类对于脑的认识还 非常有限，人工神经网络是对人脑某一层面非常简单的模拟。人工智能研究进展缓慢时 制约计算机智能化的重要原因。尽管如此，智能化仍然是计算机领域未来的重要研究方 向。 在产品设计方面，智能设计主要研究将c a d 技术与a i 技术相融合，也就是能够对设 计活动中的决策过程给予支持。因为传统c a d 技术都以数值计算为基础，对设计决策问 题的处理工作很困难，因此必须引进人工智能的原理和方法，通过构建知识模型，采用 智能化产品开发模式，以适应创造性设计的要求。智能化产品开发模式采用人工智能的 原理和方法，如专家系统、知识工程等，并结合当前c a d 技术。旨在全部或部分的实现 传统设计模式中由设计人员依靠经验来实现的创造性工作 由于智能化产品开发模式在产品开发设计过程中能进行分析、推理、判断、构思、 决策等智能活动，在一定程度上扩大、延伸了传统产品开发模式的智能性但智能产品 开发模式仍然以c a d 软件为主要产品开发平台，因此需要考虑将基于知识的设计模型与 已有c a d 工具的关联。 1 2 2 人工智能与专家系统技术 人工智能是计算机科学的一个领域，它运用各种不同的编程技术和编程语言，利用 2 1 绪论 计算机模拟人类思考问题和推理的过程。目前，专家系统是人工智能应用方面最为成 熟的一个领域。专家系统是一种智能的计算机程序，它运用知识和推理来解决之一专家 才能解决的复杂问题。 1 9 6 8 年，被誉为“专家系统之父” f e i g e n b a u m t ”在英国爱丁堡大学作研究报告时， 提出一项新的研究方向知识工程( k n o w l e d g e e n g i n e e r i n g ，简称k e ) 。k e 的提出，使 a i 从学科研究走上实际应用，是从一般思维方法探讨转入知识运用的重大突破。在相当 长一个时期内k e 的重要表现形式是专家系统( e x p e r t s y s t e m ，e s ) ，由于专家系统的优 劣主要取决于是否具各解决问题的丰富知识，故e s 常被称为基于知识的系统k b s ( k n o w l e d g e b a s e d s y s t e m ) 它具有两层含义：( 1 ) e s 是用于处理现实世界中提出的 需要由专家来分析、判断和解决的问题，专家之所以能解决这些问题是因为专家具有丰 富的经验和专门的知识；( 2 ) e s 是通过推理来解决问题，并且得到的结论与人类专家 决策相同 人工智能中知识处理技术在很大程度上决定着智能化产品开发的智能水平。设计型 专家系统只能采用单一领域符号推理技术，使得智能c a d 技术还是主要应用于常规设 计，设计质量在很大程度上仍然取决于设计人员、工程师的经验和知识水乎；专家系统 与c a d 系统没有有机集成，专家系统把c a d 系统当作出图工具，c a d 系统则将专家系 统看作是它之外的一个独立系统，这样使得整个设计过程中的数值计算和符号推理两大 功能模块彼此相间、松散祸合，它们之间的连接仍然需要人类专家完成。因此需要考虑 将基于知识的设计模型与已有c a d 工具的关联。 1 2 3 基于实例的推理技术 研究表明大约超过7 5 的设计活动包含基于实例的设计，即重新采用以前的设计 知识解决新的设计问题。但是由于企业没有完善的知识积累和学习机制，没有将以前成 功和失败的实例知识进行有效的管理，在后续的相似产品开发中，只能通过开发人员的 经验和记忆，这种方法具有模糊性 机械产品的设计是一个复杂的、弱理论支持的过程，很多设计知识和经验很难用规 则表达而基于实例推理( c a s e d - b a s e dr e a s o n i n g ，c b r ) 的核心思想是人类经验的再利 用，因此c b r 技术在机械设计领域的研究、应用和发展具有可行性，并且是一个极富希 望和发展前途的研究和应用方向。当前有关c b r 的研究主要集中的实例库设计和维护、 实例检索算法和实例调整三个方面实例库的设计和维护是第四届c b r 国际学术会议的 重要研究议题，包括实例库的扩充、实例的动态生成和多实例库的设计等。实例检索算 法的高效性和准确性是c b r 技术的关键，s i m o nf r a s e r 大学的c b r 研究中心对此进行了深 入的研究，提出了反省算法学习实例特征描述的权重，将a r t 网络等智能计算方法用于 实例检索的研究正在深入开展。实例的调整是基于实例设计的难点 3 朋川大学博士学位论文 1 2 4 知识发现技术 2 0 世纪8 0 年代知识发现的研究开始与数据库相结合，1 9 8 9 年在美国底特律召开的 第l l 届国际人工智能联合会议上提出了“数据库中的知识发现( k n o w l e d g ed i s c o v e yi n d a t a b a s e ，k d d ) ”，2 0 世纪9 0 年代数据挖掘成为热门话题。 人们对k d d 下过很多定义，随着研究的不断深入，人们对k d d 的理解越来越全面， 对k d d 的定义也不断修改，下面是对k d d 的比较公认的定义：“k d d 是从数据集中识 别出有效的、新颖的、潜在有用的，以及最终可理解的模式的非平凡过程”模式是 一个用语言l 来表示的一个表达式e ，它可用来描述数据集f 的某个子集f e ，e 作为一 个模式要求它比对数据子集f e 的枚举要简单( 所用的描述信息量要少) 。这种处理过程 是一种高级的处理过程，具有一定程度的智能和自动化。 知识发现过程可粗略地理解为三部曲：数据准备、数据开采、结果解释评估。数据 挖掘( d a mm i n i n gd m ) 是k d d 过程的主要阶段。数据挖掘研究集智能技术、数据库技术、 数理统计技术、可视化技术、哲学、逻辑等为一体，是一个多学科交叉融合所形成的新 兴的具有广泛应用前景的研究领域。本文中，术语“知识发现”和“数据挖掘”可以混 合使用。应用知识发现技术获得的知识可以表达为概念( c o n c e p t s ) ，规则( r u l e s ) 、规律 ( r e g u l a r i t i e s ) 、模式( p a t t e r n s ) 等形式“” 与传统的信息处理方法相比，数据挖掘有其自身的特点“。“： ( 1 ) 数据挖掘常用来处理海量数据，所以在进行知识发现的时候，首先收集数据， 集中在数据仓库中。 ( 2 ) 数据挖掘的重点大多放在“学习”上，从实际的海量数据中发现知识。 ( 3 ) 数据挖掘对模型的复杂度和需要的计算量较为关注，数据挖掘有能力对复杂的 数据关系进行建模，更适应于解决复杂的问题。 ( 4 ) 数据挖掘方法多种多样，综合了统计分析方法、机器学习方法、神经网络法和 其它的人工智能方法，适合对多数据源进行处理，发现多种类型的工艺知识 ( 5 ) 数据挖掘技术能快速对数据变化做出反映，供决策者提出实时随机查询，数据 挖掘能够基于数据的新变化，快速调整已发现的知识，具有很强的动态性 ( 6 ) 数据挖掘技术有很高的容错性，其所发现的知识并不需