面向工程设计的知识处理关键技术

1、    面向工程设计的知识处理关键技术    郭辉【摘 要】工程设计随设计的展开而逐步推进，先对子对象进行单独设计，然后整合为一体。工程设计知识是设计过程中关系与过程的集合。文章详细分析了工程设计的过程，并介绍了工程设计知识处理的关键技术。【关键词】工程设计；知识处理；技术工程设计并非一开始就进行整体设计，而是先拆分设计对象为子对象，对子对象的设计领域进行单独设计；然后将子对象的设计整合，形成总的设计方案。所以，面向工程设计的知识处理系统具有一个树状结构，子对象所拥有的知识和规则集合后分布在子结构中。整合子对象，就是将所有知识整合。使用软件工具实现知识的

2、表示与运用，可以增强设计的正确性。一、分析知识处理工具使用现状通俗的说，知识处理工具是处理问题的智能化程序。它根据工程设计领域的设计经验与知识，对人类设计思维进行模拟，探究解决专业性要求较高的问题。只是处理工具必须具备四大要素：具有高水平的专业知识；能够进行知识推理；具有人机接口，能够实现知识的获取；能够对设计进行解释。一个优秀的知识工具能减轻工程设计师的工作压力，减少重复性工作，提高设计效率，对设计的正确性也有着积极影响。但是，我国目前运用的多数知识处理工具都存在缺陷：第一，知识的表示形式单一，没有区分工程设计特点，有组合爆炸的风险；第二，运用字符窜表示知识，运用字符窜匹配完成知识的匹配，使

3、得知识表示能力弱，逻辑运算被局限于运算层面，不能进行大小比较；第三，集成函数运算语言未被应用到知识处理工具中，使得知识与设计经验不能有效沟通。为解决这些问题，必须加强对知识表示技术、函数运算语言以及推理技术的研究，设计开发面向工程设计的知识系统。二、面向工程设计的知识处理技术的要求面向工程设计的知识处理技术，必须要针对产品的具体功能，完成对对象的推理与表示，能够降低知识的使用难度，并降低组合爆炸风险；面向工程就需要以产品的实际功能为建模依据，提高表达能力，减小知识冗余度，并加快知识的检索速度；在设计规则推理时，在实现逻辑规则匹配的前提下，要对规则的推理能力与逻辑表示能力进行扩展。此外还要完善函

4、数设计语言，实现经验公式与规则、实践理论的集合。三、知识表示技术面向工程设计的知识表示内容包括三部分：第一，对象组，它是实现知识表示的基础，具体内容就是建立整个领域的层次结构；第二，变量组，它是将对对象的所有变量进行集成，并整理它们的求解方式；第三，规则组，将对象的所有工程知识进行集合。（一）分析对象的表示方式对象与工程设计中的子领域相对应，包含子领域的所有规则组和变量组，能够快速实现子领域的知识建模与求解。面向工程设计的知识用层次结构表示，能够实现系统的面向子领域推理功能，将对象进行合理集成之后，就形成了一份完整设计方案。（二）分析规则表示技术在面向工程设计的知识表示方式中，使用变量与规则模

5、型描述规则。变量服务于对象领域中的参数建模，建立模型之后对规则中的变量进行计算。在传统的知识处理工具中，使用字符串匹配实现规则匹配，也就是说当事实字符串和规则前件中的字符串相同时，才证明规则匹配。这种方式具有明显的局限性。例如，在计算变量数值时，字符串匹配方式不能判别变量的大小。（三）分析函数计算语言工程设计领域经过多年发展，已经有许多成熟的设计理论和设计经验，建立函数设计语言广义表，能够实现知识建模阶段的理论公式与经验公式集成。计算函数主要分为三类：第一类是基本计算函数，主要包括add、mul、div、exp、log、mod等；第二类是双曲函数与三角函数，主要包括sin、cos、tan、ac

6、os、asin、atan等；第三类是多层前馈神经网络函数，主要包括nnrea-son、nninput等。四、知识推理技术对象与工程设计中的某个子领域向对应，对象中包含变量组与规则组。工程设计的所有知识通过整合对象知识得到，这样系统就能实现面向对象的知识推理。最后，通过有效组合子对象，就形成了面向工程设计问题的总体。知识推理技术的特点是：规则系统的前向反向推理能够得到分利用。对需要求解的子对象进行搜索，运用推理规则将搜索范围缩小，在完成子对象的推理后，整合形成总体工程设计。图1 知识推理技术图1所示的知识推理技术，实现了查找求解对象、查找与应用知识、合并推理中间与结论事实功能。该技术的根节点包含

7、了面向工程设计知识的子对象名与求解方法。子对象包含了该领域的变量与设计知识。知识推理技术，运用前线推理手段实现了工程设计分目标与整体目标的定位，能够将推理领域集中在部分子对象中，减少了在知识求解与运用过程中出现的组合爆炸。这种推理技术在层次结构应用中发挥者重要作用。五、规则推理技术图2 规则推理技术规则的表示方法采用逻辑式，所以规则推理技术也与逻辑有关。图2中描述了规则推理中的逻辑应用。通过使用逻辑推理、计算以及询问等方式，对变量进行计算。用户输入得到的变量值表示询问方式；通过使用基于广义表的函数语言进行计算，综合考虑变量间的实际关系以及理论与经验关系，在广义表形式的基础上设定计算方式；使用知识推理技术与规则推理技术计算其他的变量。在运用规则推理技术时，需要计算规则前件的每个节点；若在计算中存在变量未被求解，使用前述方式对变量进行求解；若所有节点变量都被求解了，就以操作符的逻辑为依据，计算节点的真实性；如果节点的真实性都经过了验证，并且它们的不确定值超过阈值，规则匹配得到验证，就对规则后件的节点不确定度进行计算。最后将真实性验证结果录入到人事实库里，为别的规章推理提供参考。六、结语本文首先分析了面向工程设计的知识处理技术在我国的应用现状，并指出了它的应用缺陷。例如，知识表示形式太单一，没有体现