應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)的KBE技術(shù)
馬小寶，樂(lè)清洪，滕霖
（西安飛行自動(dòng)控制研究所，西安 710065）
摘要：如何實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)的自動(dòng)化和智能化是一個(gè)重要的研究課題。本文中，通過(guò)分析工程設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題和未來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的要求，介紹了一種新的工程設(shè)計(jì)方法，這就是基于知識(shí)的工程（KBE），KBE能夠有效的使整個(gè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)工程知識(shí)共享并使設(shè)計(jì)過(guò)程智能化；并對(duì)KBE系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用現(xiàn)狀、應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)作了分析和介紹。
關(guān)鍵詞：工程設(shè)計(jì)；基于知識(shí)的工程；知識(shí)獲??；基于事例的設(shè)計(jì)
1 引言
工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)從早期的技術(shù)計(jì)算方面向并行、智能和集成方向發(fā)展。設(shè)計(jì)系統(tǒng)將有以下要求：1.支持并行工程環(huán)境，在設(shè)計(jì)的初始階段就考慮后續(xù)的制造、裝配和檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)；2.設(shè)計(jì)過(guò)程中有智能向?qū)Ш驮诰€幫助，將傳統(tǒng)的CAD技術(shù)真正提升到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的層次上；3.將外部知識(shí)運(yùn)用于專業(yè)領(lǐng)域，達(dá)到多學(xué)科設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)之間的知識(shí)共享。然而在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域卻存在如下的問(wèn)題：首先，以往設(shè)計(jì)過(guò)程中積累的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)無(wú)法向下一次設(shè)計(jì)傳遞；其次，在概念設(shè)計(jì)階段初期，整個(gè)設(shè)計(jì)的成本、時(shí)間和質(zhì)量就已確定，因此下游的工程設(shè)計(jì)人員很難將自己的想法融入方案設(shè)計(jì)之中；盡管如此，他們?cè)诤芏嗲闆r下需要把原始的概念提供給設(shè)計(jì)人員修正，步驟的重復(fù)使設(shè)計(jì)成為一個(gè)達(dá)不到預(yù)期目的的耗時(shí)的過(guò)程。另外，由于設(shè)計(jì)和制造時(shí)分開(kāi)的兩個(gè)過(guò)程，設(shè)計(jì)人員需要考慮在制造過(guò)程中可能會(huì)遇到的所有情況，很不幸的是因?yàn)檫@些經(jīng)驗(yàn)知識(shí)在他們的知識(shí)領(lǐng)域之外。
近年來(lái)，CAD/CAM/CAE和人工智能（Artificial Intelligence，AI）等技術(shù)迅猛發(fā)展以及在工程設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，盡管如此，還存在著設(shè)計(jì)和制造部門的信息界面仍多為工程圖樣的問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員無(wú)法在設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中將制造過(guò)程中面臨的各種問(wèn)題考慮進(jìn)去。因此，人們對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的要求和設(shè)計(jì)領(lǐng)域的現(xiàn)狀之間的巨大差異必然導(dǎo)致一種革新的工程設(shè)計(jì)思想和方法的產(chǎn)生并借此來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的高質(zhì)量、短周期、低成本的要求。于是20世紀(jì)80年代末期提出了一種新型的工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)---基于知識(shí)的工程（Knowledge-Based-Engineering，KBE）。
KBE實(shí)際上是一種存儲(chǔ)并處理與產(chǎn)品模型有關(guān)的知識(shí)，并基于產(chǎn)品模型的構(gòu)建智能化數(shù)字樣機(jī)的系統(tǒng)。產(chǎn)品模型是產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的計(jì)算機(jī)內(nèi)在表達(dá)，既包含零件的產(chǎn)品信息又包含創(chuàng)建過(guò)程信息。智能數(shù)字樣機(jī)顯化地表達(dá)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的知識(shí)、存儲(chǔ)產(chǎn)品如何設(shè)計(jì)、為什么這樣設(shè)計(jì)以及做了什么樣的設(shè)計(jì)等信息。KBE通過(guò)集成AI和CAX技術(shù)，專注于工程設(shè)計(jì)以及支持制造、分析等活動(dòng)，遵循知識(shí)的連續(xù)性將之有機(jī)整合，使信息鏈路有序暢通，形成知識(shí)的組織結(jié)構(gòu)圖和工作流程圖，通過(guò)知識(shí)驅(qū)動(dòng)和最佳實(shí)踐（Best Practice）的積累，提出工程問(wèn)題和任務(wù)的最優(yōu)解決方案。它的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的高質(zhì)量、短周期、低成本的目標(biāo)。KBE的結(jié)構(gòu)圖如下圖一所示：