KBE技术在UG中的应用(上)

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　　一、引言

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　　CAD技术的发展经历了以下几个阶段：20世纪70年代，利用CAD技术生成数字化图纸提高了绘制工程图纸的效率，但并没有真正起到辅助设计的作用。80年代，参数化建模技术利用基于特征的CAD技术建立全参数化驱动的三维模型，并以此为基础，对整体设计和部件进行有限元分析、运动分析、装配的干涉检查和NC自动编程等，以保证设计符合实际工程需要。但这时的CAD技术只是面向产品开发过程中的某一环节。90年代以来，基于过程的CAD技术使此处乱码删去一部分系统无法将领域设计原理和知识、同类设计以及专家经验等融入到几何模型中去，因此无法实现知识型资源的重用，设计者仍然需要进行大量的重复性设计工作。在产品设计初期，这种情况影响了设计者的创新性工作。

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　　为了使设计者集中精力进行创新性工作，CAD系统应帮助设计者从重复性的工作中解脱出来，因此下一代的机械CAD系统应该利用计算机延伸以创造性思维为核心的人类专家的设计能力，尽可能地实现设计过程的自动化。这才是真正意义上的设计工具。人类专家进行设计的过程取决于专家对知识的掌握、处理和应用，没有知识就无法进行分析、判断和决策，因此设计自动化就是对知识的自动化处理。目前，KBE(Knowledge Based Engineering，基于知识工程)技术是解决这一问题最有前途的方案。

　　KBE系统为解决传统CAD系统存在的问题提出了方案，如设计原理的体现、约束是否冲突、如何在设计阶段进行产品估价、设计制造是否可行以及设计的最终产品是否符合外观要求等，同时提供优化方案。KBE系统所要达到的目的是使产品信息在整个生命周期中都可得到应用，从而获得最优化方案。

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　　二、KBE的概念

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　　KBE是通过知识的驱动和繁衍对工程问题和任务提供最佳解决方案的计算机集成处理技术。由于KBE技术的开放性，到目前为止，尚未有一种公认的完整定义。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系统存储产品模型包含几何、非几何信息以及描述产品如何设计、分析和制造的工程准则。

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　　综上所述，KBE的内涵可以概括为：KBE是领域专家知识的继承、集成、创新和管理，是CAx技术与AI技术的集成。KBE系统框架如图1所示。

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　　要使KBE系统成为工程过程的中心，必须使之适用于产品各个阶段的相关设计原则。要想从设计分析到制造都有效地利用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系统是深层内嵌于CAx系统之中的，而不是简单地添加到一个已存在的系统中，因此，KBE系统应具有下面的基本功能。

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　　(1)知识的利用——方便地访问知识数据库

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　　知识数据库以多种形式存在，可以是持续性存在的数据库或电子表格。KBE系统能够方便地访问这些知识数据库，因此，KBE系统的开放性非常重要。

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　　(2)知识的表示——创建和应用知识规则

　　知识规则是知识的一种表示法。知识表示就是描述世界的一组约定，是知识的符号化，这种方法方便地把人类知识表示成计算机能接收并处理的知识结构。知识表示法既要考虑知识的存储，又要考虑知识的使用。知识表示分为规则、谓词逻辑和框架等。规则是指一种行为的文本描述，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。

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　　知识规则在工程生命周期内的任何时候都可建立。规则的形式具有柔性，可适用于多种学科。因此，规则可在产品生命周期的各阶段使用。

　　知识规则与其相关的对象一直保持相关性。例如，当应用知识规则建立一个几何体后，在其存在过程中，规则与几何体一直保持相关性。设计者可以利用这个规则编辑这个几何体，也可再生成一个新的几何体。如果没有这种相关性，再次使用这个规则就只能重新生成另一个几何体，而第一个几何体的信息与这个规则完全无关，这样整个生命周期就成为了一个严格串行的过程，不可能实现并行工程。