應(yīng)用于工程設(shè)計的KBE技術(shù)
馬小寶，樂清洪，滕霖
（西安飛行自動控制研究所，西安 710065）
摘要：如何實現(xiàn)工程設(shè)計的自動化和智能化是一個重要的研究課題。本文中，通過分析工程設(shè)計中存在的問題和未來設(shè)計系統(tǒng)的要求，介紹了一種新的工程設(shè)計方法，這就是基于知識的工程（KBE），KBE能夠有效的使整個企業(yè)實現(xiàn)工程知識共享并使設(shè)計過程智能化；并對KBE系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用現(xiàn)狀、應(yīng)用過程中存在的問題以及未來的發(fā)展趨勢作了分析和介紹。
關(guān)鍵詞：工程設(shè)計；基于知識的工程；知識獲??；基于事例的設(shè)計
1 引言
工程設(shè)計系統(tǒng)從早期的技術(shù)計算方面向并行、智能和集成方向發(fā)展。設(shè)計系統(tǒng)將有以下要求：1.支持并行工程環(huán)境，在設(shè)計的初始階段就考慮后續(xù)的制造、裝配和檢驗等環(huán)節(jié)；2.設(shè)計過程中有智能向?qū)Ш驮诰€幫助，將傳統(tǒng)的CAD技術(shù)真正提升到計算機輔助設(shè)計的層次上；3.將外部知識運用于專業(yè)領(lǐng)域，達到多學科設(shè)計團隊之間的知識共享。然而在工程設(shè)計領(lǐng)域卻存在如下的問題：首先，以往設(shè)計過程中積累的經(jīng)驗知識無法向下一次設(shè)計傳遞；其次，在概念設(shè)計階段初期，整個設(shè)計的成本、時間和質(zhì)量就已確定，因此下游的工程設(shè)計人員很難將自己的想法融入方案設(shè)計之中；盡管如此，他們在很多情況下需要把原始的概念提供給設(shè)計人員修正，步驟的重復(fù)使設(shè)計成為一個達不到預(yù)期目的的耗時的過程。另外，由于設(shè)計和制造時分開的兩個過程，設(shè)計人員需要考慮在制造過程中可能會遇到的所有情況，很不幸的是因為這些經(jīng)驗知識在他們的知識領(lǐng)域之外。
近年來，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)計和制造部門的信息界面仍多為工程圖樣的問題，設(shè)計人員無法在設(shè)計設(shè)計中將制造過程中面臨的各種問題考慮進去。因此，人們對設(shè)計系統(tǒng)的要求和設(shè)計領(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)計思想和方法的產(chǎn)生并借此來實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)的高質(zhì)量、短周期、低成本的要求。于是20世紀80年代末期提出了一種新型的工程設(shè)計系統(tǒng)---基于知識的工程（Knowledge-Based-Engineering，KBE）。
KBE實際上是一種存儲并處理與產(chǎn)品模型有關(guān)的知識，并基于產(chǎn)品模型的構(gòu)建智能化數(shù)字樣機的系統(tǒng)。產(chǎn)品模型是產(chǎn)品設(shè)計過程的計算機內(nèi)在表達，既包含零件的產(chǎn)品信息又包含創(chuàng)建過程信息。智能數(shù)字樣機顯化地表達了產(chǎn)品設(shè)計中的知識、存儲產(chǎn)品如何設(shè)計、為什么這樣設(shè)計以及做了什么樣的設(shè)計等信息。KBE通過集成AI和CAX技術(shù)，專注于工程設(shè)計以及支持制造、分析等活動，遵循知識的連續(xù)性將之有機整合，使信息鏈路有序暢通，形成知識的組織結(jié)構(gòu)圖和工作流程圖，通過知識驅(qū)動和最佳實踐（Best Practice）的積累，提出工程問題和任務(wù)的最優(yōu)解決方案。它的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)的高質(zhì)量、短周期、低成本的目標。KBE的結(jié)構(gòu)圖如下圖一所示：