知识工程课件

KBE(KnowledgeBasedEngineering)与CAD/CAMTeam member：丁康、李智、张明、林智奇、：丁康、李智、张明、林智奇、王志坤、黄小虎王志坤、黄小虎KBE(Knowledge Based Engineering)与与CAD/CAM主讲人：黄小虎主讲人：黄小虎学号：学号：10722046KBE什么是KBE？KBE思想KBE概念KBE与传统CAD的比较KBE的关键技术KBE思想思想KBE(KnowledgeBasedEngineering),即基于知识的工程,其基本思想是在工程设计中重用已有的知识和经验。概念总结:KBE是对领域专家知识的继承、集成、创新和管理,利用人工智能和CAD技术结合,建立表示和处理知识的产品模型,并通过知识驱动和繁衍,对工程问题提供最佳解决方案的计算机集成处理技术。KBE概念概念KBE与传统与传统CAD的比较的比较传统的CAD一般进行创建几何等工作,而KBE不仅可以实现上述功能,更对整个设计过程建模,并运用于设计过程的各个层次以改善设计开发过程。在参数化CAD中,几何尺寸的约束关系是驱动力;而KBE中,知识是驱动力,构型和工程规则驱动几何。传统传统CAD方法方法传统设计流程具有较为直观的方式,易为工程技术人员所掌握,但很多工作都是重复性设计。采用KBE设计方法可避免做重复性的工作,大大减少了设计时间,使设计人员能集中精力做创新工作;KBE能融入工程技术标准和长期积累的成熟设计经验,大大减少了不必要的错误;而且,KBE的采用使得企业的知识得以保存,实现了设计的智能化与自动化。基于基于KBE的智能的智能CAD方法方法KBE的关键技术的关键技术KBE的关键技术包括知识表示、知识利用和知识获取。广义知识库系统是面向人工智能问题求解的信息处理、管理、存储系统，实际上可以看作是具有某种推理功能的复合数据库系统，是将代表事实的数据和代表抽象的知识结合起来，把常规数据处理能力与基于知识的处理能力结合起来形成的广义的知识库系统。广义知识库系统广义知识库系统广义知识库包括产品设计过程中涉及到的所有知识，根据知识来源途径和利用方式，分为深层知识和浅层知识。广义知识库系统广义知识库系统知识库与知识库与CAD集成集成工程设计通常是一个与几何相关的过程，基于KBE的设计最终要将需要的设计方案反映在实体建模上，将三维CAD实体建模技术与知识库集成是实现快速设计、技术创新的前提。1Fan,I.S.&Bermell-Garcia,P.International Standard Development for Knowledge Based Engineering Services for Product Lifecycle Management.Concurrent Engineering-Research and Applications 16,271-277,doi:10.1177/1063293x08100027(2008).2Johansson,J.in 2008 ASME International Design Engineering Technical Conferencesand Computers and Information in Engineering Conference,DETC 2008,August 3,2008-August 6,2008.191-200(ASME).3郭涛,杨化林&童水光.基于kbe的产品设计中广义知识库创建研究.制造业自动化(2006).4 于德江,杜平安&岳萍.基于kbe的智能cad方法研究.机械设计与制造(2007).参考文献参考文献The End基于知识工程的基于知识工程的CATIA参数化设计参数化设计主讲人：王志坤主讲人：王志坤学号：学号：10722053基于知识工程的基于知识工程的CATIA参数化设计参数化设计传统与结合传统与结合KBE对比对比1参数化设计原理参数化设计原理2CATIA V5知识工程知识工程3KBE结合结合CATIA参数化思想参数化思想4基于基于KBE车身总体布局设计车身总体布局设计51、传统、传统CAD设计与结合设计与结合KBE设计的对比设计的对比1.1、传统、传统CAD设计的缺陷设计的缺陷 用用CAD/CAM软件中纯几何的信息无法很好地反映软件中纯几何的信息无法很好地反映工程工程实际实际。包括设计活动在内的问题求解大致可分为两类工作包括设计活动在内的问题求解大致可分为两类工作:第一类是基于数学模型和数值处理的计算型工作第一类是基于数学模型和数值处理的计算型工作;第二类是基于第二类是基于符号性知识模型符号性知识模型和和符号处理符号处理的推理型工作。的推理型工作。传统传统CAD技术在数值计算和图形绘制上扩展了人的能力，技术在数值计算和图形绘制上扩展了人的能力，可以比较圆满地完成第一类工作，但却往往难以胜任第二类可以比较圆满地完成第一类工作，但却往往难以胜任第二类工作。工作。产品设计是人的创造能力与环境条件产品设计是人的创造能力与环境条件交互作用交互作用的物化过的物化过程，是一种程，是一种智能行为智能行为，通常需要设计人员分析推理，运筹决，通常需要设计人员分析推理，运筹决策和综合评价，才能取得合理的结果。策和综合评价，才能取得合理的结果。1、传统、传统CAD设计与结合设计与结合KBE设计的对比设计的对比1.2、设计策略的区别：、设计策略的区别：传统的传统的CAD设计策略是，首先制定设计策略是，首先制定设计任务与设计任务与设计流程设计流程，明确输入规范，功能约束条件，设计目标。，明确输入规范，功能约束条件，设计目标。然后根据设计组人员的知识经验和一些领域标准法规，然后根据设计组人员的知识经验和一些领域标准法规，进行进行初步设计初步设计。一旦一个初始的设计方案生成后，就。一旦一个初始的设计方案生成后，就进行进行CAE分析分析(如强度刚度分析，空气动力特性分析，如强度刚度分析，空气动力特性分析，安全性分析等安全性分析等)，然后根据校核结果对初始设计方案，然后根据校核结果对初始设计方案作出相应作出相应修改，循环反复修改，循环反复，直到得出一个，直到得出一个满意的设计满意的设计方案方案，最后出二维图和设计文档。，最后出二维图和设计文档。1、传统、传统CAD设计与结合设计与结合KBE设计的对比设计的对比1.2、设计策略的区别：、设计策略的区别：输入条件输入条件校核结果校核结果重复性重复性易出错易出错低效率低效率应用一些其应用一些其它设计知识它设计知识校核分析校核分析校核校核修改修改1、传统、传统CAD设计与结合设计与结合KBE设计的对比设计的对比1.2、设计策略的区别：、设计策略的区别：KBE的应用的应用 1.使得设计过程向有效的自动化设计迈出了一大步，降低了使得设计过程向有效的自动化设计迈出了一大步，降低了设计迭代次数，缩短了设计迭代次数，缩短了设计周期设计周期，尤其是设计引导时间。，尤其是设计引导时间。2.使得使得CAD设计融入了领域专家的知识与经验，在不需要人设计融入了领域专家的知识与经验，在不需要人工参与或者很少参与的情况下，能工参与或者很少参与的情况下，能快速、自动快速、自动地根据用户的要地根据用户的要求改变或产生新的设计方案，提高了设计品质。求改变或产生新的设计方案，提高了设计品质。3.KBE使得在设计早期就能检查设计方案对十制造性、工艺使得在设计早期就能检查设计方案对十制造性、工艺性、成本等要求的可行性，便十并行工程的实现，从而降低了性、成本等要求的可行性，便十并行工程的实现，从而降低了设计设计成本成本。2、参数化设计原理、参数化设计原理定义：定义：设计对象模型的尺寸用设计对象模型的尺寸用变量变量及其及其关系关系表示表示，不需要确定具体数值，不需要确定具体数值。参数。参数约束几何图形的约束几何图形的结构尺寸结构尺寸和和零部件的特征。零部件的特征。优点：优点：利用参数化设计手段开发的专用利用参数化设计手段开发的专用产品设计系统不仅可以缩短产品开发产品设计系统不仅可以缩短产品开发周期周期，提高设计提高设计速度速度，减少信息，减少信息存储量存储量，并且有，并且有利于进行产品利于进行产品系列化系列化设计。设计。传统传统CAD设计与结合设计与结合KBE设计的对比设计的对比3、CATIA V5知识工程知识工程主要体现为：主要体现为：知识工程顾问知识工程顾问KWA知识工程专家知识工程专家KWE产品知识模板产品知识模板PKT业务流程知识模板业务流程知识模板BKT产品工程优化产品工程优化PEO产品功能定义产品功能定义PFD产品功能优化产品功能优化PFO一系列智能化软件模块一系列智能化软件模块3.1、CATIA V5知识工程介绍知识工程介绍3.1、CATIA V5知识工程介绍知识工程介绍“知识知识”的表示的表示参数参数parameters公式公式formulas规则规则rules检查检查check报告报告reports设计表设计表design table应变应变reactions创成式脚本创成式脚本generative scripts多种形式表示多种形式表示3.1、CATIA V5知识工程介绍知识工程介绍模块模块表示方法表示方法一些处理一些处理转化转化产品设计模板产品设计模板 3.2、CATIA V5知识工程模块功能知识工程模块功能3.2.1、KWA 知识顾问知识顾问 CATIA V5知识顾问模块通过知识顾问模块通过公式公式formula、规则规则rule、检查检查check、驱动参数驱动参数parameter、关系关系relations实现知识驱动产品实现知识驱动产品参数化建模参数化建模。设计完成后可在特征树的参数中或产品知识表中设计完成后可在特征树的参数中或产品知识表中修改变量值，实现包含尺寸和特征修改的参数化修改变量值，实现包含尺寸和特征修改的参数化设计目标。利用知识顾问模块，进行参数定义，设计目标。利用知识顾问模块，进行参数定义，可以在特征树上显示参数值或显示公式。可以在特征树上显示参数值或显示公式。3.2、CATIA V5知识工程模块功能知识工程模块功能3.2.2、KWE知识工程专家知识工程专家 提供了检测规则、规则导入、全局分析检提供了检测规则、规则导入、全局分析检测、客户化检测报表、专家语言系统、规则编辑测、客户化检测报表、专家语言系统、规则编辑器、超限特征高亮以及对象条件库等器、超限特征高亮以及对象条件库等功能功能。3.2、CATIA V5知识工程模块功能知识工程模块功能3.2.3、Generative Knowledge(创成式知识创成式知识)CATIA创成式知识给你一个简单的方法去描述创创成式知识给你一个简单的方法去描述创建文档的数据并在脚本文件建文档的数据并在脚本文件(script file)中保存这些中保存这些数据以便重用。这里是使用数据以便重用。这里是使用创成式脚本创成式脚本的的好处的的好处:（1）脚本）脚本代码尺寸较小代码尺寸较小；（2）它的）它的语法容易语法容易掌握；掌握；（3）在）在CATIA中它执行中它执行快速快速；（4）它允许你在专家规则它允许你在专家规则(expert rules)中中添加智能信息添加智能信息并检查文档，且在文件中保存整个数据，而且它通过导入并检查文档，且在文件中保存整个数据，而且它通过导入的功能可以完全的功能可以完全兼容外部文档兼容外部文档。在一个脚本中，外部文档。在一个脚本中，外部文档的特征也可以用来参考和使用。当然通过脚本生成的文档的特征也可以用来参考和使用。当然通过脚本生成的文档可以被可以被交互式修改交互式修改。3.2、CATIA V5知识工程模块功能知识工程模块功能3.2.4、Product Engineering Optimizer(知识工程优化器知识工程优化器)通过捕捉通过捕捉优化优化意图，如成本、面积、时间等，使用户可以意图，如成本、面积、时间等，使用户可以按目标按目标(最大化、最小化、目标值等最大化、最小化、目标值等)进行进行设计设计。该产品可以。该产品可以