工程設(shè)計知識表達體系

張勝洪

(貴州常豐建設(shè)有限公司，貴陽市 550000)

在當(dāng)今社會，科學(xué)技術(shù)得到不斷發(fā)展與創(chuàng)新，在人工智能知識表達系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過對工程設(shè)計進行特點分析和應(yīng)用，結(jié)合智能 CAD系統(tǒng)，最終提出了能夠適用于工程智能 CAD的設(shè)計知識表達體系。這一體系包括了以下四個方面，即：工程數(shù)據(jù)表知識、工程語言知識、工程實例知識、工程圖形知識。以下對該設(shè)計知識及表達方式進行詳細闡述，希望對工程設(shè)計起到指導(dǎo)作用。

1 工程設(shè)計程序

第一步，對設(shè)計內(nèi)容進行構(gòu)思。在這個過程中，設(shè)計人員要根據(jù)設(shè)計要求來搜集資料，查找類似案例，同時在自己的知識和經(jīng)驗下，對設(shè)計方案進行構(gòu)思，解決最初的設(shè)計問題。第二步，對工程結(jié)構(gòu)進行分析。在數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，了解結(jié)構(gòu)在動態(tài)狀況下和靜態(tài)狀況下的溫度、荷載、受力，是一個邏輯推理的過程。第三步，設(shè)計結(jié)構(gòu)。通過前兩個步驟的構(gòu)思和分析，就能夠確定設(shè)計參數(shù)。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵在于細部，對構(gòu)造進行檢算，從而最終確定工程結(jié)構(gòu)的幾何尺寸。這其中，結(jié)構(gòu)的檢算要滿足設(shè)計規(guī)范中的要求。第四步，繪制施工圖。在實際工作中，施工圖的繪制和結(jié)構(gòu)的設(shè)計是同時進行的，就是將設(shè)計人員腦中的設(shè)計內(nèi)容轉(zhuǎn)化為工程語言。

由此可見，一項工程設(shè)計的完成并不是隨意產(chǎn)生的，而是需要大量的專業(yè)知識和實踐經(jīng)驗。并且在設(shè)計過程中，還要協(xié)調(diào)運用邏輯推理和非邏輯推理，需要將抽象思維和形象思維相互結(jié)合在一起。智能 CAD系統(tǒng)在對設(shè)計過程進行模擬的同時，也對人類的思維進行了模擬，因此表達并應(yīng)用工程設(shè)計知識就成為了很重要的組成部分。

2 工程設(shè)計知識的表達

2.1 工程數(shù)據(jù)表知識及表達

2.1.1 數(shù)據(jù)表知識分析

通過數(shù)據(jù)來表達設(shè)計知識，這一方式廣泛存在于工程規(guī)范、設(shè)計原理和手冊之中，所反映出來的是不同的數(shù)據(jù)項目之間的關(guān)系。表格類知識表達主要解決的問題就在于，既能夠反映出數(shù)據(jù)庫之間的聯(lián)系，又能夠?qū)Ρ砀襁M行簡單處理。以表1中的工程數(shù)據(jù)表為例，其中的特點包括以下幾點：第一，表的左邊表示的是數(shù)據(jù)屬性，居于主要位置；表的上方是構(gòu)件類型，居于次要位置。第二，左邊和上方的內(nèi)容，形成了數(shù)據(jù)的層次結(jié)構(gòu)。第三，其中包含一些復(fù)雜內(nèi)容，如“S/50但應(yīng)≥8mm”。除此之外，有些表格下方還會有注釋，作為表中知識的解釋或補充。

表1 綴板尺寸

2.1.2 數(shù)據(jù)表知識表達

經(jīng)過分析可知，數(shù)據(jù)表格在知識表達上必須包括已知域、結(jié)論域、注釋域三個部分。其中，已知域反映的是表格的屬性，可以是表達式或關(guān)鍵詞，其中的內(nèi)容可以稱為項目名稱。結(jié)論域是查找的結(jié)果，其含義在已知域?qū)?yīng)的項目名稱中說明。注釋域是對表格沒有注明的信息進行解釋，多以語言方式表達。

2.2 工程語言知識及表達

2.2.1 工程語言知識分析

在工程設(shè)計領(lǐng)域，語言知識的應(yīng)用十分常見，通常表現(xiàn)為以下幾個方面：第一，表達工程規(guī)范，這其中會用到表示強制性程度的詞語，例如：“必須”、“禁止”、“應(yīng)該”、“可以”、“不宜”等。第二，語言中會使用到大量的計算公式，以及對數(shù)據(jù)進行比較，例如“直徑≥12mm”等。第三，對于比較復(fù)雜的組合關(guān)系，語言中會出現(xiàn)“并且”和“或者”，而且邏輯判斷性比較強。第四，對某一數(shù)據(jù)進行限定時，通常規(guī)定一個范圍，例如“長度在10—15cm之間”等。

2.2.2 工程語言知識表達

第一，如果變量以字符開頭，那么語言表達類型如int、char、double等，一般變量代表了特定的含義，反映的是設(shè)計參數(shù)。第二，在限定詞的表達上，表達必須滿足使用must，表達應(yīng)該滿足使用should，表達可以滿足使用suit，表達在補充條件后滿足使用limit。第三，在方程的分段表達式上，使用“（ ）”能夠改變表達式的優(yōu)先級，使用“{ }”能夠?qū)χR語句進行組合。

2.3 工程實例知識及表達

2.3.1 工程實例知識分析

工程實例是新的工程設(shè)計的參考，因此成功的工程實例具有知識性。在設(shè)計工作中為了能夠更好地利用到這些實例，就需要了解它們的特點，找出知識之間的關(guān)聯(lián)性，通過分類將其存儲在知識庫。

2.3.2 工程實例知識表達

工程實例知識的組成基礎(chǔ)就是“知識項”，每個知識項都有自身對應(yīng)的結(jié)構(gòu)描述。這些知識項有已知域（需要滿足的條件）和結(jié)論組成。系統(tǒng)會將設(shè)計工程的已知條件和工程實例的已知條件相對比，如果滿足就會采用工程實例的結(jié)論域數(shù)據(jù)。至于滿足的程度，用“權(quán)”來衡量。

2.4 工程圖形知識及表達

2.4.1 工程圖形知識分析

工程設(shè)計人員的設(shè)計語言就是圖紙，圖形知識的表達體現(xiàn)在以下幾點：第一，將設(shè)計參數(shù)和設(shè)計圖結(jié)合起來，能夠表達特定的結(jié)構(gòu)。第二，對圖形進行修改，反映的是結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程。第三，通過圖形，來表現(xiàn)需要表達的設(shè)計參數(shù)。

2.4.2 工程圖形知識表達

圖形結(jié)點的表達結(jié)構(gòu)，就是在圖形結(jié)點上設(shè)置更多的子結(jié)點，用于存儲圖形信息。在工程圖形知識表達上，每一個工程分項都有對應(yīng)的設(shè)計參數(shù)、設(shè)計方法，通過與圖形相結(jié)合，成為工程設(shè)計的重要組成。

3 結(jié)語

綜上所述，通過本文的分析可以看出，在工程設(shè)計知識表達體系的基礎(chǔ)上，已經(jīng)對工程設(shè)計智能 CAD核心系統(tǒng)完成了開發(fā)與應(yīng)用。在核心系統(tǒng)下，工程數(shù)據(jù)表知識推理系統(tǒng)、工程語言知識推理系統(tǒng)、工程實例知識推理系統(tǒng)、工程圖形知識推理系統(tǒng)可以用于工程設(shè)計之中，同時在運輸機智能 CAD系統(tǒng)的開發(fā)上也具有一定的作用。我們相信在不久的將來，該系統(tǒng)的應(yīng)用將會更加廣泛。