基于實例推理的水泵設計

江靈玲 姜巧巧 王柳云

摘 要：近些年來，隨著我國綜合國力與科學技術水平的不斷提高，機械設計與制造技術亦取得了較大的進步。由于傳統的設計方法不能完成全部的設計工作任務，因此研究基于實例推理的設計理論具有很大的現實意義。文章簡要介紹了基于實例的推理與設計相關理論，闡述了實例檢索理論的相關內容，重點分析了基于實例推理的水泵設計過程，對設計實例的改寫與保存方法做了簡要的說明。

關鍵詞：實例推理；檢索理論；水泵設計；改寫保存

引言

根據機械產品不同的性能需求和物理約束條件，結合工程領域中特定的知識并參考創新性的要求來進行機械產品的設計，是一種嶄新的設計理念。機械產品的設計方法主要有三種，即常規機械設計、創新機械設計和變型機械設計。常規機械設計是依據理論和經驗的設計方法，而創新機械設計則是突破常規的理論與經驗進行設計。變型機械設計方法的主體思想是在原有設計基礎上，結合相關需求，對設計進行修改，其與上述兩種從頭至尾的設計方式相比具有明顯的優越性，因此在機械設計中得到了普遍應用。水泵某些部分的結構復雜程度較高，運用傳統基于規則與模型的設計方法進行水泵設計的工作難度很大，而使用基于實例推理的設計方法可以高質量地完成設計任務。因此，研究并發展基于實例推理的機械設計技術具有很大的現實意義。

1 基于實例的推理與設計相關理論

1.1 實例推理與設計的內涵

實例推理簡稱CBR（Case-based reasoning），是一種基于記憶進行推理的認知行為，其心理學基礎為情景與記憶等相關理論。簡單來說，就是依靠過去有記憶的實例指導新的設計，是一種具有類比性質的設計方法。實例推理的關鍵在于依靠過去的實例與相關經驗，利用以往的相關數據進行推理與設計，如此便極大地減少了設計過程的工作量，提高了設計效率。

1.2 實例推理設計的過程

基于實例推理的設計方法的主要組成部分是實例庫的組成、實例的檢索、實例設計修正和存儲，其設計過程較為簡單，具體的過程為：（1）用關鍵字標記當前問題的主要特征；（2）在已有實例中檢索符合條件的實例；（3）根據新需求，調整過去實例的設計方案；（4）判定其所提出的設計方案是否合格，若合格則將其引入實例庫，若否則查找相關原因；（5）修改設計方案；（6）驗證修改后的設計方案是否滿足要求；（7）如合格，則將該實例存入設計實例庫中，以備引用與查詢。

2 實例檢索理論

2.1 實例檢索的定義

實例檢索是基于實例推理設計過程中的重要組成部分。在設計中遇見相關問題時，依據檢索信息在實例庫中查找并選擇與設計問題類似的實例的過程稱為實例檢索。實例檢索是基于實例推理設計的重要影響因素，其直接關系到CBR設計過程效率的高低。通常來說，實例指派索引與檢索是實例檢索的兩個重要過程。

2.2 指派索引與檢索

指定特定的用于檢索的設計需求信息被稱為指派索引，其最終目的是為了獲得接近設計要求的實例。通常情況下，判斷索引實例的是否合格，需要考慮其設計推理的難易程度、是否全面體現實例特征、是否體現了實例的特殊要求和可修改性四個方面的因素。索引的實現方式主要是人機交互與編程。常用的索引方法包括基于清單和差異索引、基于解釋方法的索引和引導學習法索引等。

檢索是依靠實例索引在實例庫中匹配選擇幾個相似實例的過程。其依靠實例索引和實例的具體組織結構進行相似實例的選擇，最近鄰檢索、歸納檢索與知識引導檢索法是目前較為常用的檢索方法。最近鄰檢索法的核心是在實例庫中選擇出與設計實例距離最近的實例；歸納法是對目標實例的特征進行總結歸納，將其作為索引的特征進行檢索；知識導引檢索的關鍵點在于依靠知識經驗確定主要的索引特征進行檢索。

3 水泵設計實例分析

3.1 水泵設計中的主要問題

水泵設計的主要內容是根據給定的流量、最大轉速、最大揚程和效率等參數，并且結合特定的工作條件要求確定水泵的未知幾何參數。在實際設計過程中，可以通過理論計算得出部分設計數據，但是無法得出全部數據，其他參數需要相關設計人員結合設計經驗進行確定。因此，設計人員采用基于實例的設計方法，即基于以往的設計實例進行水泵的設計工作，具有很大的現實意義。

3.2 水泵設計實例分析

根據水泵的流量、最大轉速、最大揚程和效率等基本參數，結合水泵的性能曲線，計算水泵設計中的重要數據，如葉輪尺寸、軸功率和比轉數等。由于篇幅有限，文章以葉輪出口直徑的設計為例進行分析，表1給出了不同實例與設計目標的主要參數。

表1 設計目標與實例的主要參數

（1）確定語義距離值

（2）根據模糊相識優先比矩陣進行排序

（3）設計結果

根據（2）步驟中的方法對水泵的其他參數進行分析，可以得到出口直接的相似程度排序為T2={A3 A1 A3}，效率的相似程度排序為T3={A1 A2 A3}，比轉數的相似程度排序為T4={A1 A3 A2}。

綜上可知，A1的相關數據與目標設計條件的相似程度最高，應該基于A1的相關數據指導進行水泵的設計工作。

4 設計實例的改寫與保存方法

設計實例的改寫是基于實例推理設計工作中的重要環節。改寫的一般步驟為：評價目標實例與檢索實例的不同點；根據設計目標確定具體的差異變量與元素；根據相關要求修改此類變量與元素；評價改寫的最終結果，若不合格重復上述過程至合格為止。得出符合條件的實例后必須進行保存操作，實際情況中合格實例的保存有三種情況：替換新實例保存、不替換與舊實例并列保存、新實例與原來舊實例進行合并后保存。

5 結束語

利用基于實例推理的設計方法進行水泵的設計，可以得出依數值計算無法得出的參數數值，為設計工作開辟了一條嶄新的道路。依據以往具體的設計實例來解決水泵設計過程中遇到的問題，可以明顯提高設計工作者的設計效率。實例的檢索是基于實例推理設計工作中的重要組成部分，最近鄰檢索法、歸納檢索法和知識引導檢索法是三種較為常用的檢索方法。實例的改寫亦是基于實例推理設計中的一項重要工作，其中可能涉及到重復改寫的過程。實例的保存工作的目的是便于后期的實例查找。基于實例推理設計方法的計算過程工作量較大，其過程也有一定的繁瑣性，仍然需要在今后的實踐中不斷改進。

參考文獻

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