工程設(shè)計(jì)知識表達(dá)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(huì)，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(dá)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過對工程設(shè)計(jì)進(jìn)行特點(diǎn)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(jì)知識表達(dá)體系。這一體系包括了以下四個(gè)方面，即：工程數(shù)據(jù)表知識、工程語言知識、工程實(shí)例知識、工程圖形知識。以下對該設(shè)計(jì)知識及表達(dá)方式進(jìn)行詳細(xì)闡述，希望對工程設(shè)計(jì)起到指導(dǎo)作用。

1 工程設(shè)計(jì)程序

第一步，對設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行構(gòu)思。在這個(gè)過程中，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)設(shè)計(jì)要求來搜集資料，查找類似案例，同時(shí)在自己的知識和經(jīng)驗(yàn)下，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行構(gòu)思，解決最初的設(shè)計(jì)問題。第二步，對工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。在數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，了解結(jié)構(gòu)在動(dòng)態(tài)狀況下和靜態(tài)狀況下的溫度、荷載、受力，是一個(gè)邏輯推理的過程。第三步，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。通過前兩個(gè)步驟的構(gòu)思和分析，就能夠確定設(shè)計(jì)參數(shù)。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于細(xì)部，對構(gòu)造進(jìn)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(jì)規(guī)范中的要求。第四步，繪制施工圖。在實(shí)際工作中，施工圖的繪制和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是同時(shí)進(jìn)行的，就是將設(shè)計(jì)人員腦中的設(shè)計(jì)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為工程語言。

由此可見，一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。并且在設(shè)計(jì)過程中，還要協(xié)調(diào)運(yùn)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(jì)過程進(jìn)行模擬的同時(shí)，也對人類的思維進(jìn)行了模擬，因此表達(dá)并應(yīng)用工程設(shè)計(jì)知識就成為了很重要的組成部分。

2 工程設(shè)計(jì)知識的表達(dá)

2.1 工程數(shù)據(jù)表知識及表達(dá)

2.1.1 數(shù)據(jù)表知識分析

通過數(shù)據(jù)來表達(dá)設(shè)計(jì)知識，這一方式廣泛存在于工程規(guī)范、設(shè)計(jì)原理和手冊之中，所反映出來的是不同的數(shù)據(jù)項(xiàng)目之間的關(guān)系。表格類知識表達(dá)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(jìn)行簡單處理。以表1中的工程數(shù)據(jù)表為例，其中的特點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)：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(huì)有注釋，作為表中知識的解釋或補(bǔ)充。

表1 綴板尺寸

2.1.2 數(shù)據(jù)表知識表達(dá)

經(jīng)過分析可知，數(shù)據(jù)表格在知識表達(dá)上必須包括已知域、結(jié)論域、注釋域三個(gè)部分。其中，已知域反映的是表格的屬性，可以是表達(dá)式或關(guān)鍵詞，其中的內(nèi)容可以稱為項(xiàng)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(xiàng)目名稱中說明。注釋域是對表格沒有注明的信息進(jìn)行解釋，多以語言方式表達(dá)。

2.2 工程語言知識及表達(dá)

2.2.1 工程語言知識分析

在工程設(shè)計(jì)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(gè)方面：第一，表達(dá)工程規(guī)范，這其中會(huì)用到表示強(qiáng)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(huì)使用到大量的計(jì)算公式，以及對數(shù)據(jù)進(jìn)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(huì)出現(xiàn)“并且”和“或者”，而且邏輯判斷性比較強(qiáng)。第四，對某一數(shù)據(jù)進(jìn)行限定時(shí)，通常規(guī)定一個(gè)范圍，例如“長度在10—15cm之間”等。

2.2.2 工程語言知識表達(dá)

第一，如果變量以字符開頭，那么語言表達(dá)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(jì)參數(shù)。第二，在限定詞的表達(dá)上，表達(dá)必須滿足使用must，表達(dá)應(yīng)該滿足使用should，表達(dá)可以滿足使用suit，表達(dá)在補(bǔ)充條件后滿足使用limit。第三，在方程的分段表達(dá)式上，使用“（ ）”能夠改變表達(dá)式的優(yōu)先級，使用“{ }”能夠?qū)χR語句進(jìn)行組合。

2.3 工程實(shí)例知識及表達(dá)

2.3.1 工程實(shí)例知識分析

工程實(shí)例是新的工程設(shè)計(jì)的參考，因此成功的工程實(shí)例具有知識性。在設(shè)計(jì)工作中為了能夠更好地利用到這些實(shí)例，就需要了解它們的特點(diǎn)，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(shí)例知識表達(dá)

工程實(shí)例知識的組成基礎(chǔ)就是“知識項(xiàng)”，每個(gè)知識項(xiàng)都有自身對應(yīng)的結(jié)構(gòu)描述。這些知識項(xiàng)有已知域（需要滿足的條件）和結(jié)論組成。系統(tǒng)會(huì)將設(shè)計(jì)工程的已知條件和工程實(shí)例的已知條件相對比，如果滿足就會(huì)采用工程實(shí)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(dá)

2.4.1 工程圖形知識分析

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

2.4.2 工程圖形知識表達(dá)

圖形結(jié)點(diǎn)的表達(dá)結(jié)構(gòu)，就是在圖形結(jié)點(diǎn)上設(shè)置更多的子結(jié)點(diǎn)，用于存儲圖形信息。在工程圖形知識表達(dá)上，每一個(gè)工程分項(xiàng)都有對應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)計(jì)方法，通過與圖形相結(jié)合，成為工程設(shè)計(jì)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(jì)知識表達(dá)體系的基礎(chǔ)上，已經(jīng)對工程設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)之中，同時(shí)在運(yùn)輸機(jī)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(huì)更加廣泛。