知識表示及其在機(jī)械工程設(shè)計中的應(yīng)用探討

汪銀華

摘要： 知識表示是進(jìn)行知識演繹的前提和基礎(chǔ)，是整個知識工程當(dāng)中較為重要的研究方面。知識表示的實(shí)現(xiàn)有多種不同的表現(xiàn)方式，并且每一種方式都有一定的局限性和針對性，即便是同一個領(lǐng)域當(dāng)中的知識也可以使用不同的知識表示方式來進(jìn)行。本文針對知識表示的一般方法進(jìn)行簡述，對知識表示在機(jī)械工程設(shè)計當(dāng)中的應(yīng)用進(jìn)行討論，并為此推出幾點(diǎn)意見以供參考。

關(guān)鍵詞： 知識表示；機(jī)械工程設(shè)計；應(yīng)用

引言

知識表示主要是利用計算機(jī)能夠接受的符號對符合一定規(guī)律的事物進(jìn)行邏輯處理的方式來表示人類在對客觀世界進(jìn)行改造過程當(dāng)中所獲得的知識。知識表示將有關(guān)世界的事實(shí)、過程以及關(guān)系等全部匯編成一種比較合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同時將這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和其作出的解釋過程互相結(jié)合在一起，使其能夠使用一種適當(dāng)?shù)姆绞絹磉M(jìn)行，促使程序方面產(chǎn)生一種智能化的行為。對這種問題進(jìn)行研究主要包括了對設(shè)計當(dāng)中的各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的研究，我們將這些研究的方式統(tǒng)稱為知識表示。再簡單地說，知識表示可看作是一種事物的約定，以把人類知識表示成機(jī)器能處理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。對知識進(jìn)行表示的過程就是把知識編碼成某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的過程。由于不同的知識結(jié)構(gòu)具有不同的針對性和局限性，所以必須根據(jù)實(shí)際情況來選擇比較合適的方式。

1.知識表示的方法比較

知識表示的方法主要有知識體系表示法、狀態(tài)空間表示和語言場表示法以及劇本表示法，還有過程表示法等，這幾種不同的表示法，都具有其自身獨(dú)特的特點(diǎn)，在對知識的推理和描述方面也大不相同，其所作出的工程應(yīng)用具有一定的針對性，而且在優(yōu)缺點(diǎn)方面也具有一定的差異性[1]。在對這些方法進(jìn)行研究的過程中，必須要做出工程應(yīng)用領(lǐng)域當(dāng)中的知識表達(dá)方面做出相應(yīng)的對比研究。（如表1所示）

2.機(jī)械類工程設(shè)計領(lǐng)域當(dāng)中的知識表示實(shí)際應(yīng)用

機(jī)械工程所包含的知識主要是通過實(shí)際具體的生產(chǎn)實(shí)踐來逐步積累起來的，有著經(jīng)驗(yàn)性、離散性，還有多樣性的特點(diǎn)，所以就需要科學(xué)合理的選擇一種知識表示來對其所具有的知識和產(chǎn)生經(jīng)驗(yàn)作出條理清晰準(zhǔn)確合理的表述，另外在構(gòu)建的內(nèi)容方面必須豐富，要保證其所具有的結(jié)果應(yīng)當(dāng)有效合理，且所具有的知識系統(tǒng)所具有的層次必須分明，結(jié)果必須可靠，這樣才能真正的方便知識庫對所具有的知識進(jìn)行維護(hù)和獲取的功能[2]。然而要想選擇一種模式就必須考慮以下幾個方面的問題①所具有的表示能力是否足夠；②能夠在對其進(jìn)行應(yīng)用的過程中實(shí)現(xiàn)對知識的不同利用和操作；③模塊化的程度是否夠高；④能否方便所獲知識的修改和擴(kuò)充工作；⑤能否符合設(shè)計方面的逐步求精，自頂向下的原則；⑥能否從知識的思維角度和自然語言的形式角度來對其作出具體的表示；⑦表示方式是否簡單易懂。

下面提出兩個最常見的工程問題來闡述知識表示方面的選擇方式：

2.1 變速箱的設(shè)計

面向?qū)ο蟮闹R表示法和將數(shù)據(jù)和設(shè)計兩者分開的方式不同，可以在設(shè)計的過程當(dāng)中將數(shù)據(jù)和方法，統(tǒng)一的封存在“類”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)當(dāng)中，每一個事物都有其對應(yīng)的對象，可以從單一的零件開始，比如從螺栓到齒輪再到整部的機(jī)器當(dāng)中，這些看似復(fù)雜的對象都可以用簡單的對象以及其他的某種方式來進(jìn)行組合，而且由對象組合而成的系統(tǒng)當(dāng)中，那些最復(fù)雜的對象通常都是從最為原始的對象起步的，然后再通過層層的組合形成。以變速箱的設(shè)計為例，變速箱就被設(shè)計成由多個的軸系組合而成，其中單個的軸系通?？梢钥醋鳛橐粋€較為獨(dú)立的系統(tǒng)對象。軸系的設(shè)計構(gòu)成是由齒輪、軸和軸承，還有套筒和軸上的其他零件組合而成，因此就可以通過面向?qū)ο蟮膶傩圆蹃泶偈蛊湔嬲龑?shí)現(xiàn)各個結(jié)構(gòu)當(dāng)中的分解知識表達(dá)。對其分解之后的單個零件通?？梢砸粋€對象類或者是其他的實(shí)力來作為最基本的模塊，從而實(shí)現(xiàn)知識優(yōu)化結(jié)構(gòu)。而在建立子類的過程當(dāng)中，必須表達(dá)出和它屬性結(jié)構(gòu)和處理知識，兩者的屬性能夠直接通過超類繼承下來。通過這種知識繼承以及知識的復(fù)用，能夠有效的減少在知識表達(dá)當(dāng)中的冗余度，同時也縮短了其開發(fā)過程的周期[3]。

2.2 鋁型材擠壓

在設(shè)計鋁型材擠壓模的過程當(dāng)中，其帶長度是設(shè)計型材模孔最為重要的幾何參數(shù)，對制成品有著直接的影響。而且?guī)чL度進(jìn)行設(shè)計的目的也是為了保證擠壓出型材的平直無彎曲，而且在薄壁方面也不會產(chǎn)生一定的波浪，交界處的也很難出現(xiàn)裂紋，所獲得的幾何形狀精確度比較高，在剛度方面的穩(wěn)定性也比較優(yōu)良。所以就必須保證型材各個階段上金屬質(zhì)點(diǎn)所具有的流動速度能夠均等。不過，影響工作帶長度設(shè)計的原因通常都是型材橫斷面的所具有的形狀，比如寬厚比以及在擠壓型材的各個部位等，還有距離緣板的距離中心點(diǎn)等。同時還包含了擠壓金屬種類以及擠壓筒的形狀等。

3.知識集成表示

知識集成的表示方式通常都是選取一些領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)知識所構(gòu)成的自然結(jié)構(gòu)，這個領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)知識，通常都是以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，就比如在診斷領(lǐng)域當(dāng)中，一些通過表層的表達(dá)方法及規(guī)則都是可行且適宜的，而在機(jī)械工程的設(shè)計領(lǐng)域當(dāng)中，對知識所作出的設(shè)計可以將其分為動態(tài)和靜態(tài)的知識，其中靜態(tài)的知識是指對象性的知識，像那些關(guān)于問題領(lǐng)域內(nèi)事物的事實(shí)和關(guān)系等，所包含的概念以及事物的描述和分類等。而動態(tài)的知識則是通過問題來對知識進(jìn)行求解的過程，通常這個過程是對已有的數(shù)據(jù)和靜態(tài)知識的問題進(jìn)行求解。這些知識都可以通過不同的形式表達(dá)出來，像公式、圖庫以及數(shù)據(jù)庫，還有各種模型、相關(guān)專家的經(jīng)驗(yàn)和方法庫等等。在對工程進(jìn)行設(shè)計的過程當(dāng)中，就需要同時具備這兩種形態(tài)的知識，同時還需要有比較強(qiáng)的數(shù)值計算和控制的過程，這樣就能真正實(shí)現(xiàn)多種知識集成來處理其中的復(fù)雜問題。

4.結(jié)語

綜上所述，選擇一種最為合適的知識表示對于多數(shù)通過知識處理的智能化應(yīng)用來說極為重要，不過由于缺乏一套較為普遍且有效的評判準(zhǔn)則，很多情況都是以經(jīng)驗(yàn)來判斷，所以挑選合適的方法是智能化系統(tǒng)成功運(yùn)行的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]金鑫，仲梁維，呂亮，夏正行.基于知識工程的真空鍍膜機(jī)模塊化設(shè)計系統(tǒng)[J]. 計算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用. 2012（07）.

[2]楊云斌，王峰軍，韋力凡，何良莉. 數(shù)字樣機(jī)技術(shù)在復(fù)雜產(chǎn)品工程設(shè)計中的應(yīng)用研究[J]. 機(jī)械設(shè)計與制造. 2012（04） .

[3]胡偉健，楊先海，孟璐.基于知識的平行分度凸輪機(jī)構(gòu)的智能設(shè)計系統(tǒng)的研究[J]. 制造業(yè)自動化. 2013（23）.