面向快速CAE知识辅助的知识库建立的研究

    1 引言

    以具有强竞争性复杂机电产品的重要零件汽车球头销作为实际例子,搜集有关球头销有限元分析过程中所涉及到的各种知识,建立知识库,进而为开发主动知识辅助系统,帮助设计人员快速利用知识奠定一个良好的基础。

    2 主动知识辅助系统

    随着计算机技术的发展,CAE(Computer-Aided Engineering)作为一项跨学科的数值模拟分析技术,越来越受到科技界和工程界的重视,其主体是有限元分析(FEA,Finite Element Analy-sis)软件。但就目前国内的现实情况而言,让大多数企业的设计人员掌握该软件进行有限元分析,还存在很大的难度,为了能减轻设计人员有限元分析知识预学习的负担,因此开发一个辅助设计人员快速利用有限元分析知识的系统显得尤为重要。

    所谓主动知识辅助系统,其思路是:在人机自动化设计系统中,虽然机器系统不可以代替人类进行那些人类适合的工作,但是系统可以判断使用者的知识结构,并主动地提供知识辅助。主动知识辅助系统的目的关键是降低设计工程师不必要的知识预学习负担,而使其将真正精力集中到真正适合人类思维处理的地方。

    3 知识库的建立

    3.1 概述

    知识库是一种数据结构,它存储有关领域世界的知识。它的主要功能是对知识进行存储和管理,是事实、规则和概念的集合。知识库的研究是目前计算机科学研究的前沿,是近30年发展起来的一门综合性的学科,它将计算机技术、数据库技术、网络技术和人工智能技术的最新成果集于一体,知识库技术的发展也将促进这些相关技术的深入发展。通常知识库建立涉及知识获取、知识表示和知识管理三部分内容。

    3.2 系统总体设计知识库的构建

    根据汽车球头销ANSYS有限元分析知识及知识库总体设计的特点,知识库分为实例库和规则库,实例库里包括4个子实例库,球头销理论知识库、材料力学知识库、非线性理论知识库、ANSYS有限元分析知识库;规则库里又包括3个子规则库,知识提供方式规则知识库、知识检测规则知识库、ANSYS操作方式规则知识库,如图1所示。

    3.3 知识获取

    所谓知识获取(Knowledge Acquisition,简称KA)就是把问题求解的专门知识(如事实、经验、规则等)从专家头脑或其他知识源(如书本、文献)中提取出来,然后将之转换成计算机系统内部表示的转换过程。知识获取主要通过从书本、文献以及和领域专家交流取得,再将这些知识整理后输入到数据库中,进而为设计人员提供更全面的帮助。

    3.4 知识表示

    知识表示是构建专家系统最主要的工作,在人工智能中,知识的表示是数据结构和解释过程的结合。知识的集合构成了知识库,它是专家系统的一个重要部分,包含了专家用来解决实际问题的知识和经验。目前已有的知识表示法共有20多种,适用于不同的领域。

    在知识表示过程中,这里采用E-R概念模型对系统中的知识、数据进行分析。概念模型是对信息世界建模,所以概念模型应该能够方便、准确地表示出信息世界中常用概念。概念模型的表示方法很多,其中最为著名最为常用的是P.P.S.Chen于1976年首先提出的E-R(Entity-Relationship)模型,即实体联系数据模型。

    E-R模型的关键在于确定系统中应包含的实体及其它们的联系。