面向快速CAE主动知识辅助系统的研究与设计

    随着计算机技术的发展，CAE（Computer-AidedEngineering）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。

    本文以零件汽车球头销作为实际例子，收集对球头销进行ANSYS有限元分析过程中涉及到的知识，构建主动知识辅助系统，该系统突出了主动性，通过检测设计人员的知识欠缺，进而对其欠缺进行补充，从而使设计人员能够快速利用知识，代替以前的慢速知识预学习，简言之，就是给设计人员提供一个主动知识辅助的工具。寻求建立一个原型系统，探讨应用模式，解决问题的方式。

1 主动知识辅助系统介绍

    很多近代设计系统与本文所述方法相关，但均没能注意到“主动的知识辅助”研究方向。这些系统只适合知识预学习，图书馆领域研究的知识辅助系统是一种应对知识爆炸的知识存储和检索系统，不具有向人的主动知识辅助能力。工具软件的在线帮助系统仅仅是一个简单的文档系统，且仅仅在软件使用上给予帮助，达不到在领域机理层次上的知识辅助。主动知识辅助系统的运行目的不是一般意义上的教学，而是设法快速提供向人的知识辅助以便启动人—机结合的问题求解系统。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适合人类思维处理的地方。其目的是要降低脑力劳动门槛，解放大众脑力劳动者，同时降低白领劳动成本。

2 系统总体架构

2.1 知识库建立

    知识库开发主要采用功能强大的结构化查询语言（Structured Query Language，简称SQL），其建立主要包括以下三个子模块：

    （1）知识获取。首先，针对该系统的性质，总结出需要获取的知识，主要包括四部分：汽车球头销理论知识、ANSYS有限元知识、非线性理论知识、材料力学知识；其次，确定知识的来源，本系统知识的来源主要是通过书本和领域专家获取知识。

    （2）知识表示。本系统采用E-R概念模型对系统中的知识、数据进行分析。

    （3）知识管理。包括管理数据库结构、控制并发性处理、开发数据库安全性、提供数据库恢复功能、管理DBMS、维护信息库。

2.2 知识预测

    知识预测主要是指在设计该系统之前首先预测设计人员可能存在的知识结构，根据其不同的结构有针对性的进行知识补充，充分体现了该系统的优越性。具体包括三方面内容：

    （1）用户水平预测。由于设计人员受教育程度、知识储备以及学习能力等因素的直接影响，他们的知识需求随自身的认知程度、知识结构等变化而改变，由于本系统主要是针对那些掌握ANSYS软件程度不高的设计人员进行知识辅助，故我们将不同的用户以两个级别来分别提供辅助：初级用户和中级用户。

    （2）ANSYS有限元分析操作障碍预测。由于设计人员在使用ANSYS软件进行有限元分析时会遇到多种问题，本文以对汽车球头销进行ANSYS有限元分析时遇到的障碍为例，进行归纳总结，建入知识库，进而为用户提供更实用的知识辅助。

    （3）常犯错误预测。将用户可能犯的错误总结出来，提示用户以免再犯，例如：在ANSYS操作中，有些分析人员在对体进行网格划分之后，想直接删除体，但系统却提示不可以删除，原因是操作者应首先将划分好的网格删除，然后再删除体即可，类似这样易犯的错误还有很多，所以我们有必要将这些注意事项提供给用户。

2.3 有效知识提供

    系统设计的最终目的是为用户提供更有效的知识，而有效知识提供的实现主要体现在功能模块的设计上，而功能模块设计的好坏又直接影响着系统的性能。下面对系统功能模块设计作一简单介绍。汽车球头销有限元分析主动知识辅助系统的功能模块由前台功能模块和后台功能模块两部分组成。

2.3.1前台功能模块

    （1）用户登录。用户首先登录方可进入系统知识辅助界面，进行知识检测，否则只有权利通过左侧树形结构进行知识浏览。

    （2）用户资料修改。用户可以随时更改自己的信息，并提交给系统。

    （3）知识分类。知识分类包括四大模块：ANSYS有限元知识、材料力学知识、非线性知识和汽车球头销基础知识。这四个模块都采用了树形结构，用户可以方便地通过树形目录浏览知识。

    （4）知识检索。在该模块中用户可以通过输入关键字，查找自己想要的内容。

    （5）知识检测。用户通过选择不同的知识门槛进入不同的测试环境后，首先回答一定数目的、有代表性的题目，系统通过测试，检测其知识结构，并以柱状图的形式形象的描述用户每个模块的答题情况，使用户很快找到自己漏洞较多的模块。