基于知识的产品建模技术

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1、芏乒礁男嘲⋯川眦AR基于知识的产品建模技术术ProductModelingTechnologyBasedonKnowledge北京航空航天大学机械工程及自动化学院席平陈睿智席平博士，北京航空航天大学机械学院教授(博导)。目前担任北京航空航天大学CAD(数字化设计)中心主任。主要研究方向：数字化设计技术的基础理论、应用技术研究．软件开发和工程应用，承担多项国家基金．省部级项目及企业应用项目。与传统的基于几何的产品建模技术相比，基于知识的产品建模技术更适应现代设计的发展需要，其主要特点有：(1)基于产品本身和整个设计过程

2、的信息，建立产品的工程模型。(2)用产品设计、分析和制造的工程准则以及几何、非几何信息等，以知识为驱动力，构成设计知识+基金项目：国家863计划资助项目(2009AA043306)资助。50航空制造技术·2010年第24朋目前国内的主流CAD系统尚不具备知识融合与知识驱动的能力，因此进行基于知识的产品建模技术研究。特别是对KBE系统组成和关键技术进行深入研究，对于国内CAD系统的发展、实现产品设计的智能化和设计知识重用的有效实施等都具有重要意义。联合驱动产品模型。(3)根据主动获取和集成的设计知识自动修改模型，提高了

3、设计对象的自适应能力。(4)将产品设计过程中的设计经验、规范、意图等多领域和多种描述形式的设计知识显性表达出来，储入知识库，使其成为显性知识以便再用。目前，普遍认为KBE(KnowledgeBasedEngineering，基于知识的T程)是实现支持知识驱动的智能化产品设计的理想途径，能够为CAD系统智能化提供有效的理论和算法。在对设计知识进行获取、分类、抽象和表达后，KBE系统通过知识推理，将设计参数转换为CAD软件的几何建模所需要的几何参数和几何约束，实现知识重用。几何驱动建模与知识驱动建模产品的三维模型是设计意

4、图的具体载体，通过几何尺寸体现设计参数，对于后续的加工，还应具备CAM可以提取的信息。产品的三维模型按其建模所需信息可以分为：面向结构／几何的产品模型，也称为几何驱动产品建模，和面向知识的产品模型，也称为知识驱动产品建模。几何驱动建模：建模所需的信息是几何信息，即三维模型的尺寸和用数学表达式表示的尺寸之间的约束关系。设计人员需要将设计参数转换为三维模型的几何尺寸(或几何参数痢约束关系，输入到CAD软件，进行产品建模。知识驱动建模：建模所需的信息是几何和非几何的，设计人员可以输入设计参数，由知识库根据已有的知识(数学公

5、式、数据、图表、标准、经验等)进行相关的运算，将设计参数转换为几何尺寸(或几何参数)和几何尺寸(或几何参数)之间的约束关系，利用CAD软件的几何造型功能，进行产品建模¨删。DzJitalDeSlgnat]d鼢“fa彻。g数字化设计制造传统的CAD系统是着力建立产品的几何结构模型，一个产品由几个主要模块构成，每个模块又由若干零件装配而成，这种产品模型只包括产品的基本几何信息及几何数据间的拓扑关系，可以完整地描述零件几何信息，但对于非几何设计制造信息，如设计意图、与产品功能相关的非几何参数和制造信息等，则无法在计算机内部

6、逻辑结构中得到充分表达。从设计重用的角度，这类模型包含的信息有限，对新产品设计的参考意义有限。从制造角度，需要人工补充大量的工程信息才能用于生产。近年来发展的面向知识的产品模型，是将人工智能(ArtificialIntelligence)技术引入了CAD系统，提出了KBE系统。KBE系统定义的产品数字化模型包含了几何与非几何信息，初步实现了以知识驱动为特征的设计自动化和智能化p叫。其技术内涵就是在参数化设计中引入知识工程，在建立产品知识库的基础上进行参数化设计，同时实现尺寸驱动产品设计知识库特征关联和尺寸关联库设计检

7、验库产品-r=艺库程准则以及几何、非几何信息等构成产品设计知识联合驱动产品模型，以知识为驱动力；(3)根据主动获取和集成的设计知识自动修改模型，提高了设计对象的自适应能力；(4)将产品设计过程中的设计经验、规范、意图等多领域和多种描述形式的设计知识显性表达出来，并储入知识库中，成为显性知识以便再用。商用CAD软件中的知识工程模块近年来商业CAD软件中提供了知识T程模块(见表1)，其共同特点都是使用推理机制与CAD平台的几何数据结构直接通讯，实现了知识处理技术与CAD系统的集成，代表软件有CATIA的知识智能化软件、U

8、G／KF、Pro／E等。CATIA和UG等的知识处理在本质上是以参数驱动作为中问层来实现的知识驱动。其实现原理就是图1基于知识的参数化设计的基本架构和特征驱动，如图l所示。与传统的面向几何产品建模技术相比，面向知识产品建模技术更适应现代设计的发展需要，为支持产品设计提供了更为有效的手段，其主要特点有4点：(1)产品模型是基于产品几何参数和设计过