知识表示及其在机械工程设计中的应用探讨

汪银华

摘要： 知识表示是进行知识演绎的前提和基础，是整个知识工程当中较为重要的研究方面。知识表示的实现有多种不同的表现方式，并且每一种方式都有一定的局限性和针对性，即便是同一个领域当中的知识也可以使用不同的知识表示方式来进行。本文针对知识表示的一般方法进行简述，对知识表示在机械工程设计当中的应用进行讨论，并为此推出几点意见以供参考。

关键词： 知识表示；机械工程设计；应用

引言

知识表示主要是利用计算机能够接受的符号对符合一定规律的事物进行逻辑处理的方式来表示人类在对客观世界进行改造过程当中所获得的知识。知识表示将有关世界的事实、过程以及关系等全部汇编成一种比较合适的数据结构，同时将这种数据结构和其作出的解释过程互相结合在一起，使其能够使用一种适当的方式来进行，促使程序方面产生一种智能化的行为。对这种问题进行研究主要包括了对设计当中的各种数据结构的研究，我们将这些研究的方式统称为知识表示。再简单地说，知识表示可看作是一种事物的约定，以把人类知识表示成机器能处理的数据结构。对知识进行表示的过程就是把知识编码成某种数据结构的过程。由于不同的知识结构具有不同的针对性和局限性，所以必须根据实际情况来选择比较合适的方式。

1.知识表示的方法比较

知识表示的方法主要有知识体系表示法、状态空间表示和语言场表示法以及剧本表示法，还有过程表示法等，这几种不同的表示法，都具有其自身独特的特点，在对知识的推理和描述方面也大不相同，其所作出的工程应用具有一定的针对性，而且在优缺点方面也具有一定的差异性[1]。在对这些方法进行研究的过程中，必须要做出工程应用领域当中的知识表达方面做出相应的对比研究。（如表1所示）

2.机械类工程设计领域当中的知识表示实际应用

机械工程所包含的知识主要是通过实际具体的生产实践来逐步积累起来的，有着经验性、离散性，还有多样性的特点，所以就需要科学合理的选择一种知识表示来对其所具有的知识和产生经验作出条理清晰准确合理的表述，另外在构建的内容方面必须丰富，要保证其所具有的结果应当有效合理，且所具有的知识系统所具有的层次必须分明，结果必须可靠，这样才能真正的方便知识库对所具有的知识进行维护和获取的功能[2]。然而要想选择一种模式就必须考虑以下几个方面的问题①所具有的表示能力是否足够；②能够在对其进行应用的过程中实现对知识的不同利用和操作；③模块化的程度是否够高；④能否方便所获知识的修改和扩充工作；⑤能否符合设计方面的逐步求精，自顶向下的原则；⑥能否从知识的思维角度和自然语言的形式角度来对其作出具体的表示；⑦表示方式是否简单易懂。

下面提出两个最常见的工程问题来阐述知识表示方面的选择方式：

2.1 变速箱的设计

面向对象的知识表示法和将数据和设计两者分开的方式不同，可以在设计的过程当中将数据和方法，统一的封存在“类”的数据结构当中，每一个事物都有其对应的对象，可以从单一的零件开始，比如从螺栓到齿轮再到整部的机器当中，这些看似复杂的对象都可以用简单的对象以及其他的某种方式来进行组合，而且由对象组合而成的系统当中，那些最复杂的对象通常都是从最为原始的对象起步的，然后再通过层层的组合形成。以变速箱的设计为例，变速箱就被设计成由多个的轴系组合而成，其中单个的轴系通常可以看作为一个较为独立的系统对象。轴系的设计构成是由齿轮、轴和轴承，还有套筒和轴上的其他零件组合而成，因此就可以通过面向对象的属性槽来促使其真正实现各个结构当中的分解知识表达。对其分解之后的单个零件通常可以一个对象类或者是其他的实力来作为最基本的模块，从而实现知识优化结构。而在建立子类的过程当中，必须表达出和它属性结构和处理知识，两者的属性能够直接通过超类继承下来。通过这种知识继承以及知识的复用，能够有效的减少在知识表达当中的冗余度，同时也缩短了其开发过程的周期[3]。

2.2 铝型材挤压

在设计铝型材挤压模的过程当中，其带长度是设计型材模孔最为重要的几何参数，对制成品有着直接的影响。而且带长度进行设计的目的也是为了保证挤压出型材的平直无弯曲，而且在薄壁方面也不会产生一定的波浪，交界处的也很难出现裂纹，所获得的几何形状精确度比较高，在刚度方面的稳定性也比较优良。所以就必须保证型材各个阶段上金属质点所具有的流动速度能够均等。不过，影响工作带长度设计的原因通常都是型材横断面的所具有的形状，比如宽厚比以及在挤压型材的各个部位等，还有距离缘板的距离中心点等。同时还包含了挤压金属种类以及挤压筒的形状等。

3.知识集成表示

知识集成的表示方式通常都是选取一些领域内的专业知识所构成的自然结构，这个领域内的专业知识，通常都是以经验为基础，就比如在诊断领域当中，一些通过表层的表达方法及规则都是可行且适宜的，而在机械工程的设计领域当中，对知识所作出的设计可以将其分为动态和静态的知识，其中静态的知识是指对象性的知识，像那些关于问题领域内事物的事实和关系等，所包含的概念以及事物的描述和分类等。而动态的知识则是通过问题来对知识进行求解的过程，通常这个过程是对已有的数据和静态知识的问题进行求解。这些知识都可以通过不同的形式表达出来，像公式、图库以及数据库，还有各种模型、相关专家的经验和方法库等等。在对工程进行设计的过程当中，就需要同时具备这两种形态的知识，同时还需要有比较强的数值计算和控制的过程，这样就能真正实现多种知识集成来处理其中的复杂问题。

4.结语

综上所述，选择一种最为合适的知识表示对于多数通过知识处理的智能化应用来说极为重要，不过由于缺乏一套较为普遍且有效的评判准则，很多情况都是以经验来判断，所以挑选合适的方法是智能化系统成功运行的基础。

参考文献：

[1]金鑫，仲梁维，吕亮，夏正行.基于知识工程的真空镀膜机模块化设计系统[J]. 计算机系统应用. 2012（07）.

[2]杨云斌，王峰军，韦力凡，何良莉. 数字样机技术在复杂产品工程设计中的应用研究[J]. 機械设计与制造. 2012（04） .

[3]胡伟健，杨先海，孟璐.基于知识的平行分度凸轮机构的智能设计系统的研究[J]. 制造业自动化. 2013（23）.