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1、知识工程在CAD中的应用赵利陈志英（北京航空航天大学 能源与动力工程学院 航空推进系 北京 100083）摘要：知识工程程与CAD技技术的结合已已成为先进制制造与自动化化技术研究的的热点。UGG/KF是介介于CAD技技术和知识工工程KBE技技术之间新出出现的边缘技技术。本文用用UG/KFF为工具开发发了航空发动动机敷管系统统，并给出了了实例验证了了该方法的实实用性和操纵纵性。关键词：知识工工程知识融合管路敷设中图分类号：VV233.22+4文献标示码码：AThe Appplicattion oof Knoowledgge-bassed Enngineeering in CAAD Zhao Li
2、i, Cheen Zhii-yingg(Schooll of Jeet Proopulsiion, Beijjing Univeersityy of AAeronaauticss and Astroonautiics , Beijiing, 1000083,Chhina)Abstracct: Nowaddays, the ccombinnationn of kknowleedge-bbased enginneerinng (KBBE) annd CADD is aa focuused pprobleem on the ffiled of addvanceed mannufactturingg.
3、 UG/KF iss a neew tecchnoloogy beetweenn CAD and KKBE. TThis ppaper devellops tthe Piiping Systeem of aeroeenginee withh UG/KKF, annd givves ann exammple tto verrify iits prracticcalityy and usabiility.Keywordds: knnowleddge-baased eengineeeringgknowlledge fusioonpipe-layinng1引言参数化设计方法法是CAD系统所所采用的关键
4、键技术之一,能否实现参参数化已成为为评价CADD系统优劣的的重要技术指指标。目前,商用CADD 软件多采采用特征参数数化设计方法法,通过零件件族等方式来来参数化特征征的形状与尺尺寸,同时影影响与之发生生联系的特征征,从而得到到不同的零件件模型。但是是,参数化技技术要求全约约束,约束方方程的建立和和求解依赖特特征构建的顺顺序,参数求求解只能顺序序求解,这样样导致零部件件不能随心所所欲地构建和和拆卸;此外外,对于复杂杂零件, 参参数化所需的的某些尺寸与与约束可能暂暂时难以确定定, 工程参参数如质量、载载荷、力等设设计参数也不不能直接约束束管理,给工工程实际应用用中带来很大大的局限性。因此,在参数化
5、化方法的基础础上,提出了了变量化设计计方法。变量量化设计方法法允许在欠约约束的条件下下进行几何设设计,且不需需考虑约束设设置的顺序,具有更好的的灵活性和自自由度;而且且参数通过联联立求解几何何约束和工程程约束方程组组来获得,因因而功能更为为强大。但是是,变量化设设计方法往往往涉及到大型型非线性方程程组的求解,其求解的效效率和稳定性性不如参数化化设计。 以几何模型为主主的CAD 系统无法将将工程领域的的设计原理、工工程知识、同同类设计及专专家经验等融融入几何模型型中去。因此此,无法实现现领域知识的的重复利用，设计工程师师仍需进行大大量的重复性性设计工作，无法集中精精力和时间进进行创新工作作。通过
6、对参参数化和变量量化设计方法法的研究, 将知识工程程的概念引入入航空发动机机管路敷设的的参数化设计计中,运用知知识工程强大大的工程处理理能力,实现现对管路特征参数数的知识驱动动,并结合特特征造型理论论与工程数据据库技术,从从而实现管路路的智能参数数化设计。2 知识工程KBEE技术知识工程是一种种存储并处理理与产品模型型有关的知识识，且基于产品品模型的计算算机软件系统统。其技术内内涵可总结为为：知识工程是关关于设计、制制造等的处理理过程；知识工程是领领域专家知识识的总结和集集成的过程；知识工程是CCAD /CCAM /CCAE 技术术与AI 技技术的综合与与集成过程。从本质看，知识识工程的目的的
7、是“技术再利用用”，即将知识识创造性地应应用到一个工工业产品的设设计开发及生生产制造过程程中，充份利利用各种实践践经验、专家家知识及其有有关的信息，产产生以知识驱驱动为基础的的工程设计新新思路。这些些“知识”可能以很多多种形式存在在，如：电子计算表表格(Sprreadshheets)；手册；工程计算公公式；专用软件；设计人员的的主观判断和和经验。知识工程的意图图是构建工程程自动化系统统。当解决方方案需要产品品配置(Coonfiguuratioon) 、工工程演算( Enginneerinng) 、几几何模型构建建(Geommetry)三方面组合合起来时，知识工程就是是最有效的方方案。在知识识工
8、程中，知识是驱动动力，几何模型构构建是由产品品配置和工程程演算规则驱驱动的。3. KBE与与其它设计系系统的比较2.1 KBEE与CAD系系统的比较当前KBE系统统与通用CAAD系统的差差别主要集中中在领域知识识的运用上。传传统CAD系系统的对象是是纯粹的几何何实体，对其其进行建模和和几何处理，对对象之间的关关系也只是几几何体之间的的装配关系。而而KBE的知知识可以随时时更新、补充充和维护，并并能够把CAAD系统中的的几何模型引引入KBE系系统中作为产产品对象，进进行参数传递递。因此，KKBE优越于于CAD就在在于它能够将将成熟的设计计经验直接固固化于系统中中，从而使设设计师把更多多的精力放在
9、在产品设计上上，而非几何何模型的处理理上。图1 说明传统统CAD 系统统与具有知识识融合CADD 系统的比比较，在传统统的CAD 建模系统中中，以人为的的工程知识决决定模型的几几何尺寸，其其已完成的CCAD 模型型需进行设计计变更时，无无法再次直接接将设计阶段段的工程知识识应用于决定定几何模型尺尺寸是否满足足工程需求，其其工程知识与与CAD 模型型间有一不可可跨越的围墙墙。但应用具具有知识融合合的CAD 系统统，其模型几几何尺寸是直直接由工程规规则所驱动，因因此于设计变变更的阶段仍仍可将“知识再利用用”，快速完成成工作。图1 传统CAAD 与UG/KFF 的比较3.2 KBEE与专家系统统的比
10、较专家系统一般般只解决某一一领域的知识识，而知识系系统是多领域域知识的集成成化；专家系统要要求存在统一一的知识表示示语言，而知知识系统从追追求效果的目目的出发，有有多种表达方方式拓宽了专专家系统的应应用范围；专家系统一一般不具备能能力，只能用用放在系统中中的知识解决决问题，而无无法满足创新新的需要，知知识工程可自自我更新积累累，从而扩宽宽了获取知识识的途径。面对知识工程的的广泛应用前前景，国外著著名的CADD、CAM系系统开发商,如EDS (Uniggraphiics) 、Dassault ( CATIA )等均开展基于知识的工程设计系统的开发，主要在于建立基于产品的几何和非几何特征模型，使工
11、程师在设计时能得到基于产品领域知识的帮助,从而提高产品的设计和创新能力。其中Unigraphics 集成了Intent 语言,并在几何处理方面加以拓展，推出知识熔接模块UGKF，是当前较为活跃的知识工程系统开发工具。用户可利用UGKF 创建、获取和重用知识规则，从而驱动几何体的生成。4基于知识工工程的航空发发动机敷管系系统本文以建立“基基于知识的航航空发动机敷敷管系统”为例，基于于UG平台，通通过KBE在在UG中的集集成知识熔接接技术（knoowledgge fussion,简简称KF）来来实现对管路路的知识驱动动。4.1 管路敷敷设规则结合国军标中对对管路敷设的的基本要求，以以及对航空发发动
12、机生产厂厂的调查研究究情况，我们们得出了以下下几条在管路路敷设过程中中需要遵守的的规则：1.管路敷设国国军标规定导导管接嘴处不不能直接弯管管，需要有一一直线段，该该直线段长度度为2倍弯曲曲半径。2.粗管不易弯弯曲，尽量走走直，少拐弯弯，以减轻重重量，减少流流体损失。3.同一批次任任务中先敷粗粗管，后敷细细管。细管沿沿着粗管敷设设，并用卡箍箍固定在粗管管上。4.导管敷设尽尽量紧凑，管管路应成束敷敷设。5.为了便于管管路固定和外外形美观，管管路应尽可能能地沿发动机机的轴向和周周向敷设。6.交叉的导管管应分布在不不同的空间层层，周向导管管应该更靠近近机匣。7.周向路径用用单段的直线线组合来代替替光滑
13、的圆弧线线，直线的长长度为4 倍倍的最小弯曲曲半径。8.所有管路在在敷设时，尽尽量做到由内内层向外层敷敷设。9.敷管时，要要防止大管径径的导管成交交叉敷设。10.尽量先敷敷设管路密集集区域。4.2 系统基基本架构发动机敷管系统统以推理机为为核心，构建建于UG/KKF基础上的的推理机完美美地与原有的的UG三维造造型系统结合合在一起，用用户通过人机机交互接口和和数据输入输输出接口引导导系统进行设设计。知识库库系统包括实实例库、规则则库、数据库库。图2为管路敷设设系统结构图图。图2 管路敷设设系统结构图图其中，实例库存存放着以往设设计中成功的的设计案例，用用户可以参考考以往的设计计结构，为新新的设计
14、提供供灵感；规则则库则是对管管路设计的KKF语言描述述，用于驱动动管路的各控控制参数；数数据库存放各各种设计过程程所需的数据据，包括有关关的设计手册册、产品标准准和企业规范范。系统通过过知识库管理理系统与其它它模块相连，从从而实现知识识的重用或扩扩充。4.3 敷管系系统的实现敷管设计系统采采用UG传统统的用户可视视化界面，用用户通过在下下拉菜单中选选择管路不同同的输出和输输入接口，通通过输入的设设计要求和工工程参数来确确定管路的几几何参数，其其整个设计流流程如图3所示：图3 管路敷设设系统设计流流程图最终得到的管路路模型可以作作为设计实例例动态地添加加到知识库中中，对知识库库进行扩充和和更新，
15、以备备下次设计和和维护时再利利用。图4显示了最终终生成的管路路模型。图4 航空发动动机管路模型型5结论知识工程实现了了工程设计与与CAD系统统的无缝连接接，业已成为为未来CADD技术与先进进制造业技术术发展的核心心。它可以很很好地继承各各种专家知识识和经验，增加非非几何的工程程设计能力，实实现通过修改改规则来直接接影响几何模模型。本文基基于知识熔接接技术，实现现了通过知识识和规则直接接生成管路模模型，提高了了设计效率。参考文献1刘华春，黄黄亚宇.基于于KBE的齿齿轮减速器CCAD设计研研究J.机械研究与与应用，20005，188（5）：1101102.2Uniggraphiics Soolut
16、ioons Innc. 王刚刚译. UGG知识熔接技技术培训教程程M. 北京：清华华大学出版社社，20000.3航空发动动机管路系统统通用技术要要求，中华人人民共和国国国家军用标准准，GB3881699.4张玥，陈陈东帆.UGGKF和UGGMold Wizarrd在非球面面镜片上的应应用J.机电产品开开发与创新，22006，119（2）：7779.5董正卫，田田力中，付宜宜利. UGG/OPENN API编编程基础MM.北京：清华大学出出版社，20002.6景旭，李李莉敏，唐文文献.基于UUG/KDAA的广义知识识库系统的研研究与实现J.计算算机工程，22003，229（4）：124-1126.注：本文的研究究没有基金资资助作者简介赵利（19800.12-），男男，硕士生。研究方向向：航空发动动机结构设计计、CAD和和并行工程。陈志英（19660-），男男，教授，博博士。联系信息地址：北京市海海淀区学院路路37号北京京航空航天大大学北配电楼楼403室单位：北京航空空航天大学能能源与动力工工程学院航空空推进系邮政编码：1000083固定电话：（0010）8223138441手机：1352208417725E-mail: zhaolli