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1、知识驱动数字化产品开发发表时间：2008-9-19 屈福平 来源：e-works1、前言 知识工程- Knowledge Base Engineering是由美国Feigenbaum教授于1977年提出。早期主要用于专家系统及人工智能以提供知识获取及基于知识的推理技术与方法。现今，具有知识处理能力的软件系统已成为新一代专业软件的重要指针。所谓知识工程其普遍的共识及定义为:以知识为处理对象，即用工程化的思考模式，并应用人工智能的原理、方法及技术以达成设计、建构及维护知识系统的一门科学。 知识工程的目的是在研究知识的基础上，开发智能系统。因此，知识的获取、知识的表达及知识的运用便构成知识工程的三大
2、要素。知识工程的研究主要内容包括:基础理论的研究、实用技术的开发、知识型工具系统及智能机等相关课题的研究。其中，基础理论的研究主要是研究基本的理论方法，包括知识的本质、知识的表达、推理、获取及学习的方法等。实用技术的开发则主要研究解决建立知识系统过程中遇到的问题，包括实用知识的表达方法，建立知识获取技术，实用知识推理方法、知识库结构系统及知识系统体系结构等。建立知识型系统工具的主要目的是给系统的开发提供良好的运用工具，以提高系统研制的质量与缩短系统研制周期等。所以，知识系统能解决专家等级的问题，能快速的进行假设及搜索解答，即系统具有大量的基础知识及一般问题的求解能力，具自动推理的能力。 从制造
3、业的技术来看，知识工程是一种基于知识的计算机应用系统，它着眼于自动的、导引式的方式帮助使用者进行产品的工程设计，包括产品的造型、分析、检测、制造评估及工艺规划等活动。并且可以捕捉及再利用与产品开发有关的优化设计制造方案知识与良好的设计经验。它是与人工智能、协同设计、知识库系统、几何造型系统及信息技术进行有效整合的一项工程技术。 从本质看，知识工程的目的是知识重用，即将知识创造性的应用到一个工业产品的设计开发及生产制造过程中，充份利用各种实践经验、专家知识及其有关的讯息，产生以知识驱动为基础的工程设计新思路。现今对知识的建立，基本上是应用所定义的计算机语言(符号)来架构人类的各种概念及概念间的关
4、系，每一种表示方式实际上是一种数据结构。 知识融合程序语言-Knowledge FusionSiemens PLM软件公司的NX系统提供自定义开发且符合工程知识融合需要的知识融合程序语言，以有效描述及整合工程知识与几何模型间的关系。 图图1.传传统KBBE系统统与NXX/KFF的区别别 知知识融合合程序语语言是高高级语言言，因而而可以用用比较浅浅显的语语言文字字描述程程序的功功能与运运作方式式，可用用来表示示全新的的对象模模型。因因此该语语言为面面向对象象(Obbjecct oorieenteed)的的解释性性(Innterrpreetedd)语言言，在知知识融合合程序语语言中有有类(CCla
5、sss)及及对象(Objjectt)能够够进行多多重继承承(Innherrentt)。类类是对象象的共同同特征的的抽象描描述，其其定义方方式如图图2所示示。 图图2.类类(Cllasss)的定定义 用用户可以以方便的的应用此此程序语语言在产产品模型型中以规规则(RRulee)的型型式增加加工程知知识，图图3 则则是应用用规则控控制其知知识工程程的应用用程序案案例，而而此规则则为此语语言的基基本组件件，其直直斜螺齿齿轮及螺螺旋斜齿齿轮与加加工方法法的决定定是由工工程规则则决定，并并对具知知识的资资料库进进行读写写的动作作。 图图3.利利用规则则控制知知识工程程的程序序案例另外，KFF程序中中允许
6、用用户以任任意顺序序定义属属性，将将其视为为关键键词，使使其可以以需求求驱动(Demmandd-drriveen)方式取取用。此此外，知知识融合合语言有有能力存存取NXX系统以以外的知知识资源源，如资资料库及及电子试试算文件件等，且且有能力力结合其其它分析析及优化化软件。KKBE系系统结构构是对象象导向的的结构，这这也使得得对象属属性具有有对象的的继承性性。此一一结构具具有方便便储存几几何尺寸寸及知识识推理的的表现形形式。此此外，NNX的规规则是用用于实现现过程的的表达式式，而面面向对象象的系统统与规则则的结合合，提供供用户可可捕捉全全生命周周期知识识(Liifeccyclle kknowwl
7、eddge)。 2、知知识管理理的过程程 近近几年来来，KBBE技术术已经从从理论研研究转向向实际应应用，各各主要的的PLMM厂商相相继在推推出了不不同的制制造业领领域的KKDA(知识驱驱动自动动化-KKnowwleddge Driivenn Auutommatiion)解决方方案，比比如：SSiemmenss PLLM软件件公司的的模具工工程向导导（Moold Wizzardd/Prrogrresssivee Diie WWizaard）、齿齿轮设计计向导(Geaar WWizaard)、汽车车工程向向导(VVichhiclle WWizaard),达索索公司CCATIIA知识识工程专专家K
8、WWE，PPTC公公司的专专家模架架系统EEMX等等，相信信大家利利用NXX系统在在日常工工程应用用中也有有体验到到它对企企业的实实际应用用所带来来的价值值，本文文主要围围绕Siiemeens PLMM软件公公司的KKF技术术在玻璃璃制品及及模具领领域的智智能化应应用开发发展开叙叙述。 2.1 在在利用KKF进行行开发的的前期，首首先要对对NX/KF开开发及后后期管理理过程进进行规划划，同时时还要深深刻理解解其开发发目标。 图图4. KBEE前期开开发的理理解 图5. KFF知识管管理的过过程 22.2 其次，在在程序设设计过程程中，可可参考NNX/KKF针对对的主要要开发对对象以灵灵活的选选
9、择IDDE开发发工具的的组合(C+、MeenuSScriipt、UUISttyleer)，同同时还包包括NXX5版本本中的新新增功能能Knoowleedgee Fuusioon IICE，它它能更方方便的捕捕捉产品品的知识识规则以以及优化化KF程程序。 图图6. NX/KF主主要开发发对象NX提供的的MennuSccrippt和UUISttyleer两个个模块主主要用于于开发下下拉菜单单、应用用工具条条和人机机交互对对话框，实实现NXX二次开开发的应应用程序序界面化化。MeenuSScriipt是是UG/OPEEN的一一个重要要组成部部分，它它可以通通过编辑辑纯文本本的Meenu文文件（菜菜单
10、脚本本文件，文文件的扩扩展名为为*.mmen）创创建或修修改NXX的主菜菜单及下下拉菜单单，而不不用编写写C语言言程序。在在脚本文文件中，相相应按钮钮的ACCTIOONS为为相应的的DFAA文件，脚脚本文件件的格式式如下： 图77. 菜菜单与用用户UII NNX/OOpenn UIIStyylerr是开发发NX对对话框的的可视化化工具，其其生成的的对话框框与NXX完全集集成，用用户可以以方便、高高效地与与NX进进行交互互操作，该该工具的的使用避避免了复复杂的图图形用户户接口GGUI编编程，直直接将对对话框中中的基本本控件进进行组合合与布局局，可以以创建满满足不同同功能需需求的NNX风格格对话框
11、框 33、知识识管理的的挑战与与方法 3.1在传传统的玻玻璃制品品及模具具设计开开发过程程中，通通常的制制作工艺艺流程如如下图所所示： 1.制作木木制模型型-22.利用用测量工工具分层层测量主主要Seectiion轮轮廓数据据-33.根据据原始数数据利用用CADD工具逐逐一分层层绘制各各轮廓-4.利用分分层轮廓廓线编织织外形曲曲面-5.将将外形曲曲面转换换为产品品及模具具实体并并进行后后续详细细结构设设计-6.进进行产品品及模具具零部件件试制加加工-7.通通过测量量工具对对比分析析其偏差差(如果果偏差过过大再返返回3.进行修修改，从从而更新新其数字字样机) 应应用挑战战：从木木模的制制作- 数
12、字字样机的的采样过过程中，主主要难度度在于CCAD轮轮廓绘制制过程（整整合数据据过大）,模具制制造商深深知，通通常在绘绘制和反反复修改改CRTT产品的的轮廓线线大约需需要5天天的时间间。而一一整套模模具的计计划开发发时间仅仅为710天天，因此此为完成成这一指指标，大大多模具具厂商通通常选择择提前偷跑或超强强加班的的方式来来完成项项目,因因此后续续的设计计变更也也是意料料之中的的事, 而最关关键的其其模具质质量无法法保证，以以至无法法实现量量产。 图图8. 木模试试制Seectiion数数据测量量3.2 为为攻破上上述难关关，只能能采用各各个击破破的方式式，对于于开发过过程中面面临的最最大挑战战
13、（整合合数据过过大）需需要逆向向迭代大大量历史史数据(如: 点坐标标-1557055个、圆圆弧-1103667条、直直线-114522条、相相切匹配配-29904对对)，最最终通过过对原始始Secctioon测量量数据的的分析，可可利用NNX/KKF中SSpreeadssheeet功能能将其特特征数据据导入(导入规规则如图图9所示示)KBBE系统统，通过过ODBBC分析析数据规规则最终终将其迭迭代为CClasss AA Suurfaace特特征参数数。 图图9. ODBBC-SSpreeadssheeet导入入规则 33.3 前期面面临的主主要挑战战解决了了(基于于Claass A SSurf
14、facee的CRRT成型型面已成成功),但后处处理过程程中的大大量详细细结构的的设计工工作也不不容忽视视, 如如果将产产品或模模具的详详细结构构部件并并在迭代代过程中中同时通通过KFF程序完完成,结结果显然然不乐观观。 在在最后实实现的方方法是模模仿NXX中最佳佳的KDDA实践践经验-WWizaard 方式,一步步步引导用用户完最最终的复复杂结构构设计，如如下图示示为结构构设计各各阶段的的交互向向导界面面。 图图10. CRRT结构构设计向向导(PProccesss Wiizarrd) 生生成CRRT制品品与模具具成型面面数据逆逆向的KKF源程程序如下下示(仅仅供参考考) # KFF源程序序头
15、 #! UG/KBEE 177.0 DeefCllasss: CConee (uug_bbasee_paart); (Nuumbeer PParaametter Moddifiiablle) anggle: ; .# ODBBC入口口 (导导入原始始*.eexceel数据据文件) (Strringg Paarammeteer MModiifiaablee) ddataa_fiile: ; # 对导导入的SSecttionn长/短短轴数据据进行分分析 (Liist Moddifiiablle) reaad_ddataa_seectiion: $a ugg_exxcell_oppen_:, rea
16、ad); $sheeet_inddexugg_exxcell_geet_wworkksheeet_inddex( $aa, Sheeet11); $bug_exccel_reaad_rrangge($a,$sheeet_inddex,-1,-1,-1,-1); ug_exccel_cloose_fille($a,FFalsse); $b; ; # 对导导入的PPathh对角轴轴数据进进行分析析 (Lisst MModiifiaablee) rreadd_daata_patth: $aa ug_exccel_opeen_:, rreadd); $ssheeet_iindeexug_exccel_
17、gett_woorkssheeet_iindeex( $a, SSheeet2); . ; # 按OODBCC 定义义的原则则对Seectiion长长/短轴轴数据进进行迭代代 (Lisst MModiifiaablee )rreadd_daata_secctioon_llistt: lloopp wiith $liine_nummberr iss ntth(44, rreadd_daata_secctioon:); Foor $i ffromm 0 to ($llinee_nuumbeer-22)*112 bby 112; . ; # 按ODDBC 定义的的原则对对patth对角角轴数据据进行
18、迭迭代 (LListt Moodiffiabble) reead_datta_ppathh_liist: looop witth $linne_nnumbber is nthh(4, rreadd_daata_patth:); Foor $i ffromm 0 to ($llinee_nuumbeer-22)*88 byy 8; . ; # 按Seectiion长长/短轴轴Currve特特征排列列数据 (Chiild Lisst) secctioon_llistt: CClasss, nthh(1, ntth(22,ntth(cchilld:iindeex:,reaad_ddataa_seec
19、tiion_lisst:); . ; # 按PPathh对角轴轴Currve特特征排列列数据 (Chiild Lisst) patth_llistt: CClasss, nthh(1,nthh(2,nthh(chhildd:inndexx:,rreadd_daata_patth_llistt:); qquanntitty, lenngthh(reead_datta_ppathh_liist:); . ; . # 将Seectiion长长/短轴轴Currve逐逐一串联联 (Chhildd Liist) Jooin_secctioons: CClasss, ug_currve_joiin; QQu
20、anntitty, ntth(11,laast(reaad_ddataa_seectiion_lisst:); . ; # 将PPathh对角轴轴Currve逐逐一串联联 (Chiild Lisst) Joiin_PPathhs: Claass, ugg_cuurvee_jooin; QQuanntitty, ntth(11,laast(reaad_ddataa_paath_lisst:); Prrofiile, Looop . ; # 利利用曲面面Messh编织织CRTT制品及及模具成成型面 (CChilld) Surrfacce_MMeshh: Claass; ugg_cuurvee_me
21、esh; Priimarry; Looop Forr $aa inn Jooin_secctioons:; Coolleect Foorwaard, $aa; ; CCrosss; Looop Foor $a iin JJoinn_Paathss:; Colllecct Forrwarrd, $a; ; Empphassis; Booth; Boddy_TTypee; SSheeet; TToleeranncess; ; 4、结结论 企业创创新绝非非偶然，通通过KBBE技术术,可以以将企业业知识和和经验固固化，以以最终实实现知识识驱动数数字化产产品的开开发。通通过最佳佳的行业业实践经经验，可可以毫不不夸张的的说，KKBE技技术使知知识和流流程重用用成为现现实，为为产品的的开发带带来了新新的革命命性变革革。