上海滬工閥門廠（集團(tuán)）有限公司

閥門作為一類通用機(jī)械產(chǎn)品，其產(chǎn)品設(shè)計(jì)除應(yīng)遵循相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則外，還有大量的經(jīng)驗(yàn)性、事實(shí)性知識(shí)，屬于典型的強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)、弱理論領(lǐng)域，運(yùn)用成熟的數(shù)據(jù)庫技術(shù)，將閥門設(shè)計(jì)相關(guān)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，建立閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)庫，可實(shí)現(xiàn)閥門設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的規(guī)范化存儲(chǔ)，并為閥門產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)提供所需要的知識(shí)和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)閥門產(chǎn)品的快速設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1 閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)的特點(diǎn)

閥門產(chǎn)品應(yīng)用廣泛，種類繁多，不同種類的閥門產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)流程中存在較大差異，因此，在閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，既有共性知識(shí)，如產(chǎn)品設(shè)計(jì)一般應(yīng)遵循國家標(biāo)準(zhǔn)的公稱通徑和公稱壓力系列，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮設(shè)計(jì)溫度和工作介質(zhì)的要求等。同時(shí)，不同種類的閥門的具體結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)流程、產(chǎn)品系列化程度、設(shè)計(jì)計(jì)算項(xiàng)目及針對(duì)某類閥門的特定設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等均有所不同。對(duì)于這些大量、復(fù)雜的知識(shí)，如何能夠?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)易于接受和處理的形式，是構(gòu)建閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)庫的關(guān)鍵問題。

2 知識(shí)表示的一般方法

采用什么形式表示知識(shí)，使計(jì)算機(jī)能對(duì)之進(jìn)行處理，是知識(shí)庫系統(tǒng)首先要解決的關(guān)鍵。所謂知識(shí)表示是為描述物體或現(xiàn)象所作的一組約定，是將知識(shí)轉(zhuǎn)換為能為計(jì)算機(jī)接受和易于處理的一種表現(xiàn)形式。這種表現(xiàn)形式可以看作是一種描述知識(shí)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。對(duì)知識(shí)進(jìn)行表示就是把知識(shí)表示成易于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和利用的某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。能否合理地表示和組織知識(shí)是關(guān)系到知識(shí)庫構(gòu)建是否合理及其運(yùn)行效率的關(guān)鍵。

目前與機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)的人工智能系統(tǒng)經(jīng)常使用的知識(shí)表示方法有產(chǎn)生式規(guī)則表示、框架表示、語義網(wǎng)絡(luò)表示、謂詞邏輯表示、面向?qū)ο蟮闹�識(shí)表示和基于本體的知識(shí)表示等。在進(jìn)行知識(shí)庫的構(gòu)建時(shí)，采用哪種或哪些知識(shí)表示方法，應(yīng)取決于知識(shí)本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和知識(shí)組織的策略。

3 知識(shí)的組織策略和表示方法

3.1 知識(shí)的組織策略

針對(duì)閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)的特點(diǎn)，在知識(shí)庫中對(duì)知識(shí)進(jìn)行模塊劃分。將標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)系列、閥門常用材料等各類閥門設(shè)計(jì)中均會(huì)涉及的知識(shí)劃歸通用設(shè)計(jì)知識(shí)模塊；將典型結(jié)構(gòu)等針對(duì)特定種類閥門產(chǎn)品的設(shè)計(jì)知識(shí)劃歸專用設(shè)計(jì)知識(shí)模塊，并分類存儲(chǔ)。產(chǎn)品實(shí)例知識(shí)結(jié)構(gòu)層次復(fù)雜，知識(shí)表現(xiàn)形式多樣，因此專門建立產(chǎn)品實(shí)例知識(shí)模塊對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)。閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)庫中知識(shí)的模塊劃分和具體構(gòu)成如圖 1 所示。

圖 1 閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)庫的模塊劃分

3.2 知識(shí)表示方法

針對(duì)不同模塊知識(shí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，可分別采用與其相適應(yīng)的知識(shí)表示方法。

（1）基于規(guī)則的知識(shí)表示通用設(shè)計(jì)知識(shí)模塊和專用設(shè)計(jì)知識(shí)模塊的知識(shí)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，一般可采用基于規(guī)則的知識(shí)表示方法。如，蝶閥密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)：if 偏心結(jié)構(gòu)為雙偏心 & 公稱通徑小于等于 600，then 選擇 Ⅱ 類硬密封；盲板閥支耳設(shè)計(jì)：if 公稱通徑小于等于 600，then 選擇組合結(jié)構(gòu)。

（2）面向?qū)ο笈c框架相結(jié)合的知識(shí)表示

面向?qū)ο蠹夹g(shù)被認(rèn)為是 20 世紀(jì) 9O 年代計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的導(dǎo)向技術(shù)之一。從認(rèn)識(shí)論的觀點(diǎn)出發(fā)，面向?qū)ο蟮乃枷氡容^符合人們的一般思維過程，因而很快就滲透到了計(jì)算機(jī)的多個(gè)領(lǐng)域，其中一個(gè)很有發(fā)展前景的分支就是面向?qū)ο蟮闹�識(shí)表示和方法。它能在不同層次表達(dá)知識(shí)，在高層次對(duì)象能封裝復(fù)雜的行為，而具體細(xì)節(jié)對(duì)該層知識(shí)又是透明的，還可以構(gòu)造相關(guān)信息并把它們保持在一起，靈活性好，優(yōu)越性十分顯著。

由于閥門產(chǎn)品本身所具有的類層次結(jié)構(gòu)，因此在對(duì)閥門產(chǎn)品實(shí)例的知識(shí)表示中，采用面向?qū)ο蟮闹�識(shí)表示方法非常恰當(dāng)。首先建立閥門產(chǎn)品超類，其屬性包含各類閥門產(chǎn)品所共同擁有的屬性，如公稱通徑、公稱壓力、工作溫度、適用介質(zhì)、連接形式、驅(qū)動(dòng)方式等，向下可泛化為蝶閥、盲板閥等不同的閥門產(chǎn)品子類，每個(gè)子類均繼承超類的相關(guān)屬性，并具有自己特有的某些屬性。閥門產(chǎn)品超類/子類層次結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

圖 2 閥門產(chǎn)品的超類/子類層次

對(duì)某一個(gè)具體的閥門產(chǎn)品實(shí)例而言，其產(chǎn)品由主體結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置兩大部分組成，主體結(jié)構(gòu)又由若干個(gè)設(shè)計(jì)組件組成，每個(gè)設(shè)計(jì)組件又可能由不同的零件構(gòu)成。產(chǎn)品實(shí)例的這種層次結(jié)構(gòu)非常適合采用框架式知識(shí)表示，閥門產(chǎn)品實(shí)例的框架式知識(shí)結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。

圖 3 產(chǎn)品實(shí)例的框架式知識(shí)結(jié)構(gòu)

因此，對(duì)閥門產(chǎn)品實(shí)例知識(shí)的表示，采用面向?qū)ο笈c框架表示相結(jié)合的知識(shí)表示方法。

4 知識(shí)庫設(shè)計(jì)

無論采用何種知識(shí)表示方法，知識(shí)庫的知識(shí)一般應(yīng)最終轉(zhuǎn)化為能被所選用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所支持的數(shù)據(jù)模型。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于維護(hù)，是目前應(yīng)用最為廣泛的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)庫以關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為平臺(tái)，因此需將相應(yīng)的知識(shí)表示轉(zhuǎn)化為關(guān)系模型，方可實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的存儲(chǔ)和管理。

在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，表是數(shù)據(jù)的基本存儲(chǔ)單位，無論采取何種知識(shí)表示方法，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的知識(shí)最終都要存儲(chǔ)在一張張表中，表之間的關(guān)系通過鍵來定義。在閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)庫中，通用設(shè)計(jì)知識(shí)模塊和專用設(shè)計(jì)知識(shí)模塊的知識(shí)基本都屬于規(guī)則性知識(shí)，表之間的關(guān)聯(lián)簡(jiǎn)單，因此，可將每個(gè)知識(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為為一張表，條件子句和結(jié)論子句為相應(yīng)的數(shù)據(jù)項(xiàng)．以條件子句作為主鍵，供查詢調(diào)用。

對(duì)采用面向?qū)ο笈c框架相結(jié)合方法表示的產(chǎn)品實(shí)例知識(shí)，首先建立閥門產(chǎn)品超類表，并建立各類閥門子類表，各子類表繼承超類的屬性項(xiàng)，并添加其特有屬性項(xiàng)；在超類表中，以鑒別器——閥門種類項(xiàng)來標(biāo)識(shí)閥門的具體種類，子類表依據(jù)閥門型號(hào)（主鍵）繼承超類各屬性項(xiàng)的值。

對(duì)閥門實(shí)例信息的記錄，通過建立產(chǎn)品級(jí)信息表、閥門主體結(jié)構(gòu)信息表、驅(qū)動(dòng)裝置信息表、各設(shè)計(jì)組件信息表和各零件信息表，利用主、外鍵建立關(guān)系的定義，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品實(shí)例信息的全面、無冗余存儲(chǔ)。

5 結(jié)語

通過對(duì)閥門產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)的分析，提出了分模塊存儲(chǔ)的知識(shí)組織策略。結(jié)合不同模塊知識(shí)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，給出了相適應(yīng)的知識(shí)表示方法，重點(diǎn)探討了閥門產(chǎn)品實(shí)例的面向?qū)ο笈c框架相結(jié)合的知識(shí)表示方法。結(jié)合相應(yīng)的知識(shí)表示方法，以關(guān)系型數(shù)據(jù)庫為支撐平臺(tái)構(gòu)建知識(shí)庫，將相關(guān)知識(shí)映射為對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表，并通過關(guān)系建立了各知識(shí)實(shí)體間的聯(lián)系。