知识工程在CAD中的应用.docx
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2022-10-14
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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：知识工程与 CAD 技术的结合已成为先进制造与自动化技术研究的热点。UG/KF 是介于 CAD 技术和
知识工程 KBE 技术之间新出现的边缘技术。本文用 UG/KF 为工具开发了航空发动机敷管系统，并给出了
实例验证了该方法的实用性和操纵性。
关键词：知识工程 知识融合 管路敷设
中图分类号：V233.2+4 文献标示码：A
The Application of Knowledge-based Engineering in CAD
Zhao Li, Chen Zhi-ying
(School of Jet Propulsion, Beijing University of Aeronautics and Astronautics , Beijing, 100083,China)
Abstract: Nowadays, the combination of knowledge-based engineering (KBE) and CAD is a focused problem on
the filed of advanced manufacturing. UG/KF is a new technology between CAD and KBE. This paper develops the
Piping System of aeroengine with UG/KF, and gives an example to verify its practicality and usability.
Keywords: knowledge-based engineering knowledge fusion pipe-laying
1．引言
参数化设计方法是 CAD 系统所采用的关键技术之一,能否实现参数化已成为评价 CAD 系统优劣的重要技
术指标。目前,商用 CAD 软件多采用特征参数化设计方法,通过零件族等方式来参数化特征的形状与尺寸,同时
影响与之发生联系的特征,从而得到不同的零件模型。但是,参数化技术要求全约束,约束方程的建立和求解依赖
特征构建的顺序,参数求解只能顺序求解,这样导致零部件不能随心所欲地构建和拆卸;此外,对于复杂零件, 参数
化所需的某些尺寸与约束可能暂时难以确定, 工程参数如质量、载荷、力等设计参数也不能直接约束管理,给工
程实际应用中带来很大的局限性。
因此,在参数化方法的基础上,提出了变量化设计方法。变量化设计方法允许在欠约束的条件下进行几何设
计,且不需考虑约束设置的顺序,具有更好的灵活性和自由度;而且参数通过联立求解几何约束和工程约束方程组
来获得,因而功能更为强大。但是,变量化设计方法往往涉及到大型非线性方程组的求解,其求解的效率和稳定性
不如参数化设计。
以几何模型为主的 CAD 系统无法将工程领域的设计原理、工程知识、同类设计及专家经验等融入几何模
型中去。因此,无法实现领域知识的重复利用，设计工程师仍需进行大量的重复性设计工作，无法集中精力和时
间进行创新工作。通过对参数化和变量化设计方法的研究, 将知识工程的概念引入航空发动机管路敷设的参数
化设计中,运用知识工程强大的工程处理能力,实现对管路特征参数的知识驱动,并结合特征造型理论与工程数据
库技术,从而实现管路的智能参数化设计。
2． 知识工程 KBE 技术
知识工程是一种存储并处理与产品模型有关的知识，且基于产品模型的计算机软件系统。其技术内涵可总
结为：①知识工程是关于设计、制造等的处理过程；②知识工程是领域专家知识的总结和集成的过程；③知识工
程是 CAD /CAM /CAE 技术与 AI 技术的综合与集成过程。
从本质看，知识工程的目的是“技术再利用”，即将知识创造性地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信息，产生以知识驱动为基础的工程设计新思路。
这些“知识”可能以很多种形式存在，如：①电子计算表格(Spreadsheets)；②手册；③工程计算公式；④专用软
件；⑤设计人员的主观判断和经验。
知识工程的意图是构建工程自动化系统。当解决方案需要产品配置(Configuration) 、工程演算( Engineering) 、
几何模型构建(Geometry)三方面组合起来时，知识工程就是最有效的方案。在知识工程中，知识是驱动力，几
何模型构建是由产品配置和工程演算规则驱动的。
3. KBE 与其它设计系统的比较
2.1 KBE 与 CAD 系统的比较
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