第１４卷第１ｌ期２００２年１１月
计算机辅助设计与图形学学报
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＯＭＰＵＴＥＲＡＩＤＥＤＤＥＳＩＧＮ＆ＣＯＭＰＵＴＥＲＧＲＡＰＨＩＣＳ
Ｖ０１．１４．ＮＯ１１
ＮＯＶ．．２００２
基于实例的产品设计知识获取方法及实现
凌卫青赵艾萍谢友柏
西安交强大学润滑理论丝轴承母ｆ究所
西安７１００４９
摘要现代产品设计是面向市场、功能驱动呲及基于新知识的设计，而知１只获取是关键步骤．采用设计实例的形式对已有设计进行封装和组织＋通过产品设计实倒面向对象表达模掣，将设计需求（包括性能需求、环境约束和成本约束）、设计任务、设计过程和设计斤案封装在一个设计实例中，体现丁功能驱动、面向市场的现代设计特征．在此基础上，利用Ｓｙｂａｓｅ公司的ＰｏｗｅｒＤｅｓｉｇｎｅｒ８．０建模１．具，进一步提出产品设计寅例的获取模型，并对实例获取的关键技术进行了讨论．以滑动轴承设计为工程应用背景．选择应用于涡轮机的四油叶径向滑动轴承为设汁实例，详细描述了集成于ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ２０００的滑动轴承设计实例获取模块的应用过程，验证了上述模型的正确性和可行性．通过对设计实例进行表达、获取和存储，为后续的基于实例推理的产品设计方法打下基础，同时以对外提供功能的形式对并行设计环境Ｆ的功能检索提供支持＋推动现代产品概念设计自动化进程
关键词知识扶取．基于实例设计，面向对象片法，现代设计．滑动轴承中图法分类号ＴＨｌｌ２
Ｃａｓｅ—ＢａｓｅｄＫｎｏｗｌｅｄｇｅＡｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｏｆＰｒｏｄｕｃｔＤｅｓｉｇｎ
Ｌｉｎｇ
（Ｔｈｅｏｒｙｏｆ工“打ｒｒａｔｉｆｍ
Ｗｅｉｑｉｎｇ
ａｎｄ
Ｂｅａｒｉｎｇ
ＺｈａｏＡｉｐｉｎｇ
ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ．Ｘｉ’ａｎ
ＸｉｅＹｏｕｂａｉ
７１００４９）
Ｊｉａｏｔｏｎｇｌ；ｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ７ａｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｍｏｄｅｒｎｐｒｏｄｕｃｔｄｅｓｉｇｎｉｓｍａｒｋｅｔ—ｏｒｉｅｎｔｅｄ，ｆｕｎｃｔｉｏｎｄｒｉｖｅｎａｎｄｎｏｖｅｌｋｎｏｗｌｅｄｇｅ—ｂａｓｅｄ．Ｆｏｃｕｓｉｎｇ
ｏｎ
ｉｔｓｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋ，ｎａｍｅｌｙ．ｔｈｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｏｆｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｋｎｏｗｌｅｄｇｅ，ａｎｄｅｓｉｇｎ
ｃａｓｅ
ｏｂｊｅｃｔ—ｏｒｉｅｎｔｅｄｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｐｒｏｄｕｃｌ
ｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ
ｃｏｎｓｔ
ｅａｓｅ
ｉｎｓｔａｎｃｅｓｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｔｈｅｄｅｓｉｇｎ
ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｐｅｃｉｆｉ—
ｃａｔｉｏｎ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｔｉｅ
ｅｒ
ｒａｉｎｔｓ，ｃｏｓｔ
ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ），ｄｅｓｉｇｎｔａｓｋｓ，ｄｅｓｉｇｎｐｒｏｃｅｓｓｅｓ．ａｎｄｄｅｓｉｇｎｓｏｌｕｔｉｏｎｓ—ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ
ａ
ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｏｒｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇｍｏｄｅｒｎｄｅｓｉｇｎｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｃａｐａｂｉｌｌｔｉｅｓｏｆｆｕｎｃｔｉｏｎｄｒｉｖｅｎａｎｄ
ｃａｓｅｓ
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ｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｍａｒｋｅｔ
ｎｅｅｄｓ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ａｋｎｏｗｌｅｄｇｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｄｅｓｉｇｎ
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ｓｉｇｎｆｏｒｔｕｒｂｏｍａｃｈｉｎｅｒｙｉｓｒｅａｌｉｚｅｄ
ＳｏｆｉｄＷｏｒｋｓ２０００，ｕｓｉｎｇ
ｆｏｕｒ—ｌｏｂｅ
ｒａｄｉａｌ】ｏｕｒｎａｌｂｅａｒｉｎｇ
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ｖｅｒｉｆｙｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙａｎｄｖａｌｉｄｉｔｙ（）ｆｔｈｅｋｎｏｗｌｅｄｇｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｗｏｒｋｐｒｅｓｅｎｔｅｄｌａｙｓ
ｃａｓｅ
ｕｓａｂｌｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆ
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ｍａｔｅｄｃｏｎｃｅｐｔｕａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｍｏｄｅｒｎｐｒｏｄｕｃｔｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓｉｎｇ
ｋｎｏｗｌｅｄｇｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ｃａｓｅｂａｓｅｄｄｅｓｉｇｎ，ｏｂｊｅｃｔ—ｏｒｉｅｎｔｅｄｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ，ｍｏｄｅｒｎｄｅｓｉｇｎ，Ｊｏｕｒｎａｌｈｅａｒ
劳设计等也在逐渐发展并且得到ｒ广泛的应用．目前，产品
１引
言
设计已经普遍认为是一个动志的设计过程，其中包括知识获取和大规模知识的运用…．为了强调产品设计是基于新知识
随着设计斤法学、优化设计、计算机辅助设计、系统化没计、模块化设计以及逆向工程等一些新学科的发展，在【：程设计领域一些新技术，如相似设计、模块设计、动态设计嗣Ｉ疲
原稿收到Ｒ期：２００１—０７—２３｝修改稿收到１３期：２００１
１０
的设计并且区别过去基丁：经验的传统设计方法，“现代设计”的概念应运而生．现代设计是面向用户、基于新知识的设计，而知识获取是关键步骤知识获取的前提是设计知识的机
２５本课题得到国家自然科学基金（５９９９０４７２）资助凌卫青，男．１９７３年牛．博士，主
要研究方向为基于实倒推理的产品设Ｌｆ、知识获取、产品设计信息在异桕ＣＡＤ系统平台集成等．赵艾萍，女，１９７２午生，博士，主要研究方向为现代设计理论、基于特征的产品设计．谢友柏，男，１９３３年生．中同工程院院上，教授．博士牛导师，主要研究打向为摩擦学、现代设汁理Ｉ色等
万方数据
¨期
凌世青等：基下实例的产品设计知捉获取方法及实明
０１５
累．知识获取的目的是设计知飒的重用．然而就我国现状而言，一方面对于广泛分布在高等院校、研究机构以及实验室
的极为有用的知识信息缺乏有效的组织手段，无法将分散的
研究成果组织起米成为可供产品设计的知识；另一方面，缺乏～个在知识支持ｒ功能驱动的并行设计环境”．因此，对于巴有设计知识的积累和有效组织显得极为重要．它既是自
身知识重用的需要，又是对并行设计环境下功能驱动的产品
设计的支持ｏ］．
重用设计知识相设计经验的需求推动ｒ幕于实咧推理
（ｃａｓｅ—ｂａｓｅｄｒｅａｓｏｎｉｎｇ）这‘人丁智能技术在产品设计领域
的发展和应用基于实例的设计方法是指在以前成功设计的
实侧库中搜索与用ｒ】需求的设计目标特征最相匹配的一个设计实例过程．基于实例推理的设计力‘法与人类的决策思维过程类似．都是通过联想以前的类似问题的解央斤法．并对
其进行适当的修改以应用丁新问题的解决．与基于规则的知识表达方法适用于领域知识非常完善的情况相比，基于实例的知识表达方法可以用于领域知识不能够完全清楚表达的设计问题４．因此，这种方法是对已有设计知识积累和状取的有效手段，基于实例推理的方法匕经得到越来越多的重视并且在许多领域得到广泛的应用．随着基于实例设计方法的发展，基于实例的设汁过程可以描述为５个标准步骤：实例的表达和索引，实例检索、实例重用、实例编辑和实例存储．其中，实倒的表达和存储是最重要的…．
图ｌ所示为以实例形式表达的设计对功能驱动的产品设计活动的支持示意．不『刮设计实例被组织在不同的实例库中，每个设汁实例庠以功能的形式对外提供服务．对于一个大碰设计任务，在慨念设计阶段通常是在明确【殳计任务以
后，通过对功能进行分析与分解，然后冉对分功能求解、组
合、评价．在分功能的求解过程中，口Ｔ以在分布式的并行设计环境下通过］ｎｔｅｒｎｅｔ进行功能检索，检索到所需功能的产品设计实例，然后采用基于实例推理的设计方法，或是蹦基于实例推理为主借助于其它技术的混合方法，获得满足分功能需求的设计实例．
功
没计任务
‘功能分忻
功能检索
、皇坌壁，
多莉矾
赢垒皂ｉ
弋一端
一１测
Ｌ综合评价
设计实例库
设计
图１设计实例对功能驱动的产品设ｔｔ‘的支持
万
方数据２产品设计实例的知识获取原型
没计知识的表达模型必须完整、有效地表达设计过程中所需的各类知识．具体地说，应该能够描述以下知识和信息ｎ！：领域知识（ｄｏｍａｉｎｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）、控制知识（ｃｏｎｔｒｏｌｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）、描述性知识（ｅｘｐｌａｎａｔｏｒｙｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）和系统知
识（ｓｙｓｔｅｍｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）．鉴于语义网络难于进行系统的开发
和维护眦发框架知识表示的模块性不能清楚地定义．本文采
用面向对象的设计实例表达方法．面向对象的知识表示方法
以信息封装和抽象数据类璎概念为基础．具有抽象眭、封装性、继承性、多态性以及动态绑定等特点，既提供了从‘般到特琳的演绎手段，义提供了从特殊到般的归纳形式．事实上，可以把面向对象的结构看成一种动态的语义网络，而面
向对象方法的封装性有力地克服了语义网络随着结点（对
象）数的增加＋其管理将，变得异常困难这一主要弱点同样，在面向对象的知识表示中，不允许出现跨越两个对象的规则，因此．类的唯一对外接Ｅｌ是消息模式的特点也克服了框
架知识表示的模块性不强的弱点．
面向对象的分析方法有许多．如Ｂ（）【）ｃｈ，ｃｏａｄ／Ｙｏｕｒｄｏｎ，ＯＭＴ以及Ｊａｃｏｂｓｏｎ等．本文所描述的产品设计实例获取原型系统（如图２所示），采用Ｓｙｂａｓｅ公司的ＰｏｗｅｒｌＸ，ｓｉｇｎｅｒ
８．０
作为面向对象产品设计实例建模【。具．基丁ＵＭＩ，（Ｕｎｉｆｉｅｄ
Ｍｏｄｅｌｉｎｇ
Ｌａｎｇｕａｇｅ）¨’集成的面向对象和数据库建模工具
ＰｏｗｅｒＤｅｓｉｇｎｅｒ提供了三级建模功能；面向对象建模ＯＯＭ
（ＯｂｊｅｃｔＯｒｉｅｎｔｅｄＭｏｄｅｌｉｎｇ）、概念数据建模ＣＤＭ（Ｃｏｎｃｅｐｔｕ—ａｌＤａｔａ
Ｍｔ】ｄｅｌｉｎｇ）和物理数据建模ＰＤＭ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ
Ｄａｔａ
Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）
首先．对产品设计进行面向对象的分析．通过ＰｏｗｅｒＤｅ
ｓｉｇｎｅｒ提供的呵视化建模工具对一个Ｌ有的产品漫计实例
进｛，面向对象建模．面向对象模型包括产品设计中类的静态结构和相互之间的关系，如聚台关系、继承关系和依赖关系
等在对上述模型验证之后，利用ＰｏｗｅｒＤｅｓｉｇｎｅｒ生成产品设计的概念数据模型．概念数据模型通过实体和属性以及这
些实体问的关系（Ｅ／Ｒ囝）来表明系统的抽象数据结构，这种
表达不依赖于具体的实施平白．与数据库系统、操作系统等
平台无关．物理数据模型一ｒ以从面向对象模型直接通过正向工科（ｆｏｒｗａｒｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）转换，也可以通过概念数据模型生成（如图２所示）．物理数据模型是后台数据库的蓝本，它
直接针对具体的数据库系统，可以生成多种主流关系型数据
库系统（如ｓｙｈａｓｅ，ＤＢ２，ｌｎｆｏｒｍｉｘ．Ｏｒａｃｌｅ，ｓＱＬ，ＡＣＣｅＳＳ等）．
其中，面向对象模璋！中的类或者概念数据模型中的实体和对
象（实体）之间的关系转变为数据库中的表，属性转变为列，Ⅻ时创建卡键和索引，这是对设计实例存储的有力支持．完
成数据库ｉ殳计之后，利用产品设计的面向对象模型可以生成与设计实例扶取应用程序开发相一致的源代码，如ｃ＋＋，Ｊａ．
ｖａ等．生成的类代码可以直接用于应用程序的开发．最后，设计实例获取应用程序通过与设计人鼠的交互，完成一次次的对已有设计实例的获取．不断积累的设计实例库町以用十基于实例推理的产品设计系统的开发，完成新的产品设计任务．
０ｌ６
计算机辅助设计与图形学学报
２００２正
图２而向对象的产品设计实例获取原型
决；继而又玎』能综台各个了方案咀获得最终的解决方案．罔
３产品设计实例获取关键技术
此，宴例的分解依赖于设计任务的分解，即设计任务是否可以清晰地分解成若下个子设计．
３．１产品设计实例的分解
３．２面向对象的产品设计实例建模
，个产品设计实例主要包含设计需求、设计任务和设计产占占设计实例面向对象分析（ｏｂｊｅｃｔ—ｏｒｉｅｎｔｅｄ
ａｎａｌｙｓｉｓ）
方案三部分内容．其中＋设计需求可以分为产品性能需求、设的日的就是识别产晶设计巾的对象和类、描述对象和类之阳Ｊ计制造成本约束Ｕ及产品应用环境约束等然而，把所有影的关系，以及通过描述每个类的功能来定义对象的行为．根响产品设计的因素都考虑进来以表达一叶、设计实例不但繁据Ｃｏａｄ／Ｙｏｕｒｄｏｎ方法”“．面向对象分析有５个主要步骤：琐．而吐也十分困难；此外，用大最的影响因素来表达一个设标识对象，标识结构，定义主胚．定义属性（及实例连接）和定计实例不利于基于实例设计的其它阶段，如实例编码、实例义服务（及信息连接）．一旦模型建屯，就日』以在５个主要层匹配和实例检索等任务的进行，同时也会降低知识获取的有次上．即土题层、对象层、结构层、属性层和服务甚．进行表示效性．
和复审．
一个有效的解决方法是把待解决的问题分解成若干个图３所乐为Ｃ＋＋语言描述的产品设计实例的面向对有机联系的子问题（子任务）．在实例库中分别搜索这些ｒ问象模型，也可以根据实际情况采用其它描述语言．卸ｉＪａｖａ，
题各所对应的解决方案．然后再对搜索到的子方案进行综合ＰｏｗｅｒＢｕｉｌｄｅｒ，１ＤＩ。＋Ｖｉｓｕａｌ
Ｂａｓｉｃ以及ＸＭＩ。等．图中显示了
处理，从而形成晟终的解决方案．这样会有效地提高ＣＢＲ系设汁中类的静态结构和相互间的若系．包括聚台关系、继承统的性能．使实例的重用更具有灵活性“９．实例的分解描述关系和依赖关系等．从图中町“看出，’个产品设汁类
对实例推理是非常有利的。因为在许多设计中，只需对类似（Ｃｌａｓｓ
Ｄｅｓｉｇｎ）是设计需求类（Ｃｌａｓｓ
ＤｅｓｉｇｎＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ）、
设计方案中的某此部分做相应的修政或从另一实例中提取设计任务类（ＣｌａｓｓＡｂｓｔｒａｃｔＤｅｓｉｇｎＴａｓｋ）、设计过程类
相应部分做替换即町．在这种情况ｒ，依据分解模型可方便（Ｃｌａｓｓ—ＡｂｓｔｒａｃｔＤｅｓｉｇｎＰｒｏｃｅｓｓ）和设计方案类（Ｃｌａｓｓ
Ａｂ—
地提取实例，灵活地组合修改实例，综合成新的解决方案更ｓｔｒａｃｔＤｅｓｉｇｎＳｏｌｕｔｉｏｎ）的聚合．其中，设计任务类、设计过程类莺要的是，对于大型设计问题，设计实例的收集通常是十分和设计方案类不实例化成某一个具体的对象，而只是由它们困难的，而且数量也是小充分的；而采用设计实例分解的方来派生各自的子类（如子设计任务类、子设计过程类和ｌ子设式可以很容易地获得许多ｒ实例．这样，通过于实例解决方计方案类等），以提供这些类的共同的属性和行为．派生的广案的综合就有可能在实例不充分的情况ｒ得到有效的设计设计任务娄的多少取决丁实际广‘品的设计任务分解的数目，方案．
一个子设计任务类又是一十子设计过程类和一个子殴计方复杂的实例可以表示成一组丰日关联的子实例的集合，以案类的聚合，在类的数日上它们一一对应，因为不蚓的设计彤成问题解的结构，用数学方法表达为
需求会影响相应的设计任务，冈此设计需求类和设计任斋类之间存在依赖关系通过Ｐｏｗｅｘｌ３ｅｓｉｇｎｅｒ８．０验证设计实例
Ｃａｓｅ＝∑（血∞
。１
面向对象模型后，生成概念数据模型；再通过正向工程转换，时Ｔ其巾一个简单的吏例（知ｍ可表示成一组特征
继续生成为物理数据模型，即可以获得与应用程序开发相一Ｃａｓｅ，＝ｆＬ。ｆ＂…．九，ｉ一１．２，…，ｎ、
致的数据库系统．面向对象模型还可以直接生成应用程序开其巾厂代表叶、实例的不同特征．
发所需要的源代码．如Ｃ＋＋，Ｊａｖａ等．下面以动压滑动轴承值得注意的是，采用这种方法的关键是分解后的各个子设汁为工程应用背景，对上述设计实例获取方法的实现过程
问题之间不能出现强耦台．这样．子问题才有可能被独立解
进行详细描述．
万
方数据
凌卫青等：基于实例的产品设计知识获取方法及实现
１０１７
—｝聚台关系
４动压滑动轴承设计实例获取
４．１动压滑动轴承设计问题描述
动压滑动轴承设计是在给定的约束条件下（机械性能、成本、环境等），确定全部轴承参数和性能．这些参数包括几何参数、工况参数、润滑油和澜精装置参数、温度参数、轴承材料，运转特性参数等．在这些参数中．只有少量的可以通过轴承分析计算获得，大多数参数需要凭借设计人员的经验来选定．可以认为，动压滑动轴承的设计依赖于经验，设计人员的经验、技巧和能力对一个成功的设计生关萤要ｎ“．
继承荧系｝
……一＿＞依赖关系
图３产品设计实例面向对象模型
因此，采用基于实例推理的设计方法对于解决动压滑动轴承的设计问题具有针对性．富有经验的滑动轴承设计人员通常是给出一个具体的设计例子而不是给出明确的设计规则来讨论关于滑动轴承的设计问题，并可以重用设计知识和设计经验，使设计不再具体依赖于某一设计人员等，都是采用基于实例设计方法的萤要原因．
４．２动压滑动轴承设计实例分解
罔４是采用ＩＤＥＦ０方法从功能角度对动压滑动轴承设｝ｒ进｛，任务分解的描述．ＩＤＥＦ０方法的思想足结构化的分析方法，来源于ＳＡＤＴ（Ｓｙｓｔｅｍ
ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＤｅｓｉｇｎＴｅｃｈｎｏｌｏ一
力
图４动压滑动轴承设计任务分解的ＩＤＥＦ０］】法表示
万
方数据
１０１８
计算机辅助设计与阿形学学报２００２年
ｇＹ）方法““．图４中，流体动压滑动轴承的设计分为５部分：轴承的造型、润滑油的选取、油孔和油槽的设计、轴瓦的设计以及压力供油润滑系统的设计．针对每一设计子问题（子任务）．图中详细列出了设计需求和设计约束．一个流体动压滑动轴承的ｉ殳计实例分解为５个ｆ实例进行单独求解，然后再进行实例综合，获得最终的解决，ｊ『案．这种分解方式符合设汁人员对于动压滑动轴承概念设计过程的理解．
４．３动压滑动轴承设计面向对象建模
采异｛ｃ＋＋语言在Ｐｏｗｅｒｌ）ｅｓｉｇｎｅｒ８．０集成建模环境下对动压滑动轴承设计进行面向对象建模．根据图４面向对象的设计实例模型，由抽象的设计任务娄派生出５个ｆ设计任务类：
ＣＢｅａｒｎｇＴｙｐｅＤｅｓｉｇｎ，ＣＩ。ｕｂｒｉｃａｎｔＤｅｓｌｇｎ，ＣＯｉｌＧｒｏｏｖｅＤｅｓｉｇｎ，
ＣｌｑｅａｒｉｎｇＰａｄＤｅｓｉｇｎ和ＣＬｕｂｒｉｃａｄｏｎＳｙｓ／ｅｍＤｅｓｉｇｎ，它们分删表示轴承的选型、润滑油的选取、油孔和油槽的设计、轴瓦的ｉ殳计和润滑系统５个子设计任务．每个子设计任务的设计结果分别由各自的于设计过程类和子解决方案类表达，它们分别从抽象的设计过程类和解决方案类中派生出来类的属性用滑动轴承设计问题描述的特征幽素和影响最终解决方案的特征因素米描述．属性的数据类型有５种：数值型（ＮＵＭＢＥＲ）、布尔型（Ｂ００ＬＥＡＮ）、字符串型（ｓ７１ＲＩＮＧ）、语言型（Ｌ１ＮＧｕＩｓＴＩｃ）以及范围型（ＭＡＸ／ＭＩＮ）需要指出的足，实例的检索和匹配通常基于定的算法．如权值邻近检索法．因此．Ｅ述数据类型（除了字符串型）在实例存储之前都要转化为可计算的形式，具体转化参考文献［ｉ３３设计实例对象的初始化在类的构造函数中定义和完成．
４．４动压滑动轴承设计知识获取应用程序开发
本文以采用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ
Ｖｉｓｕａｌ
Ｃ
４－＋６．０，Ｍｉｃｒｏｓｏ［ｔ
ＳＱＬＳｅｒｖｅｒ２０００数据库并且集成于ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ２０００乎台
开发的转于一轴承系统（Ｒｏｔｏｒ—ＢｅａｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍ，ＲＢＳ）设计模块应用为例，描述动压滑动轴承设计实例的获取过程．设计实例选用西安交通大学润滑理论及轴承研究所为西安赛尔机泉成套工程研究中心设计、应用于涡轮机的四油叶径向滑动轴承．当前的应用程序支持辅承和转了轴承系统两种设计实例的获取．应用界面如图５所示，包括对设汁需求、设计过程和设计方案三部分的知识获取支持．
首先选择图５中的“Ｓｔｕｄｙ…”新建一个设计项目，如图６所示，填入或者选择要求的信息，包括应用领域、设计名称等．然后选择罔５中的“Ｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．．．”来获取设计需求，包括机械性能、环境约束和戚本约束．阿７详细地给出了机械性能设计需求所要获取的内容；图８给出丁设计解决力‘案巾滑动轴承类型的信息获取．关于其它子设计解决方案的获取，限下篇幅，不一一列举．图９所示为关于轴承性能计算过程的知识获取．包括设计人员给出的计算初值和初值的组数．计算初值包括偏位角、偏心率上限和偏心率下限等．计算过程的知识获取对于实例的编辑十分重要．图１０是在不同偏位角范围内（４０。～８０。）滑动轴承的静态特性和动态特性计算结果的描述．其中，静态特性包括偏心率、承载力、温升、摩擦功耗、润滑油流量和最小油膜厚度等；动态特性包括刚度系数、附尼系数、当量刚度和涡动比平方等．
万
方数据陶８轴承结构类型获取
上述获取的信息保存在与滑动轴承设计实例物理数据模型相对应的ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＳＱＬ
Ｓｅｒｖｅｒ
２０００数据库中，Ⅱ『以远
程访问，各个子设计任务业其相应的子设计过程和子设计方
１１期
凌卫青等：基于实例的产品设计知识获取方法及实现
１０ｌｇ
图１０轴承设计性能结果知识获取
案均由其父类组织、管理和调度．上述］：作完成了应用丁涡轮机的四油叶径向滑动轴承设计实例的获取，达到了设计积累和设计重甩的目的．
５结论
本文基于ＰｏｗｅｒＤｅｓＪｇｎｅｒ８．０建模工具，进一步提出了设计实例的获取模型．以滑动轴承设汁为工程应用背景，并通过西安交通大学润滑理论及轴承研究所为西安赛尔机泵成套工程研究中心ｃ殳计的应用下涡轮机的ｐｑ油叶径向滑动轴承为设计实例。详细描述了集成于ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ２０００的滑动轴承设计实例获取模块的应用过程．整个设计实例的知识获取验证了上述模型的上Ｅ确性和可行性．采用上述模型对设计实例进行表达、获取和存储，为后续的基于实例推理的产品设计方法打下基础，同时“对外提供功能的形式对并行设计环境ｒ的功能柃索提供支持，有力地推动了现代产品概念设计自动化进程．
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［１１］Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
［１
基于实例的产品设计知识获取方法及实现
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：
凌卫青， 赵艾萍， 谢友柏
西安交通大学润滑理论及轴承研究所,西安,710049计算机辅助设计与图形学学报
JOURNAL OF COMPUTER-AIDED DESIGN & COMPUTER GRAPHICS2002，14(11)14次
参考文献(13条)
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相似文献(3条)
1.学位论文 凌卫青 基于性能的现代产品设计知识资源服务体系研究 2002
重点讨论基于性能的现代产品设计知识资源服务体系的若干问题.围绕着设计建模、设计推理以及知识获取这三个概念设计的关键问题,紧紧抓住产品性能这一产品设计的关键控制因素,详细论述了在概念设计阶段基于性能的产品创新设计方法以及如何有效的表达、组织和获取产品设计资源以支持后续设计阶段.在网络技术和信息技术支撑下,对基于性能的现代产品设计资源服务系统的结构与实现等一系列问题也进行了深入探讨.主要研究工作和结论体现在以下六个方面: (1)提出基于性能的现代产品设计知识资源服务体系方案;(2)构建产品性能因素描述空间及确定性能因素的空间状态;(3)提出支持概念设计活动的产品功能家族和质量家族的产生方法;(4)给出基于产品性能的设计实例的面向对象表达;(5)提出一种基于实例的产品设计知识资源的获取方法;(6)给出基于性能的现代产品设计知识资源服务体系实现原型;
2.学位论文 许蔷 基于知识的产品设计关键技术研究与开发 2005
基于知识的设计模型是力图将设计者的经验提炼出来，在设计过程中，通过推理机对求解问题进行演算，同时调用知识库中的知识作为指导，从而提高产品设计的整体水平，缩短产品开发周期和减少开发新产品的投资风险。本文在国家863计划项目、江苏省高技术研究计划项目的支持下，在研究机械产品设计共性的基础上，结合先进的设计理念和三维CAD技术，以基于知识的产品设计研究为主线，系统研究了基于知识的产品设计的相关理论、方法和关键技术。 本文的主要研究内容及成果如下： 1、对产品设计理论和方法进行了总结和概括，分析了机械产品设计的现状和发展趋势，将基于知识的设计方法应用到机械产品的设计中； 2、研究了知识获取、表达、存储等KBE理论，并将KBE思想应用到UG二次开发中，将设计知识归纳存储，建立了设计知识库； 3、研究了产品实例表示，建立了复杂产品层次树状产品实例库，介绍了最近邻域实例检索策略并给出相应的算法； 4、研究了基于知识重用的三维产品建模技术，研究了在设计过程中的设计资源的重用，计算过程的重用，计算数据的重用，推理过程的重用等等；介绍了基于设计重用的凸轮三维模型的实现方法。 最后，在上述研究成果的基础上，开发了基于知识的产品设计系统，该系统包括设计知识管理子系统和常用件设计集成子系统，系统实现了基本的功能要求，取得了满意的效果。
3.学位论文 孟妍妮 基于实例的齿轮设计应用技术研究 2006
基于实例推理的设计是一种新的智能设计方法，是基于实例推理技术在设计领域中的应用。基于实例的推理(Case-BasedReasoning)是一种基于记忆、利用过去的实例和经验来解决新问题的一种方法，它可以看作是从一个实例到另一个实例的类比推理。由于CBR具有易学易用，知识获取容易，适应性强等优点，受到人工智能研究者的高度重视。本文主要研究了基于实例设计系统的原理和应用技术，分析了渐开线圆柱齿轮的一般设计过程和方法以及各项特征属性的特点，在此基础上建立了基于实例的设计模型，并将其应用于齿轮的辅助设计，构造了基于实例的渐开线圆柱齿轮辅助设计系统。文本的主要研究内容包括： 1.实例知识的表示设计实例的表示是基于实例设计系统的基础。本文分析研究了实例知识的表达方法，将实例知识的表达
与领域知识相结合，并利用面向对象的思想，提出了有效的模型简化和特征抽取方法，抽象出渐开线圆柱齿轮的实例结构，采用结构化模型描述应用领域知识。 2.实例的组织本文借鉴面向对象的思想，提出了具有多重抽象层次的分类结构组织实例，将整个实例库划分为多个层次上的子空间，能够在实例检索过程中有效地限定搜索范围，提高检索效率。 3.实例检索方法研究实例间相似度的计算方法和实例检索策略是CBD系统中的重点。本文将自适应人工神经网络应用于CBD系统，构建了两级ART网络模型，可以完成实例的动态聚类，并能自动地将实例组织成两级存储结构，提高了系统的工作效率。本文在研究现有的实例间相似度算法的基础上，结合渐开线圆柱齿轮自身的设计特点提出了新的计算实例间相似度的方法。 4.实例调整技术研究实例调整是CBD系统中的难点，本文深入分析了现有的实例调整方法，将基于规则的修改方法和基于实例的修改方法结合起来，提出了适合于本系统的实例调整的策略和具体实现方法。 5.基于实例的设计系统本文最后重点阐述了建立基于实例知识的渐开线圆柱齿轮设计原型系统的具体实现过程和实验分析，对CBD技术在渐开线圆柱齿轮设计方面的具体应用作了的探索。
引证文献(29条)
1.钟诗胜.王体春.王威 基于子空间法的多级实例分类检索与匹配模型[期刊论文]-中国机械工程 2009(7)2.刘晨.殷国富.龙红能 制造工艺知识粒度描述方法与获取算法研究[期刊论文]-计算机集成制造系统 2008(10)3.徐娟.胡洁.周飞.王伟明.彭颖红 冷弯辊型设计过程知识表示与推送[期刊论文]-机械设计与研究 2008(02)4.王体春.钟诗胜.王威 基于公理化设计的多级实例知识重用技术研究[期刊论文]-计算机集成制造系统 2008(05)5.王体春.钟诗胜 基于知识重用的大型水轮机可拓方案设计[期刊论文]-计算机辅助设计与图形学学报 2008(02)6.吴艳云.王广敏 基于实例的摊铺机产品设计研究[期刊论文]-上海应用技术学院学报(自然科学版) 2007(02)7.张东民.程筱胜.黄晔 产品设计重用策略[期刊论文]-机械设计与研究 2007(01)
8.贡智兵.李东波.于敏健 基于产品功能树的实例推理研究[期刊论文]-中国机械工程 2006(z1)
9.王志芳.严新平.白秀琴.袁成清 知识工程在油液监测故障诊断中的应用[期刊论文]-润滑与密封 2006(10)10.孟妍妮 基于实例推理的渐开线圆柱齿轮辅助设计系统[期刊论文]-机械与电子 2006(09)
11.刘黎.马利庄.谭武征 产品概念创新设计系统--CIDS[期刊论文]-计算机辅助设计与图形学学报 2006(01)12.孟妍妮 基于实例的齿轮设计应用技术研究[学位论文]硕士 200613.颜见雄 支持产品设计决策的成本信息分析[学位论文]硕士 200614.李健 CBID系统新案例生成和保存机制研究[学位论文]硕士 2006
15.周洁 基于CATIA的车载自动跟瞄装置中光学收发箱体参数化设计[学位论文]硕士 200616.张雄 基于知识的桥式起重机CAD系统研究与实现[学位论文]硕士 200617.马辉 产品设计知识建模与演化关键技术研究[学位论文]博士 2006
18.李春芝.同淑荣.申继民.李民 支持并行设计质量信息结构模型的研究[期刊论文]-机械设计 2005(06)19.吕琳 复杂产品参数化设计几个关键技术的研究[学位论文]硕士 2005
20.董文辉 基于多Agent的虚拟企业创建与车间层敏捷调度研究[学位论文]博士 200521.熊湘晖 产品造型设计的外观质量美学评价理论及研究[学位论文]硕士 200522.张全力 面向产品设计的中文web文本信息处理研究[学位论文]硕士 200523.李春芝 支持并行设计的质量信息模型研究[学位论文]硕士 2005
24.徐勇 基于CBR的工程机械快速设计系统的研究与开发[学位论文]硕士 2005
25.李迎光.周儒荣.黄翔.廖文和 基于主参数信息模型的多实例库设计[期刊论文]-计算机辅助设计与图形学学报2004(01)
26.李巧云 支持快速产品设计的知识管理技术开发[学位论文]硕士 2004
27.张东民 支持工程机械产品快速设计的关键技术研究与实现[学位论文]博士 200428.王世伟 基于知识的产品配置建模、演化及其应用研究[学位论文]博士 2004
29.宋欣.郭伟.王志勇 基于实例推理的可倾瓦推力轴承方案设计[期刊论文]-计算机集成制造系统 2009(8)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jsjfzsjytxxxb200211004.aspx
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第１４卷第１ｌ期２００２年１１月
计算机辅助设计与图形学学报
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＯＭＰＵＴＥＲＡＩＤＥＤＤＥＳＩＧＮ＆ＣＯＭＰＵＴＥＲＧＲＡＰＨＩＣＳ
Ｖ０１．１４．ＮＯ１１
ＮＯＶ．．２００２
基于实例的产品设计知识获取方法及实现
凌卫青赵艾萍谢友柏
西安交强大学润滑理论丝轴承母ｆ究所
西安７１００４９
摘要现代产品设计是面向市场、功能驱动呲及基于新知识的设计，而知１只获取是关键步骤．采用设计实例的形式对已有设计进行封装和组织＋通过产品设计实倒面向对象表达模掣，将设计需求（包括性能需求、环境约束和成本约束）、设计任务、设计过程和设计斤案封装在一个设计实例中，体现丁功能驱动、面向市场的现代设计特征．在此基础上，利用Ｓｙｂａｓｅ公司的ＰｏｗｅｒＤｅｓｉｇｎｅｒ８．０建模１．具，进一步提出产品设计寅例的获取模型，并对实例获取的关键技术进行了讨论．以滑动轴承设计为工程应用背景．选择应用于涡轮机的四油叶径向滑动轴承为设汁实例，详细描述了集成于ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ２０００的滑动轴承设计实例获取模块的应用过程，验证了上述模型的正确性和可行性．通过对设计实例进行表达、获取和存储，为后续的基于实例推理的产品设计方法打下基础，同时以对外提供功能的形式对并行设计环境Ｆ的功能检索提供支持＋推动现代产品概念设计自动化进程
关键词知识扶取．基于实例设计，面向对象片法，现代设计．滑动轴承中图法分类号ＴＨｌｌ２
Ｃａｓｅ—ＢａｓｅｄＫｎｏｗｌｅｄｇｅＡｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｏｆＰｒｏｄｕｃｔＤｅｓｉｇｎ
Ｌｉｎｇ
（Ｔｈｅｏｒｙｏｆ工“打ｒｒａｔｉｆｍ
Ｗｅｉｑｉｎｇ
ａｎｄ
Ｂｅａｒｉｎｇ
ＺｈａｏＡｉｐｉｎｇ
ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ．Ｘｉ’ａｎ
ＸｉｅＹｏｕｂａｉ
７１００４９）
Ｊｉａｏｔｏｎｇｌ；ｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ７ａｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｍｏｄｅｒｎｐｒｏｄｕｃｔｄｅｓｉｇｎｉｓｍａｒｋｅｔ—ｏｒｉｅｎｔｅｄ，ｆｕｎｃｔｉｏｎｄｒｉｖｅｎａｎｄｎｏｖｅｌｋｎｏｗｌｅｄｇｅ—ｂａｓｅｄ．Ｆｏｃｕｓｉｎｇ
ｏｎ
ｉｔｓｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋ，ｎａｍｅｌｙ．ｔｈｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｏｆｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｋｎｏｗｌｅｄｇｅ，ａｎｄｅｓｉｇｎ
ｃａｓｅ
ｏｂｊｅｃｔ—ｏｒｉｅｎｔｅｄｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｐｒｏｄｕｃｌ
ｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ
ｃｏｎｓｔ
ｅａｓｅ
ｉｎｓｔａｎｃｅｓｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｔｈｅｄｅｓｉｇｎ
ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｐｅｃｉｆｉ—
ｃａｔｉｏｎ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｔｉｅ
ｅｒ
ｒａｉｎｔｓ，ｃｏｓｔ
ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ），ｄｅｓｉｇｎｔａｓｋｓ，ｄｅｓｉｇｎｐｒｏｃｅｓｓｅｓ．ａｎｄｄｅｓｉｇｎｓｏｌｕｔｉｏｎｓ—ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ
ａ
ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｏｒｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇｍｏｄｅｒｎｄｅｓｉｇｎｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｃａｐａｂｉｌｌｔｉｅｓｏｆｆｕｎｃｔｉｏｎｄｒｉｖｅｎａｎｄ
ｃａｓｅｓ
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ｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｍａｒｋｅｔ
ｎｅｅｄｓ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ａｋｎｏｗｌｅｄｇｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｄｅｓｉｇｎ
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Ｄｅｓｉｇｎｅｒ８．０，ｂｅｉｎｇａｂｌｅ
ｉｎｑｕｉｒｅａｎｄ
ｏｎ
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ｒｉｅｖｅｔｈｅｒｅｌａｔｅｄｄｅｓｉｇｎｃａｓｅ．Ａｐｒｏｔｏｔｙｐｅｓｙｓｔｅｍｏｆ
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ｊｏｕｒｎａｌｂｅａｒｉｎｇｄｅ—
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ＳｏｆｉｄＷｏｒｋｓ２０００，ｕｓｉｎｇ
ｆｏｕｒ—ｌｏｂｅ
ｒａｄｉａｌ】ｏｕｒｎａｌｂｅａｒｉｎｇ
ａ
ｄｅｓｉｇｎ
ｃａｓｅｔｏ
ｖｅｒｉｆｙｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙａｎｄｖａｌｉｄｉｔｙ（）ｆｔｈｅｋｎｏｗｌｅｄｇｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｗｏｒｋｐｒｅｓｅｎｔｅｄｌａｙｓ
ｃａｓｅ
ｕｓａｂｌｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆ
ｔｈｅ
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ｂａｓｅｄｄｅｓｉｇｎ，ｇｉｖｅｓｓｕｐｐｏｒｔ
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ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｒｅｔｒｉｅｖａｌｉｎｃｏｎｃｕｒｒｅｎｔ
ｄｅｓｉｇｎ
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ｍａｔｅｄｃｏｎｃｅｐｔｕａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｍｏｄｅｒｎｐｒｏｄｕｃｔｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓｉｎｇ
ｋｎｏｗｌｅｄｇｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ｃａｓｅｂａｓｅｄｄｅｓｉｇｎ，ｏｂｊｅｃｔ—ｏｒｉｅｎｔｅｄｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ，ｍｏｄｅｒｎｄｅｓｉｇｎ，Ｊｏｕｒｎａｌｈｅａｒ
劳设计等也在逐渐发展并且得到ｒ广泛的应用．目前，产品
１引
言
设计已经普遍认为是一个动志的设计过程，其中包括知识获取和大规模知识的运用…．为了强调产品设计是基于新知识
随着设计斤法学、优化设计、计算机辅助设计、系统化没计、模块化设计以及逆向工程等一些新学科的发展，在【：程设计领域一些新技术，如相似设计、模块设计、动态设计嗣Ｉ疲
原稿收到Ｒ期：２００１—０７—２３｝修改稿收到１３期：２００１
１０
的设计并且区别过去基丁：经验的传统设计方法，“现代设计”的概念应运而生．现代设计是面向用户、基于新知识的设计，而知识获取是关键步骤知识获取的前提是设计知识的机
２５本课题得到国家自然科学基金（５９９９０４７２）资助凌卫青，男．１９７３年牛．博士，主
要研究方向为基于实倒推理的产品设Ｌｆ、知识获取、产品设计信息在异桕ＣＡＤ系统平台集成等．赵艾萍，女，１９７２午生，博士，主要研究方向为现代设计理论、基于特征的产品设计．谢友柏，男，１９３３年生．中同工程院院上，教授．博士牛导师，主要研究打向为摩擦学、现代设汁理Ｉ色等
万方数据
¨期
凌世青等：基下实例的产品设计知捉获取方法及实明
０１５
累．知识获取的目的是设计知飒的重用．然而就我国现状而言，一方面对于广泛分布在高等院校、研究机构以及实验室
的极为有用的知识信息缺乏有效的组织手段，无法将分散的
研究成果组织起米成为可供产品设计的知识；另一方面，缺乏～个在知识支持ｒ功能驱动的并行设计环境”．因此，对于巴有设计知识的积累和有效组织显得极为重要．它既是自
身知识重用的需要，又是对并行设计环境下功能驱动的产品
设计的支持ｏ］．
重用设计知识相设计经验的需求推动ｒ幕于实咧推理
（ｃａｓｅ—ｂａｓｅｄｒｅａｓｏｎｉｎｇ）这‘人丁智能技术在产品设计领域
的发展和应用基于实例的设计方法是指在以前成功设计的
实侧库中搜索与用ｒ】需求的设计目标特征最相匹配的一个设计实例过程．基于实例推理的设计力‘法与人类的决策思维过程类似．都是通过联想以前的类似问题的解央斤法．并对
其进行适当的修改以应用丁新问题的解决．与基于规则的知识表达方法适用于领域知识非常完善的情况相比，基于实例的知识表达方法可以用于领域知识不能够完全清楚表达的设计问题４．因此，这种方法是对已有设计知识积累和状取的有效手段，基于实例推理的方法匕经得到越来越多的重视并且在许多领域得到广泛的应用．随着基于实例设计方法的发展，基于实例的设汁过程可以描述为５个标准步骤：实例的表达和索引，实例检索、实例重用、实例编辑和实例存储．其中，实倒的表达和存储是最重要的…．
图ｌ所示为以实例形式表达的设计对功能驱动的产品设计活动的支持示意．不『刮设计实例被组织在不同的实例库中，每个设汁实例庠以功能的形式对外提供服务．对于一个大碰设计任务，在慨念设计阶段通常是在明确【殳计任务以
后，通过对功能进行分析与分解，然后冉对分功能求解、组
合、评价．在分功能的求解过程中，口Ｔ以在分布式的并行设计环境下通过］ｎｔｅｒｎｅｔ进行功能检索，检索到所需功能的产品设计实例，然后采用基于实例推理的设计方法，或是蹦基于实例推理为主借助于其它技术的混合方法，获得满足分功能需求的设计实例．
功
没计任务
‘功能分忻
功能检索
、皇坌壁，
多莉矾
赢垒皂ｉ
弋一端
一１测
Ｌ综合评价
设计实例库
设计
图１设计实例对功能驱动的产品设ｔｔ‘的支持
万
方数据２产品设计实例的知识获取原型
没计知识的表达模型必须完整、有效地表达设计过程中所需的各类知识．具体地说，应该能够描述以下知识和信息ｎ！：领域知识（ｄｏｍａｉｎｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）、控制知识（ｃｏｎｔｒｏｌｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）、描述性知识（ｅｘｐｌａｎａｔｏｒｙｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）和系统知
识（ｓｙｓｔｅｍｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）．鉴于语义网络难于进行系统的开发
和维护眦发框架知识表示的模块性不能清楚地定义．本文采
用面向对象的设计实例表达方法．面向对象的知识表示方法
以信息封装和抽象数据类璎概念为基础．具有抽象眭、封装性、继承性、多态性以及动态绑定等特点，既提供了从‘般到特琳的演绎手段，义提供了从特殊到般的归纳形式．事实上，可以把面向对象的结构看成一种动态的语义网络，而面
向对象方法的封装性有力地克服了语义网络随着结点（对
象）数的增加＋其管理将，变得异常困难这一主要弱点同样，在面向对象的知识表示中，不允许出现跨越两个对象的规则，因此．类的唯一对外接Ｅｌ是消息模式的特点也克服了框
架知识表示的模块性不强的弱点．
面向对象的分析方法有许多．如Ｂ（）【）ｃｈ，ｃｏａｄ／Ｙｏｕｒｄｏｎ，ＯＭＴ以及Ｊａｃｏｂｓｏｎ等．本文所描述的产品设计实例获取原型系统（如图２所示），采用Ｓｙｂａｓｅ公司的ＰｏｗｅｒｌＸ，ｓｉｇｎｅｒ
８．０
作为面向对象产品设计实例建模【。具．基丁ＵＭＩ，（Ｕｎｉｆｉｅｄ
Ｍｏｄｅｌｉｎｇ
Ｌａｎｇｕａｇｅ）¨’集成的面向对象和数据库建模工具
ＰｏｗｅｒＤｅｓｉｇｎｅｒ提供了三级建模功能；面向对象建模ＯＯＭ
（ＯｂｊｅｃｔＯｒｉｅｎｔｅｄＭｏｄｅｌｉｎｇ）、概念数据建模ＣＤＭ（Ｃｏｎｃｅｐｔｕ—ａｌＤａｔａ
Ｍｔ】ｄｅｌｉｎｇ）和物理数据建模ＰＤＭ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ
Ｄａｔａ
Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）
首先．对产品设计进行面向对象的分析．通过ＰｏｗｅｒＤｅ
ｓｉｇｎｅｒ提供的呵视化建模工具对一个Ｌ有的产品漫计实例
进｛，面向对象建模．面向对象模型包括产品设计中类的静态结构和相互之间的关系，如聚台关系、继承关系和依赖关系
等在对上述模型验证之后，利用ＰｏｗｅｒＤｅｓｉｇｎｅｒ生成产品设计的概念数据模型．概念数据模型通过实体和属性以及这
些实体问的关系（Ｅ／Ｒ囝）来表明系统的抽象数据结构，这种
表达不依赖于具体的实施平白．与数据库系统、操作系统等
平台无关．物理数据模型一ｒ以从面向对象模型直接通过正向工科（ｆｏｒｗａｒｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）转换，也可以通过概念数据模型生成（如图２所示）．物理数据模型是后台数据库的蓝本，它
直接针对具体的数据库系统，可以生成多种主流关系型数据
库系统（如ｓｙｈａｓｅ，ＤＢ２，ｌｎｆｏｒｍｉｘ．Ｏｒａｃｌｅ，ｓＱＬ，ＡＣＣｅＳＳ等）．
其中，面向对象模璋！中的类或者概念数据模型中的实体和对
象（实体）之间的关系转变为数据库中的表，属性转变为列，Ⅻ时创建卡键和索引，这是对设计实例存储的有力支持．完
成数据库ｉ殳计之后，利用产品设计的面向对象模型可以生成与设计实例扶取应用程序开发相一致的源代码，如ｃ＋＋，Ｊａ．
ｖａ等．生成的类代码可以直接用于应用程序的开发．最后，设计实例获取应用程序通过与设计人鼠的交互，完成一次次的对已有设计实例的获取．不断积累的设计实例库町以用十基于实例推理的产品设计系统的开发，完成新的产品设计任务．
０ｌ６
计算机辅助设计与图形学学报
２００２正
图２而向对象的产品设计实例获取原型
决；继而又玎』能综台各个了方案咀获得最终的解决方案．罔
３产品设计实例获取关键技术
此，宴例的分解依赖于设计任务的分解，即设计任务是否可以清晰地分解成若下个子设计．
３．１产品设计实例的分解
３．２面向对象的产品设计实例建模
，个产品设计实例主要包含设计需求、设计任务和设计产占占设计实例面向对象分析（ｏｂｊｅｃｔ—ｏｒｉｅｎｔｅｄ
ａｎａｌｙｓｉｓ）
方案三部分内容．其中＋设计需求可以分为产品性能需求、设的日的就是识别产晶设计巾的对象和类、描述对象和类之阳Ｊ计制造成本约束Ｕ及产品应用环境约束等然而，把所有影的关系，以及通过描述每个类的功能来定义对象的行为．根响产品设计的因素都考虑进来以表达一叶、设计实例不但繁据Ｃｏａｄ／Ｙｏｕｒｄｏｎ方法”“．面向对象分析有５个主要步骤：琐．而吐也十分困难；此外，用大最的影响因素来表达一个设标识对象，标识结构，定义主胚．定义属性（及实例连接）和定计实例不利于基于实例设计的其它阶段，如实例编码、实例义服务（及信息连接）．一旦模型建屯，就日』以在５个主要层匹配和实例检索等任务的进行，同时也会降低知识获取的有次上．即土题层、对象层、结构层、属性层和服务甚．进行表示效性．
和复审．
一个有效的解决方法是把待解决的问题分解成若干个图３所乐为Ｃ＋＋语言描述的产品设计实例的面向对有机联系的子问题（子任务）．在实例库中分别搜索这些ｒ问象模型，也可以根据实际情况采用其它描述语言．卸ｉＪａｖａ，
题各所对应的解决方案．然后再对搜索到的子方案进行综合ＰｏｗｅｒＢｕｉｌｄｅｒ，１ＤＩ。＋Ｖｉｓｕａｌ
Ｂａｓｉｃ以及ＸＭＩ。等．图中显示了
处理，从而形成晟终的解决方案．这样会有效地提高ＣＢＲ系设汁中类的静态结构和相互间的若系．包括聚台关系、继承统的性能．使实例的重用更具有灵活性“９．实例的分解描述关系和依赖关系等．从图中町“看出，’个产品设汁类
对实例推理是非常有利的。因为在许多设计中，只需对类似（Ｃｌａｓｓ
Ｄｅｓｉｇｎ）是设计需求类（Ｃｌａｓｓ
ＤｅｓｉｇｎＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ）、
设计方案中的某此部分做相应的修政或从另一实例中提取设计任务类（ＣｌａｓｓＡｂｓｔｒａｃｔＤｅｓｉｇｎＴａｓｋ）、设计过程类
相应部分做替换即町．在这种情况ｒ，依据分解模型可方便（Ｃｌａｓｓ—ＡｂｓｔｒａｃｔＤｅｓｉｇｎＰｒｏｃｅｓｓ）和设计方案类（Ｃｌａｓｓ
Ａｂ—
地提取实例，灵活地组合修改实例，综合成新的解决方案更ｓｔｒａｃｔＤｅｓｉｇｎＳｏｌｕｔｉｏｎ）的聚合．其中，设计任务类、设计过程类莺要的是，对于大型设计问题，设计实例的收集通常是十分和设计方案类不实例化成某一个具体的对象，而只是由它们困难的，而且数量也是小充分的；而采用设计实例分解的方来派生各自的子类（如子设计任务类、子设计过程类和ｌ子设式可以很容易地获得许多ｒ实例．这样，通过于实例解决方计方案类等），以提供这些类的共同的属性和行为．派生的广案的综合就有可能在实例不充分的情况ｒ得到有效的设计设计任务娄的多少取决丁实际广‘品的设计任务分解的数目，方案．
一个子设计任务类又是一十子设计过程类和一个子殴计方复杂的实例可以表示成一组丰日关联的子实例的集合，以案类的聚合，在类的数日上它们一一对应，因为不蚓的设计彤成问题解的结构，用数学方法表达为
需求会影响相应的设计任务，冈此设计需求类和设计任斋类之间存在依赖关系通过Ｐｏｗｅｘｌ３ｅｓｉｇｎｅｒ８．０验证设计实例
Ｃａｓｅ＝∑（血∞
。１
面向对象模型后，生成概念数据模型；再通过正向工程转换，时Ｔ其巾一个简单的吏例（知ｍ可表示成一组特征
继续生成为物理数据模型，即可以获得与应用程序开发相一Ｃａｓｅ，＝ｆＬ。ｆ＂…．九，ｉ一１．２，…，ｎ、
致的数据库系统．面向对象模型还可以直接生成应用程序开其巾厂代表叶、实例的不同特征．
发所需要的源代码．如Ｃ＋＋，Ｊａｖａ等．下面以动压滑动轴承值得注意的是，采用这种方法的关键是分解后的各个子设汁为工程应用背景，对上述设计实例获取方法的实现过程
问题之间不能出现强耦台．这样．子问题才有可能被独立解
进行详细描述．
万
方数据
凌卫青等：基于实例的产品设计知识获取方法及实现
１０１７
—｝聚台关系
４动压滑动轴承设计实例获取
４．１动压滑动轴承设计问题描述
动压滑动轴承设计是在给定的约束条件下（机械性能、成本、环境等），确定全部轴承参数和性能．这些参数包括几何参数、工况参数、润滑油和澜精装置参数、温度参数、轴承材料，运转特性参数等．在这些参数中．只有少量的可以通过轴承分析计算获得，大多数参数需要凭借设计人员的经验来选定．可以认为，动压滑动轴承的设计依赖于经验，设计人员的经验、技巧和能力对一个成功的设计生关萤要ｎ“．
继承荧系｝
……一＿＞依赖关系
图３产品设计实例面向对象模型
因此，采用基于实例推理的设计方法对于解决动压滑动轴承的设计问题具有针对性．富有经验的滑动轴承设计人员通常是给出一个具体的设计例子而不是给出明确的设计规则来讨论关于滑动轴承的设计问题，并可以重用设计知识和设计经验，使设计不再具体依赖于某一设计人员等，都是采用基于实例设计方法的萤要原因．
４．２动压滑动轴承设计实例分解
罔４是采用ＩＤＥＦ０方法从功能角度对动压滑动轴承设｝ｒ进｛，任务分解的描述．ＩＤＥＦ０方法的思想足结构化的分析方法，来源于ＳＡＤＴ（Ｓｙｓｔｅｍ
ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＤｅｓｉｇｎＴｅｃｈｎｏｌｏ一
力
图４动压滑动轴承设计任务分解的ＩＤＥＦ０］】法表示
万
方数据
１０１８
计算机辅助设计与阿形学学报２００２年
ｇＹ）方法““．图４中，流体动压滑动轴承的设计分为５部分：轴承的造型、润滑油的选取、油孔和油槽的设计、轴瓦的设计以及压力供油润滑系统的设计．针对每一设计子问题（子任务）．图中详细列出了设计需求和设计约束．一个流体动压滑动轴承的ｉ殳计实例分解为５个ｆ实例进行单独求解，然后再进行实例综合，获得最终的解决，ｊ『案．这种分解方式符合设汁人员对于动压滑动轴承概念设计过程的理解．
４．３动压滑动轴承设计面向对象建模
采异｛ｃ＋＋语言在Ｐｏｗｅｒｌ）ｅｓｉｇｎｅｒ８．０集成建模环境下对动压滑动轴承设计进行面向对象建模．根据图４面向对象的设计实例模型，由抽象的设计任务娄派生出５个ｆ设计任务类：
ＣＢｅａｒｎｇＴｙｐｅＤｅｓｉｇｎ，ＣＩ。ｕｂｒｉｃａｎｔＤｅｓｌｇｎ，ＣＯｉｌＧｒｏｏｖｅＤｅｓｉｇｎ，
ＣｌｑｅａｒｉｎｇＰａｄＤｅｓｉｇｎ和ＣＬｕｂｒｉｃａｄｏｎＳｙｓ／ｅｍＤｅｓｉｇｎ，它们分删表示轴承的选型、润滑油的选取、油孔和油槽的设计、轴瓦的ｉ殳计和润滑系统５个子设计任务．每个子设计任务的设计结果分别由各自的于设计过程类和子解决方案类表达，它们分别从抽象的设计过程类和解决方案类中派生出来类的属性用滑动轴承设计问题描述的特征幽素和影响最终解决方案的特征因素米描述．属性的数据类型有５种：数值型（ＮＵＭＢＥＲ）、布尔型（Ｂ００ＬＥＡＮ）、字符串型（ｓ７１ＲＩＮＧ）、语言型（Ｌ１ＮＧｕＩｓＴＩｃ）以及范围型（ＭＡＸ／ＭＩＮ）需要指出的足，实例的检索和匹配通常基于定的算法．如权值邻近检索法．因此．Ｅ述数据类型（除了字符串型）在实例存储之前都要转化为可计算的形式，具体转化参考文献［ｉ３３设计实例对象的初始化在类的构造函数中定义和完成．
４．４动压滑动轴承设计知识获取应用程序开发
本文以采用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ
Ｖｉｓｕａｌ
Ｃ
４－＋６．０，Ｍｉｃｒｏｓｏ［ｔ
ＳＱＬＳｅｒｖｅｒ２０００数据库并且集成于ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ２０００乎台
开发的转于一轴承系统（Ｒｏｔｏｒ—ＢｅａｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍ，ＲＢＳ）设计模块应用为例，描述动压滑动轴承设计实例的获取过程．设计实例选用西安交通大学润滑理论及轴承研究所为西安赛尔机泉成套工程研究中心设计、应用于涡轮机的四油叶径向滑动轴承．当前的应用程序支持辅承和转了轴承系统两种设计实例的获取．应用界面如图５所示，包括对设汁需求、设计过程和设计方案三部分的知识获取支持．
首先选择图５中的“Ｓｔｕｄｙ…”新建一个设计项目，如图６所示，填入或者选择要求的信息，包括应用领域、设计名称等．然后选择罔５中的“Ｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．．．”来获取设计需求，包括机械性能、环境约束和戚本约束．阿７详细地给出了机械性能设计需求所要获取的内容；图８给出丁设计解决力‘案巾滑动轴承类型的信息获取．关于其它子设计解决方案的获取，限下篇幅，不一一列举．图９所示为关于轴承性能计算过程的知识获取．包括设计人员给出的计算初值和初值的组数．计算初值包括偏位角、偏心率上限和偏心率下限等．计算过程的知识获取对于实例的编辑十分重要．图１０是在不同偏位角范围内（４０。～８０。）滑动轴承的静态特性和动态特性计算结果的描述．其中，静态特性包括偏心率、承载力、温升、摩擦功耗、润滑油流量和最小油膜厚度等；动态特性包括刚度系数、附尼系数、当量刚度和涡动比平方等．
万
方数据陶８轴承结构类型获取
上述获取的信息保存在与滑动轴承设计实例物理数据模型相对应的ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＳＱＬ
Ｓｅｒｖｅｒ
２０００数据库中，Ⅱ『以远
程访问，各个子设计任务业其相应的子设计过程和子设计方
１１期
凌卫青等：基于实例的产品设计知识获取方法及实现
１０ｌｇ
图１０轴承设计性能结果知识获取
案均由其父类组织、管理和调度．上述］：作完成了应用丁涡轮机的四油叶径向滑动轴承设计实例的获取，达到了设计积累和设计重甩的目的．
５结论
本文基于ＰｏｗｅｒＤｅｓＪｇｎｅｒ８．０建模工具，进一步提出了设计实例的获取模型．以滑动轴承设汁为工程应用背景，并通过西安交通大学润滑理论及轴承研究所为西安赛尔机泵成套工程研究中心ｃ殳计的应用下涡轮机的ｐｑ油叶径向滑动轴承为设计实例。详细描述了集成于ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ２０００的滑动轴承设计实例获取模块的应用过程．整个设计实例的知识获取验证了上述模型的上Ｅ确性和可行性．采用上述模型对设计实例进行表达、获取和存储，为后续的基于实例推理的产品设计方法打下基础，同时“对外提供功能的形式对并行设计环境ｒ的功能柃索提供支持，有力地推动了现代产品概念设计自动化进程．
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基于实例的产品设计知识获取方法及实现
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：
凌卫青， 赵艾萍， 谢友柏
西安交通大学润滑理论及轴承研究所,西安,710049计算机辅助设计与图形学学报
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相似文献(3条)
1.学位论文 凌卫青 基于性能的现代产品设计知识资源服务体系研究 2002
重点讨论基于性能的现代产品设计知识资源服务体系的若干问题.围绕着设计建模、设计推理以及知识获取这三个概念设计的关键问题,紧紧抓住产品性能这一产品设计的关键控制因素,详细论述了在概念设计阶段基于性能的产品创新设计方法以及如何有效的表达、组织和获取产品设计资源以支持后续设计阶段.在网络技术和信息技术支撑下,对基于性能的现代产品设计资源服务系统的结构与实现等一系列问题也进行了深入探讨.主要研究工作和结论体现在以下六个方面: (1)提出基于性能的现代产品设计知识资源服务体系方案;(2)构建产品性能因素描述空间及确定性能因素的空间状态;(3)提出支持概念设计活动的产品功能家族和质量家族的产生方法;(4)给出基于产品性能的设计实例的面向对象表达;(5)提出一种基于实例的产品设计知识资源的获取方法;(6)给出基于性能的现代产品设计知识资源服务体系实现原型;
2.学位论文 许蔷 基于知识的产品设计关键技术研究与开发 2005
基于知识的设计模型是力图将设计者的经验提炼出来，在设计过程中，通过推理机对求解问题进行演算，同时调用知识库中的知识作为指导，从而提高产品设计的整体水平，缩短产品开发周期和减少开发新产品的投资风险。本文在国家863计划项目、江苏省高技术研究计划项目的支持下，在研究机械产品设计共性的基础上，结合先进的设计理念和三维CAD技术，以基于知识的产品设计研究为主线，系统研究了基于知识的产品设计的相关理论、方法和关键技术。 本文的主要研究内容及成果如下： 1、对产品设计理论和方法进行了总结和概括，分析了机械产品设计的现状和发展趋势，将基于知识的设计方法应用到机械产品的设计中； 2、研究了知识获取、表达、存储等KBE理论，并将KBE思想应用到UG二次开发中，将设计知识归纳存储，建立了设计知识库； 3、研究了产品实例表示，建立了复杂产品层次树状产品实例库，介绍了最近邻域实例检索策略并给出相应的算法； 4、研究了基于知识重用的三维产品建模技术，研究了在设计过程中的设计资源的重用，计算过程的重用，计算数据的重用，推理过程的重用等等；介绍了基于设计重用的凸轮三维模型的实现方法。 最后，在上述研究成果的基础上，开发了基于知识的产品设计系统，该系统包括设计知识管理子系统和常用件设计集成子系统，系统实现了基本的功能要求，取得了满意的效果。
3.学位论文 孟妍妮 基于实例的齿轮设计应用技术研究 2006
基于实例推理的设计是一种新的智能设计方法，是基于实例推理技术在设计领域中的应用。基于实例的推理(Case-BasedReasoning)是一种基于记忆、利用过去的实例和经验来解决新问题的一种方法，它可以看作是从一个实例到另一个实例的类比推理。由于CBR具有易学易用，知识获取容易，适应性强等优点，受到人工智能研究者的高度重视。本文主要研究了基于实例设计系统的原理和应用技术，分析了渐开线圆柱齿轮的一般设计过程和方法以及各项特征属性的特点，在此基础上建立了基于实例的设计模型，并将其应用于齿轮的辅助设计，构造了基于实例的渐开线圆柱齿轮辅助设计系统。文本的主要研究内容包括： 1.实例知识的表示设计实例的表示是基于实例设计系统的基础。本文分析研究了实例知识的表达方法，将实例知识的表达
与领域知识相结合，并利用面向对象的思想，提出了有效的模型简化和特征抽取方法，抽象出渐开线圆柱齿轮的实例结构，采用结构化模型描述应用领域知识。 2.实例的组织本文借鉴面向对象的思想，提出了具有多重抽象层次的分类结构组织实例，将整个实例库划分为多个层次上的子空间，能够在实例检索过程中有效地限定搜索范围，提高检索效率。 3.实例检索方法研究实例间相似度的计算方法和实例检索策略是CBD系统中的重点。本文将自适应人工神经网络应用于CBD系统，构建了两级ART网络模型，可以完成实例的动态聚类，并能自动地将实例组织成两级存储结构，提高了系统的工作效率。本文在研究现有的实例间相似度算法的基础上，结合渐开线圆柱齿轮自身的设计特点提出了新的计算实例间相似度的方法。 4.实例调整技术研究实例调整是CBD系统中的难点，本文深入分析了现有的实例调整方法，将基于规则的修改方法和基于实例的修改方法结合起来，提出了适合于本系统的实例调整的策略和具体实现方法。 5.基于实例的设计系统本文最后重点阐述了建立基于实例知识的渐开线圆柱齿轮设计原型系统的具体实现过程和实验分析，对CBD技术在渐开线圆柱齿轮设计方面的具体应用作了的探索。
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