工程設計知識表達體系

張勝洪

(貴州常豐建設有限公司，貴陽市 550000)

在當今社會，科學技術得到不斷發展與創新，在人工智能知識表達系統的基礎上，通過對工程設計進行特點分析和應用，結合智能 CAD系統，最終提出了能夠適用于工程智能 CAD的設計知識表達體系。這一體系包括了以下四個方面，即：工程數據表知識、工程語言知識、工程實例知識、工程圖形知識。以下對該設計知識及表達方式進行詳細闡述，希望對工程設計起到指導作用。

1 工程設計程序

第一步，對設計內容進行構思。在這個過程中，設計人員要根據設計要求來搜集資料，查找類似案例，同時在自己的知識和經驗下，對設計方案進行構思，解決最初的設計問題。第二步，對工程結構進行分析。在數學模型基礎上，了解結構在動態狀況下和靜態狀況下的溫度、荷載、受力，是一個邏輯推理的過程。第三步，設計結構。通過前兩個步驟的構思和分析，就能夠確定設計參數。因此，結構設計的關鍵在于細部，對構造進行檢算，從而最終確定工程結構的幾何尺寸。這其中，結構的檢算要滿足設計規范中的要求。第四步，繪制施工圖。在實際工作中，施工圖的繪制和結構的設計是同時進行的，就是將設計人員腦中的設計內容轉化為工程語言。

由此可見，一項工程設計的完成并不是隨意產生的，而是需要大量的專業知識和實踐經驗。并且在設計過程中，還要協調運用邏輯推理和非邏輯推理，需要將抽象思維和形象思維相互結合在一起。智能 CAD系統在對設計過程進行模擬的同時，也對人類的思維進行了模擬，因此表達并應用工程設計知識就成為了很重要的組成部分。

2 工程設計知識的表達

2.1 工程數據表知識及表達

2.1.1 數據表知識分析

通過數據來表達設計知識，這一方式廣泛存在于工程規范、設計原理和手冊之中，所反映出來的是不同的數據項目之間的關系。表格類知識表達主要解決的問題就在于，既能夠反映出數據庫之間的聯系，又能夠對表格進行簡單處理。以表1中的工程數據表為例，其中的特點包括以下幾點：第一，表的左邊表示的是數據屬性，居于主要位置；表的上方是構件類型，居于次要位置。第二，左邊和上方的內容，形成了數據的層次結構。第三，其中包含一些復雜內容，如“S/50但應≥8mm”。除此之外，有些表格下方還會有注釋，作為表中知識的解釋或補充。

表1 綴板尺寸

2.1.2 數據表知識表達

經過分析可知，數據表格在知識表達上必須包括已知域、結論域、注釋域三個部分。其中，已知域反映的是表格的屬性，可以是表達式或關鍵詞，其中的內容可以稱為項目名稱。結論域是查找的結果，其含義在已知域對應的項目名稱中說明。注釋域是對表格沒有注明的信息進行解釋，多以語言方式表達。

2.2 工程語言知識及表達

2.2.1 工程語言知識分析

在工程設計領域，語言知識的應用十分常見，通常表現為以下幾個方面：第一，表達工程規范，這其中會用到表示強制性程度的詞語，例如：“必須”、“禁止”、“應該”、“可以”、“不宜”等。第二，語言中會使用到大量的計算公式，以及對數據進行比較，例如“直徑≥12mm”等。第三，對于比較復雜的組合關系，語言中會出現“并且”和“或者”，而且邏輯判斷性比較強。第四，對某一數據進行限定時，通常規定一個范圍，例如“長度在10—15cm之間”等。

2.2.2 工程語言知識表達

第一，如果變量以字符開頭，那么語言表達類型如int、char、double等，一般變量代表了特定的含義，反映的是設計參數。第二，在限定詞的表達上，表達必須滿足使用must，表達應該滿足使用should，表達可以滿足使用suit，表達在補充條件后滿足使用limit。第三，在方程的分段表達式上，使用“（ ）”能夠改變表達式的優先級，使用“{ }”能夠對知識語句進行組合。

2.3 工程實例知識及表達

2.3.1 工程實例知識分析

工程實例是新的工程設計的參考，因此成功的工程實例具有知識性。在設計工作中為了能夠更好地利用到這些實例，就需要了解它們的特點，找出知識之間的關聯性，通過分類將其存儲在知識庫。

2.3.2 工程實例知識表達

工程實例知識的組成基礎就是“知識項”，每個知識項都有自身對應的結構描述。這些知識項有已知域（需要滿足的條件）和結論組成。系統會將設計工程的已知條件和工程實例的已知條件相對比，如果滿足就會采用工程實例的結論域數據。至于滿足的程度，用“權”來衡量。

2.4 工程圖形知識及表達

2.4.1 工程圖形知識分析

工程設計人員的設計語言就是圖紙，圖形知識的表達體現在以下幾點：第一，將設計參數和設計圖結合起來，能夠表達特定的結構。第二，對圖形進行修改，反映的是結構的設計過程。第三，通過圖形，來表現需要表達的設計參數。

2.4.2 工程圖形知識表達

圖形結點的表達結構，就是在圖形結點上設置更多的子結點，用于存儲圖形信息。在工程圖形知識表達上，每一個工程分項都有對應的設計參數、設計方法，通過與圖形相結合，成為工程設計的重要組成。

3 結語

綜上所述，通過本文的分析可以看出，在工程設計知識表達體系的基礎上，已經對工程設計智能 CAD核心系統完成了開發與應用。在核心系統下，工程數據表知識推理系統、工程語言知識推理系統、工程實例知識推理系統、工程圖形知識推理系統可以用于工程設計之中，同時在運輸機智能 CAD系統的開發上也具有一定的作用。我們相信在不久的將來，該系統的應用將會更加廣泛。