工程设计知识表达体系

张胜洪

(贵州常丰建设有限公司，贵阳市 550000)

在当今社会，科学技术得到不断发展与创新，在人工智能知识表达系统的基础上，通过对工程设计进行特点分析和应用，结合智能 CAD系统，最终提出了能够适用于工程智能 CAD的设计知识表达体系。这一体系包括了以下四个方面，即：工程数据表知识、工程语言知识、工程实例知识、工程图形知识。以下对该设计知识及表达方式进行详细阐述，希望对工程设计起到指导作用。

1 工程设计程序

第一步，对设计内容进行构思。在这个过程中，设计人员要根据设计要求来搜集资料，查找类似案例，同时在自己的知识和经验下，对设计方案进行构思，解决最初的设计问题。第二步，对工程结构进行分析。在数学模型基础上，了解结构在动态状况下和静态状况下的温度、荷载、受力，是一个逻辑推理的过程。第三步，设计结构。通过前两个步骤的构思和分析，就能够确定设计参数。因此，结构设计的关键在于细部，对构造进行检算，从而最终确定工程结构的几何尺寸。这其中，结构的检算要满足设计规范中的要求。第四步，绘制施工图。在实际工作中，施工图的绘制和结构的设计是同时进行的，就是将设计人员脑中的设计内容转化为工程语言。

由此可见，一项工程设计的完成并不是随意产生的，而是需要大量的专业知识和实践经验。并且在设计过程中，还要协调运用逻辑推理和非逻辑推理，需要将抽象思维和形象思维相互结合在一起。智能 CAD系统在对设计过程进行模拟的同时，也对人类的思维进行了模拟，因此表达并应用工程设计知识就成为了很重要的组成部分。

2 工程设计知识的表达

2.1 工程数据表知识及表达

2.1.1 数据表知识分析

通过数据来表达设计知识，这一方式广泛存在于工程规范、设计原理和手册之中，所反映出来的是不同的数据项目之间的关系。表格类知识表达主要解决的问题就在于，既能够反映出数据库之间的联系，又能够对表格进行简单处理。以表1中的工程数据表为例，其中的特点包括以下几点：第一，表的左边表示的是数据属性，居于主要位置；表的上方是构件类型，居于次要位置。第二，左边和上方的内容，形成了数据的层次结构。第三，其中包含一些复杂内容，如“S/50但应≥8mm”。除此之外，有些表格下方还会有注释，作为表中知识的解释或补充。

表1 缀板尺寸

2.1.2 数据表知识表达

经过分析可知，数据表格在知识表达上必须包括已知域、结论域、注释域三个部分。其中，已知域反映的是表格的属性，可以是表达式或关键词，其中的内容可以称为项目名称。结论域是查找的结果，其含义在已知域对应的项目名称中说明。注释域是对表格没有注明的信息进行解释，多以语言方式表达。

2.2 工程语言知识及表达

2.2.1 工程语言知识分析

在工程设计领域，语言知识的应用十分常见，通常表现为以下几个方面：第一，表达工程规范，这其中会用到表示强制性程度的词语，例如：“必须”、“禁止”、“应该”、“可以”、“不宜”等。第二，语言中会使用到大量的计算公式，以及对数据进行比较，例如“直径≥12mm”等。第三，对于比较复杂的组合关系，语言中会出现“并且”和“或者”，而且逻辑判断性比较强。第四，对某一数据进行限定时，通常规定一个范围，例如“长度在10—15cm之间”等。

2.2.2 工程语言知识表达

第一，如果变量以字符开头，那么语言表达类型如int、char、double等，一般变量代表了特定的含义，反映的是设计参数。第二，在限定词的表达上，表达必须满足使用must，表达应该满足使用should，表达可以满足使用suit，表达在补充条件后满足使用limit。第三，在方程的分段表达式上，使用“（ ）”能够改变表达式的优先级，使用“{ }”能够对知识语句进行组合。

2.3 工程实例知识及表达

2.3.1 工程实例知识分析

工程实例是新的工程设计的参考，因此成功的工程实例具有知识性。在设计工作中为了能够更好地利用到这些实例，就需要了解它们的特点，找出知识之间的关联性，通过分类将其存储在知识库。

2.3.2 工程实例知识表达

工程实例知识的组成基础就是“知识项”，每个知识项都有自身对应的结构描述。这些知识项有已知域（需要满足的条件）和结论组成。系统会将设计工程的已知条件和工程实例的已知条件相对比，如果满足就会采用工程实例的结论域数据。至于满足的程度，用“权”来衡量。

2.4 工程图形知识及表达

2.4.1 工程图形知识分析

工程设计人员的设计语言就是图纸，图形知识的表达体现在以下几点：第一，将设计参数和设计图结合起来，能够表达特定的结构。第二，对图形进行修改，反映的是结构的设计过程。第三，通过图形，来表现需要表达的设计参数。

2.4.2 工程图形知识表达

图形结点的表达结构，就是在图形结点上设置更多的子结点，用于存储图形信息。在工程图形知识表达上，每一个工程分项都有对应的设计参数、设计方法，通过与图形相结合，成为工程设计的重要组成。

3 结语

综上所述，通过本文的分析可以看出，在工程设计知识表达体系的基础上，已经对工程设计智能 CAD核心系统完成了开发与应用。在核心系统下，工程数据表知识推理系统、工程语言知识推理系统、工程实例知识推理系统、工程图形知识推理系统可以用于工程设计之中，同时在运输机智能 CAD系统的开发上也具有一定的作用。我们相信在不久的将来，该系统的应用将会更加广泛。