王體春 華洋 WU Yong

(1.南京航空航天大學(xué) 直升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 江蘇 210016;2.Department of Business Strategy and Innovation,Griffith University,Gold Coast Campus,QLD 4222,Australia)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)過程在本質(zhì)上是多領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)迭代耦合的過程。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)工程具有發(fā)動(dòng)機(jī)幾何形狀復(fù)雜、涉及學(xué)科多、性能要求高、研制數(shù)據(jù)量大等特點(diǎn)，因此其研究過程必須由多位設(shè)計(jì)人員合作完成，這就是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過程中的協(xié)同設(shè)計(jì)。在協(xié)同設(shè)計(jì)過程中，對已有設(shè)計(jì)知識的準(zhǔn)確獲取是設(shè)計(jì)工作成功完成的關(guān)鍵[1]。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中需要獲取大量的設(shè)計(jì)知識作為參考，而且承擔(dān)不同設(shè)計(jì)任務(wù)的設(shè)計(jì)人員需要獲取的知識不盡相同，而傳統(tǒng)的通過查詢標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范手冊、工程圖紙等方法效率較低[2]，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)人員不能及時(shí)準(zhǔn)確地獲取相關(guān)知識。因此，需要設(shè)計(jì)一種可以為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)工作提供高效、準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)知識的方法模型，來提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)效率。針對發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)過程中的知識獲取與重用問題，已經(jīng)有不少研究者進(jìn)行了相關(guān)研究。李正網(wǎng)[3]通過研究知識庫的建立、知識的表示與映射以及推理策略和運(yùn)行機(jī)制，提出了一種基于知識的汽車零配件設(shè)計(jì)系統(tǒng)。趙愛俠[4]通過分析發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)的工藝現(xiàn)狀、計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)(CAPP)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀以及知識工程在CAPP中的應(yīng)用情況，提出了面向?qū)ο蟮幕旌鲜焦に囍R表示法，構(gòu)建了發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識庫模型。李婷等[5]結(jié)合面向方面思想和面向?qū)ο蠹夹g(shù)，從工程需求出發(fā)，建立了基于知識工程(KBE)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)。近年來，知識推送技術(shù)的快速發(fā)展為解決這一問題提供了新的思路。迄今為止，國內(nèi)外學(xué)者針對協(xié)同設(shè)計(jì)工作過程中的知識推送問題進(jìn)行了大量的研究。Zhang等[6]通過構(gòu)建等級化設(shè)計(jì)內(nèi)容模型對推送知識集進(jìn)行過濾，通過設(shè)計(jì)知識、設(shè)計(jì)上下文、設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)人員等多維情境驅(qū)動(dòng)，提出了基于適用概率匹配和多維情境驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)知識推送技術(shù)。Tosi等[7]根據(jù)Web語義標(biāo)注的方式獲取用戶興趣描述文件，提出了一種基于內(nèi)容的知識推送方法。Giovannini等[8]提出了一種根據(jù)表示語法映射知識的反邏輯結(jié)構(gòu)的知識表示算法，消除了知識表達(dá)的歧義性。文獻(xiàn)[9- 10]通過分析和結(jié)合系統(tǒng)推送知識的特點(diǎn)，基于共性推薦技術(shù)提出了一種針對多媒體領(lǐng)域的知識推送方法。李興森[11]利用可拓理論，設(shè)計(jì)了具有目標(biāo)智能性的決策樹規(guī)則可拓挖掘算法和基于MCLP的可拓分類算法，實(shí)現(xiàn)了知識的表達(dá)和存儲(chǔ)方案。李海峰[12]針對科技項(xiàng)目管理中知識共享的問題，提出了以知識載體為研究對象的知識集概念，給出了基于可拓學(xué)的知識集表示方法與知識集關(guān)聯(lián)分析方法，為項(xiàng)目管理中知識共享的研究提供了理論基礎(chǔ)。吉祥等[13]通過建立設(shè)計(jì)知識的本體模型，利用粗糙集和信息技術(shù)抽取知識推送規(guī)則，提出了基于本體和粗糙集的設(shè)計(jì)知識推送方法。董思洋等[14]通過研究知識主動(dòng)推送和機(jī)體免疫過程的共同點(diǎn)，構(gòu)建了CAD平臺(tái)下基于免疫過程的工藝知識主動(dòng)推送模型。沈銘瑜等[15]利用改進(jìn)的解釋結(jié)構(gòu)模型(ISM)建立細(xì)分結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)約束矩陣和約束網(wǎng)絡(luò)，通過設(shè)計(jì)性能捕捉模型來實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)聯(lián)動(dòng)的細(xì)分結(jié)構(gòu)主動(dòng)推送設(shè)計(jì)。馮毅雄等[16]通過建立非線性權(quán)重的設(shè)計(jì)知識語義簡約矩陣,并將其映射至低維特征語義空間的方法，提出了基于特征語義分析的數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)知識推送方法。張發(fā)平等[17]通過構(gòu)建知識應(yīng)用情境驅(qū)動(dòng)的知識庫模型，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的知識匹配算法，實(shí)現(xiàn)了基于情境的知識匹配和推送方法。

由于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)知識表現(xiàn)出數(shù)據(jù)密集、結(jié)構(gòu)互異等新特點(diǎn)，而現(xiàn)有的設(shè)計(jì)知識檢索技術(shù)通常是通過關(guān)鍵字匹配來實(shí)現(xiàn)的，該方法存在只匹配字符而無法分辨模糊語義的缺陷，導(dǎo)致檢索出的知識內(nèi)容過多且精度不高。為解決上述問題，文中提出了面向汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的可拓知識推送模型，設(shè)計(jì)了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識可拓推送體系結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了可識別模糊語義的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)可拓知識庫，然后利用可拓距計(jì)算知識和約束條件的關(guān)聯(lián)度，以實(shí)現(xiàn)知識的準(zhǔn)確、有序推送。

1 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識的可拓推送體系結(jié)構(gòu)

在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，首先需要將汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行分解，然后分別分配給不同的設(shè)計(jì)人員進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，共同完成設(shè)計(jì)任務(wù)。因此，合理、有效的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識推送系統(tǒng)，應(yīng)該由設(shè)計(jì)任務(wù)流程觸發(fā)設(shè)計(jì)知識推送模塊，在設(shè)計(jì)流程的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，設(shè)計(jì)知識推送系統(tǒng)會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)人員的需求以及當(dāng)前任務(wù)節(jié)點(diǎn)的約束條件，從汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識庫中檢索出相關(guān)設(shè)計(jì)知識，然后進(jìn)行嚴(yán)格的分類與排序，再將其推送給設(shè)計(jì)人員進(jìn)行參考。基于此，文中提出了一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識可拓推送體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識的可拓推送體系結(jié)構(gòu)

Fig.1 Extension push architecture for automotive engine design knowledge

該汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識可拓推送體系結(jié)構(gòu)共分為6層：設(shè)計(jì)任務(wù)層、設(shè)計(jì)流層、設(shè)計(jì)人員層、知識推送層、知識操作層以及資源層。設(shè)計(jì)任務(wù)層包含了設(shè)計(jì)任務(wù)分解后的所有子任務(wù)及其設(shè)計(jì)要求；設(shè)計(jì)流層由設(shè)計(jì)任務(wù)節(jié)點(diǎn)組成，負(fù)責(zé)觸發(fā)知識推送體系的運(yùn)行；設(shè)計(jì)人員層則是由負(fù)責(zé)各個(gè)設(shè)計(jì)子任務(wù)的設(shè)計(jì)人員組成；知識操作層包括知識管理模塊和知識推送模塊兩部分，知識管理模塊主要負(fù)責(zé)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識的獲取、基元化以及分類儲(chǔ)存管理，知識推送模塊則是根據(jù)任務(wù)節(jié)點(diǎn)的觸發(fā)信息來構(gòu)建汽車發(fā)動(dòng)設(shè)計(jì)知識的模糊基元模型以及可拓關(guān)聯(lián)函數(shù)，計(jì)算汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識的綜合關(guān)聯(lián)度，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行知識的篩選與排序；資源層由設(shè)計(jì)知識庫、設(shè)計(jì)實(shí)例庫、規(guī)則庫以及數(shù)據(jù)庫4部分組成。

從汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識的可拓推送體系結(jié)構(gòu)中可以看出，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識可拓推送模型的構(gòu)建工作主要包括設(shè)計(jì)知識的可拓基元建模、基元知識庫的構(gòu)建以及知識推送方法設(shè)計(jì)3部分。

2 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識的建模與知識庫的構(gòu)建

2.1 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識的可拓基元建模

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識的內(nèi)容十分復(fù)雜，包括設(shè)計(jì)原理類、實(shí)例類、規(guī)范手冊類、經(jīng)驗(yàn)類、圖形類等知識[7]。為了實(shí)現(xiàn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識推送的準(zhǔn)確性與個(gè)性化，提高汽車設(shè)計(jì)知識庫的穩(wěn)定性，需要采用規(guī)范化語言將信息進(jìn)行形式化的表達(dá)。因此，文中將可拓學(xué)中的基元理論引入到知識庫的設(shè)計(jì)中?；碚撌且环N有效的知識表示方法，具有強(qiáng)大的知識表達(dá)能力，能夠清晰地描述各類關(guān)系屬性。以可拓學(xué)中的基元作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識分類的邏輯細(xì)胞，把表征設(shè)計(jì)知識的范圍與目的、動(dòng)作與關(guān)系等知識都統(tǒng)一在有序的三元組J=(Γ，c，v)中，v代表設(shè)計(jì)任務(wù)Γ關(guān)于任務(wù)特征c的特征量值。因此,可拓基元模型可以通過定性和定量兩個(gè)角度，對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識進(jìn)行形式化、模型化的描述。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)是車輛設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)人員根據(jù)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)的目標(biāo)，在設(shè)計(jì)任務(wù)的約束條件范圍內(nèi)，對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)問題進(jìn)行求解，從而得到滿足要求的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方案。無論汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)如何分解，整個(gè)設(shè)計(jì)過程都需要大量的設(shè)計(jì)知識作為支撐，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過程中涉及到的設(shè)計(jì)知識的共同特征如下：

(1)所有發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)都需要用到設(shè)計(jì)公式和規(guī)則等原理知識，并且都存在與其設(shè)計(jì)任務(wù)相類似的實(shí)例。

(2)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的零件都有規(guī)定的材料、外形等獨(dú)有特征，而且都要滿足運(yùn)動(dòng)干涉、強(qiáng)度等設(shè)計(jì)約束。

(3)發(fā)動(dòng)機(jī)部件設(shè)計(jì)需要滿足部件的布局方案、部件運(yùn)動(dòng)方案、裝配方案等。

根據(jù)以上特征，將汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識分為靜態(tài)型知識、行為型知識、關(guān)系型知識3類。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過程中的靜態(tài)型設(shè)計(jì)知識主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)原理與發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例，對靜態(tài)型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識進(jìn)行建模時(shí)，采用可拓基元理論中的物元模型J(R)。假設(shè)所描述的信息對象具有n個(gè)特征，則物元模型J(R)為

(1)

式中，C(N)和V(C)分別為設(shè)計(jì)對象Γ(N)的特征及其量值，并且V(C)既可以是精確的點(diǎn)值，也可以是具有模糊信息的區(qū)間量值，或者是隸屬函數(shù)、定性的語義描述等形式。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過程中的行為型設(shè)計(jì)知識主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)零件的布局、裝配與運(yùn)動(dòng)約束知識，對行為型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識進(jìn)行建模時(shí)，采用可拓基元理論中的事元模型J(I)。假設(shè)所描述的設(shè)計(jì)行為具有m個(gè)特征，則事元模型J(I)為

(2)

式中，B(D)和U(B)分別為設(shè)計(jì)行為Γ(D)的特征及其量值。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過程中的關(guān)系型設(shè)計(jì)知識主要是發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過程中的約束關(guān)系，對關(guān)系型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識進(jìn)行建模時(shí)，采用可拓基元理論中的關(guān)系元模型J(Q)。假設(shè)所描述的設(shè)計(jì)約束關(guān)系具有k個(gè)特征，則關(guān)系元模型J(Q)為

(3)

式中，A(S)和G(A)分別為設(shè)計(jì)約束關(guān)系Γ(S)的特征及其量值。

2.2 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識基元的模糊化描述

若構(gòu)建好的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識庫中存在知識基元Jp，則在已有的約束特征下構(gòu)建c0為其基元模型。由于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)的部分約束特征值并不是具體的數(shù)值，而是屬于某一區(qū)間的，因此，這類約束特征的特征量值具有模糊性。具有具體特征值的特征信息可以按照正?；＿^程用點(diǎn)值建模，對于具有模糊性的特征量值則需要采用區(qū)間量值進(jìn)行建模。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識基元Jp的模糊基元模型可以表示為

Rp=(J,C,V)=

(4)

2.3 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識的知識庫構(gòu)建流程

將汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識用基元進(jìn)行形式化和模型化描述以后，再通過建立與基元模型相互映射的知識庫、規(guī)則庫、實(shí)例庫與數(shù)據(jù)庫，將基元模型化后的設(shè)計(jì)知識編譯成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以識別的形式，就完成了基元知識庫的基本構(gòu)建，如圖2所示。

基元知識庫構(gòu)建的基本流程如下：

(1)通過領(lǐng)域?qū)＜液凸こ碳夹g(shù)人員等行業(yè)從業(yè)者、經(jīng)典設(shè)計(jì)案例以及設(shè)計(jì)原理與公式等多種途徑獲取汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識，錄入知識庫，形成知識源。

(2)對知識源中的有效知識進(jìn)行簡約抽取，并對抽取出來的知識進(jìn)行合理分類，以加快設(shè)計(jì)過程中知識的流動(dòng)，提高設(shè)計(jì)效率。

(3)對分類好的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識進(jìn)行基元建模。

(4)通過可拓變換、蘊(yùn)含挖掘?qū)⒒Ｐ蜆?gòu)造成基元可拓集。對于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)這樣的復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)而言，從知識源中抽取出來的知識并不是各自孤立存在的，可能是相互關(guān)聯(lián)的。這種情況可能會(huì)導(dǎo)致相互關(guān)聯(lián)的知識單元不在同一知識層面，需要對其進(jìn)行知識分層并形成相應(yīng)的基元可拓集。

(5)通過知識編譯系統(tǒng)將汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識編譯成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以識別的形式，并分別存入與其類別相對應(yīng)的知識庫。

圖2 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識的可拓知識庫構(gòu)建流程

Fig.2 Extension knowledge base construction process for automobile engine design knowledge

3 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識的可拓推送模型

3.1 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識推送可拓關(guān)聯(lián)函數(shù)模型

可拓學(xué)是我國學(xué)者創(chuàng)立的一門原創(chuàng)性橫斷學(xué)科，它以形式化的模型研究事物拓展的可能性[18]，從而為智能化地解決問題拓寬了思路，可拓學(xué)所采用的新思路、新方法則稱為可拓變換[19- 20]。按照經(jīng)典數(shù)學(xué)的理論，區(qū)間內(nèi)所有點(diǎn)之間的距離都為0，但是可拓學(xué)引入了距的概念，使得區(qū)間內(nèi)不同點(diǎn)的位置可以根據(jù)距來確定。按照傳統(tǒng)知識推送算法的關(guān)聯(lián)規(guī)則，當(dāng)約束條件精度不足時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)與約束特征相關(guān)聯(lián)知識量龐大的問題，且傳統(tǒng)算法難以區(qū)分知識的優(yōu)先級。然而，在知識推送算法中引入可拓距后，就可以詳細(xì)刻畫出每條知識與約束條件之間的具體關(guān)聯(lián)度，從而可以將設(shè)計(jì)知識按照不同優(yōu)先級順序排列，推送給相關(guān)工作人員。該方法有效避免了傳統(tǒng)知識推送算法無法識別模糊語義以及知識優(yōu)先級難以區(qū)分的問題，提高了知識推送的準(zhǔn)確性和有效性。

要計(jì)算汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識基元Jp關(guān)于設(shè)計(jì)約束條件c0的綜合關(guān)聯(lián)程度，需要先構(gòu)建知識基元Jp與設(shè)計(jì)約束條件c0之間的可拓距，然后將可拓距代入可拓關(guān)聯(lián)函數(shù)，求得相應(yīng)的可拓關(guān)聯(lián)度。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識基元Jp關(guān)于約束條件c0的值為

c0(Jp)=(c01(Jp)，c02(Jp)，…，c0m(Jp))=

可拓距計(jì)算公式為

(5)

ρ(c0i(Jp)，Vip(c0i))=

ρ(v(c0i)pR，Vip(c0i))]

(6)

將汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識基元Jp的關(guān)于約束條件c0的第i項(xiàng)值c0i(Jp)以及約束條件第i項(xiàng)的節(jié)域的值域Vi=[v(c0i)L，v(c0i)R]代入式(5)中，得到約束特征c0i關(guān)于Jp的節(jié)域可拓距為

ρ(c0i(Jp)，Vi)=

(7)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識基元Jp的關(guān)于約束條件c0i的可拓關(guān)聯(lián)度表示為

ki(c0i(Jp)，Vip(c0i))=

(8)

對于每個(gè)約束特征c0i，取權(quán)系數(shù)αi，并且滿足α1+α2+…+αm=1，則汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識基元Jp的關(guān)于約束條件c0的綜合關(guān)聯(lián)度為

(9)

3.2 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識的可拓推送模型

設(shè)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識庫基元為U={J}，c0=(c01，c02，…，c0m)為學(xué)習(xí)任務(wù)需要滿足的m個(gè)約束條件，基元J關(guān)于c0的量值為

c0(J)=(c01(J)，c02(J)，…，

c0m(J))(x1，x2，…，xm)

(10)

V(c0j)為xi(i=1，2，…，m)的量值域，X0i為正域，X0i?V(c0i)，建立關(guān)聯(lián)函數(shù)ki(xi)，記

k(c0(J))=(k1(c01(J))，

k2(c02(J))，…，km(c0m(J)))=

(k1(x1)，k2(x2)，…，km(xm))

(11)

(12)

為J關(guān)于c0的綜合關(guān)聯(lián)度，記

K(J)∈I，Y′=TKK(TJJ)∈I}

(13)

為U上的多約束特征的可拓基元集。

式(13)中，TU、TK、TJ是對基元知識庫U、關(guān)聯(lián)函數(shù)K以及知識基元J的可拓變換。

對于設(shè)計(jì)任務(wù)約束條件c0而言，假如約束條件c0i是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過程中必須要滿足的，則可以用約束條件c0i對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識庫進(jìn)行初步篩選，再對經(jīng)過篩選的設(shè)計(jì)知識基元構(gòu)建關(guān)于約束條件c0的模糊基元模型，并計(jì)算其關(guān)于約束條件的綜合可拓關(guān)聯(lián)度，這樣可以大幅提高計(jì)算效率。

對于某一設(shè)計(jì)知識基元Ji，若其關(guān)于約束條件c0的綜合可拓關(guān)聯(lián)度中，K(Ji)>0，則認(rèn)為設(shè)計(jì)知識基元Ji滿足設(shè)計(jì)任務(wù)約束條件，表示該知識基元為有效知識基元；若K(Ji)<0，則表示該知識基元為無效知識基元；若K(Ji)=0，則需要根據(jù)協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)規(guī)定來決定是否保留該知識基元。

若存在基元J0，滿足

(14)

說明該知識基元的綜合可拓關(guān)聯(lián)度最大，最符合設(shè)計(jì)任務(wù)要求，則將其放在知識推送序列的第一位。

3.3 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識的可拓推送流程

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識的可拓推送流程圖如圖3所示,具體的流程如下：

圖3 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識的可拓推送流程圖

Fig.3 Extension push flow chart of automobile engine design knowledge

(1)對設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行分解，任務(wù)分解完成之后，不同的子任務(wù)存在與之對應(yīng)的約束；

(2)根據(jù)任務(wù)節(jié)點(diǎn)生成的約束條件對基元知識庫進(jìn)行初選，選擇符合要求的知識基元，形成一個(gè)知識基元集，若不存在相關(guān)知識，則說明不存在此類設(shè)計(jì)知識，并提示管理員及時(shí)更新知識庫；

(3)如果基元集構(gòu)建成功，則為知識基元構(gòu)建知識推送決策的模糊基元模型；

(4)計(jì)算知識基元關(guān)于約束特征與對應(yīng)的經(jīng)典域和節(jié)域之間的可拓距；

(5)計(jì)算知識基元關(guān)于約束特征與對應(yīng)的經(jīng)典域和節(jié)域之間的可拓關(guān)聯(lián)函數(shù)；

(6)根據(jù)各個(gè)約束特征的不同權(quán)重，計(jì)算出各個(gè)基元關(guān)于約束特征的綜合關(guān)聯(lián)度；

(7)根據(jù)綜合關(guān)聯(lián)度的大小對各個(gè)基元進(jìn)行篩選、排序，將綜合關(guān)聯(lián)度知識基元按順序推送給工作人員。

4 實(shí)例應(yīng)用

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)是車輛設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵設(shè)計(jì)任務(wù)。車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)涉及到排量、進(jìn)氣形式、氣缸排列形式、汽缸數(shù)、每缸氣門數(shù)、壓縮比、配氣機(jī)構(gòu)、缸徑、行程、額定功率、額定扭矩等參數(shù)的計(jì)算，可靠的參數(shù)計(jì)算及方案設(shè)計(jì)實(shí)例可以給設(shè)計(jì)者提供準(zhǔn)確有用的參考，極大地提高設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確性。文中以某車企汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)子問題為例，對基于可拓學(xué)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識推送方法進(jìn)行詳細(xì)說明，并證明其可行性與有效性。

通過對設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行分析、整理與分類，得到該發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)的模糊約束特征，其值以區(qū)間形式給出：額定功率(120，130)kW，額定扭矩(200，210)N·m，最大扭矩轉(zhuǎn)速(4 600，4 800)r/min。

如果利用傳統(tǒng)的基于實(shí)例的協(xié)同設(shè)計(jì)知識推送模型進(jìn)行推送，其一般推送步驟為：①明確目標(biāo)實(shí)例的設(shè)計(jì)需求，定義目標(biāo)實(shí)例的特征，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、額定功率、額定扭矩等；②根據(jù)定義的目標(biāo)實(shí)例特征，在實(shí)例庫中檢索出與目標(biāo)實(shí)例特征最為相似的實(shí)例知識；③根據(jù)相關(guān)的修正規(guī)則篩選、修改相似實(shí)例，將篩選后的實(shí)例推送給設(shè)計(jì)人員進(jìn)行參考。這種算法很難實(shí)現(xiàn)對特征屬性尤其是模糊特征屬性的定義，從而無法實(shí)現(xiàn)對知識的精確檢索與智能篩選。采用文中可拓知識推送模型進(jìn)行推送的步驟如下。

首先根據(jù)專家法設(shè)定約束特征權(quán)重值依次為0.4、0.4、0.2，然后根據(jù)式(4)建立汽車發(fā)動(dòng)機(jī)基元實(shí)例的決策模糊基元模型：

Rp(Ji,C,V)=

根據(jù)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)這一關(guān)鍵約束特征對實(shí)例庫進(jìn)行篩選，選出適合的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例，因?qū)嵗龜?shù)量較多，這里列出部分實(shí)例，如表1所示。

表1 部分實(shí)例特征Table 1 Features of partial cases

根據(jù)基于可拓學(xué)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識推送方法，得到知識基元Ji關(guān)于c=(c1，c2，c3)=(額定功率，額定扭矩，最大扭矩轉(zhuǎn)速)的經(jīng)典域?yàn)閂1=(V11，V22，V33)=([120，130]，[200，210]，[4 600，4 800])，知識基元Ji關(guān)于c的節(jié)域?yàn)閂=(V1，V2，V3)=([115，130]，[180，220]，[4 600，4 800])。將實(shí)例基元J1關(guān)于約束特征c1的特征值和經(jīng)典域V11代入式(6)，獲得c1關(guān)于J1的經(jīng)典域可拓距：

將實(shí)例基元J1關(guān)于約束特征c1的特征值和節(jié)域V代入式(7)，獲得c1關(guān)于J1的節(jié)域可拓距：

然后將求得的實(shí)例基元J1關(guān)于約束特征c1的經(jīng)典域與節(jié)域可拓距代入式(8)，得到實(shí)例基元J1關(guān)于約束特征c1的可拓關(guān)聯(lián)度k1(c1(J1),V11(c1))=-1。同理可得，實(shí)例基元J1關(guān)于約束特征c2、c3的可拓關(guān)聯(lián)度k2=-1、k3=0。最后將可拓關(guān)聯(lián)度k1、k2、k3以及約束特征權(quán)重值α=(α1,α2,α3)=(0.4,0.4,0.2)代入式(9)，可計(jì)算出實(shí)例基元J1關(guān)于約束條件c的綜合關(guān)聯(lián)度為

同理可得，發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)例基元J2、J3、J4、J5、J6關(guān)于約束條件c的綜合關(guān)聯(lián)度分別為K(J2)=0.332、K(J3)=0.264、K(J4)=0.185、K(J5)=0.180、K(J6)=0，則6個(gè)實(shí)例基元按綜合關(guān)聯(lián)度排序?yàn)镵(J2)>K(J3)>K(J4)>K(J5)>K(J6)>K(J1)。假設(shè)系統(tǒng)設(shè)定推送知識基元個(gè)數(shù)為3，則將J2、J3、J4按順序推送給設(shè)計(jì)人員，在協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)中如圖4、圖5所示。

圖4 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)查收Fig.4 Check of automobile engine design task

圖5 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識查看Fig.5 View of automobile engine design knowledge

如圖4、圖5所示，設(shè)計(jì)人員在接收到設(shè)計(jì)任務(wù)并在系統(tǒng)中進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)知識查詢后，系統(tǒng)會(huì)按知識關(guān)聯(lián)度將查詢到的設(shè)計(jì)知識按順序推送給設(shè)計(jì)人員查閱。設(shè)計(jì)人員可以參考推送的設(shè)計(jì)知識，進(jìn)行下一步的設(shè)計(jì)工作。

5 結(jié)語

根據(jù)知識過濾與推送技術(shù)，文中提出了一種面向汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的可拓知識推送模型，采用基于可拓距的約束條件關(guān)聯(lián)度計(jì)算方法來獲得設(shè)計(jì)任務(wù)與各知識庫中知識基元的綜合可拓關(guān)聯(lián)度，然后結(jié)合系統(tǒng)預(yù)設(shè)的閾值，對各知識基元進(jìn)行選擇和排序，將符合要求的知識基元按序推送給工作人員。某車企汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例結(jié)果表明，文中提出的面向汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的可拓知識推送模型是有效的和可行的。

文中提出的面向汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的可拓知識推送模型，為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)過程的知識個(gè)性化推送提供了一種新的思路，在其他復(fù)雜裝備發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中也具有借鑒意義。但在可拓推理過程中如何解決深層次知識的處理問題，以使其更好地適應(yīng)復(fù)雜裝備產(chǎn)品的適應(yīng)性設(shè)計(jì)需求，還需要進(jìn)行深入的研究，以提高設(shè)計(jì)知識推送的準(zhǔn)確性，今后將在這方面做進(jìn)一步的研究。