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1、KBE(Knowledge Based Engineering)与CAD/CAM,Team member：丁康、李智、张明、林智奇、王志坤、黄小虎,KBE(Knowledge Based Engineering)与CAD/CAM,主讲人：黄小虎学号：10722046,KBE,KBE思想,KBE(Knowledge Based Engineering),即基于知识的工程,其基本思想是在工程设计中重用已有的知识和经验。,概念总结:KBE是对领域专家知识的继承、集成、创新和管理,利用人工智能和CAD技术结合,建立表示和处理知识的产品模型,并通过知识驱动和繁衍,对工程问题提供最佳解决方案的计算机集成处

2、理技术。,KBE概念,KBE与传统CAD的比较,传统的CAD一般进行创建几何等工作,而KBE不仅可以实现上述功能,更对整个设计过程建模,并运用于设计过程的各个层次以改善设计开发过程。在参数化CAD中,几何尺寸的约束关系是驱动力;而KBE中,知识是驱动力,构型和工程规则驱动几何。,传统CAD方法,传统设计流程具有较为直观的方式,易为工程技术人员所掌握,但很多工作都是重复性设计。,采用KBE设计方法可避免做重复性的工作,大大减少了设计时间,使设计人员能集中精力做创新工作;KBE能融入工程技术标准和长期积累的成熟设计经验,大大减少了不必要的错误;而且,KBE的采用使得企业的知识得以保存,实现了设计的

3、智能化与自动化。,基于KBE的智能CAD方法,KBE的关键技术,KBE的关键技术包括知识表示、知识利用和知识获取。,广义知识库系统是面向人工智能问题求解的信息处理、管理、存储系统，实际上可以看作是具有某种推理功能的复合数据库系统，是将代表事实的数据和代表抽象的知识结合起来，把常规数据处理能力与基于知识的处理能力结合起来形成的广义的知识库系统。,广义知识库系统,广义知识库包括产品设计过程中涉及到的所有知识，根据知识来源途径和利用方式，分为深层知识和浅层知识。,广义知识库系统,知识库与CAD集成,工程设计通常是一个与几何相关的过程，基于KBE的设计最终要将需要的设计方案反映在实体建模上，将三维CA

4、D实体建模技术与知识库集成是实现快速设计、技术创新的前提。,Fan,I.S.&Bermell-Garcia,P.International Standard Development for Knowledge Based Engineering Services for Product Lifecycle Management.Concurrent Engineering-Research and Applications 16,271-277,doi:10.1177/1063293x08100027(2008).Johansson,J.in 2008 ASME International D

5、esign Engineering Technical Conferencesand Computers and Information in Engineering Conference,DETC 2008,August 3,2008-August 6,2008.191-200(ASME).郭涛,杨化林&童水光.基于kbe的产品设计中广义知识库创建研究.制造业自动化(2006).4 于德江,杜平安&岳萍.基于kbe的智能cad方法研究.机械设计与制造(2007).,参考文献,The End,Thank you,基于知识工程的CATIA参数化设计,主讲人：王志坤学号：10722053,基于知识

6、工程的CATIA参数化设计,1、传统CAD设计与结合KBE设计的对比,1.1、传统CAD设计的缺陷 用CAD/CAM软件中纯几何的信息无法很好地反映工程实际。包括设计活动在内的问题求解大致可分为两类工作:第一类是基于数学模型和数值处理的计算型工作;第二类是基于符号性知识模型和符号处理的推理型工作。传统CAD技术在数值计算和图形绘制上扩展了人的能力，可以比较圆满地完成第一类工作，但却往往难以胜任第二类工作。产品设计是人的创造能力与环境条件交互作用的物化过程，是一种智能行为，通常需要设计人员分析推理，运筹决策和综合评价，才能取得合理的结果。,1、传统CAD设计与结合KBE设计的对比,1.2、设计策

7、略的区别：传统的CAD设计策略是，首先制定设计任务与设计流程，明确输入规范，功能约束条件，设计目标。然后根据设计组人员的知识经验和一些领域标准法规，进行初步设计。一旦一个初始的设计方案生成后，就进行CAE分析(如强度刚度分析，空气动力特性分析，安全性分析等)，然后根据校核结果对初始设计方案作出相应修改，循环反复，直到得出一个满意的设计方案，最后出二维图和设计文档。,1、传统CAD设计与结合KBE设计的对比,1.2、设计策略的区别：输入条件校核结果,重复性易出错低效率,应用一些其它设计知识校核分析,校核修改,1、传统CAD设计与结合KBE设计的对比,1.2、设计策略的区别：,KBE的应用 1.使

8、得设计过程向有效的自动化设计迈出了一大步，降低了设计迭代次数，缩短了设计周期，尤其是设计引导时间。2.使得CAD设计融入了领域专家的知识与经验，在不需要人工参与或者很少参与的情况下，能快速、自动地根据用户的要求改变或产生新的设计方案，提高了设计品质。3.KBE使得在设计早期就能检查设计方案对十制造性、工艺性、成本等要求的可行性，便十并行工程的实现，从而降低了设计成本。,2、参数化设计原理,定义：设计对象模型的尺寸用变量及其关系表示，不需要确定具体数值。参数约束几何图形的结构尺寸和零部件的特征。优点：利用参数化设计手段开发的专用产品设计系统不仅可以缩短产品开发周期，提高设计速度，减少信息存储量，

9、并且有利于进行产品系列化设计。传统CAD设计与结合KBE设计的对比,3、CATIA V5知识工程,主要体现为：,知识工程顾问KWA知识工程专家KWE产品知识模板PKT业务流程知识模板BKT产品工程优化PEO产品功能定义PFD产品功能优化PFO,一系列智能化软件模块,3.1、CATIA V5知识工程介绍,3.1、CATIA V5知识工程介绍,“知识”的表示,参数parameters公式formulas规则rules检查check报告reports设计表design table应变reactions创成式脚本generative scripts,多种形式表示,3.1、CATIA V5知识工程介绍,

10、模块表示方法,一些处理,转化,产品设计模板,3.2、CATIA V5知识工程模块功能,3.2.1、KWA 知识顾问,CATIA V5知识顾问模块通过公式formula、规则rule、检查check、驱动参数parameter、关系relations实现知识驱动产品参数化建模。设计完成后可在特征树的参数中或产品知识表中修改变量值，实现包含尺寸和特征修改的参数化设计目标。利用知识顾问模块，进行参数定义，可以在特征树上显示参数值或显示公式。,3.2、CATIA V5知识工程模块功能,3.2.2、KWE知识工程专家,提供了检测规则、规则导入、全局分析检测、客户化检测报表、专家语言系统、规则编辑器、超限

11、特征高亮以及对象条件库等功能。,3.2、CATIA V5知识工程模块功能,3.2.3、Generative Knowledge(创成式知识),CATIA创成式知识给你一个简单的方法去描述创建文档的数据并在脚本文件(script file)中保存这些数据以便重用。这里是使用创成式脚本的的好处:（1）脚本代码尺寸较小；（2）它的语法容易掌握；（3）在CATIA中它执行快速；（4）它允许你在专家规则(expert rules)中添加智能信息并检查文档，且在文件中保存整个数据，而且它通过导入的功能可以完全兼容外部文档。在一个脚本中，外部文档的特征也可以用来参考和使用。当然通过脚本生成的文档可以被交互式

12、修改。,3.2、CATIA V5知识工程模块功能,3.2.4、Product Engineering Optimizer(知识工程优化器),通过捕捉优化意图，如成本、面积、时间等，使用户可以按目标(最大化、最小化、目标值等)进行设计。该产品可以定义优化对象和包括多学科方法的优化手段。它提供了目标驱动的规则，并利用参数的变化和约束条件来得到设计的最佳结果。,3.3、CATIA V5知识工程模块应用现状,利用CATIA V5知识工程建立标准件库,知识工程参数化建模,4、基于CATIA V5知识工程的参数化设计基本思想,以往的CAD系统尽管能实现参数化设计，但功能不够强大，使参数化设计不能得到充分体

13、现。产品设计过程中，把有关产品设计的所有信息集合起来。设计标准，尺寸关联，尺寸约束，特征约束等，组成一个产品设计的知识库，检验的知识库。将这些知识融入到CAD中，用来指导，检查设计。设计人员可以将好的设计经验，设计方法等写入知识库，这样就能得到最佳设计。,4、基于CATIA V5知识工程的参数化设计基本思想,CATIA V5 KBE参数化设计流程,创建产品数学模型,定义参数组,定义公式,定义规则,定义检查,定义设计表与配置,产品功能优化,5、基于KBE对汽车车身总布置设计工具,5.1、汽车车身总布置设计工具,指导思想：以人为本,满足驾驶员和乘员的乘坐舒适性、操纵性、行车安全性、视野性等要求。为

14、了达到以上性能，SAE，ISO，GB等定义了汽车驾驶员的眼睛、头部、肢体上一些与车身布置有关的人体特征点。当驾驶员以正常驾驶姿势入座后，测取人体特征点，经统计处理后，便可以得到各种百分位身材男女驾驶员的人体特征点分布图形。这些图形称为车身内部布置设计工具。它们包括眼椭圆、人体模型、头廓包络线、手伸及界面等。如图3-1所示。,5、基于KBE对汽车车身总布置设计工具,5.1、汽车车身总布置设计工具,眼椭圆,头廓包络线,手伸及界面,人体模型,5、基于KBE对汽车车身总布置设计工具,5.2、眼椭圆样板库的生成,汽车驾驶员眼椭圆是汽车车身总布置的重要设计工具。它指不同身材的驾驶员按自己的意愿将座椅调整到

15、适意位置，并以正常的驾驶姿势入座后，他们的眼睛位置在车身坐标系中的统计分布图形。由于统计分析图形呈椭圆状，因此被称为驾驶员眼椭圆。驾驶员眼椭圆的确立为研究汽车视野性能提供了科学的视野原点基准。,5、基于KBE对汽车车身总布置设计工具,5.3、眼椭圆样板库的生成,创建产品数学模型,5、基于KBE对汽车车身总布置设计工具,5.3、眼椭圆样板库的生成,生成三维眼椭圆样板库,参考文献,1 Yu Duonian,Han Yingcun,Wang Jia,Feng Yan.Cooperative Design on Auto Body Layout Basing on KBE in CATIA V5.9t

16、h International Conference on Computer-Aided Industrial Design and Conceptual Design:Multicultural Creation and Design-CAIDCD 2008.2008:628-632.2王逸.基于CATIA V5知识工程建立车身总布置模板方法的研究.吉林大学硕士学位论文.2006.5.3谢哲川.基于CATIAV5知识工程的轿车车身设计.CAD/CAM与制造业信息化.2007,1:44-46.,Thank You!,基于知识工程的产品创新设计,主讲人：李智学号：10722053,基于知识工程的

17、产品创新设计,知识？,什么是知识？,知识是什么？,知识的定义,定义：知识就是概念之间的连结中科院计算机语言信息中心董振东教授：知识是一个系统，它揭示了概念与概念之间，以及概念的属性与属性之间的关系 知识与数据、信息的关系,知识与数据、信息的关系,How do I incorporate my logo to a slide that will apply to all the other slides?On the View menu,point to Master,and then click Slide Master or Notes Master.Change images to the

18、 one you like,then it will apply to all the other slides.Image information in product Title Image Note to customers:This image has been licensed to be used within this PowerPoint template only.You may not extract the image for any other use.,Diagram,CAD/CAM,KBE,创新设计,制造业信息化,关系,1.产品的创新设计需要借助CAD工具来实现,2

19、.目前的CAD软件存在的问题,3.KBE技术是解决这一问题的很有前途的方案,KBE技术在UG中的应用,UG作为一个CAD/CAM/CAE的集成软件，致力于从概念设计到功能分析、工程图纸生成、数控代码生成及加工的整个产品开发过程。UG提供了知识驱动自动化（Knowledge Driven Automation）解决方案，将KBE 系统与CAx软件系统完全集成。这套解决方案包括UG/KF(Knowledge Fusion，知识融合)和一系列过程向导。UG/KF是完全内嵌到已存在的工程系统中用户不需要了解什么是KBE、什么是UG/KF，只要使用他们熟悉的应用程序就可实现对各种知识的重用。因此，UG/KF是面向大多数工程师的。这意味着工程人员和设计人员可以致力于产品开发。,KBE技术在UG中的应用,KBE技术在UG中的应用,参考文献,【1】基于知识的CAD系统若干关键技术研究.刘忠途 博士论文.2006【2】基于KBE的机械产品设计.赵波.机械设计.2004【3】基于知识工程的产品创新设计.熊志勇.博士论文.2007【4】宝钢ERW610焊管成型机组参数化建模技术的研究与应用.李友峰.硕士论文.2007【5】CAX领域新技术知识工程.赵波.上海工程技术大学学报.2003,Thank You!,