2.3　產品設計實例知識的形式化描述

2.3.1　產品設計實例的一般描述方法

產品設計實例的描述問題是構造產品設計知識獲取系統中最首要的問題，是進行設計實例檢索、設計實例調整和設計實例組合的基礎，其結構和內容將直接影響整個獲取系統的性能，目前主要的設計實例描述方法有以下幾種方式。

1．基于特征的設計實例表示方法

基于特征的設計實例表示方法常常被用于有工程語義的產品部件或零件中，它不僅能夠反映設計實例所包含的信息，還可以通過相互間的拓撲關系形成特定組合。

基于特征的設計實例表示方法一般從以下幾個方面描述設計實例。

（1）形狀特征：形狀特征可以分為主形狀特征和輔形狀特征。其中主形狀特征用以構造設計的主體形狀，輔形狀特征用于對主形狀特征的局部修飾。可以通過組合的方式來描述復雜形狀特征的設計實例。

（2）精度特征：用于表達設計實例各要素的尺寸公差、形狀公差、位置公差和表面粗糙度等精度要求信息。

（3）管理特征：用于描述設計實例的管理信息，如設計者、編碼、與其他設計實例及產品之間的借用與通用關系等。

（4）技術特征：用于描述設計實例的材料的類型、表面處理及熱處理等技術信息集合。

（5）裝配特征：用于表達設計實例在裝配過程中所需的信息，如與其他零部件的配合等關系。

同時，特征之間還有相互關系描述，如反映主形狀特征之間的空間相互位置關系的鄰接關系；描述輔形狀特征從屬于一個主形狀特征或另一個輔形狀特征時構成的附屬關系；描述特征類之間關聯屬性而相互引用的引用關系；描述不同層次特征之間的繼承關系等。

2．基于抽象原型的設計實例表示方法

一個設計實例往往是具體的、復雜的，基于抽象原型的設計實例表示方法就是在原有實例的基礎上加以抽象，形成抽象類的設計實例原型，而設計實例是設計實例原型的具體化，兩者的表達具有同構性。因此，對設計實例原型的描述可采用具有類—成員繼承關系表達能力的語言形式來描述。

設計實例原型中所包含的主要設計知識為歸納性設計知識，這些歸納性設計知識與描述設計實例原型的結構信息可以有機地結合起來，因為這些設計知識是針對與設計實例原型對應的產品的結構設計的，此外，這種結合還有利于設計知識的維護和推理效率的提高。同時，設計實例原型具有層次分解結構，將一個復雜產品系統分解成相對簡單的子系統，子系統還可再分解成更簡單的子系統，形成一棵設計分解樹。這種表達不僅有利于實例整體的利用，而且有利于實例內部子實例的利用；不僅可以支持產品總體設計，還可以支持產品部件的設計和綜合。

3．面向對象的設計實例表示方法

面向對象技術是近十年發展起來的一種新穎、具有獨特優越性的新方法，面向對象方法（Object-Oriented Paradigm，O-O）的發展影響并推動了一系列高新技術的發展和多學科的綜合。面向對象方法的主要特點在于它通過對對象的封裝和繼承，實現系統設計在一定程度上的重用。

采用面向對象技術的方法來描述設計實例是一種高效、高重用性的表示方法。設計實例概念與設計實例的關系是類和對象的關系，設計實例概念中定義了設計實例的共性和處理方法，用設計實例概念表示抽象的設計實例類，具體的設計實例是設計實例類（設計實例概念）的對象。基于面向對象技術采用框架和規則混合的表達方式來描述設計實例，一個設計實例即為一個對象，一個對象可由框架進行描述，框架的槽用于描述該對象的屬性，框架包括屬性槽、規則槽和方法槽幾類，如規則和以數據驅動的方法體被封裝在對象體中。設計實例的屬性表達分為兩個部分：設計實例概念特征和設計實例物理參數。屬性槽描述這些設計實例的特征和參數，設計實例概念特征槽描述設計實例對應的設計問題的初始約束條件、設計目標及滿足設計要求；設計實例物理參數槽描述設計實例的結構參數和設計結果。設計實例的規則槽主要描述設計實例修改的規則知識。設計實例的方法槽主要描述設計實例操作的方法和過程。基于規則和方法對相似設計實例進行設計修改，從而支持新產品的設計。

這些設計實例的形式化方法，在一定程度上實現了設計知識的獲取。但是還沒有實現在語義和知識兩個層次建立統一的描述信息模型，且尚未能對各種概念及其相互關系進行規范化描述和明確的顯示表達。本章引入物元這一形式化工具來實現產品設計知識獲取是解決上述難題的有效途徑。