知识工程在UGNX中的运用

摘要：CAD技术发展迅速, 但是以几何模型为主的CAD系统（主要是UG）无法将理论与模型设计有机结合在一起。在设计时，仍需大量的工作。目前, KBE( Knowledge based Engineering, 基于知识工程)与CAD 技术的结合已成为先进制造与自动化技术的发展趋势，并且可以很好地解决这个问题。本文通过对知识工程在UGNX各个方面中运用的剖析，展示出这种方式的优点和其可取之处，证明了其可行性。

关键词：知识工程;UGNX ;运用The Application of Knowledge Engineering on UGNXAbstract：The CAD technology is developing rapidly, but those CAD system (mainly UG) which based on geometric model cannot make theory and model design in combination. In the design, it still needs a lot of work. At present, KBE (Knowledge based Engineering, based on Knowledge Engineering) and the combination of CAD technology has become the advanced manufacturing and automation technology development trends, and can be a very good solution to this problem. According to the analysis of the knowledge engineering in various aspects of the UGNX application, showing the advantage of the method and its merits, it proved its feasibility.Key Words：Knowledge based Engineering; UGNX; Application0   引言    目前CAD 技术发展迅猛, 但是以几何模型为主的CAD系统无法将领域设计原理和知识、同类设计以及专家经验等融入到几何模型中去, 因此无法实现知识型资源的重用[1]。 现代CAD系统的功能包括:设计组件重用(Reuse of design components)、简易的设计修改和版本控制功能(Ease of design modification and versioning)、设计的标准组件的自动产生(Automatic generation of standard components of the design)、设计是否满足要求和实际规则的检验(Validation/verification of designs against specifications and design rules)、无需建立物理原型的设计模拟(Simulation of designs without building a physical prototype)、装配件(一堆零件或者其它装配件)的自动设计、工程文档的输出，例如制造图纸，材料明细表(Bill of Materials)、设计到生产设备的直接输出、到快速原型或快速制造工业原型的机器的直接输出。目前,这个问题限制着CAD技术的发展，而UGNX又是CAD中主要的一种，所受影响更大，KBE( Know ledge based Engineering, 基于知识工程)技术是解决这一问题最有效的方案。KBE 系统为解决传统CAD 系统存在的问题提出了方案, 如设计原理的体现、约束是否冲突如何在设计阶段进行产品估价、设计制造是否可行以及设计的最终产品是否符合外观要求等, 同时提供优化方案[2]。1 知识工程    知识工程(Knowledge based Engineering)这个术语最早由美国人工智能专家E.A.费根鲍姆提出。由于在建立专家系统时所要处理的主要是专家的或书本上的知识，正像在数据处理中数据是处理对象一样，所以它又称知识处理学。其研究内容主要包括知识的获取、知识的表示以及知识的运用和处理等三大方面。KBE 为知识工程在各个领域中的应用, 它能够自动地诱导产品设计人员进行产品的设计活动, 如规划、造型、评价等, 并寻求记录不同类型知识, 这些知识用来策划、设计和完成一种产品、项目或工程。它是人工智能技术(包括知识库、知识规则、逻辑推理等)与CAx系统的有机结合, 知识的获取、积累、融合、交流、共享、应用和提高是其最基本也是最重要的功能, 它是创新设计和产品开发的基础[3]。2 知识工程在UGNX中的运用    UGNX 作为一个CAD /CAM /CAE 的集成软件, 致力于从概念设计到工程分析、工程图纸生成、数控代码生成及加工的整个产品开发过程。2.1 知识工程在UGNX建模中的运用     在UGNX 中，建模最重要的是参数化。模型如果没有参数化，那么修改其中一个数据有可能将会导致这个模型变为废品，所以，参数化在UGNX中占有很重要的地位，不可忽视。所谓的参数化设计就是采用预定义的办法来建立图形的几何约束集，其基本思想是用约束参数来表达产品模型的形状结构特征，通过对产品零件模型分析，从中提取一些主要的定形、定位和装配尺寸作为用户定义的自变量，修改这些自变量的同时进行一些简单的公式计算并变动其他相关尺寸，从而可以创建出一系列形状相似的产品零件模型［4］。表达式的应用是实现参数化设计的最基本途径。在UGNX中进行建立特征、定位特征以及标注草图等操作时，都需要进行参数化的设计，这样可以保证数据的准确性。在装配中，装配结构的零件之间的形状和尺寸相互配合，因此零件之间配合部位的尺寸存在一定函数关系的关联性。在基于UG 装配结构的上下文参数化设计和编辑过程中，需要保证具有尺寸关联的零件之间尺寸的一致性，当一个零件的几何尺寸参数变更后，相关零件的几何尺寸参数若能自动适应，便可以提高设计的效能，避免因疏忽造成的失误。对此，可以通过零件之间的关联表达式（Inter-Part expression）将装配中的零件之间的几何尺寸参数通过表达式相互关联，达到自适应变更的目的。参数化建模允许建立单一零件内相关的关系，WAVE 则允许扩展这种概念去建立在不同部件中几何体间的相关关系。WAVE 逐步改进和完善参数化建模技术，克服了单一表达式参数化设计的缺陷。它将传统的参数化建模技术提高到了系统与产品设计的水平。如果没有知识工程，这些也就不会实现。可见，知识工程在UGNX占有重要作用。2.2 知识工程在UGNX二次开发中的运用    随着CAx应用领域的不断扩大和应用水平的不断提高，用户需求与CAx系统规模之间的矛盾日益增加，没有一个CAx系统能够完全满足用户的各种需求。UG 作为一个CAD /CAM /CAE 的集成软件, 致力于从概念设计到工程分析、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( Know ledge D riven Automat ion)解决方案, 将KBE 系统与CAx软件系统完全集成。KDA 是一个能够记录重复使用工程知识并用来驱动建立选择和装配相应的几何模型的系统。这套解决方案包括UG /KF( Know ledge Fusion, 知识熔接)和一系列过程向导[7]。知识熔接技术是介于CAD 技术和知识工程(KBE)技术之间的边缘技术，融合了传统的以计算机三维几何模型为核心的CAD 技术和传统的知识工程技术。设计人员可以通过该技术直接将产品知识构建在产品模型中，为知识驱动模型提供了一个桥梁，使产品的数字模型提高到一个新的水平。知识熔接(KF) 模块可以通过ug_spreadsheet类和ug_odbc_database、ug_odbc_recordset类访问电子表格与任意ODBC数据源，为产品设计者获得和操纵工程规则、设计意图提供了一套强有力的工具.这个技术极大丰富了UGNX的功能，让知识工程的能量得到了完美的诠释。下面我为大家提供一个实例，具体程序如下：    UF_FEATURE_SIGN sign = UF_NULLSIGN;    double origin [ 3 ] = {300,300,0};    char * height = "80";    char * diam [ 2 ] = {"120","50"};    double direction [ 3 ] = {0,0,1};    tag_t  cone_obj_id  = NULL_TAG;    UF_MODL_create_cone1(sign,origin,height,diam,direction,&cone_obj_id);    然后运用UGNX打开dll文件，得到下列模型：图1    这样，我们可以做出好多代码存储起来，利用UGNX的二次开发与数据库或其他东西联系起来，需要的时候再调出来，这样，大大缩短了我们制作工件的时间。这样，知识工程在UGNX二次开发中运用的优越处更加明显的体现在我们面前。2.3 知识工程在UGNX的CAD制图中的运用    在制图中，以前的CAD有着制图不明确、准确性差等缺点。现在的UGNX通过与知识工程的结合，很好的解决了这些问题。图2说明传统CAD系统与具有知识融合CAD系统的比较,在传统的CAD建模系统中, 以人为的工程知识决定模型的几何尺寸, 对已完成的CAD模型进行设计变更时,无法再次直接将设计阶段的工程知识来决定几何模型尺寸是否满足工程需求, 其工程知识与CAD模型间有一不可跨越的围墙。但应用具有知识融合的CAD系统, 其模型几何尺寸是直接由工程规则所驱动,因此在设计变更阶段仍可用“ 知识再利用”来快速完成工[6]。图2    现在，UGNX通过与知识工程结合后，在建模前制造出准确而又具有明显特征的二维工程图，不仅使二维工程图简便易读，而且保证了建模的准确度和质量，为建模以后的各个步骤乃至产品的生成打下了坚实的基础。3 总结    实践表明，KBE 技术使得现代设计中融入了“知识”的思想，利用知识工程在UGNX软件中各个方面的运用，可以避免大量的重复性劳动，节约了设计者的时间，从而大大提高了产品的设计效率，缩短了产品的开发周期，对企业实现产品的智能化参数化设计和开发，提高产品设计自动化和智能化程度具有现实意义。参考文献：[1]聂宝京,马强,刘国强. 三维CAD系统参数化设计及实现技术[J]. 设计与制造, 2004( 1): 49- 50.[2] 丁志强,饶锡新,丁志. 基于知识工程的多轴头传动智能CAD设计系统[J]. 机电工程, 2004,21(5): 47- 49.[3] 徐锐良,任焕梅,鲁涛.基于知识工程技术在UG中的应用[J].河南科技大学报,2007,28(3):32-34.[4] 王明智，杨旭，平海涛.知识工程及专家系统［M］.北京:化学工业出版社，2006．[5] 张进成，李开林. 基于知识工程的UG 二次开发[J].计算机工程与设计,2008.05(9):2390-2391.[6] 赵利,陈志英.知识工程在CAD中的运用[J].机械制造,2007.06.[7] Unigraphics Solutions Inc. UG知识熔接技术培训教程[M]. 北京: 清华大学出版社, 2002.