1.1 知识管理的背景

    随着工业经济向知识经济的过渡，企业管理的核心将逐渐转变为对知识资源的管理，企业的知识管理能力将是增强企业核心竞争力的关键因素。企业经营管理活动将主要围绕知识资源(知识产权资源、人力资源、组织资源、市场资源、可共享社会知识资源)的优化配置而展开。而对于制造业企业而言，产品设计是影响企业市场响应能力的关键因素之一。因此，如何在制造业企业内部有效地实施知识管理策略，优化配置知识产权资源以及可共享的社会知识资源，并以此来支持产品设计，加快产品开发步伐，提高产品设计质量，并减少产品的最终成本，成为许多生产企业亟待解决的问题。

    1.2 产品设计领域中的知识管理

    知识库系统是一种基于知识的智能系统，它利用计算机来表达、存储和管理某特定领域的知识，并利用知识来解决该领域的问题。将知识库系统引入工程设计领域，是提高计算机应用水平的重要途径，也是提高工程设计效率的有效方法。作为工程知识库系统的重要组成部分，工程知识库管理系统的作用为：知识工程师通过知识库管理系统将领域知识存入知识库，并通过知识库管理系统实现知识的管理；智能系统和人机接口通过知识库管理系统访问知识库，使用其中的知识，设计结果可以由上述二者合作产生；用户可以通过人机接口提出设计要求，或对推理过程进行适当控制(图1)。

 

 

图1 工程知识库管理系统

    然而工程设计是一个复杂的、病态结构的问题，它需要大量的设计知识和求解方法的支持。通常可以把上程设计中用到的知识和数据分为以分类”：第一类是控制性知识。它根据产品设计的具体特点、设计要求和设计环境，控制整个设计进程的进行。这种知识往往是建立在设计人员的设计经验、设计环境和设计条件等因素。这些足较难进行总结和归纳的。第二类是推理判断性知识。如何根据产品的使用环境等来确定产品的结构类型、零件的材料和公差、热处理等。这类知识是解决特定问题的经验知识，足专家长期从事夺领域设计上作的知识和经验的总结。第j类知识是设计原理性知识。产品设汁中很多问题已归纳出具体的数学模型，如压缩机设计中的热力学计算等，能够采用数值计算和现代设计方法对其进行表征。这类知识是产品设计中较为精确也较为重要的一部分知识。

    由于产品设汁的复杂性以及领域知识的特殊性，使得不同领域的丁程知识库管理系统往往都是独立开发的，系统之间存在着很大的差异，造成原本可以共享的知识，特别是设计原理性知识必须被重复编码，造成资源的浪费。同时，由于知识库的构造和维护严重依赖知识工程师，一定程度上已造成了知识瓶颈问题”j。本文针对产品设计中的公式类知识进行了表达和管理，并且兼顾了与智能设计系统的接1：3需求，开发了相应的软件系统。

2 公式类知识管理系统的设计思想

    一般的机械设计中往往包含很多设计原理性知识，设计中的许多问题已经被归纳出具体的数学模型，从而能够采用数值计算和现代设计方法对其进行表征。这类设计原理性知识是机械设计中较为精确也极为重要的一部分知识。涉及这些设计知识的计算往往要占传统设计中的很大一部分工作量。此类知识往往形式固定，基本上都可以表示成为数学公式的形式。这样不仅可以有一个统一的表现形式，而且也可以方便用户理解、修改、更新、管理此类知识，从而避免知识工程师在知识获取阶段中造成知识缺失或知识扭曲的情况。

    与此同时，此类知识往往数量庞大、种类繁多，因此可以考虑借鉴应用数据库管理系统的形式来对这一类知识进行统一组织、存储和管理。但是与一般数据库管理系统操作数据方法不同的是，针对知识的特殊性质和用途，知识的输入和修改方法有其特殊流程，主要表现为需要经过有效性分析和各条知识之间的语义，才能最终存储到知识库中。具体流程如图2所示。

 

 

 需要指出的是，除了公式类型知识之外．对于公式中所涉及到的各种工程参数也有必要加以统一的管理。因为公式本身并不能完全表达其背后所蕴含的工程意义，只能丧达它所包含的参数之间的关系。因此，为了更好地提供对公式类型知识的解释，为后端智能设计活动提供支持，就必须同时对公式中所涉及到的参数也进行统一管理，并描述其中的工程意义。

3 公式类型知识的表达

    目前存在许多种知识表示方法，如一阶谓词的逻辑表示、关系表示(或称“特性表”表示)、产生式表示(或称规则表示)、框架表示、语义网表示、过程表示、“脚本”表示、面向对象表示等等。而在机械产品方案设计这一具体领域，往往涉及到许多不同方面的工程参数和确定各参数的计算原理和公式。

    这要求不仅具有较强的数值计算及过程控制能力，同时还应该能够反映对象的实际工程意义。而面向对象的知识表示(Object．Oriented KnowledgeRepresentation，OOKR)方法恰好具有这样的能力，它以“对象”为中心，将对象的属性、动态行为特征等相关领域知识和数据处理方法等有关知识“封装”在表达对象的结构中。这种知识表示方法既集中了各种单一知识表示方法的优点，又符合人类专家对设计对象的认知模式。

    3.1 参数(Parameters)

    对于一个参数，我们作了如下定义：(1)首先，一个参数只能由26个英文字母和数字所组成；(2)参数必须以字母开头；(3)所有的参数具有唯一的参数编号和参数名称。

 

 3.2 表达式(Expression)

    对于一个表达式，定义如下：(1)表达式只能由参数、数宁、运算符和经过定义的函数组成；(2)表达式中所有出现的参数必须都已经存在于参数库中；(3)表达式必须符合一般数学表达式的规范。数据结构：{Attributes：F,xpression，完整表达式(文献)；

 

 

3.3 公式(Equations)

    对于一个公式知识，我们作了如下定义：(1)首先，一个公式由左边的待求参数、中间的等号操作符、以及右边的由代人参数所组成的表达式所组成；(2)公式的左边只能有一个待求参数，而且待求参数不能出现在等式的右边；(3)右边的带人参数组合必须满足表达式的规范；(4)每个公式都有唯一的公式编号和公式名称。

 

4 系统设计

    在本系统的主要功能中+首先包括的是针对公式类型知识和参数的编辑、添加、浏览和删除等常见的数据库系统基本操作；然后，针对公式类知识和参数的特殊定义形式，具有针对它们进行的结构有效性分析功能、一致性和完备性检查功能，针对公式类知识的冲突检奁功能，以及针对表达式的语法有效性分析功能；最后，还包括与智能设计系统相联系的表达式计算功能，和公式中对特定参数的赋值功能。系统功能结构如图3所示。

 

图3 系统功能结构围

    主要的分析和检查功能包括：

    (1)唯一性检查：对新添加的公式或参数，检查其是否与知识库中已有的公式或参数重名；

    (2)一致性约束：在进行编辑操作时，不能修改和名称，以确保修改前后的对象保持一致，不会发生工程语义上的改变；

    (3)结构有效性分析：输入的对象必须满足前面所提出的对象定义要求；

    (4)语法有效性分析：输入的表达式必须满足一般通用数学表达式的规范，例如：左右括号是否成对；函数名是否有效；是否出现非法的标识符；以及参数是否存在等情况；

    (5)表达式运算：将参数相应的数值代入表达式中，然后进行运算，得到计算结果；

    (6)参数赋值：将表达式运算得到的结果，写入到公式输出参数的Value属性中；

    (7)公式冲突检测：针对一条公式，在整个公式知识库中寻找具有同样输出参数的公式，并提示用户采取相应措施。

5 实例应用

    汽车空凋压缩机的设计是整个汽车空调系统设计中的关键部分，在它的概念设计阶段会涉及到很多不同领域的知识，例如正常性热力汁算和基本机构尺寸计算，也就是指通过压缩机吸入气体的热力参数(压力、温度、相对湿度)、容积流量、转速、排气压力及其他一些条件(使用中的一些要求)，来确定压缩机工作容积、结构尺寸(如气缸直径、行程等)、功率和效率等参数。这些参数在压缩机的设计过程中都必须被计算，而且因为与之相关的静态热力学模型已经比较完善，绝大部分参数都已经具有数学公式可以直接计算。完全可以利用卜^述的公式类型知识管理系统来对这些知识加以组织、表达和管理。在经过对汽车空调压缩机设计过程的仔细调研之后，总结出了其设计过程中所用到的各种计算公式以及工程参数，并成功地输入到公式类型知识库管理系统之中，实现了各种有效性分析、语法结构分析、一致性和完备性分析以及公式的冲突检测等功能。图4和图5分别是公式编辑器和参数编辑器的程序界面。

6 总结

    本文提出了一种在生产企业中实施知识管理支持工程设计的公式类知识库管理系统实施方法利用VB6.0开发了一套专门用于管理公式类知识的原型系统，并以汽车空调压缩机设计公式知识为例，进行了表达和存储，从而改变了以往把计算公式写入程序内而影响软件更新的弊病。下一步的工作包括知识库的完善，以及如何利用该系统支持参数关系的可视化表达。