2.3　产品设计实例知识的形式化描述

2.3.1　产品设计实例的一般描述方法

产品设计实例的描述问题是构造产品设计知识获取系统中最首要的问题，是进行设计实例检索、设计实例调整和设计实例组合的基础，其结构和内容将直接影响整个获取系统的性能，目前主要的设计实例描述方法有以下几种方式。

1．基于特征的设计实例表示方法

基于特征的设计实例表示方法常常被用于有工程语义的产品部件或零件中，它不仅能够反映设计实例所包含的信息，还可以通过相互间的拓扑关系形成特定组合。

基于特征的设计实例表示方法一般从以下几个方面描述设计实例。

（1）形状特征：形状特征可以分为主形状特征和辅形状特征。其中主形状特征用以构造设计的主体形状，辅形状特征用于对主形状特征的局部修饰。可以通过组合的方式来描述复杂形状特征的设计实例。

（2）精度特征：用于表达设计实例各要素的尺寸公差、形状公差、位置公差和表面粗糙度等精度要求信息。

（3）管理特征：用于描述设计实例的管理信息，如设计者、编码、与其他设计实例及产品之间的借用与通用关系等。

（4）技术特征：用于描述设计实例的材料的类型、表面处理及热处理等技术信息集合。

（5）装配特征：用于表达设计实例在装配过程中所需的信息，如与其他零部件的配合等关系。

同时，特征之间还有相互关系描述，如反映主形状特征之间的空间相互位置关系的邻接关系；描述辅形状特征从属于一个主形状特征或另一个辅形状特征时构成的附属关系；描述特征类之间关联属性而相互引用的引用关系；描述不同层次特征之间的继承关系等。

2．基于抽象原型的设计实例表示方法

一个设计实例往往是具体的、复杂的，基于抽象原型的设计实例表示方法就是在原有实例的基础上加以抽象，形成抽象类的设计实例原型，而设计实例是设计实例原型的具体化，两者的表达具有同构性。因此，对设计实例原型的描述可采用具有类—成员继承关系表达能力的语言形式来描述。

设计实例原型中所包含的主要设计知识为归纳性设计知识，这些归纳性设计知识与描述设计实例原型的结构信息可以有机地结合起来，因为这些设计知识是针对与设计实例原型对应的产品的结构设计的，此外，这种结合还有利于设计知识的维护和推理效率的提高。同时，设计实例原型具有层次分解结构，将一个复杂产品系统分解成相对简单的子系统，子系统还可再分解成更简单的子系统，形成一棵设计分解树。这种表达不仅有利于实例整体的利用，而且有利于实例内部子实例的利用；不仅可以支持产品总体设计，还可以支持产品部件的设计和综合。

3．面向对象的设计实例表示方法

面向对象技术是近十年发展起来的一种新颖、具有独特优越性的新方法，面向对象方法（Object-Oriented Paradigm，O-O）的发展影响并推动了一系列高新技术的发展和多学科的综合。面向对象方法的主要特点在于它通过对对象的封装和继承，实现系统设计在一定程度上的重用。

采用面向对象技术的方法来描述设计实例是一种高效、高重用性的表示方法。设计实例概念与设计实例的关系是类和对象的关系，设计实例概念中定义了设计实例的共性和处理方法，用设计实例概念表示抽象的设计实例类，具体的设计实例是设计实例类（设计实例概念）的对象。基于面向对象技术采用框架和规则混合的表达方式来描述设计实例，一个设计实例即为一个对象，一个对象可由框架进行描述，框架的槽用于描述该对象的属性，框架包括属性槽、规则槽和方法槽几类，如规则和以数据驱动的方法体被封装在对象体中。设计实例的属性表达分为两个部分：设计实例概念特征和设计实例物理参数。属性槽描述这些设计实例的特征和参数，设计实例概念特征槽描述设计实例对应的设计问题的初始约束条件、设计目标及满足设计要求；设计实例物理参数槽描述设计实例的结构参数和设计结果。设计实例的规则槽主要描述设计实例修改的规则知识。设计实例的方法槽主要描述设计实例操作的方法和过程。基于规则和方法对相似设计实例进行设计修改，从而支持新产品的设计。

这些设计实例的形式化方法，在一定程度上实现了设计知识的获取。但是还没有实现在语义和知识两个层次建立统一的描述信息模型，且尚未能对各种概念及其相互关系进行规范化描述和明确的显示表达。本章引入物元这一形式化工具来实现产品设计知识获取是解决上述难题的有效途径。