[发明专利]全三维数字化知识库系统和知识库的应用方法

权利要求书

1.一种全三维数字化知识库系统，该全三维数字化知识库系统包括流程控制模块、专用知识设计模块、特征设计模块、交互控制模块、公式编辑模块、搜索控制模块、计算控制模块、特征设计模块、知识库小功能模块，其特征在于：

1）、所述流程控制模块由开始、简单结束、完整结束、参数定义、单向规则、循环规则、子流程、拆分、合并模块组成，其中 

、所述开始模块为引导整个流程开始执行，一个知识流程中只允许存在一个开始模块，在建立知识库时，开始模块就已经被预设至可视化流程编辑区的最顶层；

、所述简单结束模块是引导整个流程的终止，用在知识库结束时使用，一个线程只允许有一个简单结束模块；

、所述完整结束模块为终止整个流程，但当流程中最后一步需要返回平台进行参数驱动或下载组件时，应使用完整结束模块终止整个流程；

、所述参数定义模块是用来定义知识流程所需要的设计参数，范围是将涉及的几何尺寸（或几何参数）、几何尺寸（或几何参数）之间的约束关系、特殊含义的参数定义为设计参数；在参数定义过程中，需要定义的设计参数的内容包括参数名称、参数描述、参数类型、是否是入口参数为必填项目，在参数定义中必须要填出这四项才能建立参数；设计参数可通过KBE系统自动拾取参数信息、参数名称、参数值信息，知识库自动接收这些信息，很方便的定义知识库中用到的信息； 

、所述单向规则模块为“一进一出判断式”模块，是整个流程中的知识规则处理的重点模块，在该模块中可以定义知识规则处理有关的条件参数、结果参数，相关条件、满足条件后的赋值方式、因果关系规则；在知识设计中，进行知识规则的赋值方式、因果关系规则，进行运算，如果条件参数满足，则继续向下执行，如果条件参数均不满足，知识流程会报错并由使用者自行定义结果参数，输入时须勾选“修改参数值”选项；

、所述循环规则模块为“一进两出判断式”模块，其内容规则定义方式与“单向规则”模块相同，不同的是，“单向规则”模块中如果条件参数满足，则继续向下执行，如果条件参数均不满足，知识流程会报错并由使用者自行定义结果参数，输入时须勾选“修改参数值”选项，而“循环规则”模块中如果条件参数满足模块内所列规则的任意一条，则继续执行模块左边出口的线程，如果条件参数均不满足模块内所列知识规则，则执行模块右边出口的线程，此模块是比较灵活的，右边出口可以返回以上模块，做循环的规则处理；

、所述子流程模块在知识功能明确的流程中，将具有一定知识功能的知识规则写入一个子流程中；在知识文件建立的过程中的，将一些通用性强的、结构复杂的知识功能单独建立成为知识文件，在需要使用这些知识功能时，使用 “插入知识库文件”功能，将已编辑好的知识功能插入新的完整的知识文件中，以达到知识重用的目的；

、所述拆分模块将一条分支流程为至多四个分支流程，执行顺序为从右向左，当一个分支流程执行错误或读取到“等待所有输入”时，开始执行第二条分支流程，如无以上两种情况流程便已结束，则其他分支流程不予执行；

、所述合并模块将多条分支流程合并为一条分支流程，合并的过程中，该模块选择两种模式，在模块内容编辑区内的选项中选择“True”时，表示该模块需要等待所有连接该模块的分支流程均执行完后才向下执行； 

2）、所述专用知识设计模块在知识文件编辑中，设计人员根据自己的需求，新建具有各种功能的知识功能模块，方便设计人员的知识重用与共享；设计人员在编辑知识文件的时候，可以使用这些设计人员自定义的专用知识设计功能模块，作为知识文件的一个有特定操作的子流程，具体实现方式是拖曳设计人员自定义的专用知识设计功能模块至编辑区；

3）、所述交互控制模块又由打开本地文件模块、打开标准件库模块、打开智能件库模块、打开组件库模块、返回平台模块、分步设计结果模块组成，其中，

、所述打开本地文件模块在知识流程中如果需要打开本地的某个模型时，可以使用“打开本地文件”模块，当系统读到该模块时，推理机会暂停，切换回CAD平台，弹出打开窗口等待使用者进行下一步操作；

、所述打开标准件库模块在知识流程中如果需要下载某个标准件时，可以使用“打开标准件库”模块，当系统读到该模块时，推理机会暂停，切换回CAD平台，弹出标准件库窗口等待使用者进行下一步操作；

、所述打开智能件库模块在知识流程中如果需要下载某个智能件并进行打孔操作时，可以使用“打开智能件库”模块，当系统读到该模块时，推理机会暂停，切换回CAD平台，弹出智能件库窗口等待使用者进行下一步操作；

、所述打开组件库模块在知识流程中如果需要下载某个组件时，可以使用“打开组件库”模块，当系统读到该模块时，推理机会暂停，切换回CAD平台，弹出组件库窗口等待使用者进行下一步操作；

、所述返回平台模块在知识流程中如果需要回到CAD平台进行其他操作时，可以使用返回平台模块，当系统读到该模块时，推理机会暂停，切换回CAD平台，等待使用者进行下一步操作；

、所述分步设计结果模块与“完整结束”模块相似，与之不同的是，该模块没有结束功能，可以应用于需要分次驱动的知识流程；

4）、所述公式编辑模块公式编辑模块由工程计算公式模块、图表计算模块、曲线计算模块组成；

所述工程计算公式模块在知识流程中如果需要公式库中的公式时可以使用“工程计算公式”模块，当系统读到该模块时，采用参数传递的方式，将知识库中的参数值传给已经选好使用的公式，通过计算，得出计算结果，将计算结果用参数传递的方式返回给知识库；其中所选的公式来源于公式库，使用者可以添加或删除公式及公式里的变量；

所述图表计算模块在知识流程中如果需要图表库中的图表时可以使用“图表计算”模块，当系统读到该模块时，采用参数传递的方式，将所用图表写入模块信息，弹出设计人员所需图表，选择所需的图表信息，并将信息返回给知识库；

所述曲线计算模块在知识流程中如果需要曲线库中的图表时可以使用“曲线计算”模块，当系统读到该模块时，采用参数传递的方式，将所用曲线表写入模块信息，弹出设计人员所需曲线表，选择所需的曲线信息，并将信息返回给知识库；

5）、所述搜索控制模块包括标准件搜索、功能属性、功能组件搜索，该模块的功能与“完整结束”模块相似，与之不同的是，该模块没有结束功能，根据推理结果对零件或组件的属性，其中包括形状、材料、规格，几何或非几何信息 或零件（或组件）的集合信息进行搜索，并经搜索信息提供给设计人员，由设计人员选择需要使用的零件（或功能组件）；

6）、所述计算控制模块在知识库编辑中，设计人员根据自己的需求，根据计算控制模块提供的编写程序的小功能，完成要计算的功能；

7）、所述特征设计模块是和其它模块组合的模块，编辑特征时，设计人员需选择特征或组合特征，设置特征或组合特征的参数值或定义参数规则，保存特征相关信息；设计特征时，根据选择特征或组合特征，推理参数值，和CAD平台、KBE系统交互实现特征或组合特征的驱动，主要用于实现零件的快速设计，统一设计人员建模规范；

8）、所述知识库小功能模块由数据采集模块、公差模块、参数编辑可视化模块、知识重用模块、子流程模块组成，其中，

、所述数据采集模块采集系统储存的多种实体模型数据，通过点选采集自动零件或设计半成品模型中获得推理设计入口参数，以减少人工在二维图纸上采集数据的工作量；

、所述公差模块在系统内设有公差查询应用功能，在知识编辑时根据情况自行选用，在参数定义时，公差项选择“公差”，如果是入口参数，在设计申请窗口输入值时“公差查询”按钮会亮起，如果是出口参数，在规则定义模块添加规则时，在添加规则界面填写该参数时可点击“公差查询”按钮进行参数的选择与添加，点击公差查询后，会弹出公差选择定义界面，在公差选择定义界面可以根据参数的基本尺寸定义公差、公差等级或配合公差；

、所述参数编辑可视化模块是利用KBE系统自动拾取参数信息、参数名称、参数值信息，知识库自动接收这些信息，很方便的定义知识库中用到的信息；

、所述知识重用模块包括两种插入方式：1.在平台上选择TSK并插入（从知识库中）、2.插入本地TSK(从本机) 选择已经编写好的知识文件插入到当前知识中，实现知识或知识段落的重复利用，选择从平台插入后会回到知识列表，选择需要的知识后点击知识库管理界面上的“知识重用”按钮即可；

、所述子流程模块使知识流程的结构简化，使知识流程更加清晰，便于统一管理；在知识功能明确的流程中，将具有一定知识功能的知识规则写入一个子流程中，以使整个知识流程或主流程清晰，干练，一目了然；在知识文件建立的过程中的，将一些通用性强的、结构复杂的知识功能单独建立成为知识文件，在需要使用这些知识功能时，使用 “插入知识库文件”功能，将已编辑好的知识功能插入新的完整的知识文件中，以达到知识重用的目的；知识库子流程的功能是对模块进行封装，便于统一管理。

2.一种如权利要求1所述的全三维数字化知识库系统的应用方法，该方法应用于产品设计、工艺设计、产品检验，具体按如下步骤进行：

1）在产品设计阶段，以新建的模型或三维数字化模型为载体，构建了包含产品几何和非几何信息的MBD产品数据集，以特征为基本的数据组织单元，知识库设计编辑人员首先对产品目标进行分析，使用知识编辑系统将设计专家的设计经验、规范、意图等多领域和多种描述形式的设计知识显性表达出来，生成知识库文件，在编辑过程中，可随意组合面向典型的免编程可视化的向导式设计、面向设计过程的免编程可视化的向导式设计、面向特征的免编程可视化的向导式设计，之后，产品设计人员运行知识库设计编辑人员编辑的知识库文件，通过输入设计参数值、参数采集、平台交互等进行推理设计，分步输出结果数据，实现和CAD平台交互，最终实现产品目标；

2）在工艺设计阶段，面向三维数字化模型，获取MBD数据集中的产品特征信息，根据这些特征信息，在工艺设计知识库系统的辅助下，知识库设计编辑人员首先对工艺路线进行分析，使用知识编辑系统将工艺专家的设计经验、规范、意图等多领域和多种描述形式的设计知识显性表示工艺过程的设计，包括工艺路线、加工方法的选择、确定，制造资源的选择、确定，工装设计的要求，加工过程的规划等，生成知识库文件，在编辑过程中，可随意组合面向典型的免编程可视化的向导式设计、面向工艺设计过程的免编程可视化的向导式设计、面向特征的免编程可视化的向导式设计，之后，知识库使用人员运行知识库设计编辑人员编辑的知识库文件，通过输入工艺设计参数值，系统进行工艺分析推理设计，分步输出结果数据，如：推出加工方案或实现和CAD/CAE平台交互选择加工方案；根据加工方案的选择，可以依次推理出工艺设计结果或与CAD/CAE平台交互生成工艺设计结果，包括工序、工步、刀具和切削参数、工装等，最终实现工艺设计目标；

3）在工装设计阶段，以被加工的零件为载体，构建了包含工装几何和非几何信息的MBD产品数据集，以特征为基本的数据组织单元，知识库设计编辑人员首先对产品目标进行分析，使用知识编辑系统将设计专家的设计经验、规范、意图等多领域和多种描述形式的设计知识显性表达出来，生成知识库文件，在编辑过程中，可随意组合面向典型的免编程可视化的向导式设计、面向工装设计过程的免编程可视化的向导式设计、面向特征的免编程可视化的向导式设计，之后，工装设计人员运行知识库设计编辑人员编辑的知识库文件，通过输入设计参数值、参数采集、平台交互等进行推理设计，分步输出结果数据，实现和CAD平台交互，最终实现工装目标；

产品设计、工艺设计、工装设计应用方法、产品检验应用方法相同，不同的是设计意图根据个领域知识库设计编辑人员的设计意图来设计；

如下详细介绍工装设计的详细的知识库文件的编辑与设计：

首先，知识库设计编辑人员编辑工装设计知识库文件，步骤如下：

Ⅰ）、知识库设计编辑人员首先对被加工零件模型进行工艺分析，根据经验，判断是否进行CAE有限元分析或数据校验；

Ⅱ）、根据分析结果选择向导式编辑方式，其编辑方式包括按面向典型的免编程可视化的向导式编辑、面向设计过程的免编程可视化的向导式编辑、面向特征的免编程可视化的向导式编辑，这三种方式在知识库构建过程中是可以自由组合使用的，主要是根据专家使用知识库系统的知识编辑模块，将专家的设计经验、规范、意图等多领域和多种描述形式的设计知识显性表达出来，生成知识库文件，之后，设计人员运行知识库文件，进行知识库文件的设计；

Ⅲ）、工艺分析过程中被加工零件比较简单、通用性比较强，不需要进行CAE有限元分析，可选择按面向典型整体结构的免编程可视化的向导式设计，具体的向导式设计编辑步骤如下：

、知识库设计编辑人员进行典型零件的尺寸参数信息定义，参数信息包括参数名称、参数描述、参数类型、小数位数、可选参数、参数性质、是否是入口参数、是否有公差等；

、知识库设计编辑人员将自己的设计意图写入知识库文件，通过知识库系统编辑和特征库、工程计算公式库、曲线计算公式库、图表计算公式库、模型库（组件库、标准件库、智能件库等）、选刀系统等与CAD平台或其它支持的软件相交互的模块，实现推理的编辑；

、知识库设计编辑人员编辑输出参数的“输出最终结果”模块，指定输出文件的路径；

、知识库设计编辑人员编辑输出二维工程图的参数的“输出最终结果”模块，指定输出文件的路径；

、知识库设计编辑人员可通过知识库的设计，将设计的装配、零件模型输出二维工程图，装配、零件模型修改设计并与二维工程图进行模型验证，从而实现知识库文件的调试；

    、经模型验证后，即可输出装配及零件二维工程图，知识库文件编辑完成；

Ⅳ）、根据设计人员的经验，工艺分析过程中被加工零件比较复杂，可选择按面向工装设计全过程的向导式编辑，步骤如下：

注：步骤1、步骤2、步骤3、步骤4、……、步骤n是可以自由排序的，此处只是示意一下各个模块的使用情况；

、按步骤1知识库设计编辑人员进行步骤1零件的尺寸参数信息定义，参数信息包括参数名称、参数描述、参数类型、小数位数、可选参数、参数性质、是否是入口参数、是否有公差等；步骤2、步骤n的参数定义按照步骤1方式定义各个步骤需要定义的参数信息；

、知识库设计编辑人员编辑步骤1的向导流程，将自己的设计意图写入知识库文件，通过知识库系统编辑的交互控制模块的打开本地文件模块、打开标准件库模块、打开智能件库模块、打开组件库模块、返回平台模块、分步设计结果模块实现与模型库（组件库、标准件库、智能件库等）的编辑，实现打开本地文件、打开标准件库、打开智能件库、打开组件库、返回平台、分步设计结果的编辑；

知识库设计编辑人员编辑步骤2的向导流程，将自己的设计意图写入知识库文件，通过知识库系统编辑的特征模块实现与特征库交互的编辑，实现特征与组合特征的编辑；

知识库设计编辑人员编辑步骤3的向导流程，将自己的设计意图写入知识库文件，通过知识库系统编辑的搜索模块实现与组件库和标准件库的交互的编辑，实现搜索标准件和搜索组件库的编辑； 

知识库设计编辑人员编辑步骤n的向导流程，将自己的设计意图写入知识库文件，通过知识库系统编辑的公式编辑模块实现与公式库、曲线库、图标库的交互的编辑，实现工程计算公式、曲线计算公式、图表计算公式的编辑；

、知识库设计编辑人员编辑输出参数的“分步结束”模块，指定输出文件的路径；

、知识库设计编辑人员调试知识库文件，进行各部件装配、修改的调试；

、知识库设计编辑人员编辑输出装配及零件二维工程图的参数的“分步结束”模块，指定输出文件的路径；

、知识库设计编辑人员调试知识库文件，进行装配、零件模型输出二维工程图的调试； 

、经调试后，保存知识库文件，编辑完成；

之后，工装知识库设计人员运行知识库文件，进行工装设计，步骤如下：

Ⅴ）、工装设计人员首先对被加工零件模型进行工艺分析，根据经验，判断是否进行CAE有限元分析或数据校验；

Ⅵ）、根据分析结果选择向导式设计方式，其设计方式包括按面向典型的免编程可视化的向导式设计、面向设计过程的免编程可视化的向导式设计、面向特征的免编程可视化的向导式设计，这三种方式在知识库构建过程中是可以自由组合使用的，主要是根据专家使用知识库系统的知识编辑模块，将专家的设计经验、规范、意图等多领域和多种描述形式的设计知识显性表达出来，生成知识库文件，之后，工装设计人员运行知识库文件，进行知识库文件的设计；

Ⅶ）、工艺分析过程中被加工零件比较简单、通用性比较强，不需要进行CAE有限元分析，可选择按面向典型整体结构的免编程可视化的向导式设计，步骤如下：

、采集零件尺寸参数；

、结构推理设计，工装设计人员根据准备设计的产品，从特征库、工程计算公式库、曲线计算公式库、图表计算公式库、模型库（组件库、标准件库、智能件库等）、选刀系统等与CAD平台或其它支持的软件查找有关数据；

、下载模型并参数化驱动；

、装配、零件模型输出二维工程图输出；

、装配、零件模型修改设计并与二维工程图联动；

、将设计的装配、零件模型输出二维工程图，装配、零件模型修改设计并与二维工程图进行模型验证；

    、经模型验证后，即可输出装配及零件二维工程图，设计完成；

Ⅷ）、根据工装设计人员的经验，工艺分析过程中被加工零件比较复杂，可选择按面向工装设计全过程的向导式设计，步骤如下：

注：步骤1、步骤2、步骤3、步骤4、……、步骤n是可以自由排序的，此处只是示意一下各个模块的使用情况；

、按步骤1数据采集、步骤2数据采集、步骤n数据采集；

、结构推理设计，工装设计人员根据准备设计的产品，从特征库、工程计算公式库、曲线计算公式库、图表计算公式库、模型库（组件库、标准件库、智能件库等）、选刀系统等与CAD平台或其它支持的软件查找有关数据；

、分步进行推理设计、下载并参数化驱动；

、各部件装配、修改；

 、将设计的装配、零件模型输出二维工程图；

、装配、零件模型工程图进行模型验证；

    、经模型验证后，即可输出装配及零件二维工程图，设计完成。