产品设计KBE概述
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ＰＱ if P thenQ
四元组 (对象，属性，值，可行度量值) 或(关系，对象1，对象2，可行度量值)
例：老李年龄可能40岁 表示为:(Li, Age, 40, 0.8)
20
11.4 KBE系统使能技术
11.4.2 知识的表示
语义网络表示法 基本关系 （1）类属关系 ISA：具体抽象关系，IS：一个节点是另一个节点的属性， AKO: a- kind- of 表示一个事物是另一个事物的一种类型， a-member-of:表示一个事物是另一个事物的成员。
11
11.3 KBE中的基本概念
知识的类型
① 描述性知识 以描述的方式来表示的知识叫描述性知识，包括事实知 识和判断知识。事实知识描述有关对象、事件，例如:“电话 在桌子上”等。描述性知识可用数据结构来表示，使知识作 为一种独立于程序的实体存在，把用于解决问题的知识与程 序编制方面的知识有效地分开，描述性知识具有知识表示清 晰明确、易于理解、可读性好等优点。
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11.4 KBE系统使能技术
11.4.2 知识的表示 框架 框架名：<大学教师> 类属：<教师> 学历：(学士、硕士、博士) 职称:(助教、讲师、副教授、教授) 外语：(英、法、日、…) 性别： 年龄： 专业： 概念
框架名：<教师-1> 类属：<大学教师> 学历：(硕士) 职称:(副教授) 外语：(英) 性别：男 年龄：40 专业：工业设计 具体的事物
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脚本
11.4 KBE系统使能技术
11.4.2 知识的表示 一阶谓词逻辑 人人爱劳动 Step1:定义谓词：love(x,y) x爱y M(x) x是人 Step2:谓词表示：
x(M ( x) love( x, labour ))
19
11.4 KBE系统使能技术
11.4.2 知识的表示 产生式表示法
攀枝花学院
产品设计2
主讲人：曾富洪
第十一章 基于知识的工程（KBE）技术
11.1 KBE概述
KBE—基于知识的工程，就是将经过长期 工程考验的产品设计经验、数据、方法、配方 及技术诀窍等进行归纳整理和提炼，使之成为 指导产品设计、制造行之有效的规范化设计知 识，并与企业选用的CAD系统结合，通过CAD 系统的二次开发而形成的专业化设计工具和企 业的知识财富。
（6）事件和动作语义 Agent 施动者 Event Is 事件 Object
受动者
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11.4 KBE系统使能技术
11.4.2 知识的表示
语义网络表示法 例：John punch Tom ：Jhon是雇员，Tom是老板 ISA person ISA
manager employee ISA ISA Agent Object Jhon Event Tom IS Punching Boss-of
5
11.1 KBE概述 3）KBE系统的类型 (1) 选择式KBE系统 它是利用领域知识辅助设计要求用户从一些相似的选项 中选择性输入信息。 (2) 产生式KBE系统 它可以通过用户输入、规则、详细说明、预先定义好的几何 约束,生成详细的几何CAD模型。 (3) 顾问式KBE系统 它是通过设计人员在设计时利用设计知识和制造知识对设 计方案进行评估。 (4) 创新式KBE系统 它是通过早先定义好的原则和基于模型的推理方式，去探 讨一个更大的设计空间和可行性设计。
6
11.2 KBE系统的体系框架
用 户 界 面
CAD系统 CAE系统
智能系统
PDM系统 ERP系统 其它系统
知 识 交 换
知识 库
通用数据 库
几何 库
实例 库
黑板数据 库
其它数据 库
7
11.3 KBE中的基本概念
1) 数据 知识总是和数据、信息联系在一起的。数据是反映事物运动 状态的一种非物质材料，它包括四种基本形式:数字、词汇、声音 和图像。“数据”不仅是通常意义下的“数”，而是其在概念上 的拓广和延伸，它泛指客观事物的数量、属性、位置及其相互关 系的抽象表示。 2) 信息 信息是已排列有意义的、形式化的数据。通过人的认知能力 对数据进行系统组织、整理和分析，使其产生相关性。信息和数 据是两个密切相关的概念。数据是信息的载体和表示，信息是数 据在特定场合下的具体含义，或者说信息是数据的语义，只有把 两者密切地结合起来，才能确切的描述现实世界中某一具体事物 。数据和信息又是两个不同的概念，对同一个数据，它在某一场 合下可能表示这种信息，在别场合下是却表示另一个信息。 8
12
11.3 KBE中的基本概念
知识的类型
② 过程性知识 传统的数据处理将知识寓于程序中，即程序就代表着系 统解决问题所使用的知识。这种知识表现类型称为过程性 知识。过程性知识针对特定问题，根据具体的处理步骤用 一系列过程来表达，执行效率非常高。但也有其缺点，一 是不易表示大量的知识，且知识难于修改和理解。二是只 适合表达完全正确的知识，稍有含糊的知识就难以用程序 来描述。此外，它只适合处理完整、准确的数据。
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11.3 KBE中的基本概念
知识的特性 ① 相对正确性 任何知识都是在一定条件及环境下产生的，因而也就只有 在一定条件及环境下才是正确的、可信任的。离开一定的条 件及环境，就可能变成不正确的、不可信任的
② 不确定性 由于现实世界的复杂性，知识并不总是只有“真”和“ 假”两种状态，而是在“真”和“假”之间还存在许多中间 状态，即存在“真”的程度的问题。知识的这一特性称为不 确定性。
3
11.1 KBE概述 1）KBE技术的定义和内涵 (4) 美国福特汽车公司认为，“KBE运用知识完成工程任务， 这些知识是特意积累和存储的，并以计算机作为中介。KBE通常 指一些计算机使用系统，如专家系统、基于网络的知识库等。“ (5) 世界著名系统集成公司美国EDS公司认为，KBE是获取智 能对象或人造物(如零件)的生命周期内实质的方法学，包括操作 性、功能性和性能的要求，以及获取它的进一步变化。 (6) 上海交通大学模具CAD国家工程研究中心提出：KBE是 通过知识驱动和繁衍，对工程问题和任务提供最佳解决方案的计 算机集成处理技术。
工具\手段 知识获取工具出现了屏幕编辑和交互式知识库编辑器两种 形式。屏幕编辑器适合于在同一时间内输入大量知识，交互式 知识库编辑器适合对知识库进行维护。
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11.4 KBE系统使能技术
11.4.2 知识的表示 知识表示(Knowledge Representation，KR)是概括行为的 模型，是知识的符号化与形式化过程。来源于研究者对智能行 为在微观与宏观不同科学层次的观察与分析而抽象出的模型 局部表示类：逻辑、产生式、语义网络、框架、脚本 、过程等； 分布表示类：基因、联接机制； 直接表示类：各种图形、图像、声音及人造环境等。
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11.4 KBE系统使能技术
脚本表示法 （1）开场条件：给出在脚本中所描述事件的前提 条件； （2)角色：一些用来表示在脚本所描述事件中可 能出现的有关人物的槽 （3）道具：一些用来表示在脚本所描述事件中可 能出现wk.baidu.com有关事物的槽 （4）场景：用来描述事件发生的真实顺序 （5）结局：用来描述事件发生的真实顺序
4
11.1 KBE概述
2）KBE技术应用现状 近年来，美国、日本和欧洲各国政府在KBE技术的开发与 应用方面给予了有力的支持，并将其列为国家未来发展战略 的重要核心技术。我国政府也对KBE技术的研究给予了很大 的重视，并将KBE技术列为机械工程“十五”重点学科之一 。 福特在英国的子公司—美洲虎（Jaguar）汽车公司采用 KBE技术设计某车型发动机盖，设计时间缩短20倍 英国空中客车公司（Bae）在设计A340—600飞机机翼的 筋板时，由于每一个翼筋尺寸有所不同，如用常规CAD软 件和分析软件设计一个翼筋至少需要2天，仅对所有翼筋设 计一次需要1个人年，而采用KBE技术后，10个小时即可完 成机翼筋板的设计。
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11.4 KBE系统使能技术
11.4.1 知识的获取
获取方法 通过知识工程师与专业人员进行交流获取知识，这是一 种常规的知识获取方法，但这种方法的缺点在于知识工程师 必须领会专业知识。获取浅层的知识一般采用笔记本记录的 方式和基于知识问答模块的方式;对深层的知识需要经过授权 后，由专门的设计人员在设计产品过程或设计产品后做必要 的总结并填入知识库
（2）包含关系 Part-of：表示一个事物是另一个事物的部分。 （3）属性关系 Have：表示一个节点具有另一个节点描述的属性。 Can：表示一个节点能做另一个节点的事情
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11.4 KBE系统使能技术
11.4.2 知识的表示
语义网络表示法 基本关系 （4）时间关系关系 Before：表示一个事件在另一个事件之前发生。 After：表示一个事件在另一个事件之后发生 （5）位置关系 Location：表示一个节点位于是另一个节点处。
11.3 KBE中的基本概念
3) 知识 把关联在一起形成的信息结构称为知识，信息和关联是知识 的两个基本要素。知识表示信息的应用，信息是知识的“子集 或基石”。
Feigunbaun(费根鲍姆)指出:知识是经过消减、塑造、解 释和转换的信息。 Bernstein (伯恩斯坦)认为知识是对特定的领域的描述， 是由关系和过程的组成的; Hayesroth(哈叶斯诺斯)把知识定位为事实、信念和启发 式规则。
2
11.1 KBE概述 1）KBE技术的定义和内涵 (1) 英国考文垂大学认为，KBE是一种存储并处理与产 品模型有关的知识、并基于产品模型的计算机系统；是目前 促进工程化、实用化产品开发的最值得注意的软件方法。 (2) 英国Cranfield大学的HuihuaLl博士认为，KBE是一 种特殊类型的基于知识的系统，它专注于工程设计以及后续 的制造、销售等活动。 (3) 美国华盛顿大学机械工程系认为，“KBE是一种种设 计方法学，将与下一代CAD技术紧密结合。它将启发式的设计 规则，用于覆盖构件、装配和系统的开发。KBE系统存储的产 品模型，包含了几何和非几何信息，以及描述产品如何设计、 分析和制造的工程准则。”
9
11.3 KBE中的基本概念
智能设计系统的知识要素:
事实：事物的分类、属性、事物间关系、科学事实、客观 事实等。 规则：事物的行动、动作和联系的关系。 控制：有关问题的求解步骤、技巧性知识，包括有多个动 作同时被激活时，选择哪一个动作来执行的知识。 元知识：用来集成、协调、控制和使用领域知识的知识。
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11.4 KBE系统使能技术
11.4.2 知识的表示
表示方法
替代表示
直接表示
局部表示
分布表示
陈述表示
过程表示
基因
联接
语义网络
逻辑
产生式
框架
脚本
11.2 知识表示体系树 17
11.4 KBE系统使能技术
11.4.2 知识的表示
表示方法 一阶谓词 逻辑 语义网络 产生式 框架 特点 使用量词和逻辑连接符号做出有关对象、特征、场景和关系的陈述。 主要用于自动定理证明，但难以表示过程型和启发式知识，对证明过 程进行操作的能力差。 采用结点和结点之间的弧表示对象及其相互间的关系，能简单准确地 表示出重要的联系：但处理复杂，很难表示非物理连接的布尔运算。 将知识表示成“模式-动作”对，其方式自然简洁。它的推理机制以演 绎推理为基础，推理系统也称为产生式系统。 将知识表示成高度模块化的结构。框架是存储一个对象或概念的所有 信息和知识的一种数据结构，其层次结构可表示对象间的相互关系， 但不易归纳新情况。 用于描述固定的事件序列，其结构类似框架，脚本更强调事件间的因 果关系，脚本描述的事件构成了一个巨大的因果链，链的开始是一组 进入条件，它使脚本的第一个事件得以发生：链的末尾是一组结果， 它使后继事件得以发生。
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11.3 KBE中的基本概念
知识的类型
③ 元知识 所谓元知识就是关于知识的知识。具体说元知识可分为以下 几类:第一类是有关怎样组织、管理知识的元知识，这些元知识 阐明了知识的内容和结构的一般特征，以及分类、综合等有关 特征。第二类是有关利用知识求解问题的元知识(如在问题求解 中所用到的推理方法，为解决一个特殊任务而须完成的活动的 计划、组织、选择等方面的知识等)，它对领域知识的运用起指 导作用。例如:在解决一个问题的推理过程中往往同时出现两条 可适用情况，究竟应采用哪一条规则，则需要使用一种理论性 的标准，这是一种元知识。第三类是有关从知识源中获取知识 的知识。
四元组 (对象，属性，值，可行度量值) 或(关系，对象1，对象2，可行度量值)
例：老李年龄可能40岁 表示为:(Li, Age, 40, 0.8)
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11.4 KBE系统使能技术
11.4.2 知识的表示
语义网络表示法 基本关系 （1）类属关系 ISA：具体抽象关系，IS：一个节点是另一个节点的属性， AKO: a- kind- of 表示一个事物是另一个事物的一种类型， a-member-of:表示一个事物是另一个事物的成员。
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11.3 KBE中的基本概念
知识的类型
① 描述性知识 以描述的方式来表示的知识叫描述性知识，包括事实知 识和判断知识。事实知识描述有关对象、事件，例如:“电话 在桌子上”等。描述性知识可用数据结构来表示，使知识作 为一种独立于程序的实体存在，把用于解决问题的知识与程 序编制方面的知识有效地分开，描述性知识具有知识表示清 晰明确、易于理解、可读性好等优点。
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11.4 KBE系统使能技术
11.4.2 知识的表示 框架 框架名：<大学教师> 类属：<教师> 学历：(学士、硕士、博士) 职称:(助教、讲师、副教授、教授) 外语：(英、法、日、…) 性别： 年龄： 专业： 概念
框架名：<教师-1> 类属：<大学教师> 学历：(硕士) 职称:(副教授) 外语：(英) 性别：男 年龄：40 专业：工业设计 具体的事物
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脚本
11.4 KBE系统使能技术
11.4.2 知识的表示 一阶谓词逻辑 人人爱劳动 Step1:定义谓词：love(x,y) x爱y M(x) x是人 Step2:谓词表示：
x(M ( x) love( x, labour ))
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11.4 KBE系统使能技术
11.4.2 知识的表示 产生式表示法
攀枝花学院
产品设计2
主讲人：曾富洪
第十一章 基于知识的工程（KBE）技术
11.1 KBE概述
KBE—基于知识的工程，就是将经过长期 工程考验的产品设计经验、数据、方法、配方 及技术诀窍等进行归纳整理和提炼，使之成为 指导产品设计、制造行之有效的规范化设计知 识，并与企业选用的CAD系统结合，通过CAD 系统的二次开发而形成的专业化设计工具和企 业的知识财富。
（6）事件和动作语义 Agent 施动者 Event Is 事件 Object
受动者
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11.4 KBE系统使能技术
11.4.2 知识的表示
语义网络表示法 例：John punch Tom ：Jhon是雇员，Tom是老板 ISA person ISA
manager employee ISA ISA Agent Object Jhon Event Tom IS Punching Boss-of
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11.1 KBE概述 3）KBE系统的类型 (1) 选择式KBE系统 它是利用领域知识辅助设计要求用户从一些相似的选项 中选择性输入信息。 (2) 产生式KBE系统 它可以通过用户输入、规则、详细说明、预先定义好的几何 约束,生成详细的几何CAD模型。 (3) 顾问式KBE系统 它是通过设计人员在设计时利用设计知识和制造知识对设 计方案进行评估。 (4) 创新式KBE系统 它是通过早先定义好的原则和基于模型的推理方式，去探 讨一个更大的设计空间和可行性设计。
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11.2 KBE系统的体系框架
用 户 界 面
CAD系统 CAE系统
智能系统
PDM系统 ERP系统 其它系统
知 识 交 换
知识 库
通用数据 库
几何 库
实例 库
黑板数据 库
其它数据 库
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11.3 KBE中的基本概念
1) 数据 知识总是和数据、信息联系在一起的。数据是反映事物运动 状态的一种非物质材料，它包括四种基本形式:数字、词汇、声音 和图像。“数据”不仅是通常意义下的“数”，而是其在概念上 的拓广和延伸，它泛指客观事物的数量、属性、位置及其相互关 系的抽象表示。 2) 信息 信息是已排列有意义的、形式化的数据。通过人的认知能力 对数据进行系统组织、整理和分析，使其产生相关性。信息和数 据是两个密切相关的概念。数据是信息的载体和表示，信息是数 据在特定场合下的具体含义，或者说信息是数据的语义，只有把 两者密切地结合起来，才能确切的描述现实世界中某一具体事物 。数据和信息又是两个不同的概念，对同一个数据，它在某一场 合下可能表示这种信息，在别场合下是却表示另一个信息。 8
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11.3 KBE中的基本概念
知识的类型
② 过程性知识 传统的数据处理将知识寓于程序中，即程序就代表着系 统解决问题所使用的知识。这种知识表现类型称为过程性 知识。过程性知识针对特定问题，根据具体的处理步骤用 一系列过程来表达，执行效率非常高。但也有其缺点，一 是不易表示大量的知识，且知识难于修改和理解。二是只 适合表达完全正确的知识，稍有含糊的知识就难以用程序 来描述。此外，它只适合处理完整、准确的数据。
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11.3 KBE中的基本概念
知识的特性 ① 相对正确性 任何知识都是在一定条件及环境下产生的，因而也就只有 在一定条件及环境下才是正确的、可信任的。离开一定的条 件及环境，就可能变成不正确的、不可信任的
② 不确定性 由于现实世界的复杂性，知识并不总是只有“真”和“ 假”两种状态，而是在“真”和“假”之间还存在许多中间 状态，即存在“真”的程度的问题。知识的这一特性称为不 确定性。
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11.1 KBE概述 1）KBE技术的定义和内涵 (4) 美国福特汽车公司认为，“KBE运用知识完成工程任务， 这些知识是特意积累和存储的，并以计算机作为中介。KBE通常 指一些计算机使用系统，如专家系统、基于网络的知识库等。“ (5) 世界著名系统集成公司美国EDS公司认为，KBE是获取智 能对象或人造物(如零件)的生命周期内实质的方法学，包括操作 性、功能性和性能的要求，以及获取它的进一步变化。 (6) 上海交通大学模具CAD国家工程研究中心提出：KBE是 通过知识驱动和繁衍，对工程问题和任务提供最佳解决方案的计 算机集成处理技术。
工具\手段 知识获取工具出现了屏幕编辑和交互式知识库编辑器两种 形式。屏幕编辑器适合于在同一时间内输入大量知识，交互式 知识库编辑器适合对知识库进行维护。
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11.4 KBE系统使能技术
11.4.2 知识的表示 知识表示(Knowledge Representation，KR)是概括行为的 模型，是知识的符号化与形式化过程。来源于研究者对智能行 为在微观与宏观不同科学层次的观察与分析而抽象出的模型 局部表示类：逻辑、产生式、语义网络、框架、脚本 、过程等； 分布表示类：基因、联接机制； 直接表示类：各种图形、图像、声音及人造环境等。
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11.4 KBE系统使能技术
脚本表示法 （1）开场条件：给出在脚本中所描述事件的前提 条件； （2)角色：一些用来表示在脚本所描述事件中可 能出现的有关人物的槽 （3）道具：一些用来表示在脚本所描述事件中可 能出现wk.baidu.com有关事物的槽 （4）场景：用来描述事件发生的真实顺序 （5）结局：用来描述事件发生的真实顺序
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11.1 KBE概述
2）KBE技术应用现状 近年来，美国、日本和欧洲各国政府在KBE技术的开发与 应用方面给予了有力的支持，并将其列为国家未来发展战略 的重要核心技术。我国政府也对KBE技术的研究给予了很大 的重视，并将KBE技术列为机械工程“十五”重点学科之一 。 福特在英国的子公司—美洲虎（Jaguar）汽车公司采用 KBE技术设计某车型发动机盖，设计时间缩短20倍 英国空中客车公司（Bae）在设计A340—600飞机机翼的 筋板时，由于每一个翼筋尺寸有所不同，如用常规CAD软 件和分析软件设计一个翼筋至少需要2天，仅对所有翼筋设 计一次需要1个人年，而采用KBE技术后，10个小时即可完 成机翼筋板的设计。
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11.4 KBE系统使能技术
11.4.1 知识的获取
获取方法 通过知识工程师与专业人员进行交流获取知识，这是一 种常规的知识获取方法，但这种方法的缺点在于知识工程师 必须领会专业知识。获取浅层的知识一般采用笔记本记录的 方式和基于知识问答模块的方式;对深层的知识需要经过授权 后，由专门的设计人员在设计产品过程或设计产品后做必要 的总结并填入知识库
（2）包含关系 Part-of：表示一个事物是另一个事物的部分。 （3）属性关系 Have：表示一个节点具有另一个节点描述的属性。 Can：表示一个节点能做另一个节点的事情
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11.4 KBE系统使能技术
11.4.2 知识的表示
语义网络表示法 基本关系 （4）时间关系关系 Before：表示一个事件在另一个事件之前发生。 After：表示一个事件在另一个事件之后发生 （5）位置关系 Location：表示一个节点位于是另一个节点处。
11.3 KBE中的基本概念
3) 知识 把关联在一起形成的信息结构称为知识，信息和关联是知识 的两个基本要素。知识表示信息的应用，信息是知识的“子集 或基石”。
Feigunbaun(费根鲍姆)指出:知识是经过消减、塑造、解 释和转换的信息。 Bernstein (伯恩斯坦)认为知识是对特定的领域的描述， 是由关系和过程的组成的; Hayesroth(哈叶斯诺斯)把知识定位为事实、信念和启发 式规则。
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11.1 KBE概述 1）KBE技术的定义和内涵 (1) 英国考文垂大学认为，KBE是一种存储并处理与产 品模型有关的知识、并基于产品模型的计算机系统；是目前 促进工程化、实用化产品开发的最值得注意的软件方法。 (2) 英国Cranfield大学的HuihuaLl博士认为，KBE是一 种特殊类型的基于知识的系统，它专注于工程设计以及后续 的制造、销售等活动。 (3) 美国华盛顿大学机械工程系认为，“KBE是一种种设 计方法学，将与下一代CAD技术紧密结合。它将启发式的设计 规则，用于覆盖构件、装配和系统的开发。KBE系统存储的产 品模型，包含了几何和非几何信息，以及描述产品如何设计、 分析和制造的工程准则。”
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11.3 KBE中的基本概念
智能设计系统的知识要素:
事实：事物的分类、属性、事物间关系、科学事实、客观 事实等。 规则：事物的行动、动作和联系的关系。 控制：有关问题的求解步骤、技巧性知识，包括有多个动 作同时被激活时，选择哪一个动作来执行的知识。 元知识：用来集成、协调、控制和使用领域知识的知识。
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11.4 KBE系统使能技术
11.4.2 知识的表示
表示方法
替代表示
直接表示
局部表示
分布表示
陈述表示
过程表示
基因
联接
语义网络
逻辑
产生式
框架
脚本
11.2 知识表示体系树 17
11.4 KBE系统使能技术
11.4.2 知识的表示
表示方法 一阶谓词 逻辑 语义网络 产生式 框架 特点 使用量词和逻辑连接符号做出有关对象、特征、场景和关系的陈述。 主要用于自动定理证明，但难以表示过程型和启发式知识，对证明过 程进行操作的能力差。 采用结点和结点之间的弧表示对象及其相互间的关系，能简单准确地 表示出重要的联系：但处理复杂，很难表示非物理连接的布尔运算。 将知识表示成“模式-动作”对，其方式自然简洁。它的推理机制以演 绎推理为基础，推理系统也称为产生式系统。 将知识表示成高度模块化的结构。框架是存储一个对象或概念的所有 信息和知识的一种数据结构，其层次结构可表示对象间的相互关系， 但不易归纳新情况。 用于描述固定的事件序列，其结构类似框架，脚本更强调事件间的因 果关系，脚本描述的事件构成了一个巨大的因果链，链的开始是一组 进入条件，它使脚本的第一个事件得以发生：链的末尾是一组结果， 它使后继事件得以发生。
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11.3 KBE中的基本概念
知识的类型
③ 元知识 所谓元知识就是关于知识的知识。具体说元知识可分为以下 几类:第一类是有关怎样组织、管理知识的元知识，这些元知识 阐明了知识的内容和结构的一般特征，以及分类、综合等有关 特征。第二类是有关利用知识求解问题的元知识(如在问题求解 中所用到的推理方法，为解决一个特殊任务而须完成的活动的 计划、组织、选择等方面的知识等)，它对领域知识的运用起指 导作用。例如:在解决一个问题的推理过程中往往同时出现两条 可适用情况，究竟应采用哪一条规则，则需要使用一种理论性 的标准，这是一种元知识。第三类是有关从知识源中获取知识 的知识。