江靈玲 姜巧巧 王柳云

摘 要：近些年來，隨著我國綜合國力與科學技術(shù)水平的不斷提高，機械設(shè)計與制造技術(shù)亦取得了較大的進步。由于傳統(tǒng)的設(shè)計方法不能完成全部的設(shè)計工作任務(wù)，因此研究基于實例推理的設(shè)計理論具有很大的現(xiàn)實意義。文章簡要介紹了基于實例的推理與設(shè)計相關(guān)理論，闡述了實例檢索理論的相關(guān)內(nèi)容，重點分析了基于實例推理的水泵設(shè)計過程，對設(shè)計實例的改寫與保存方法做了簡要的說明。

關(guān)鍵詞：實例推理；檢索理論；水泵設(shè)計；改寫保存

引言

根據(jù)機械產(chǎn)品不同的性能需求和物理約束條件，結(jié)合工程領(lǐng)域中特定的知識并參考創(chuàng)新性的要求來進行機械產(chǎn)品的設(shè)計，是一種嶄新的設(shè)計理念。機械產(chǎn)品的設(shè)計方法主要有三種，即常規(guī)機械設(shè)計、創(chuàng)新機械設(shè)計和變型機械設(shè)計。常規(guī)機械設(shè)計是依據(jù)理論和經(jīng)驗的設(shè)計方法，而創(chuàng)新機械設(shè)計則是突破常規(guī)的理論與經(jīng)驗進行設(shè)計。變型機械設(shè)計方法的主體思想是在原有設(shè)計基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)需求，對設(shè)計進行修改，其與上述兩種從頭至尾的設(shè)計方式相比具有明顯的優(yōu)越性，因此在機械設(shè)計中得到了普遍應(yīng)用。水泵某些部分的結(jié)構(gòu)復雜程度較高，運用傳統(tǒng)基于規(guī)則與模型的設(shè)計方法進行水泵設(shè)計的工作難度很大，而使用基于實例推理的設(shè)計方法可以高質(zhì)量地完成設(shè)計任務(wù)。因此，研究并發(fā)展基于實例推理的機械設(shè)計技術(shù)具有很大的現(xiàn)實意義。

1 基于實例的推理與設(shè)計相關(guān)理論

1.1 實例推理與設(shè)計的內(nèi)涵

實例推理簡稱CBR（Case-based reasoning），是一種基于記憶進行推理的認知行為，其心理學基礎(chǔ)為情景與記憶等相關(guān)理論。簡單來說，就是依靠過去有記憶的實例指導新的設(shè)計，是一種具有類比性質(zhì)的設(shè)計方法。實例推理的關(guān)鍵在于依靠過去的實例與相關(guān)經(jīng)驗，利用以往的相關(guān)數(shù)據(jù)進行推理與設(shè)計，如此便極大地減少了設(shè)計過程的工作量，提高了設(shè)計效率。

1.2 實例推理設(shè)計的過程

基于實例推理的設(shè)計方法的主要組成部分是實例庫的組成、實例的檢索、實例設(shè)計修正和存儲，其設(shè)計過程較為簡單，具體的過程為：（1）用關(guān)鍵字標記當前問題的主要特征；（2）在已有實例中檢索符合條件的實例；（3）根據(jù)新需求，調(diào)整過去實例的設(shè)計方案；（4）判定其所提出的設(shè)計方案是否合格，若合格則將其引入實例庫，若否則查找相關(guān)原因；（5）修改設(shè)計方案；（6）驗證修改后的設(shè)計方案是否滿足要求；（7）如合格，則將該實例存入設(shè)計實例庫中，以備引用與查詢。

2 實例檢索理論

2.1 實例檢索的定義

實例檢索是基于實例推理設(shè)計過程中的重要組成部分。在設(shè)計中遇見相關(guān)問題時，依據(jù)檢索信息在實例庫中查找并選擇與設(shè)計問題類似的實例的過程稱為實例檢索。實例檢索是基于實例推理設(shè)計的重要影響因素，其直接關(guān)系到CBR設(shè)計過程效率的高低。通常來說，實例指派索引與檢索是實例檢索的兩個重要過程。

2.2 指派索引與檢索

指定特定的用于檢索的設(shè)計需求信息被稱為指派索引，其最終目的是為了獲得接近設(shè)計要求的實例。通常情況下，判斷索引實例的是否合格，需要考慮其設(shè)計推理的難易程度、是否全面體現(xiàn)實例特征、是否體現(xiàn)了實例的特殊要求和可修改性四個方面的因素。索引的實現(xiàn)方式主要是人機交互與編程。常用的索引方法包括基于清單和差異索引、基于解釋方法的索引和引導學習法索引等。

檢索是依靠實例索引在實例庫中匹配選擇幾個相似實例的過程。其依靠實例索引和實例的具體組織結(jié)構(gòu)進行相似實例的選擇，最近鄰檢索、歸納檢索與知識引導檢索法是目前較為常用的檢索方法。最近鄰檢索法的核心是在實例庫中選擇出與設(shè)計實例距離最近的實例；歸納法是對目標實例的特征進行總結(jié)歸納，將其作為索引的特征進行檢索；知識導引檢索的關(guān)鍵點在于依靠知識經(jīng)驗確定主要的索引特征進行檢索。

3 水泵設(shè)計實例分析

3.1 水泵設(shè)計中的主要問題

水泵設(shè)計的主要內(nèi)容是根據(jù)給定的流量、最大轉(zhuǎn)速、最大揚程和效率等參數(shù)，并且結(jié)合特定的工作條件要求確定水泵的未知幾何參數(shù)。在實際設(shè)計過程中，可以通過理論計算得出部分設(shè)計數(shù)據(jù)，但是無法得出全部數(shù)據(jù)，其他參數(shù)需要相關(guān)設(shè)計人員結(jié)合設(shè)計經(jīng)驗進行確定。因此，設(shè)計人員采用基于實例的設(shè)計方法，即基于以往的設(shè)計實例進行水泵的設(shè)計工作，具有很大的現(xiàn)實意義。

3.2 水泵設(shè)計實例分析

根據(jù)水泵的流量、最大轉(zhuǎn)速、最大揚程和效率等基本參數(shù)，結(jié)合水泵的性能曲線，計算水泵設(shè)計中的重要數(shù)據(jù)，如葉輪尺寸、軸功率和比轉(zhuǎn)數(shù)等。由于篇幅有限，文章以葉輪出口直徑的設(shè)計為例進行分析，表1給出了不同實例與設(shè)計目標的主要參數(shù)。

表1 設(shè)計目標與實例的主要參數(shù)

（1）確定語義距離值

（2）根據(jù)模糊相識優(yōu)先比矩陣進行排序

（3）設(shè)計結(jié)果

根據(jù)（2）步驟中的方法對水泵的其他參數(shù)進行分析，可以得到出口直接的相似程度排序為T2={A3 A1 A3}，效率的相似程度排序為T3={A1 A2 A3}，比轉(zhuǎn)數(shù)的相似程度排序為T4={A1 A3 A2}。

綜上可知，A1的相關(guān)數(shù)據(jù)與目標設(shè)計條件的相似程度最高，應(yīng)該基于A1的相關(guān)數(shù)據(jù)指導進行水泵的設(shè)計工作。

4 設(shè)計實例的改寫與保存方法

設(shè)計實例的改寫是基于實例推理設(shè)計工作中的重要環(huán)節(jié)。改寫的一般步驟為：評價目標實例與檢索實例的不同點；根據(jù)設(shè)計目標確定具體的差異變量與元素；根據(jù)相關(guān)要求修改此類變量與元素；評價改寫的最終結(jié)果，若不合格重復上述過程至合格為止。得出符合條件的實例后必須進行保存操作，實際情況中合格實例的保存有三種情況：替換新實例保存、不替換與舊實例并列保存、新實例與原來舊實例進行合并后保存。

5 結(jié)束語

利用基于實例推理的設(shè)計方法進行水泵的設(shè)計，可以得出依數(shù)值計算無法得出的參數(shù)數(shù)值，為設(shè)計工作開辟了一條嶄新的道路。依據(jù)以往具體的設(shè)計實例來解決水泵設(shè)計過程中遇到的問題，可以明顯提高設(shè)計工作者的設(shè)計效率。實例的檢索是基于實例推理設(shè)計工作中的重要組成部分，最近鄰檢索法、歸納檢索法和知識引導檢索法是三種較為常用的檢索方法。實例的改寫亦是基于實例推理設(shè)計中的一項重要工作，其中可能涉及到重復改寫的過程。實例的保存工作的目的是便于后期的實例查找?；趯嵗评碓O(shè)計方法的計算過程工作量較大，其過程也有一定的繁瑣性，仍然需要在今后的實踐中不斷改進。

參考文獻

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