基于數(shù)據(jù)庫的汽車制動系統(tǒng)知識工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

惠文權(quán) 楊武雙 羅文杰

（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院）

知識工程，即專家系統(tǒng)、基于知識的系統(tǒng)[1]，在國內(nèi)汽車行業(yè)研究與實(shí)踐已經(jīng)有10 余年了，取得了不少成果[1-15]。知識工程作為Knowhow已經(jīng)越來越被企業(yè)所接受,但知識工程應(yīng)用收益較小。如何構(gòu)建及充分利用知識工程在國內(nèi)自主汽車開發(fā)領(lǐng)域目前還是一個瓶頸。文章從實(shí)用的角度提出“基于數(shù)據(jù)庫的汽車制動系統(tǒng)知識工程”，并付諸實(shí)施，取得了較好的成果。

1 汽車企業(yè)知識工程

1.1 汽車企業(yè)知識的定義

汽車產(chǎn)品工程開發(fā)需要的知識是汽車整車企業(yè)、零部件企業(yè)，尤其是自主品牌中小零部件企業(yè)最迫切高度關(guān)注和急需積累的知識。

1.2 汽車企業(yè)知識工程的功能

我國汽車工業(yè)起步較晚，企業(yè)技術(shù)來源，行業(yè)主流處于仿制和引進(jìn)、消化以及再創(chuàng)造階段。尤其是零部件行業(yè)，自主研發(fā)還處在技術(shù)積累階段，加之外部先進(jìn)技術(shù)封鎖和科研技術(shù)人員斷代層原因，自主技術(shù)積累進(jìn)展比較緩慢。在很多企業(yè)，知識工程還是空白，或不知如何構(gòu)建，或流于形式。

由于歷史和行業(yè)經(jīng)營環(huán)境原因，汽車行業(yè)工程技術(shù)人員流失和斷代層比較嚴(yán)重；同時，企業(yè)對自身實(shí)踐活動中產(chǎn)生的知識認(rèn)知不夠，導(dǎo)致企業(yè)實(shí)踐知識流失嚴(yán)重。為此，汽車企業(yè)知識工程功能應(yīng)為：1）為企業(yè)開發(fā)、生產(chǎn)及經(jīng)營等實(shí)踐活動提供指導(dǎo)；2）解決企業(yè)工程技術(shù)人員流失和斷層問題；3）解決企業(yè)工程人員專業(yè)技術(shù)及技能提升問題；4）解決企業(yè)實(shí)踐知識流失問題；5）提高企業(yè)開發(fā)、生產(chǎn)及經(jīng)營等活動水平。

2 基于數(shù)據(jù)庫的知識工程基本架構(gòu)

綜合文獻(xiàn)[1-17]論述及應(yīng)用，一般的，一個完整的專家系統(tǒng)應(yīng)包含5 個基本組成部分：知識庫、數(shù)據(jù)庫、推理機(jī)、解釋部分和知識獲取部分。一般的專家系統(tǒng)應(yīng)具有咨詢、學(xué)習(xí)及教育功能。

知識工程活動主要涵蓋但不限于：基礎(chǔ)理論知識學(xué)習(xí)、開發(fā)行為指導(dǎo)、開發(fā)方案模擬和預(yù)測、產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)等。

具體知識分類方案，如表1 和圖1 所示。

表1 基于工程應(yīng)用的知識分類

從表1 中可知，知識分類，按照縱向建立職能型數(shù)據(jù)庫主干即專家系統(tǒng)，包含產(chǎn)品開發(fā)數(shù)據(jù)庫、工藝開發(fā)數(shù)據(jù)庫、質(zhì)量開發(fā)數(shù)據(jù)庫、技術(shù)管理數(shù)據(jù)庫、售后管理數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫維護(hù)管理規(guī)則庫等；按照橫向建立應(yīng)用性知識子目錄及二級應(yīng)用科目構(gòu)建數(shù)據(jù)庫型知識工程體系基本架構(gòu)；應(yīng)用交互式人機(jī)界面組織管理數(shù)據(jù)庫，即常見的數(shù)據(jù)查詢、子功能調(diào)用和應(yīng)用以及數(shù)據(jù)庫分級授權(quán)管理和遠(yuǎn)程訪問管理等。

圖1 是典型的子項(xiàng)細(xì)化活動。此分類作為知識工程功能和架構(gòu)的依據(jù)，較好地吻合了企業(yè)不同部門和不同職能間的數(shù)據(jù)針對性使用、使用權(quán)限及權(quán)限管理。并最大限度地解決不同層次工程人員的使用。

由于知識的分類方法直接關(guān)系到知識工程數(shù)據(jù)架構(gòu)和使用的效率及方便性，因此，對于具體二級分類實(shí)踐中宜以企業(yè)實(shí)際情況和企業(yè)能力統(tǒng)籌設(shè)計(jì)定義，由簡到難漸次展開或確定，以突出企業(yè)特點(diǎn)為佳。

3 基于數(shù)據(jù)庫的制動系統(tǒng)知識工程構(gòu)建及應(yīng)用

3.1 某制動系統(tǒng)公司知識工程系統(tǒng)的策劃與建立

該知識工程建立的目的是解決企業(yè)工程技術(shù)人員流動帶來的開發(fā)能力下降及技術(shù)斷層問題；公司實(shí)踐知識流失嚴(yán)重問題及制動系統(tǒng)匹配計(jì)算問題。

該知識工程系統(tǒng)一期工程由產(chǎn)品開發(fā)數(shù)據(jù)庫、工藝開發(fā)數(shù)據(jù)庫、生產(chǎn)質(zhì)量開發(fā)數(shù)據(jù)庫、試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、制動系統(tǒng)匹配計(jì)算系統(tǒng)、數(shù)據(jù)檢索及知識工程管理系統(tǒng)構(gòu)成；二期工程計(jì)劃將專業(yè)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、有限元分析軟件及制造工程分析軟件等專業(yè)工程分析軟件作為外部程序嵌入知識工程系統(tǒng)人機(jī)界面中，完成企業(yè)知識工程全面管理。

3.2 知識工程庫的基本架構(gòu)

3.2.1 基礎(chǔ)庫的構(gòu)建

公司組織內(nèi)部專家和外部支持，對公司現(xiàn)有知識成果（各種規(guī)則，規(guī)范，產(chǎn)品開發(fā)、工藝、生產(chǎn)質(zhì)量過程及成果數(shù)據(jù)等）按表1 和圖1 分類方法，構(gòu)建知識基礎(chǔ)庫主結(jié)構(gòu)（僅示出一級庫），如表2 所示。

表2 某制動系統(tǒng)公司知識工程一級數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

該階段工作主要將分散在個人或小團(tuán)隊(duì)的所有公司現(xiàn)有知識成果分類提煉，形成基礎(chǔ)知識成果庫，按照使用領(lǐng)域設(shè)立使用權(quán)限。

根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)定不定期的公司知識成果總結(jié)提煉活動，及時補(bǔ)充完善成果發(fā)布。

值得注意的是，在成果收集時必須組成超然的成果評價、檢討團(tuán)隊(duì)及機(jī)制，否則，不利于公司成果，尤其是教訓(xùn)成果的積累和挖掘。

3.2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)構(gòu)建

由于歷史的原因，該企業(yè)實(shí)驗(yàn)室大量關(guān)鍵設(shè)備數(shù)據(jù)只有基本曲線或特征數(shù)據(jù)結(jié)果輸出，大量原始數(shù)據(jù)沒有記錄保留，造成開發(fā)試驗(yàn)和質(zhì)量測試過程數(shù)據(jù)遺失。

對此設(shè)計(jì)了試驗(yàn)局域數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分析系統(tǒng)。將每臺試驗(yàn)設(shè)備產(chǎn)生的試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)數(shù)字采集系統(tǒng)實(shí)時記錄。建立了數(shù)據(jù)后臺處理系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)擬合等手段建立成熟產(chǎn)品性能擬合方程供內(nèi)部和主機(jī)廠系統(tǒng)匹配分析使用。解決了試驗(yàn)過程數(shù)據(jù)遺失問題和產(chǎn)品性能預(yù)測無基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累問題。

3.2.3 制動系統(tǒng)匹配計(jì)算系統(tǒng)構(gòu)建

根據(jù)文獻(xiàn)[16-28]體現(xiàn)的法規(guī)要求、設(shè)計(jì)思想、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及計(jì)算方法構(gòu)建制動系統(tǒng)匹配計(jì)算流程、計(jì)算內(nèi)容和計(jì)算程序。

該計(jì)算系統(tǒng)較好地解決了企業(yè)與主機(jī)廠同步開發(fā)問題。同時為企業(yè)產(chǎn)品型譜擴(kuò)展和平臺化提供了有力支持，節(jié)約了公司開發(fā)資源和開發(fā)周期，提升了企業(yè)外部形象和產(chǎn)品開發(fā)服務(wù)水平。

3.3 知識庫在制動系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用

3.3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用

將公司10 多年的開發(fā)、工藝及生產(chǎn)質(zhì)量等活動成果分類收集、提煉并電子化。有效地解決了公司實(shí)踐知識積累沉淀，清晰地勾畫出了企業(yè)知識脈絡(luò)，明確了知識工程積累方向，形成了企業(yè)知識成果基礎(chǔ)庫。

該數(shù)據(jù)庫的建立，方便了工程開發(fā)人員設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)、查閱、開發(fā)借鑒及開發(fā)管理，有效地縮短了開發(fā)周期和開發(fā)資源利用。同時，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的開發(fā)有效地遏制了企業(yè)知識成果的流失。

3.3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)應(yīng)用

將零散的只有硬質(zhì)輸出的試驗(yàn)內(nèi)容電子化，并有效地記錄了大量實(shí)驗(yàn)過程數(shù)據(jù)，為后臺分析經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)公式擬合提供了方便性。同時，由于積累了大量原始數(shù)據(jù)，對公司產(chǎn)品質(zhì)量畸變、質(zhì)量異常的關(guān)聯(lián)性分析及設(shè)計(jì)異變分析提供了有力支持。有效地節(jié)省了開發(fā)時間和開發(fā)失誤。

圖2 示出采集系統(tǒng)采集到的某鼓制動器需液量實(shí)驗(yàn)報(bào)告摘錄。

3.3.3 制動系統(tǒng)匹配計(jì)算系統(tǒng)應(yīng)用

規(guī)范了產(chǎn)品模擬計(jì)算流程和計(jì)算內(nèi)容。產(chǎn)品性能預(yù)測和系統(tǒng)匹配功能，實(shí)現(xiàn)了和主機(jī)廠同步開發(fā)；同時可以及時發(fā)現(xiàn)和評估系統(tǒng)性能匹配的合理性，減少了開發(fā)失誤，提高了和主機(jī)廠協(xié)作的力度，提升了企業(yè)的外部形象。

圖3 和圖4 分別示出利用該計(jì)算系統(tǒng)繪制的某車型制動系統(tǒng)制動力分配曲線和某型助力器特性預(yù)測曲線。

3.3.4 知識工程在某研究院的再實(shí)踐和應(yīng)用

通過知識工程的策劃及構(gòu)建實(shí)踐，積累了很好的產(chǎn)品應(yīng)用基礎(chǔ)知識、系統(tǒng)分析問題的能力及制動產(chǎn)品平臺規(guī)劃能力。同時通過在某研究院的再實(shí)踐，完善了制動系統(tǒng)的知識邏輯，并付諸實(shí)踐，形成了創(chuàng)新知識工程成果——“液壓制動系統(tǒng)真空助力器與制動主缸的優(yōu)化匹配”方法[15]和企業(yè)成果——“乘用車液壓制動系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南”。通過團(tuán)隊(duì)合作，應(yīng)用人機(jī)交互界面實(shí)現(xiàn)制動系統(tǒng)性能的模擬。

計(jì)算流程和傳統(tǒng)計(jì)算解決了方案集策劃，模擬系統(tǒng)解決了多方案比較等功能。通過在該研究院多款車型的開發(fā)實(shí)踐，該計(jì)算和模擬系統(tǒng)有效地解決了產(chǎn)品先期策劃和制動系統(tǒng)匹配分析功能。

圖5 示出模擬系統(tǒng)中某制動系統(tǒng)附著系數(shù)利用率模擬曲線。

4 結(jié)論

1）基于數(shù)據(jù)庫的知識工程，可以簡單有效地減少企業(yè)實(shí)踐知識的流失，實(shí)現(xiàn)企業(yè)知識循序漸進(jìn)式的積累進(jìn)而形成企業(yè)的Knowhow；

2）基于數(shù)據(jù)庫的知識工程可以有效地解決企業(yè)知識工程應(yīng)用與積累的矛盾；同時可以有效提升個人技術(shù)和知識積累水平，提升個人開發(fā)能力；

3）基于數(shù)據(jù)庫的知識工程，以較少的投入可以解決企業(yè)面臨的知識積累與發(fā)展的矛盾；

4）以數(shù)據(jù)庫形式收集積累公開的工程知識，結(jié)合企業(yè)實(shí)踐知識積累收集是建立企業(yè)知識工程的一條簡單而有效的途徑；

5）建議學(xué)界發(fā)揮基礎(chǔ)知識源豐富的優(yōu)勢，構(gòu)建開放式基礎(chǔ)專業(yè)知識庫，推動企業(yè)知識工程的快速發(fā)展；

6）基于數(shù)據(jù)庫的知識工程設(shè)計(jì)在企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)中的效用及個人業(yè)務(wù)能力提升方面取得了很好的成績，值得推廣。