傳統(tǒng)的客車總布置系統(tǒng)與基于知識工程的客車虛擬總布置系統(tǒng)對比

李飛

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各種輔助設(shè)計(jì)軟件的開發(fā)，知識工程利用計(jì)算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)平臺將設(shè)計(jì)開發(fā)更趨于自動化。知識工程是以知識為前提的工程，是一種用智能軟件代替專家進(jìn)行工作的系統(tǒng)。本文分析了傳統(tǒng)的客車總布置系統(tǒng)與基于知識工程的客車虛擬總布置系統(tǒng)，對比得知，基于知識工程的客車虛擬總布置系統(tǒng)，可提高客車總體設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，可滿足對客車系列化的開發(fā)需求。

關(guān)鍵詞：知識工程；客車虛擬；總布置系統(tǒng)；對比

中圖分類號： U469 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）13-134-2

0 引言

總布置在汽車設(shè)計(jì)中是一項(xiàng)非常重要、非常復(fù)雜的設(shè)計(jì)過程，總布置設(shè)計(jì)的好壞，直接關(guān)系到車身上各個(gè)零部件、總成件的連接關(guān)系、搭接間隙、是否存在干涉、是否符合設(shè)計(jì)要求和法律規(guī)定，對產(chǎn)品質(zhì)量和開發(fā)周期起著至關(guān)重要的作用。本文就客車總布置系統(tǒng)的傳統(tǒng)流程及基于知識工程的虛擬總布置系統(tǒng)進(jìn)行簡單的對比，進(jìn)而可知知識工程對于客車總布置系統(tǒng)的重要性。

1 客車總布置系統(tǒng)的傳統(tǒng)流程

1.1 競爭車型對比研究

在新產(chǎn)品開發(fā)之前，首先要選擇一些客車的競爭品牌，進(jìn)行廣泛對比，為新產(chǎn)品在未來市場上的精準(zhǔn)定位奠定基礎(chǔ)。

1.2 編制設(shè)計(jì)任務(wù)書

客車設(shè)計(jì)任務(wù)書即為客車設(shè)計(jì)說明書，是設(shè)計(jì)人員依據(jù)市場需求和生產(chǎn)現(xiàn)狀，對客車的設(shè)計(jì)項(xiàng)目提出的具體任務(wù)和技術(shù)指標(biāo)，主要包含技術(shù)原理、結(jié)構(gòu)功能、技術(shù)參數(shù)、用途范圍和使用要求等。其主要作用是全面闡述新產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路，向后續(xù)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)部門明確產(chǎn)品必須達(dá)到的基本目標(biāo)，以保證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理性和質(zhì)量可靠性。

1.3 造型工程可行性分析

對比標(biāo)桿、設(shè)計(jì)任務(wù)書完成后便進(jìn)入造型工程可行性分析階段，此階段的主要任務(wù)是通過制作小比例油泥模型，對外觀評審?fù)瓿珊螅僦谱?：1油泥模型，此過程需要進(jìn)行多次總布置驗(yàn)證，多方面驗(yàn)證造型的可行性。這個(gè)階段費(fèi)時(shí)最長，一般需要1年左右的時(shí)間，且不包含后期從設(shè)計(jì)到量產(chǎn)階段伴隨的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和不斷的修改的設(shè)計(jì)改進(jìn)的時(shí)間。

1.4 人機(jī)工程設(shè)計(jì)及校核

此階段主要是從人體姿態(tài)角度、座椅使用舒適性、內(nèi)部空間尺寸的合理性等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核，以人為中心，通過測量分析人體的尺寸，研究驗(yàn)證車內(nèi)空間布置和設(shè)備，使客車適應(yīng)人的需要，設(shè)計(jì)一個(gè)最佳的人-車-環(huán)境系統(tǒng)。

1.5 法規(guī)符合性校核

客車生產(chǎn)和銷售必須滿足銷售區(qū)域的汽車法規(guī)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，中國有汽車相關(guān)的國標(biāo)GB、國家推薦GB/T、汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T，出口到國外的還需要符合當(dāng)?shù)氐姆ㄒ?guī)標(biāo)準(zhǔn)和國家政策，還要遵守質(zhì)量缺陷召回制度。

1.6 性能計(jì)算、硬點(diǎn)確定以及總布置圖繪制

客車的設(shè)計(jì)任務(wù)書確定后，還要根據(jù)結(jié)構(gòu)變化重新計(jì)算動力性、軸荷分配、轉(zhuǎn)彎直徑和燃油經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)車身的邊界條件和各總成的布置要求確定布置硬點(diǎn)， 硬點(diǎn)確定后繪制整車總布置圖。

2 知識工程的引入

知識工程，簡稱KBE ，其概念是美國斯坦福大學(xué)教授1977在第五屆國際人工智能會議上提出的，從20世紀(jì)90年代開始，知識工程技術(shù)被工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。最初主要是用類似CAD的軟件設(shè)計(jì)飛機(jī)沖壓件，其實(shí)是把專業(yè)領(lǐng)域方面的知識，還有一些歷史資料、參數(shù)等相互結(jié)合，并與三維的設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行結(jié)合，共同應(yīng)用到設(shè)計(jì)當(dāng)中，使得所涉及的產(chǎn)品能夠趨于智能化，并且在此過程當(dāng)中，知識得到了積累和更新，使得知識得以保存。

知識工程的客車虛擬總布置設(shè)計(jì)KBE系統(tǒng)是吸取了大量客車設(shè)計(jì)過程當(dāng)中的經(jīng)驗(yàn)、知識、標(biāo)準(zhǔn)和一些成功的案例，模仿專家技術(shù)團(tuán)隊(duì)的思想以三維的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)施，從而形成了客車虛擬總布置系統(tǒng)，這種系統(tǒng)能夠做到總體設(shè)計(jì)參數(shù)，總布置方案，總體選擇，從而得到滿足設(shè)計(jì)要求的客車的總體布置圖及效果。

3 知識工程的設(shè)計(jì)理念

KBE是繼承一些專家所積攢的知識、經(jīng)驗(yàn)等的再次利用，是一種知識的重復(fù)利用，把以往CAD等技術(shù)的知識應(yīng)用到人工智能化和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)。KBE在知識獲取、知識的表示、知識庫三方面最為突出。

3.1 知識獲取

知識獲取是知識工程研究的核心問題，它將一些研究的知識、經(jīng)驗(yàn)跟公知常識相結(jié)合，從中進(jìn)行選取、分類，梳理成一套完整的信息、知識體系，為今后的系統(tǒng)應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)?？蛙嚨能嚿沓艘路f的外觀，最重要的是安全可靠的行駛，這就需要知識工程獲取關(guān)于車身材料、制造工藝要求、空氣動力學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、競爭對手的產(chǎn)品、專家小組的評審建議等等一些相關(guān)的知識。

3.2 知識的表示

知識表示是為了方便運(yùn)用和掌握知識而設(shè)立的，在客車虛擬總布置系統(tǒng)設(shè)計(jì)中經(jīng)常會采用兩種方式。一種是根據(jù)規(guī)則進(jìn)行推理；另一種是根據(jù)實(shí)例進(jìn)行推理。

第一種方式所依據(jù)的是事件的因果關(guān)系。第二種方式是利用類比推理的方法，將所得的問題跟實(shí)例進(jìn)行對比，如果相似度在規(guī)定的范圍內(nèi)，可以使用同樣的方法解決這類問題。

3.3 知識庫

知識庫顧名思義是用來儲存知識的地方，這些知識可能包括多方面的：理論性的、經(jīng)驗(yàn)性的、實(shí)例性的等等。知識庫從一些機(jī)構(gòu)獲取知識，同時(shí)為推理提供知識，它們之間是相互聯(lián)系的，不可分割的。進(jìn)行客車虛擬總布置系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，將以往客車設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)作為開頭，再融入新思路，新技術(shù)，這樣既包含了以前的知識、經(jīng)驗(yàn)、數(shù)據(jù)等，同時(shí)又包含創(chuàng)新技術(shù)。知識庫種類有很多，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況合理的選擇。

4 客車虛擬總布置

基于知識工程的客車虛擬總布置系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析平臺是要為客車的實(shí)際生產(chǎn)建立一套基于總布置系統(tǒng)設(shè)計(jì)的專用工具，在功能上滿足需求。

4.1 客車虛擬總布置系統(tǒng)工作步驟

首先打開系統(tǒng)，保證系統(tǒng)是在開啟的狀態(tài)下，在主頁面當(dāng)中我們可以選擇四大模塊，分別為添加、刪除、維護(hù)的知識庫管理和維護(hù)模塊，用以布置駕駛區(qū)、例如座椅的安裝位置、儀表板的放置位置、方向盤的擺放等的駕駛區(qū)布置模塊；其次是車身內(nèi)乘客區(qū)模塊的布置，主要是布置座椅的數(shù)量、空調(diào)的擺放、安裝位置等；最后一個(gè)模塊式參數(shù)調(diào)校模塊，主要是在原始數(shù)據(jù)傳入后，系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并從原始的知識庫中尋找類似的數(shù)據(jù)，進(jìn)而進(jìn)行參數(shù)化修改，完成對所有零件參數(shù)的微調(diào)及校準(zhǔn)。并依據(jù)國家或行業(yè)、企業(yè)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將不合適的零件進(jìn)行調(diào)整或修改，保證所有參數(shù)的正確性。

4.2 計(jì)算客車虛擬總布置系統(tǒng)

我們要把客車的總體參數(shù)，以及車身的基本參數(shù)輸入到計(jì)算表中，經(jīng)過多次的計(jì)算，將結(jié)果做成三維虛擬裝配，對零部件進(jìn)行虛擬裝配和干涉檢驗(yàn)，并對主要受力件進(jìn)行性能分析，最后得出客車的總布置結(jié)果，確定一個(gè)合理的結(jié)果。

5 對比

傳統(tǒng)的客車總布置系統(tǒng)技術(shù)主要是依賴軟件進(jìn)行繪圖，僅僅將設(shè)計(jì)人員從手工繪圖中解救出來，軟件起到的作用是為常規(guī)設(shè)計(jì)提供某些幫助和支持，但不能對設(shè)計(jì)工程師的思維活動提供有效的幫助；知識工程的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的自動化和智能化、并行化，有效地提高了客車生產(chǎn)能力以及產(chǎn)品更新?lián)Q代的車身開發(fā)能力，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低設(shè)計(jì)成本，使產(chǎn)品最大限度系列化，提高了企業(yè)生產(chǎn)效率，增加了產(chǎn)品市場競爭力。

6 結(jié)語

總布置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直接決定了后期產(chǎn)品的制造問題，傳統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代客車產(chǎn)品的開發(fā)需要，KBE功能為客車設(shè)計(jì)提供了非常快捷的技術(shù)手段，順應(yīng)了設(shè)計(jì)需求，展現(xiàn)了其強(qiáng)大的應(yīng)用前景。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 羅海玉.參數(shù)化設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵技術(shù)[J].甘肅科技縱橫，

2003，32（5）：23-25.

[2] 陳明星，沈蔭紅.CATIA環(huán)境下基于知識的機(jī)械產(chǎn)品參數(shù)化造型設(shè)計(jì)研究[J].機(jī)械，2003，30（6）：57-59.

[3] 胡運(yùn)發(fā)，數(shù)據(jù)與知識工程導(dǎo)論[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.4

[4] 王智明，楊旭，平海濤.知識工程及專家系統(tǒng)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006：34-36.

[5] 李學(xué)志，李若松.CATIA實(shí)用教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004：223-226.