關(guān) 瑛

（陜西科技大學(xué),西安,710021）

基于KBE技術(shù)和DFM技術(shù)的車身設(shè)計(jì)方法探究

關(guān) 瑛

（陜西科技大學(xué),西安,710021）

該課題論述了知識工程（KBE）和面向設(shè)計(jì)的含義及關(guān)鍵技術(shù)，并探討了DFM技術(shù)和KBE在車身設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。該課題結(jié)合知識工程(KBE)和面向制造設(shè)計(jì)(DFM)技術(shù)在 UG/NX 軟件平臺上設(shè)計(jì)了一種智能化車身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該設(shè)計(jì)方法提高了車身設(shè)計(jì)的效率和品質(zhì)。

車身設(shè)計(jì)；KBE；DFM;

1 知識工程(KBE)和面向制造設(shè)計(jì)(DFM)技術(shù)的簡介

面向制造設(shè)計(jì)(DFM)技術(shù)是并行工程的關(guān)鍵技術(shù)，DFM在設(shè)計(jì)階段已經(jīng)對下游制作環(huán)節(jié)的可行性問題作了充分的考慮。傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)屬于一種串行口設(shè)計(jì)過程，DFM與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)不同，它同時實(shí)施產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)兩個過程。

知識工程（KBE）：知識工程的主要任務(wù)是訪問某個領(lǐng)域的專家，以此來了解該領(lǐng)域的知識和這些專家的推理判斷思維，將所了解的知識編寫成可以用計(jì)算機(jī)可以表示的形式，如此一來計(jì)算機(jī)就可以對這些問題進(jìn)行推理、求解。KBE應(yīng)用到的技術(shù)有：CAD/ CAM/ CAE/ AI 技術(shù)。

2 KBE的核心技術(shù)

基于KBE方法的核心技術(shù)有設(shè)計(jì)描述、獲取知識、知識表達(dá)、知識利用、幾何推理、知識庫管理等。

2.1 設(shè)計(jì)描述

通過分析、創(chuàng)造、綜合來實(shí)現(xiàn)某種預(yù)期功能的活動過程。將設(shè)計(jì)由粗到細(xì)、由抽象到具體的工作過程，該設(shè)計(jì)是不斷修改完善的，使設(shè)計(jì)達(dá)到最佳效果。

2.2 獲取知識

通過數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)從專業(yè)人員、書本那里獲取有用的知識對其進(jìn)行篩選可重新利用的部分，將這部分知識轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的知識庫。建立完整的數(shù)據(jù)庫，保持?jǐn)?shù)據(jù)庫新舊知識的一致性、利用這些知識可以減少的設(shè)計(jì)時間，如此一來大大提高了設(shè)計(jì)的效率。

2.3 知識表達(dá)

將知識、事物、規(guī)則等采用合適的邏輯模式表示，在這種模式下將他們所對應(yīng)的物理地址映射并存儲到計(jì)算機(jī)里，計(jì)算機(jī)接收信號對其進(jìn)行識別等一系列操作。知識表達(dá)質(zhì)量的好壞關(guān)系到求解效率的高低，知識表示應(yīng)該符合人們的邏輯思維，并且易于在計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示。

2.4 利用知識

知識利用對知識進(jìn)行各種推理，以此來解決問題并能夠獲得新知識。知識推理是從已經(jīng)存在的知識中推理出某一系統(tǒng)需要的知識、結(jié)構(gòu)等。知識推理就是從已有的知識中推導(dǎo)出所需要的結(jié)論和知識。知識推理包括基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的推理、混合推理、基于模型的推理、基于規(guī)則的推理四種方式。

2.5 管理知識庫

將知識集合在一起存儲在知識庫中，知識庫實(shí)質(zhì)是知識與存

儲知識的場所兩部分內(nèi)容。知識庫系統(tǒng)是由硬件、軟件設(shè)計(jì)而成，將資源集合在一起，有相應(yīng)的技術(shù)人員對該系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)管理。

3 汽車車身的結(jié)構(gòu)

汽車與人們的生活息息相關(guān)，汽車的更新、用途、功能均與汽車車身有密切關(guān)聯(lián)。汽車車身為駕駛員駕駛以及乘客和貨物的容納提供了場所，駕駛車身包括剛硬的殼體以及艙壁空間結(jié)構(gòu)。汽車車身是汽車質(zhì)量和造價非常重要的組成部分，汽車車身主要包括三大類零件，分為結(jié)構(gòu)件、外覆蓋件、內(nèi)覆蓋件，其中外內(nèi)覆蓋件簡稱為覆蓋件。其中車身覆蓋件有以下特征：幾何尺寸比較大，一般的車身覆蓋件都屬于大型沖壓件，例如汽車車身側(cè)圍的投影面積大于三平米；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，車身覆蓋件曲線繁多、形狀多變、輪廓不規(guī)則，另外根據(jù)功能和美觀等實(shí)際需求，覆蓋件表面一般要設(shè)計(jì)出凹坑、凸臺和棱線等復(fù)雜局部結(jié)構(gòu)；對覆蓋件的尺寸精度、輪廓形狀、剛性等性能的質(zhì)量要求嚴(yán)謹(jǐn)。

4 基于知識工程(KBE)和面向制造設(shè)計(jì)(DFM)技術(shù)的車身設(shè)計(jì)

4.1 基于KBE、DFM的汽車車身的概念設(shè)計(jì)

將基于面向制造設(shè)計(jì)(DFM)技術(shù)的模擬分析過程CAE和基于知識工程(KBE)技術(shù)的智能化CAD建模過程進(jìn)行有效的集成，通過三維數(shù)字化模型實(shí)現(xiàn)這一系統(tǒng)的構(gòu)建。兩個系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，利用知識工程語言建立相應(yīng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型對象，并將其引用到CAE系統(tǒng)中，通過CAE系統(tǒng)的計(jì)算對車身模型進(jìn)行定量評價和優(yōu)化處理。在汽車的概念設(shè)計(jì)階段，利用KBE技術(shù)建立相應(yīng)的汽車模型，再用DFM技術(shù)對系統(tǒng)進(jìn)行沖壓成形性分析評價，兩者組合何以形成一個快速開發(fā)汽車車身產(chǎn)品的系統(tǒng)，它是以知識為驅(qū)動的，該系統(tǒng)可以把產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制作、分析知識融入到幾何模型的建立中,該系統(tǒng)將重復(fù)性的工作交由計(jì)算機(jī)完成。

4.2 基于KBE和DFM車身的具體設(shè)計(jì)

4.2.1 軟件開發(fā)環(huán)境

該系統(tǒng)使用的軟件系統(tǒng)是UGS公司的UG/NX。UG/NX 是一種CAD產(chǎn)品，在該環(huán)境下，可以模擬并驗(yàn)證產(chǎn)品的生產(chǎn)過程及其產(chǎn)品。這種開發(fā)平臺被分成內(nèi)部開發(fā)和開放性的二次開發(fā)兩個環(huán)境，汽車車身設(shè)計(jì)主要應(yīng)用的是開放性的二次開發(fā)環(huán)境。汽車結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，可以直接在UG/NX 環(huán)境下設(shè)計(jì)，或者是在其他軟下設(shè)計(jì)后通過UG/NX接口將其互相連接，UG/NX的接口設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)資源的共享。UG/NX可以提高開發(fā)質(zhì)量，減少開發(fā)所用時間。

4.2.2 汽車設(shè)計(jì)流程

設(shè)計(jì)時要對汽車車身進(jìn)行分區(qū)處理，針對各區(qū)域要建立相應(yīng)的幾何模型，幾何模型的建立是通過UG NX功能參數(shù)的設(shè)置來實(shí)現(xiàn)的。另外各區(qū)域之間是存在種種外部關(guān)聯(lián)，零件間這種外部關(guān)聯(lián)是通過UGWAVELINK方式表達(dá)實(shí)現(xiàn)的，如此一來保證了整個程序的連貫性和連續(xù)性。幾何模型文件在裝配結(jié)構(gòu)中被分以下五個層次：基本的幾何輸入；根據(jù)車身結(jié)構(gòu)，對其輸入進(jìn)行規(guī)劃性的管理、組織；在以上設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)各個區(qū)域自身的特殊要求，設(shè)計(jì)出每個區(qū)域模型必須的輸入集合；建立具體的模型結(jié)構(gòu)；建立表面結(jié)構(gòu)模型。這種由淺入深、有概括到具體的設(shè)計(jì)，方便于汽車設(shè)計(jì)人員日后的修改維護(hù)工作，他們可以從任意環(huán)節(jié)研究模型結(jié)構(gòu)。

4.2.3 覆蓋件的體系結(jié)構(gòu)

該課題以覆蓋件為例進(jìn)行了詳細(xì)論述，覆蓋件被劃分成以下幾大模塊，包括系統(tǒng)信息的維護(hù)和設(shè)計(jì)方案兩大模塊。覆蓋件的系統(tǒng)功能圖如圖1所示：

圖1 覆蓋件的系統(tǒng)功能圖

（1）方案設(shè)計(jì)模塊

該模塊根據(jù)用戶要求從現(xiàn)有的方案元庫中搜尋滿足功能需求的方案集。采用基于多色集合方案推理機(jī)制的方法。

（2）信息維護(hù)模塊

對系統(tǒng)運(yùn)行所必需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)。所要維護(hù)的數(shù)據(jù)包括方案元庫、顏色信息、約束矩陣、推理矩陣、沖壓規(guī)則數(shù)據(jù)庫、工藝知識數(shù)據(jù)庫幾部分。針對各模塊的具體要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5 總結(jié)

該課題的設(shè)計(jì)有效的利用了前人的知識及設(shè)計(jì)成果、專家經(jīng)驗(yàn)，提高了現(xiàn)代車身設(shè)計(jì)的效率和品質(zhì)，也降低了車身設(shè)計(jì)生產(chǎn)的成本，該設(shè)計(jì)具有很好的應(yīng)用前景。

靳春寧,胡平,陶海龍,丁祎,張向奎,郎志奎.基于知識工程及面向制造設(shè)計(jì)的車身部件設(shè)計(jì)方法和技術(shù)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2006,04:548-553

關(guān)瑛，女，1977.2 ，山西省太原市，講師，主要研究方向：工業(yè)設(shè)計(jì)

KBE technology and body design method based on DFM techniques

Guan Ying
(Shaanxi University of Science and Technology,Xi'an,710021)

This topic discusses the meaning and key technical knowledge engineering(KBE and designoriented,and explores the application of DFM technologies and KBE in the body design.The subject of combining knowledge engineering(KBE)and design-for-manufacturing(DFM)technology on UG/NX software platform designed an intelligent vehicle system architecture,the design method to improve the efficiency and quality of the body design.

body design;KBE;DFM