傳統的客車總布置系統與基于知識工程的客車虛擬總布置系統對比

李飛

摘 要：隨著科學技術的進步，各種輔助設計軟件的開發，知識工程利用計算機或網絡平臺將設計開發更趨于自動化。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行工作的系統。本文分析了傳統的客車總布置系統與基于知識工程的客車虛擬總布置系統，對比得知，基于知識工程的客車虛擬總布置系統，可提高客車總體設計的效率和質量，可滿足對客車系列化的開發需求。

關鍵詞：知識工程；客車虛擬；總布置系統；對比

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

0 引言

總布置在汽車設計中是一項非常重要、非常復雜的設計過程，總布置設計的好壞，直接關系到車身上各個零部件、總成件的連接關系、搭接間隙、是否存在干涉、是否符合設計要求和法律規定，對產品質量和開發周期起著至關重要的作用。本文就客車總布置系統的傳統流程及基于知識工程的虛擬總布置系統進行簡單的對比，進而可知知識工程對于客車總布置系統的重要性。

1 客車總布置系統的傳統流程

1.1 競爭車型對比研究

在新產品開發之前，首先要選擇一些客車的競爭品牌，進行廣泛對比，為新產品在未來市場上的精準定位奠定基礎。

1.2 編制設計任務書

客車設計任務書即為客車設計說明書，是設計人員依據市場需求和生產現狀，對客車的設計項目提出的具體任務和技術指標，主要包含技術原理、結構功能、技術參數、用途范圍和使用要求等。其主要作用是全面闡述新產品設計思路，向后續設計、生產部門明確產品必須達到的基本目標，以保證產品結構合理性和質量可靠性。

1.3 造型工程可行性分析

對比標桿、設計任務書完成后便進入造型工程可行性分析階段，此階段的主要任務是通過制作小比例油泥模型，對外觀評審完成后，再制作1：1油泥模型，此過程需要進行多次總布置驗證，多方面驗證造型的可行性。這個階段費時最長，一般需要1年左右的時間，且不包含后期從設計到量產階段伴隨的設計、試驗和不斷的修改的設計改進的時間。

1.4 人機工程設計及校核

此階段主要是從人體姿態角度、座椅使用舒適性、內部空間尺寸的合理性等方面進行設計和校核，以人為中心，通過測量分析人體的尺寸，研究驗證車內空間布置和設備，使客車適應人的需要，設計一個最佳的人-車-環境系統。

1.5 法規符合性校核

客車生產和銷售必須滿足銷售區域的汽車法規和相關產業政策，中國有汽車相關的國標GB、國家推薦GB/T、汽車行業標準QC/T，出口到國外的還需要符合當地的法規標準和國家政策，還要遵守質量缺陷召回制度。

1.6 性能計算、硬點確定以及總布置圖繪制

客車的設計任務書確定后，還要根據結構變化重新計算動力性、軸荷分配、轉彎直徑和燃油經濟性。根據車身的邊界條件和各總成的布置要求確定布置硬點， 硬點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教授1977在第五屆國際人工智能會議上提出的，從20世紀90年代開始，知識工程技術被工業領域廣泛應用。最初主要是用類似CAD的軟件設計飛機沖壓件，其實是把專業領域方面的知識，還有一些歷史資料、參數等相互結合，并與三維的設計軟件進行結合，共同應用到設計當中，使得所涉及的產品能夠趨于智能化，并且在此過程當中，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計KBE系統是吸取了大量客車設計過程當中的經驗、知識、標準和一些成功的案例，模仿專家技術團隊的思想以三維的方法進行設計實施，從而形成了客車虛擬總布置系統，這種系統能夠做到總體設計參數，總布置方案，總體選擇，從而得到滿足設計要求的客車的總體布置圖及效果。

3 知識工程的設計理念

KBE是繼承一些專家所積攢的知識、經驗等的再次利用，是一種知識的重復利用，把以往CAD等技術的知識應用到人工智能化和數據挖掘技術。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、經驗跟公知常識相結合，從中進行選取、分類，梳理成一套完整的信息、知識體系，為今后的系統應用奠定了良好的基礎。客車的車身除了要新穎的外觀，最重要的是安全可靠的行駛，這就需要知識工程獲取關于車身材料、制造工藝要求、空氣動力學、人機工程學、競爭對手的產品、專家小組的評審建議等等一些相關的知識。

3.2 知識的表示

知識表示是為了方便運用和掌握知識而設立的，在客車虛擬總布置系統設計中經常會采用兩種方式。一種是根據規則進行推理；另一種是根據實例進行推理。

第一種方式所依據的是事件的因果關系。第二種方式是利用類比推理的方法，將所得的問題跟實例進行對比，如果相似度在規定的范圍內，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、經驗性的、實例性的等等。知識庫從一些機構獲取知識，同時為推理提供知識，它們之間是相互聯系的，不可分割的。進行客車虛擬總布置系統設計時，將以往客車設計結構作為開頭，再融入新思路，新技術，這樣既包含了以前的知識、經驗、數據等，同時又包含創新技術。知識庫種類有很多，應該根據實際情況合理的選擇。

4 客車虛擬總布置

基于知識工程的客車虛擬總布置系統設計與分析平臺是要為客車的實際生產建立一套基于總布置系統設計的專用工具，在功能上滿足需求。

4.1 客車虛擬總布置系統工作步驟

首先打開系統，保證系統是在開啟的狀態下，在主頁面當中我們可以選擇四大模塊，分別為添加、刪除、維護的知識庫管理和維護模塊，用以布置駕駛區、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布置模塊；其次是車身內乘客區模塊的布置，主要是布置座椅的數量、空調的擺放、安裝位置等；最后一個模塊式參數調校模塊，主要是在原始數據傳入后，系統進行數據處理，并從原始的知識庫中尋找類似的數據，進而進行參數化修改，完成對所有零件參數的微調及校準。并依據國家或行業、企業內相關標準將不合適的零件進行調整或修改，保證所有參數的正確性。

4.2 計算客車虛擬總布置系統

我們要把客車的總體參數，以及車身的基本參數輸入到計算表中，經過多次的計算，將結果做成三維虛擬裝配，對零部件進行虛擬裝配和干涉檢驗，并對主要受力件進行性能分析，最后得出客車的總布置結果，確定一個合理的結果。

5 對比

傳統的客車總布置系統技術主要是依賴軟件進行繪圖，僅僅將設計人員從手工繪圖中解救出來，軟件起到的作用是為常規設計提供某些幫助和支持，但不能對設計工程師的思維活動提供有效的幫助；知識工程的應用實現了設計的自動化和智能化、并行化，有效地提高了客車生產能力以及產品更新換代的車身開發能力，縮短了產品開發周期，提高設計質量，降低設計成本，使產品最大限度系列化，提高了企業生產效率，增加了產品市場競爭力。

6 結語

總布置系統的設計直接決定了后期產品的制造問題，傳統技術已經不能滿足現代客車產品的開發需要，KBE功能為客車設計提供了非常快捷的技術手段，順應了設計需求，展現了其強大的應用前景。

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