基于KBE技術和DFM技術的車身設計方法探究

關 瑛

（陜西科技大學,西安,710021）

基于KBE技術和DFM技術的車身設計方法探究

關 瑛

（陜西科技大學,西安,710021）

該課題論述了知識工程（KBE）和面向設計的含義及關鍵技術，并探討了DFM技術和KBE在車身設計中的應用。該課題結合知識工程(KBE)和面向制造設計(DFM)技術在 UG/NX 軟件平臺上設計了一種智能化車身系統結構，該設計方法提高了車身設計的效率和品質。

車身設計；KBE；DFM;

1 知識工程(KBE)和面向制造設計(DFM)技術的簡介

面向制造設計(DFM)技術是并行工程的關鍵技術，DFM在設計階段已經對下游制作環節的可行性問題作了充分的考慮。傳統產品設計屬于一種串行口設計過程，DFM與傳統設計不同，它同時實施產品設計與工藝設計實現兩個過程。

知識工程（KBE）：知識工程的主要任務是訪問某個領域的專家，以此來了解該領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算機可以表示的形式，如此一來計算機就可以對這些問題進行推理、求解。KBE應用到的技術有：CAD/ CAM/ CAE/ AI 技術。

2 KBE的核心技術

基于KBE方法的核心技術有設計描述、獲取知識、知識表達、知識利用、幾何推理、知識庫管理等。

2.1 設計描述

通過分析、創造、綜合來實現某種預期功能的活動過程。將設計由粗到細、由抽象到具體的工作過程，該設計是不斷修改完善的，使設計達到最佳效果。

2.2 獲取知識

通過數據挖掘等技術從專業人員、書本那里獲取有用的知識對其進行篩選可重新利用的部分，將這部分知識轉化為相應的知識庫。建立完整的數據庫，保持數據庫新舊知識的一致性、利用這些知識可以減少的設計時間，如此一來大大提高了設計的效率。

2.3 知識表達

將知識、事物、規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的物理地址映射并存儲到計算機里，計算機接收信號對其進行識別等一系列操作。知識表達質量的好壞關系到求解效率的高低，知識表示應該符合人們的邏輯思維，并且易于在計算機內部表示。

2.4 利用知識

知識利用對知識進行各種推理，以此來解決問題并能夠獲得新知識。知識推理是從已經存在的知識中推理出某一系統需要的知識、結構等。知識推理就是從已有的知識中推導出所需要的結論和知識。知識推理包括基于人工神經網絡的推理、混合推理、基于模型的推理、基于規則的推理四種方式。

2.5 管理知識庫

將知識集合在一起存儲在知識庫中，知識庫實質是知識與存

儲知識的場所兩部分內容。知識庫系統是由硬件、軟件設計而成，將資源集合在一起，有相應的技術人員對該系統進行維護管理。

3 汽車車身的結構

汽車與人們的生活息息相關，汽車的更新、用途、功能均與汽車車身有密切關聯。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構。汽車車身是汽車質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，分為結構件、外覆蓋件、內覆蓋件，其中外內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，例如汽車車身側圍的投影面積大于三平米；結構復雜，車身覆蓋件曲線繁多、形狀多變、輪廓不規則，另外根據功能和美觀等實際需求，覆蓋件表面一般要設計出凹坑、凸臺和棱線等復雜局部結構；對覆蓋件的尺寸精度、輪廓形狀、剛性等性能的質量要求嚴謹。

4 基于知識工程(KBE)和面向制造設計(DFM)技術的車身設計

4.1 基于KBE、DFM的汽車車身的概念設計

將基于面向制造設計(DFM)技術的模擬分析過程CAE和基于知識工程(KBE)技術的智能化CAD建模過程進行有效的集成，通過三維數字化模型實現這一系統的構建。兩個系統之間進行數據通訊，利用知識工程語言建立相應的產品設計模型對象，并將其引用到CAE系統中，通過CAE系統的計算對車身模型進行定量評價和優化處理。在汽車的概念設計階段，利用KBE技術建立相應的汽車模型，再用DFM技術對系統進行沖壓成形性分析評價，兩者組合何以形成一個快速開發汽車車身產品的系統，它是以知識為驅動的，該系統可以把產品設計、制作、分析知識融入到幾何模型的建立中,該系統將重復性的工作交由計算機完成。

4.2 基于KBE和DFM車身的具體設計

4.2.1 軟件開發環境

該系統使用的軟件系統是UGS公司的UG/NX。UG/NX 是一種CAD產品，在該環境下，可以模擬并驗證產品的生產過程及其產品。這種開發平臺被分成內部開發和開放性的二次開發兩個環境，汽車車身設計主要應用的是開放性的二次開發環境。汽車結構復雜多樣，可以直接在UG/NX 環境下設計，或者是在其他軟下設計后通過UG/NX接口將其互相連接，UG/NX的接口設計可以實現資源的共享。UG/NX可以提高開發質量，減少開發所用時間。

4.2.2 汽車設計流程

設計時要對汽車車身進行分區處理，針對各區域要建立相應的幾何模型，幾何模型的建立是通過UG NX功能參數的設置來實現的。另外各區域之間是存在種種外部關聯，零件間這種外部關聯是通過UGWAVELINK方式表達實現的，如此一來保證了整個程序的連貫性和連續性。幾何模型文件在裝配結構中被分以下五個層次：基本的幾何輸入；根據車身結構，對其輸入進行規劃性的管理、組織；在以上設計的基礎上，根據各個區域自身的特殊要求，設計出每個區域模型必須的輸入集合；建立具體的模型結構；建立表面結構模型。這種由淺入深、有概括到具體的設計，方便于汽車設計人員日后的修改維護工作，他們可以從任意環節研究模型結構。

4.2.3 覆蓋件的體系結構

該課題以覆蓋件為例進行了詳細論述，覆蓋件被劃分成以下幾大模塊，包括系統信息的維護和設計方案兩大模塊。覆蓋件的系統功能圖如圖1所示：

圖1 覆蓋件的系統功能圖

（1）方案設計模塊

該模塊根據用戶要求從現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制的方法。

（2）信息維護模塊

對系統運行所必需的基礎數據進行維護。所要維護的數據包括方案元庫、顏色信息、約束矩陣、推理矩陣、沖壓規則數據庫、工藝知識數據庫幾部分。針對各模塊的具體要求進行設計。

5 總結

該課題的設計有效的利用了前人的知識及設計成果、專家經驗，提高了現代車身設計的效率和品質，也降低了車身設計生產的成本，該設計具有很好的應用前景。

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計的車身部件設計方法和技術[J].吉林大學學報(工學版),2006,04:548-553

關瑛，女，1977.2 ，山西省太原市，講師，主要研究方向：工業設計

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