基于數據庫的汽車制動系統知識工程設計與實現

惠文權 楊武雙 羅文杰

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院）

知識工程，即專家系統、基于知識的系統[1]，在國內汽車行業研究與實踐已經有10 余年了，取得了不少成果[1-15]。知識工程作為Knowhow已經越來越被企業所接受,但知識工程應用收益較小。如何構建及充分利用知識工程在國內自主汽車開發領域目前還是一個瓶頸。文章從實用的角度提出“基于數據庫的汽車制動系統知識工程”，并付諸實施，取得了較好的成果。

1 汽車企業知識工程

1.1 汽車企業知識的定義

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

1.2 汽車企業知識工程的功能

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

由于歷史和行業經營環境原因，汽車行業工程技術人員流失和斷代層比較嚴重；同時，企業對自身實踐活動中產生的知識認知不夠，導致企業實踐知識流失嚴重。為此，汽車企業知識工程功能應為：1）為企業開發、生產及經營等實踐活動提供指導；2）解決企業工程技術人員流失和斷層問題；3）解決企業工程人員專業技術及技能提升問題；4）解決企業實踐知識流失問題；5）提高企業開發、生產及經營等活動水平。

2 基于數據庫的知識工程基本架構

綜合文獻[1-17]論述及應用，一般的，一個完整的專家系統應包含5 個基本組成部分：知識庫、數據庫、推理機、解釋部分和知識獲取部分。一般的專家系統應具有咨詢、學習及教育功能。

知識工程活動主要涵蓋但不限于：基礎理論知識學習、開發行為指導、開發方案模擬和預測、產品優化設計及設計驗證經驗等。

具體知識分類方案，如表1 和圖1 所示。

表1 基于工程應用的知識分類

從表1 中可知，知識分類，按照縱向建立職能型數據庫主干即專家系統，包含產品開發數據庫、工藝開發數據庫、質量開發數據庫、技術管理數據庫、售后管理數據庫及數據庫維護管理規則庫等；按照橫向建立應用性知識子目錄及二級應用科目構建數據庫型知識工程體系基本架構；應用交互式人機界面組織管理數據庫，即常見的數據查詢、子功能調用和應用以及數據庫分級授權管理和遠程訪問管理等。

圖1 是典型的子項細化活動。此分類作為知識工程功能和架構的依據，較好地吻合了企業不同部門和不同職能間的數據針對性使用、使用權限及權限管理。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系到知識工程數據架構和使用的效率及方便性，因此，對于具體二級分類實踐中宜以企業實際情況和企業能力統籌設計定義，由簡到難漸次展開或確定，以突出企業特點為佳。

3 基于數據庫的制動系統知識工程構建及應用

3.1 某制動系統公司知識工程系統的策劃與建立

該知識工程建立的目的是解決企業工程技術人員流動帶來的開發能力下降及技術斷層問題；公司實踐知識流失嚴重問題及制動系統匹配計算問題。

該知識工程系統一期工程由產品開發數據庫、工藝開發數據庫、生產質量開發數據庫、試驗數據采集系統、制動系統匹配計算系統、數據檢索及知識工程管理系統構成；二期工程計劃將專業的產品數據管理系統、有限元分析軟件及制造工程分析軟件等專業工程分析軟件作為外部程序嵌入知識工程系統人機界面中，完成企業知識工程全面管理。

3.2 知識工程庫的基本架構

3.2.1 基礎庫的構建

公司組織內部專家和外部支持，對公司現有知識成果（各種規則，規范，產品開發、工藝、生產質量過程及成果數據等）按表1 和圖1 分類方法，構建知識基礎庫主結構（僅示出一級庫），如表2 所示。

表2 某制動系統公司知識工程一級數據結構

該階段工作主要將分散在個人或小團隊的所有公司現有知識成果分類提煉，形成基礎知識成果庫，按照使用領域設立使用權限。

根據實際情況，設定不定期的公司知識成果總結提煉活動，及時補充完善成果發布。

值得注意的是，在成果收集時必須組成超然的成果評價、檢討團隊及機制，否則，不利于公司成果，尤其是教訓成果的積累和挖掘。

3.2.2 試驗數據采集分析系統構建

由于歷史的原因，該企業實驗室大量關鍵設備數據只有基本曲線或特征數據結果輸出，大量原始數據沒有記錄保留，造成開發試驗和質量測試過程數據遺失。

對此設計了試驗局域數據采集系統分析系統。將每臺試驗設備產生的試驗數據通過數據數字采集系統實時記錄。建立了數據后臺處理系統，通過數據擬合等手段建立成熟產品性能擬合方程供內部和主機廠系統匹配分析使用。解決了試驗過程數據遺失問題和產品性能預測無基礎數據積累問題。

3.2.3 制動系統匹配計算系統構建

根據文獻[16-28]體現的法規要求、設計思想、經驗數據及計算方法構建制動系統匹配計算流程、計算內容和計算程序。

該計算系統較好地解決了企業與主機廠同步開發問題。同時為企業產品型譜擴展和平臺化提供了有力支持，節約了公司開發資源和開發周期，提升了企業外部形象和產品開發服務水平。

3.3 知識庫在制動系統產品開發中的應用

3.3.1 基礎數據庫應用

將公司10 多年的開發、工藝及生產質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踐知識積累沉淀，清晰地勾畫出了企業知識脈絡，明確了知識工程積累方向，形成了企業知識成果基礎庫。

該數據庫的建立，方便了工程開發人員設計學習、查閱、開發借鑒及開發管理，有效地縮短了開發周期和開發資源利用。同時，基礎數據庫的開發有效地遏制了企業知識成果的流失。

3.3.2 試驗數據采集分析系統應用

將零散的只有硬質輸出的試驗內容電子化，并有效地記錄了大量實驗過程數據，為后臺分析經驗和半經驗公式擬合提供了方便性。同時，由于積累了大量原始數據，對公司產品質量畸變、質量異常的關聯性分析及設計異變分析提供了有力支持。有效地節省了開發時間和開發失誤。

圖2 示出采集系統采集到的某鼓制動器需液量實驗報告摘錄。

3.3.3 制動系統匹配計算系統應用

規范了產品模擬計算流程和計算內容。產品性能預測和系統匹配功能，實現了和主機廠同步開發；同時可以及時發現和評估系統性能匹配的合理性，減少了開發失誤，提高了和主機廠協作的力度，提升了企業的外部形象。

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

3.3.4 知識工程在某研究院的再實踐和應用

通過知識工程的策劃及構建實踐，積累了很好的產品應用基礎知識、系統分析問題的能力及制動產品平臺規劃能力。同時通過在某研究院的再實踐，完善了制動系統的知識邏輯，并付諸實踐，形成了創新知識工程成果——“液壓制動系統真空助力器與制動主缸的優化匹配”方法[15]和企業成果——“乘用車液壓制動系統設計指南”。通過團隊合作，應用人機交互界面實現制動系統性能的模擬。

計算流程和傳統計算解決了方案集策劃，模擬系統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實踐，該計算和模擬系統有效地解決了產品先期策劃和制動系統匹配分析功能。

圖5 示出模擬系統中某制動系統附著系數利用率模擬曲線。

4 結論

1）基于數據庫的知識工程，可以簡單有效地減少企業實踐知識的流失，實現企業知識循序漸進式的積累進而形成企業的Knowhow；

2）基于數據庫的知識工程可以有效地解決企業知識工程應用與積累的矛盾；同時可以有效提升個人技術和知識積累水平，提升個人開發能力；

3）基于數據庫的知識工程，以較少的投入可以解決企業面臨的知識積累與發展的矛盾；

4）以數據庫形式收集積累公開的工程知識，結合企業實踐知識積累收集是建立企業知識工程的一條簡單而有效的途徑；

5）建議學界發揮基礎知識源豐富的優勢，構建開放式基礎專業知識庫，推動企業知識工程的快速發展；

6）基于數據庫的知識工程設計在企業產品開發中的效用及個人業務能力提升方面取得了很好的成績，值得推廣。