0、背景

改革開(kāi)放特別是入世以來(lái)，中國(guó)已成為名副其實(shí)的世界制造業(yè)大國(guó)。但隨著以美國(guó)為首的西方發(fā)達(dá)國(guó)家，先后發(fā)起以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0為代表的“再工業(yè)化”運(yùn)動(dòng)，我國(guó)制造業(yè)面臨越來(lái)越激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。

汽車產(chǎn)業(yè)一直都是我國(guó)制造業(yè)中的支柱產(chǎn)業(yè)，隨著國(guó)外豪華品牌的本土化進(jìn)程加快和像特斯拉這種新能源高科技企業(yè)在中國(guó)打開(kāi)市場(chǎng)，本土汽車企業(yè)的市場(chǎng)適應(yīng)能力面臨極大考驗(yàn)。為了提高企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的響應(yīng)能力，滿足用戶多樣化、個(gè)性化的需求，必須要縮短汽車設(shè)計(jì)研發(fā)周期，為此本文介紹KBE技術(shù)，并將其應(yīng)用到汽車零部件的研發(fā)設(shè)計(jì)中。

1、KBE的概念

1977年，費(fèi)根鮑姆正式提出知識(shí)工程（knowledge-basedEngineering）這一概念，也就是KBE系統(tǒng)。KBE的關(guān)鍵技術(shù)主要由知識(shí)獲取，知識(shí)表示和知識(shí)推理三部分組成。

知識(shí)獲取就是從人類專家獲取領(lǐng)域知識(shí)并將其轉(zhuǎn)化成知識(shí)庫(kù)；知識(shí)表示是利用計(jì)算機(jī)能夠接受并且進(jìn)行處理的符號(hào)和方式來(lái)表示人類在改造客觀世界中所獲得的知識(shí)；知識(shí)推理是整個(gè) KBE 系統(tǒng)處理領(lǐng)域知識(shí)的核心部分,決定如何選用廣義知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)，對(duì)用戶提供的證據(jù)進(jìn)行推理，最終對(duì)用戶提出的問(wèn)題做出回答或完成特定的動(dòng)作。經(jīng)典的知識(shí)推理模式主要有兩種：一種是基于規(guī)則的推理方法，一種是基于實(shí)例的推理，如圖1所示。


圖 1

2、零部件智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)

KBE技術(shù)誕生之后，很多國(guó)家在其開(kāi)發(fā)與應(yīng)用方面進(jìn)行了有效的實(shí)踐。例如福特汽車公司在英國(guó)的子公司—美洲虎汽車公司采用KBE 技術(shù)設(shè)計(jì)某車型發(fā)動(dòng)機(jī)蓋，設(shè)計(jì)時(shí)間由2個(gè)月減為2小時(shí)；空中客車公司在設(shè)計(jì)A340-600飛機(jī)機(jī)翼時(shí)，如用常規(guī)的CAD軟件和分析軟件，設(shè)計(jì)一個(gè)翼肋至少需要1天，僅對(duì)所有翼肋進(jìn)行一次設(shè)計(jì)需要1人花費(fèi)1年的時(shí)間，而采用KBE技術(shù)后，10個(gè)小時(shí)即可完成機(jī)翼的設(shè)計(jì)。上汽乘用車公司在該領(lǐng)域也進(jìn)行了一些探索，建立了一套零部件智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)，下面介紹該系統(tǒng)的基本原理。

由于整車開(kāi)發(fā)流程中大部分零部件的設(shè)計(jì)都是在原有設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行的，上汽乘用車公司經(jīng)過(guò)數(shù)十年的知識(shí)積累，各個(gè)零部件已經(jīng)基本形成了基于專家經(jīng)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)流程。所以，該系統(tǒng)首先進(jìn)行了產(chǎn)品的參數(shù)化建模，建立各零件不同結(jié)構(gòu)方案的知識(shí)模板，構(gòu)建產(chǎn)品模型庫(kù)。

在構(gòu)建完產(chǎn)品模型庫(kù)之后，需要建立知識(shí)復(fù)用的組件，一個(gè)組件可以看做一個(gè)獨(dú)立模塊，提供一組公共的功能。該系統(tǒng)采用Catia軟件作為參數(shù)化設(shè)計(jì)工具，使用動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)語(yǔ)言和CAA開(kāi)發(fā)語(yǔ)言進(jìn)行組件開(kāi)發(fā)，采用Socket通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)參數(shù)在網(wǎng)頁(yè)和后端產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)的遠(yuǎn)程傳遞。另外，系統(tǒng)還集成了CatiaCAE分析工具，可以對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析驗(yàn)證。如圖2所示，以前副車架為例，展示了組件模塊和動(dòng)態(tài)頁(yè)面。


圖 2

前副車架作為主要的底盤結(jié)構(gòu)件，主要由半幅本體、左右縱梁，前橫梁和中塔等部件組成，如果使用傳統(tǒng)的Catia建模軟件建模，則需要從硬點(diǎn)開(kāi)始通過(guò)草圖和構(gòu)面的方式逐步形成理想方案，然后交給CAE分析工程師進(jìn)行有限元建模和分析，不斷進(jìn)行優(yōu)化迭代，耗時(shí)較長(zhǎng)。圖3和圖4分別展示了本系統(tǒng)中前副車架的設(shè)計(jì)流程和工程師具體的應(yīng)用場(chǎng)景，從確定邊界到有限元性能分析驗(yàn)證，系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)基于知識(shí)復(fù)用的CAD\CAE集成設(shè)計(jì)，極大的提高了效率。


圖3

圖4

3、小結(jié)

汽車產(chǎn)業(yè)是整個(gè)制造業(yè)的縮影，就制造產(chǎn)業(yè)來(lái)看，KBE知識(shí)工程已經(jīng)成為未來(lái)整個(gè)數(shù)字化、智能化制造的發(fā)展方向，將以往成功的產(chǎn)品進(jìn)行分類，建立實(shí)例庫(kù)，以備設(shè)計(jì)時(shí)借鑒和重用，可以極大的提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率，其廣闊的應(yīng)用前景會(huì)給未來(lái)的工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)更多的方便快捷。