基于知识工程的摩托车设计
摘要：将一种新型的工程设计方法——基于知识的工程（KBE）技术应用于摩托车设计，建立基于知识工程的企业内部新车研发、数据验收标准，运用并行工程、同步设计技术、计算机辅助数字化设计技术进行摩托车设计。降低了开发成本，提高了效率，保证了产品品质。
关键词：基于知识的工程KBE 基于实例推理CBR 同步设计 企业内部开发标准
当前中国摩托车工业生产能力过剩，新产品开发能力不足。由于产品档次拉不开，大量同质不同厂产品市场竞争激烈，迫使新产品开发势头增强，但新产品开发是一项高投入、高风险，不一定能产生高回报的过程。它考验的是企业的项目管理能力，市场需求趋势调研能力，独立自主研制开发新产品的能力和市场切入、开发、保护的能力。新车开发要大胆立项，细致调查，科学管理，严格控制。如进行整车开发则涉及到各个供应商,如发动机、空滤器、车架、外覆盖件、灯具、减震器、蓄电池、锁具、电气开关等等，整个开发过程就是一个对各供应商资源的整合过程。项目管理者要有一个科学的系统，有效的网络，还要有强有力的资源整合能力，要不断的积累经验，逐渐形成一个标准开发程序。如下摩托车开发流程一例：
立项 市场趋势调研 确定开发平台（如代用车架、选装发动机、滤清器、蓄电池、各种留用件、标准件等） 概念设计，出效果图 制作1:1油泥模型车 数据采集（即三维测量）三维曲面逆向建模、产品结构设计 RP（快速成型）件制作、组装路试 数据优化，制作二维工程图设计完成，数据存档
基于知识的工程(KBE——Knowledge Based Engineering）是通过知识的驱动和繁衍对工程问题和任务提供最佳解决方案的计算机集成处理技术。它使用启发式的设计规则，将涵盖设计、装配和系统的开发。KBE系统存储产品的模型包含几何、非几何信息以及描述产品如何设计、分析和制造的工程准则。KBE系统中知识获取、知识表示和推理、知识库的建立是其关键所在。知识获取技术主要用于工程设计知识的获取，包括问题识别，知识的概念化和形式化，知识获取的实现和测试等阶段，反映了工程设计KBE系统获取知识的能力。知识表示是将解决问题所需的知识在计算机、手册等介质中的存储方式，要便于KBE系统调用和处理。知识库的建立是将通过各种途径获得的工程知识存储在KBE系统数据库中。
基于知识工程(KBE)的摩托车设计开发首要的是搜集摩托车工程设计制造知识并建立公司知识库。知识来源包括公司技术文档、工程设计人员的经验、科技论文、大学实验室等等。因为知识获取是一个不间断的过程，不可能一蹴而就，所以知识库建立将是一个不断完善的项目，要不停增加新技术、新工艺、新材料知识，改进旧知识，删除过时的东西（可能要备案）。
KBE系统知识根据推理方法可分为三类：基于规则的推理RBR（Rule-Based Reasoning）；基于模型的推理MBR（Model-Based Reasoning）；基于实例的推理CBR（Case-Based Reasoning）。基于以上分类方法我们可以建立三种知识库：A实例库B设计知识库C模型库。
A.实例库的模型是旧有产品（已往设计的摩托车车型）的设计过程和结果的数字化表达方式，既包含各车型的创建过程信息又包括其内在的产品信息，是产品的几何和非几何特征的参数化模型。开发过程中的经验教训，项目结束后的技术总结也应出现在实例库中，如无意外的话，公司以后的设计开发将在这些经验基础上进行。下面是基于实例推理的车架设计流程图一例：
B.设计知识库包含机动车设计必须遵守的各项法规制度（污染物排放、灯光装置、外部突出物设计规则等）和摩托车开发涉及到的多学科知识（如人体工程学、空气动力学、结构学、材料科学、模具设计、焊接技术等）。目的是将外部知识运用于摩托车开发领域，达到多学科设计团队（如设计、工艺、制造等部门）之间的知识共享。
C.模型库内建通用件、标准件数据库：如螺钉、弹簧卡片、各种垫片、标准牌照（也有一些国外的）的数字化模型。工程师可以随时随地调用，可避免重复设计。层次更高一点的话可以建立一些理论模型：如五十分位、九十分位三维人体（各关节可以活动，用以检验整车人机工程），动力学、静力学参数化分析模型（用以指导车架设计进行受力分析研究）等，这样可以达到事半功倍的效果。上面的摩托车开发流程例子就可归于模型库内。
随着计算机技术的发展，汽车、摩托车设计也走向了数字化。国内很多汽车、摩托车制造企业和设计公司实现了计算机辅助设计，从概念设计，模型扫描（又称抄数）、工程结构设计、动态模拟、CAE分析等全部或部分实现了数字化。这就使一些新技术可以在基于KBE系统的摩托车设计开发时得到较好的运用：
a)并行工程：在设计的最初阶段就考虑后续的生产制造、装配和检验、维护修理等环节（某些研究证明，虽然产品的设计费用大约只占总成本的5﹪左右，但是却决定了新产品总成本的70﹪～80﹪）。即在概念设计、制作油泥车阶段初步审核造型分块合理性、工艺成型性，并对它进行材料、装配顺序、安装方向（即或大体的脱模方向）初步定义和大致结构设计。
b)采用同步设计技术，各个相关部门工程技术人员通过共享服务器上的设计平台文档资料，同时设计机车各部分，各人对自己负责的设计部分有管理员权限，可以读写、更改、删除；而对其它工程师的设计部分只有调用、读取的权力。这样机车某一部分被更新以后，其相关部位的设计工程师几乎可以实时看到，随之对关联部位进行相应修改。通过对各部分虚拟装配来优化摩托车总体布置方案,如让车架与发动机更好的匹配起来,让整车更符合人机工程学概念。共享平台还可以让工艺、制造部门的人及时审核制造方案可行性。
这些新技术的应用可以提高工作效率，降低成本，提高设计可靠性，方案可行性。
基于KBE系统建立企业内部验收标准：
1.概念车公司内部工程人员初审：造型分块合理性、工艺成型性评定。
2.油泥模型车初检：参照摩托车相关技术法规、设计平台技术条件对模型车进行合理性评估：比如灯光装置的定位，外部突出物的曲率半径定义，前后车轮加挡泥、轮罩在车轮跳动转向时安全间隙是否足够或过大。运用人机工程学、空气动力学知识查验坐垫形态布置、脚踏高度、导流罩形态是否合理。
3.测量数据验收标准 ：A统一基准座标系，B 重叠处测量的点云要差异化处理，如分图层、分颜色、分为不同文件处理。
4.数字化模型验收标准：A曲面建模的准确性，即造型师的设计理念准确表达，主要由车型主设计师把关：B 车身曲面的质量检验，要求是CLASS A 曲面，其理论轮廓线一定要光顺平滑，曲面曲率均匀、连续，反射光、斜率在曲面上光形条纹要顺畅、均匀无拐点。数字曲面检验工具如高斯曲率、反射光、矢量斜率、截面梳妆线等，基本上每个著名的三维软件（UG、CATIA、PROE）都有。C 结构设计合理性，首先考虑生产线实际情况，排定整车装配顺序，各件或与车架固定或相互联接，做到生产可实现、车身件安装固定可靠、易损件维护简单方便。车架要有足够的强度、刚度和一定的柔韧性以达到其相应抵抗变形的能力，所以要对车架结构进行静态和动态应力分析，D虚拟装配（Virtual Assembly），其目的是检验相邻各件有无干涉，静态间隙是否合理，进行人机工程尺寸校核如座位高度，脚踏与座位的相对位置尺寸等。E 数字化动态模拟DMU（Digital Mock-Up Navigator）：其目的是检测前车把转向、前车轮（和安装在前减震上的前挡泥板）转向加跳动、后车轮（踏板车还包括发动机、空滤器、排气管等）跳动、主撑支架和侧支架转动时有无干涉情况。
5.二维工程图验收标准：A图面清晰，没有无关的曲面边界线，B尺寸标注清楚，较大的覆盖件使用车身坐标线辅助标注尺寸， C要标注材料规格牌号、成型工艺、表面质量要求、未注工艺圆角和公差等。
KBE系统的开发建立缩短了新车开发周期，提高了设计的效率，节省了大量资源，为新产品迅速推向市场奠定了坚实的基础。它还能使公司不因高技术员工退休或跳槽损失太多技术实力，为公司新进员工的培训提供了大量优秀素材，随着KBE系统的完善还能使公司开发、制造技术实力不断提高。
