基于KBE技术和DFM技术的车身设计方法探究

关 瑛

（陕西科技大学,西安,710021）

基于KBE技术和DFM技术的车身设计方法探究

关 瑛

（陕西科技大学,西安,710021）

该课题论述了知识工程（KBE）和面向设计的含义及关键技术，并探讨了DFM技术和KBE在车身设计中的应用。该课题结合知识工程(KBE)和面向制造设计(DFM)技术在 UG/NX 软件平台上设计了一种智能化车身系统结构，该设计方法提高了车身设计的效率和品质。

车身设计；KBE；DFM;

1 知识工程(KBE)和面向制造设计(DFM)技术的简介

面向制造设计(DFM)技术是并行工程的关键技术，DFM在设计阶段已经对下游制作环节的可行性问题作了充分的考虑。传统产品设计属于一种串行口设计过程，DFM与传统设计不同，它同时实施产品设计与工艺设计实现两个过程。

知识工程（KBE）：知识工程的主要任务是访问某个领域的专家，以此来了解该领域的知识和这些专家的推理判断思维，将所了解的知识编写成可以用计算机可以表示的形式，如此一来计算机就可以对这些问题进行推理、求解。KBE应用到的技术有：CAD/ CAM/ CAE/ AI 技术。

2 KBE的核心技术

基于KBE方法的核心技术有设计描述、获取知识、知识表达、知识利用、几何推理、知识库管理等。

2.1 设计描述

通过分析、创造、综合来实现某种预期功能的活动过程。将设计由粗到细、由抽象到具体的工作过程，该设计是不断修改完善的，使设计达到最佳效果。

2.2 获取知识

通过数据挖掘等技术从专业人员、书本那里获取有用的知识对其进行筛选可重新利用的部分，将这部分知识转化为相应的知识库。建立完整的数据库，保持数据库新旧知识的一致性、利用这些知识可以减少的设计时间，如此一来大大提高了设计的效率。

2.3 知识表达

将知识、事物、规则等采用合适的逻辑模式表示，在这种模式下将他们所对应的物理地址映射并存储到计算机里，计算机接收信号对其进行识别等一系列操作。知识表达质量的好坏关系到求解效率的高低，知识表示应该符合人们的逻辑思维，并且易于在计算机内部表示。

2.4 利用知识

知识利用对知识进行各种推理，以此来解决问题并能够获得新知识。知识推理是从已经存在的知识中推理出某一系统需要的知识、结构等。知识推理就是从已有的知识中推导出所需要的结论和知识。知识推理包括基于人工神经网络的推理、混合推理、基于模型的推理、基于规则的推理四种方式。

2.5 管理知识库

将知识集合在一起存储在知识库中，知识库实质是知识与存

储知识的场所两部分内容。知识库系统是由硬件、软件设计而成，将资源集合在一起，有相应的技术人员对该系统进行维护管理。

3 汽车车身的结构

汽车与人们的生活息息相关，汽车的更新、用途、功能均与汽车车身有密切关联。汽车车身为驾驶员驾驶以及乘客和货物的容纳提供了场所，驾驶车身包括刚硬的壳体以及舱壁空间结构。汽车车身是汽车质量和造价非常重要的组成部分，汽车车身主要包括三大类零件，分为结构件、外覆盖件、内覆盖件，其中外内覆盖件简称为覆盖件。其中车身覆盖件有以下特征：几何尺寸比较大，一般的车身覆盖件都属于大型冲压件，例如汽车车身侧围的投影面积大于三平米；结构复杂，车身覆盖件曲线繁多、形状多变、轮廓不规则，另外根据功能和美观等实际需求，覆盖件表面一般要设计出凹坑、凸台和棱线等复杂局部结构；对覆盖件的尺寸精度、轮廓形状、刚性等性能的质量要求严谨。

4 基于知识工程(KBE)和面向制造设计(DFM)技术的车身设计

4.1 基于KBE、DFM的汽车车身的概念设计

将基于面向制造设计(DFM)技术的模拟分析过程CAE和基于知识工程(KBE)技术的智能化CAD建模过程进行有效的集成，通过三维数字化模型实现这一系统的构建。两个系统之间进行数据通讯，利用知识工程语言建立相应的产品设计模型对象，并将其引用到CAE系统中，通过CAE系统的计算对车身模型进行定量评价和优化处理。在汽车的概念设计阶段，利用KBE技术建立相应的汽车模型，再用DFM技术对系统进行冲压成形性分析评价，两者组合何以形成一个快速开发汽车车身产品的系统，它是以知识为驱动的，该系统可以把产品设计、制作、分析知识融入到几何模型的建立中,该系统将重复性的工作交由计算机完成。

4.2 基于KBE和DFM车身的具体设计

4.2.1 软件开发环境

该系统使用的软件系统是UGS公司的UG/NX。UG/NX 是一种CAD产品，在该环境下，可以模拟并验证产品的生产过程及其产品。这种开发平台被分成内部开发和开放性的二次开发两个环境，汽车车身设计主要应用的是开放性的二次开发环境。汽车结构复杂多样，可以直接在UG/NX 环境下设计，或者是在其他软下设计后通过UG/NX接口将其互相连接，UG/NX的接口设计可以实现资源的共享。UG/NX可以提高开发质量，减少开发所用时间。

4.2.2 汽车设计流程

设计时要对汽车车身进行分区处理，针对各区域要建立相应的几何模型，几何模型的建立是通过UG NX功能参数的设置来实现的。另外各区域之间是存在种种外部关联，零件间这种外部关联是通过UGWAVELINK方式表达实现的，如此一来保证了整个程序的连贯性和连续性。几何模型文件在装配结构中被分以下五个层次：基本的几何输入；根据车身结构，对其输入进行规划性的管理、组织；在以上设计的基础上，根据各个区域自身的特殊要求，设计出每个区域模型必须的输入集合；建立具体的模型结构；建立表面结构模型。这种由浅入深、有概括到具体的设计，方便于汽车设计人员日后的修改维护工作，他们可以从任意环节研究模型结构。

4.2.3 覆盖件的体系结构

该课题以覆盖件为例进行了详细论述，覆盖件被划分成以下几大模块，包括系统信息的维护和设计方案两大模块。覆盖件的系统功能图如图1所示：

图1 覆盖件的系统功能图

（1）方案设计模块

该模块根据用户要求从现有的方案元库中搜寻满足功能需求的方案集。采用基于多色集合方案推理机制的方法。

（2）信息维护模块

对系统运行所必需的基础数据进行维护。所要维护的数据包括方案元库、颜色信息、约束矩阵、推理矩阵、冲压规则数据库、工艺知识数据库几部分。针对各模块的具体要求进行设计。

5 总结

该课题的设计有效的利用了前人的知识及设计成果、专家经验，提高了现代车身设计的效率和品质，也降低了车身设计生产的成本，该设计具有很好的应用前景。

靳春宁,胡平,陶海龙,丁祎,张向奎,郎志奎.基于知识工程及面向制造设计的车身部件设计方法和技术[J].吉林大学学报(工学版),2006,04:548-553

关瑛，女，1977.2 ，山西省太原市，讲师，主要研究方向：工业设计

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