基于数据库的汽车制动系统知识工程设计与实现

2014-06-22惠文权杨武双罗文杰

汽车工程师 2014年4期

惠文权杨武双罗文杰

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院）

知识工程，即专家系统、基于知识的系统[1]，在国内汽车行业研究与实践已经有10 余年了，取得了不少成果[1-15]。知识工程作为Knowhow已经越来越被企业所接受,但知识工程应用收益较小。如何构建及充分利用知识工程在国内自主汽车开发领域目前还是一个瓶颈。文章从实用的角度提出“基于数据库的汽车制动系统知识工程”，并付诸实施，取得了较好的成果。

1 汽车企业知识工程

1.1 汽车企业知识的定义

汽车产品工程开发需要的知识是汽车整车企业、零部件企业，尤其是自主品牌中小零部件企业最迫切高度关注和急需积累的知识。

1.2 汽车企业知识工程的功能

我国汽车工业起步较晚，企业技术来源，行业主流处于仿制和引进、消化以及再创造阶段。尤其是零部件行业，自主研发还处在技术积累阶段，加之外部先进技术封锁和科研技术人员断代层原因，自主技术积累进展比较缓慢。在很多企业，知识工程还是空白，或不知如何构建，或流于形式。

由于历史和行业经营环境原因，汽车行业工程技术人员流失和断代层比较严重；同时，企业对自身实践活动中产生的知识认知不够，导致企业实践知识流失严重。为此，汽车企业知识工程功能应为：1）为企业开发、生产及经营等实践活动提供指导；2）解决企业工程技术人员流失和断层问题；3）解决企业工程人员专业技术及技能提升问题；4）解决企业实践知识流失问题；5）提高企业开发、生产及经营等活动水平。

2 基于数据库的知识工程基本架构

综合文献[1-17]论述及应用，一般的，一个完整的专家系统应包含5 个基本组成部分：知识库、数据库、推理机、解释部分和知识获取部分。一般的专家系统应具有咨询、学习及教育功能。

知识工程活动主要涵盖但不限于：基础理论知识学习、开发行为指导、开发方案模拟和预测、产品优化设计及设计验证经验等。

具体知识分类方案，如表1 和图1 所示。

表1 基于工程应用的知识分类

从表1 中可知，知识分类，按照纵向建立职能型数据库主干即专家系统，包含产品开发数据库、工艺开发数据库、质量开发数据库、技术管理数据库、售后管理数据库及数据库维护管理规则库等；按照横向建立应用性知识子目录及二级应用科目构建数据库型知识工程体系基本架构；应用交互式人机界面组织管理数据库，即常见的数据查询、子功能调用和应用以及数据库分级授权管理和远程访问管理等。

图1 是典型的子项细化活动。此分类作为知识工程功能和架构的依据，较好地吻合了企业不同部门和不同职能间的数据针对性使用、使用权限及权限管理。并最大限度地解决不同层次工程人员的使用。

由于知识的分类方法直接关系到知识工程数据架构和使用的效率及方便性，因此，对于具体二级分类实践中宜以企业实际情况和企业能力统筹设计定义，由简到难渐次展开或确定，以突出企业特点为佳。

3 基于数据库的制动系统知识工程构建及应用

3.1 某制动系统公司知识工程系统的策划与建立

该知识工程建立的目的是解决企业工程技术人员流动带来的开发能力下降及技术断层问题；公司实践知识流失严重问题及制动系统匹配计算问题。

该知识工程系统一期工程由产品开发数据库、工艺开发数据库、生产质量开发数据库、试验数据采集系统、制动系统匹配计算系统、数据检索及知识工程管理系统构成；二期工程计划将专业的产品数据管理系统、有限元分析软件及制造工程分析软件等专业工程分析软件作为外部程序嵌入知识工程系统人机界面中，完成企业知识工程全面管理。

3.2 知识工程库的基本架构

3.2.1 基础库的构建

公司组织内部专家和外部支持，对公司现有知识成果（各种规则，规范，产品开发、工艺、生产质量过程及成果数据等）按表1 和图1 分类方法，构建知识基础库主结构（仅示出一级库），如表2 所示。

表2 某制动系统公司知识工程一级数据结构

该阶段工作主要将分散在个人或小团队的所有公司现有知识成果分类提炼，形成基础知识成果库，按照使用领域设立使用权限。

根据实际情况，设定不定期的公司知识成果总结提炼活动，及时补充完善成果发布。

值得注意的是，在成果收集时必须组成超然的成果评价、检讨团队及机制，否则，不利于公司成果，尤其是教训成果的积累和挖掘。

3.2.2 试验数据采集分析系统构建

由于历史的原因，该企业实验室大量关键设备数据只有基本曲线或特征数据结果输出，大量原始数据没有记录保留，造成开发试验和质量测试过程数据遗失。

对此设计了试验局域数据采集系统分析系统。将每台试验设备产生的试验数据通过数据数字采集系统实时记录。建立了数据后台处理系统，通过数据拟合等手段建立成熟产品性能拟合方程供内部和主机厂系统匹配分析使用。解决了试验过程数据遗失问题和产品性能预测无基础数据积累问题。

3.2.3 制动系统匹配计算系统构建

根据文献[16-28]体现的法规要求、设计思想、经验数据及计算方法构建制动系统匹配计算流程、计算内容和计算程序。

该计算系统较好地解决了企业与主机厂同步开发问题。同时为企业产品型谱扩展和平台化提供了有力支持，节约了公司开发资源和开发周期，提升了企业外部形象和产品开发服务水平。

3.3 知识库在制动系统产品开发中的应用

3.3.1 基础数据库应用

将公司10 多年的开发、工艺及生产质量等活动成果分类收集、提炼并电子化。有效地解决了公司实践知识积累沉淀，清晰地勾画出了企业知识脉络，明确了知识工程积累方向，形成了企业知识成果基础库。

该数据库的建立，方便了工程开发人员设计学习、查阅、开发借鉴及开发管理，有效地缩短了开发周期和开发资源利用。同时，基础数据库的开发有效地遏制了企业知识成果的流失。

3.3.2 试验数据采集分析系统应用

将零散的只有硬质输出的试验内容电子化，并有效地记录了大量实验过程数据，为后台分析经验和半经验公式拟合提供了方便性。同时，由于积累了大量原始数据，对公司产品质量畸变、质量异常的关联性分析及设计异变分析提供了有力支持。有效地节省了开发时间和开发失误。

图2 示出采集系统采集到的某鼓制动器需液量实验报告摘录。

3.3.3 制动系统匹配计算系统应用

规范了产品模拟计算流程和计算内容。产品性能预测和系统匹配功能，实现了和主机厂同步开发；同时可以及时发现和评估系统性能匹配的合理性，减少了开发失误，提高了和主机厂协作的力度，提升了企业的外部形象。

图3 和图4 分别示出利用该计算系统绘制的某车型制动系统制动力分配曲线和某型助力器特性预测曲线。

3.3.4 知识工程在某研究院的再实践和应用

通过知识工程的策划及构建实践，积累了很好的产品应用基础知识、系统分析问题的能力及制动产品平台规划能力。同时通过在某研究院的再实践，完善了制动系统的知识逻辑，并付诸实践，形成了创新知识工程成果——“液压制动系统真空助力器与制动主缸的优化匹配”方法[15]和企业成果——“乘用车液压制动系统设计指南”。通过团队合作，应用人机交互界面实现制动系统性能的模拟。

计算流程和传统计算解决了方案集策划，模拟系统解决了多方案比较等功能。通过在该研究院多款车型的开发实践，该计算和模拟系统有效地解决了产品先期策划和制动系统匹配分析功能。

图5 示出模拟系统中某制动系统附着系数利用率模拟曲线。