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1、利用知识识工程进进行自行行车车架架设计在竞争激激烈的市市场化要要求下,自自行车的的设计出出现了以以下两个个特点:速度快快、造型型美观适适用。在在当代制制造工艺艺已比较较成熟的的情况下下,自行行车的造造型设计计变得相相当重要要。知识识工程(KKnowwleddge Bassed Enggineeeriing,KKBE)具具有多种种知识表表示和推推理决策策的能力力,将其其运用于于快速处处理自行行车车架架的工艺艺结构设设计、造造型设计计过程及及决策过过程,可可有效处处理复杂杂的工艺艺知识和和各种图图形知识识,达到到快速设设计的目目的。 一、KKBE技技术的内内涵和关关键技术术 KBBE的基基本思想想
2、是在工工程设计计中重复复利用已已有的知知识和经经验。这这些知识识和经验验以各种种形式存存在,如如设计手手册、工工程公式式、经验验数据表表格和专专家设计计经验等等。KBBE系统统是一个个知识处处理系统统,知识识表示、知知识利用用和知识识获取是是KBEE系统的的三个关关键技术术。知识识表示即即怎样系系统地陈陈述问题题并使它它们易于于求解;知识利利用中最最主要的的是搜索索技术,怎怎样聪明明地控制制解的查查找,使使其不至至于使用用太多的的时间和和花费过过多的计计算机存存储空间间;知识识的获取取和编码码则是KKBE系系统最重重要的方方面之一一。 二二、自行行车设计计概况 1.国国内外自自行车设设计概况况
3、 有前人人用AuutoCCAD二二次开发发技术在在自行车车车架设设计上做做过研究究,但是是成果并并不明显显。其中中一种实实现方式式是:用用AuttoCAAD内部部嵌入的的一种程程序设计计语言AAutooLissp来完完成常用用的科学学计算和和数据分分析,同同时又能能调用几几乎全部部的绘图图命令。使使用该程程序能自自动完成成车架简简图的绘绘制,然然后自动动提取关关键参数数进行分分析判别别并反馈馈出最后后结果,以以实现优优化设计计的目的的。 还有有人在自自行车CCAD技技术上做做过参数数化设计计方面的的研究。建建立参数数化设计计系统的的关键是是建立一一套描述述参数和和尺寸之之间关系系的约束束方程,
4、然然后根据据一组尺尺寸参数数求解出出新的设设计参数数。采用用这种方方法进行行设计,仅仅需输入入必要的的参数,计计算机就就可自动动生产出出所需部部件的图图样。这这种方案案只适用用于结构构变化不不大或按按一定规规律变化化部件的的设计与与绘图。结结合自行行车设计计的特点点,这种种方法有有一定的的可取之之处。但但对于造造型设计计复杂、变变化多样样的情况况,则是是不能满满足实际际设计要要求的。 采采用三维维软件进进行设计计可达到到缩短产产品开发发周期,降降低设计计成本的的效果,还还能使二二维平面面设计软软件不容容易表达达的曲线线和曲面面在三维维设计上上变得容容易实现现,且效效果直观观,有利利于设计计人员
5、和和客户之之间的直直接沟通通。 22 .自自行车基基本结构构及工厂厂设计流流程 自行行车由九九大部分分组成,如如图1所所示。其其中最主主要的部部分是车车体。车车体由车车架、前前叉、车车头组件件、中轴轴组件、鞍鞍管组件件和贴花花等组成成。 图1 自自行车组组件图车架架设计是是自行车车设计中中最关键键和核心心的部分分,其设设计主要要分为前前三角的的设计、后后叉片的的设计和和后三角角的设计计。前三三角的设设计包括括五通、立立管、头头管、上上管和下下管的设设计。后后三角的的设计包包括平叉叉和立叉叉的设计计。后叉叉片主要要用来连连接后轴轴、平叉叉和立叉叉。后叉叉片的设设计应在在前三角角完成以以后,后后三
6、角设设计之前前完成。车车架结构构如图22所示。 图2 车车架结构构示意图图充分分了解工工厂工作作流程将将有助于于在设计计系统时时充分考考虑各部部门间的的配合、设设计人员员操作习习惯和经经验的积积累,并并有利于于达到知知识工程程重复利利用已有有知识和和经验的的目的,图图3所示示为某自自行车公公司的工工作流程程。 图3 工工作流程程图三、知识识工程在在车架设设计时的的应用 车车架CAAD设计计共分为为选择查查询、结结构优化化设计和和快速建建模造型型设计三三部分。整整体思路路是先将将车架各各管的中中心线画画出,制制作成各各式模版版,然后后进行结结构调整整并对设设计参数数进行优优化修改改,最后后再进行
7、行管件造造型设计计。三部部分分别别采用了了不同的的KBEE技术,取取得了良良好的应应用效果果,下面面将进一一步介绍绍各部分分采用的的不同KKBE技技术,并并分析其其使用原原因。 1.选选择查询询 选择查查询采用用了基于于实例的的知识表表示,在在工程设设计领域域,它有有着广泛泛的应用用。实例例蕴涵着着丰富的的专家知知识,可可以为当当前的设设计提供供有价值值的参考考。 自行行车车架架的设计计相对自自由,样样式多种种多样,共共分为111种款款式。各各款式中中部分管管件的搭搭接形式式又不相相同,因因此衍生生出各式式不同的的车架外外形。从从车架设设计条件件描述中中抽取出出共同的的特征及及特殊特特征并建建
8、立筛选选条件,根根据这些些条件能能从实例例库中搜搜索并选选择出与与设计要要求最接接近的实实例,进进行改进进设计。实实例包括括骨架实实例(既既中心线线模版)和和成品实实例两部部分,可可根据不不同的用用户需求求选用不不同的实实例。 2.结结构优化化设计 结结构优化化设计包包括参数数化驱动动、参数数的程序序优化求求解和结结构优化化三部分分。 (11)参数数化驱动动。近似似实例调调出后,接接下来将将进行参参数优化化修改。对对结构相相似的实实例,只只需修改改其参数数具体数数值。参参数分为为关键结结构参数数和普通通结构参参数,关关键结构构参数用用统一规规划的表表达式记记录并保保存于数数据库中中,普通通参数
9、则则采用自自动分配配的表达达式。参参数修改改通过修修改表达达式的值值来实现现参数化化驱动。系系统设计计则能够够读出实实例中的的关键结结构参数数并提供供了修改改工具。常常用的关关键结构构参数主主要来源源于自行行车行业业设计标标准、专专家设计计知识经经验和生生产经验验,并用用数据库库进行管管理。数数据库中中主要记记录了部部分车架架关键结结构参数数的经验验数据及及实例数数据。 普普通结构构参数的的修改则则提供了了专用的的修改拾拾取工具具,能够够拾取实实体对象象并读取取相应的的表达式式,关键键结构参参数的修修改亦可可用其实实现。普普通结构构参数通通常根据据客户的的实际订订单需要要来确定定。 (22)参
10、数数的程序序优化求求解。优优化计算算时,由由于未知知参数很很多,部部分设计计参数采采用逆运运算的方方法,即即将未知知量按设设计经验验假定为为已知量量,然后后以微量量增量的的方式进进行迭代代试算,直直至算出出符合要要求的参参数为止止。例如如,在计计算五通通下垂量量及已知知毛坯圆圆管直径径计算变变截面管管的相关关参数时时就采用用了这种种方法。 图4 圆圆形管变变形为水水滴管以变变形后截截面是水水滴型为为例,如如图4所所示,在在假设变变形后截截面周长长和原截截面周长长保持不不变的条条件下,其其求解方方程如下下所示: 其中,DD为毛坯坯管直径径,R11为水滴滴管大半半圆半径径,R22为水滴滴管小半半圆
11、半径径,为为大半圆圆半径与与竖直中中心线交交角。将将此方程程的解看看作是正正切曲线线和一条条直线的的交点,循循环给出出的一一个初值值,直至至使等式式两边满满足一定定的条件件为止。代代入公式式: 即可求得得水滴管管的轴向向高度BB。此方方法并未未直接以以水滴管管的轴向向高度BB为未知知参数求求解,而而采用了了过渡未未知参数数进行行方程求求解。第第二种方方法是采采用试算算法,即即一些参参数必须须给出,但但是又不不能确定定,用另另外一些些已知的的参数试试算出这这些参数数,但这这个参数数以后可可能还是是会修改改的,并并且要能能和其相相关的对对象实现现关联设设计。 (3)结构优优化。车车架设计计中,后后
12、叉片是是一个关关键部件件,如图图5所示示。 图5 后后叉片及及平、立立叉装配配图由于于本身设设计较为为复杂,为为了使后后叉片的的设计不不影响后后面工序序的设计计,将后后叉片的的造型设设计与选选用和定定位设计计分开进进行,举举例采用用了自顶顶向下设设计、自自动装配配和关联联设计相相结合的的方法。首首先将设设计好的的后叉片片放入指指定目录录下,并并采用数数据库进进行分类类数据管管理。然然后将后后叉片与与主模版版的对应应装配关关系抽取取为一个个矢量平平面和两两个矢量量轴,这这样在进进行车架架设计时时只需按按要求选选用适合合的后叉叉片即可可装配到到位,而而位置的的调整也也可通过过界面调调整参数数达到设
13、设计要求求。最后后的关联联设计主主要采用用了Smmartt poointt(智能能点)和和UDOO(用户户自定义义)两项项技术实实现。智智能点用用来连接接后叉片片和平、立立叉的关关键接触触点,能能够在后后叉片位位置改变变或所选选用后叉叉片改变变时,实实现关联联对象的的自动变变化,并并能够在在一些参参数不满满足基本本要求时时自动给给出提示示。 33.快速速建模造造型设计计 造型设设计主要要指管件件的造型型设计。其其具体实实现方式式如下。 (1)在在管件导导引线(中中心线)的的不同位位置按要要求给出出截面的的轮廓形形状(截截面形状状导引线线)。车车架截面面形状有有圆形、椭椭圆形、水水滴型(又又分正
14、水水滴、反反水滴)、方方形、菱菱形和88字形等等,可以以先基于于KF规规则创建建几何建建模特征征和知识识表达式式的特性性,然后后采用UUDF(UUserr Deefinned Feaaturre)用用户定义义特征建建立装配配件,即即将截面面形状画画好作为为一个装装配件,做做截面时时只需将将相应的的截面调调出即可可,截面面的形状状参数则则通过读读取相应应的知识识表达式式达到快快速修改改的目的的。 (22)通过过扫描将将管件外外形做出出。扫描描中心法法矢的运运动轨迹迹是管截截面形状状引导线线,此引引导线不不做成整整个的封封闭曲线线,而是是将各位位置上的的引导线线分割为为同段数数的曲线线且使对对应曲
15、线线的切线线方向一一致,否否则扫描描出的管管件容易易扭曲。此此时做出出的是一一薄壁管管。 (33)加厚厚形成管管件的厚厚度。 (4)连连接管件件间相交交部分的的剪切。当当用户拖拖动管件件导引线线时,管管件能够够关联变变化。 采采用此实实现方法法充分体体现了对对知识和和规则的的重用性性。对象象间的关关联设计计用UDDO的方方法,将将管件的的一些列列数据记记录到UUDO中中,实现现完成了了管件的的自动剪剪切、自自动标注注、尺寸寸检查、BBOM表表的自动动生成和和模具查查询等关关联设计计。图66所示是是用开发发的车架架CADD模块设设计出的的减震自自行车车车架图。 图6 减减震自行行车车架架图四、结束束语 运用用知识工工程,使使自行车车车架设设计工作作从原来来需两天天时间,缩缩短到目目前的两两个小时时,大大大缩短了了车架设设计的开开发时间间,方便便了设计计方案的的交互设设计、修修改和验验证,更更有利于于二次利利用时缩缩短设计计再修改改的时间间,使企企业在激激烈的市市场竞争争中赢得得主动。本本例的成成功同时时也表明明了知识识工程在在中小型型企业内内应用已已成为可可能,知知识工程程将使企企业具有有更大的的竞争力力。此外外,知识识工程还还允许用用户保存存那些在在实际应应用中有有用的工工程知识识,当需需要时能能很快找找出并重重复利用用。