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浅谈KBE技术在汽车零部件智能设计中的应用
2020-12-16 22:32:31· 来源：上汽安全与CAE技术
0、背景改革开放特别是入世以来，中国已成为名副其实的世界制造业大国。但随着以美国为首的西方发达国家，先后发起以工业互联网和工业4.0为代表的再工业化运动，
0、背景
改革开放特别是入世以来，中国已成为名副其实的世界制造业大国。但随着以美国为首的西方发达国家，先后发起以工业互联网和工业4.0为代表的“再工业化”运动，我国制造业面临越来越激烈的国际竞争。
汽车产业一直都是我国制造业中的支柱产业，随着国外豪华品牌的本土化进程加快和像特斯拉这种新能源高科技企业在中国打开市场，本土汽车企业的市场适应能力面临极大考验。为了提高企业对市场的响应能力，满足用户多样化、个性化的需求，必须要缩短汽车设计研发周期，为此本文介绍KBE技术，并将其应用到汽车零部件的研发设计中。
1、KBE的概念
1977年，费根鲍姆正式提出知识工程（knowledge-basedEngineering）这一概念，也就是KBE系统。KBE的关键技术主要由知识获取，知识表示和知识推理三部分组成。
知识获取就是从人类专家获取领域知识并将其转化成知识库；知识表示是利用计算机能够接受并且进行处理的符号和方式来表示人类在改造客观世界中所获得的知识；知识推理是整个 KBE 系统处理领域知识的核心部分,决定如何选用广义知识库中的知识，对用户提供的证据进行推理，最终对用户提出的问题做出回答或完成特定的动作。经典的知识推理模式主要有两种：一种是基于规则的推理方法，一种是基于实例的推理，如图1所示。
图 1
2、零部件智能设计系统
KBE技术诞生之后，很多国家在其开发与应用方面进行了有效的实践。例如福特汽车公司在英国的子公司—美洲虎汽车公司采用KBE 技术设计某车型发动机盖，设计时间由2个月减为2小时；空中客车公司在设计A340-600飞机机翼时，如用常规的CAD软件和分析软件，设计一个翼肋至少需要1天，仅对所有翼肋进行一次设计需要1人花费1年的时间，而采用KBE技术后，10个小时即可完成机翼的设计。上汽乘用车公司在该领域也进行了一些探索，建立了一套零部件智能设计系统，下面介绍该系统的基本原理。
由于整车开发流程中大部分零部件的设计都是在原有设计基础上进行的，上汽乘用车公司经过数十年的知识积累，各个零部件已经基本形成了基于专家经验的标准设计流程。所以，该系统首先进行了产品的参数化建模，建立各零件不同结构方案的知识模板，构建产品模型库。
在构建完产品模型库之后，需要建立知识复用的组件，一个组件可以看做一个独立模块，提供一组公共的功能。该系统采用Catia软件作为参数化设计工具，使用动态网页设计语言和CAA开发语言进行组件开发，采用Socket通讯技术实现设计参数在网页和后端产品数据库的远程传递。另外，系统还集成了CatiaCAE分析工具，可以对设计结果进行分析验证。如图2所示，以前副车架为例，展示了组件模块和动态页面。
图 2
前副车架作为主要的底盘结构件，主要由半幅本体、左右纵梁，前横梁和中塔等部件组成，如果使用传统的Catia建模软件建模，则需要从硬点开始通过草图和构面的方式逐步形成理想方案，然后交给CAE分析工程师进行有限元建模和分析，不断进行优化迭代，耗时较长。图3和图4分别展示了本系统中前副车架的设计流程和工程师具体的应用场景，从确定边界到有限元性能分析验证，系统基本实现基于知识复用的CAD\CAE集成设计，极大的提高了效率。
图3
图4
3、小结
汽车产业是整个制造业的缩影，就制造产业来看，KBE知识工程已经成为未来整个数字化、智能化制造的发展方向，将以往成功的产品进行分类，建立实例库，以备设计时借鉴和重用，可以极大的提高产品开发效率，其广阔的应用前景会给未来的工业生产带来更多的方便快捷。
改革开放特别是入世以来，中国已成为名副其实的世界制造业大国。但随着以美国为首的西方发达国家，先后发起以工业互联网和工业4.0为代表的“再工业化”运动，我国制造业面临越来越激烈的国际竞争。
汽车产业一直都是我国制造业中的支柱产业，随着国外豪华品牌的本土化进程加快和像特斯拉这种新能源高科技企业在中国打开市场，本土汽车企业的市场适应能力面临极大考验。为了提高企业对市场的响应能力，满足用户多样化、个性化的需求，必须要缩短汽车设计研发周期，为此本文介绍KBE技术，并将其应用到汽车零部件的研发设计中。
1、KBE的概念
1977年，费根鲍姆正式提出知识工程（knowledge-basedEngineering）这一概念，也就是KBE系统。KBE的关键技术主要由知识获取，知识表示和知识推理三部分组成。
知识获取就是从人类专家获取领域知识并将其转化成知识库；知识表示是利用计算机能够接受并且进行处理的符号和方式来表示人类在改造客观世界中所获得的知识；知识推理是整个 KBE 系统处理领域知识的核心部分,决定如何选用广义知识库中的知识，对用户提供的证据进行推理，最终对用户提出的问题做出回答或完成特定的动作。经典的知识推理模式主要有两种：一种是基于规则的推理方法，一种是基于实例的推理，如图1所示。
图 1
2、零部件智能设计系统
KBE技术诞生之后，很多国家在其开发与应用方面进行了有效的实践。例如福特汽车公司在英国的子公司—美洲虎汽车公司采用KBE 技术设计某车型发动机盖，设计时间由2个月减为2小时；空中客车公司在设计A340-600飞机机翼时，如用常规的CAD软件和分析软件，设计一个翼肋至少需要1天，仅对所有翼肋进行一次设计需要1人花费1年的时间，而采用KBE技术后，10个小时即可完成机翼的设计。上汽乘用车公司在该领域也进行了一些探索，建立了一套零部件智能设计系统，下面介绍该系统的基本原理。
由于整车开发流程中大部分零部件的设计都是在原有设计基础上进行的，上汽乘用车公司经过数十年的知识积累，各个零部件已经基本形成了基于专家经验的标准设计流程。所以，该系统首先进行了产品的参数化建模，建立各零件不同结构方案的知识模板，构建产品模型库。
在构建完产品模型库之后，需要建立知识复用的组件，一个组件可以看做一个独立模块，提供一组公共的功能。该系统采用Catia软件作为参数化设计工具，使用动态网页设计语言和CAA开发语言进行组件开发，采用Socket通讯技术实现设计参数在网页和后端产品数据库的远程传递。另外，系统还集成了CatiaCAE分析工具，可以对设计结果进行分析验证。如图2所示，以前副车架为例，展示了组件模块和动态页面。
图 2
前副车架作为主要的底盘结构件，主要由半幅本体、左右纵梁，前横梁和中塔等部件组成，如果使用传统的Catia建模软件建模，则需要从硬点开始通过草图和构面的方式逐步形成理想方案，然后交给CAE分析工程师进行有限元建模和分析，不断进行优化迭代，耗时较长。图3和图4分别展示了本系统中前副车架的设计流程和工程师具体的应用场景，从确定边界到有限元性能分析验证，系统基本实现基于知识复用的CAD\CAE集成设计，极大的提高了效率。
图3
图4
3、小结
汽车产业是整个制造业的缩影，就制造产业来看，KBE知识工程已经成为未来整个数字化、智能化制造的发展方向，将以往成功的产品进行分类，建立实例库，以备设计时借鉴和重用，可以极大的提高产品开发效率，其广阔的应用前景会给未来的工业生产带来更多的方便快捷。
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