利用知识工程进行自行车车架设计

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-28 原文发表时间:2007-06-29 人气:1

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在竞争激烈的市场化要求下，自行车的设计出现了以下两个特点：速度快、造型美观适用。在当代制造工艺已比较成熟的情况下，自行车的造型设计变得相当重要。知识工程（Knowledge Based Engineering，KBE）具有多种知识表示和推理决策的能力，将其运用于快速处理自行车车架的工艺结构设计、造型设计过程及决策过程，可有效处理复杂的工艺知识和各种图形知识，达到快速设计的目的。

一、KBE技术的内涵和关键技术

KBE的基本思想是在工程设计中重复利用已有的知识和经验。这些知识和经验以各种形式存在，如设计手册、工程公式、经验数据表格和专家设计经验等。KBE系统是一个知识处理系统，知识表示、知识利用和知识获取是KBE系统的三个关键技术。知识表示即怎样系统地陈述问题并使它们易于求解；知识利用中最主要的是搜索技术，怎样聪明地控制解的查找，使其不至于使用太多的时间和花费过多的计算机存储空间；知识的获取和编码则是KBE系统最重要的方面之一。

二、自行车设计概况

1.国内外自行车设计概况

有前人用AutoCAD二次开发技术在自行车车架设计上做过研究，但是成果并不明显。其中一种实现方式是：用AutoCAD内部嵌入的一种程序设计语言AutoLisp来完成常用的科学计算和数据分析，同时又能调用几乎全部的绘图命令。使用该程序能自动完成车架简图的绘制，然后自动提取关键参数进行分析判别并反馈出最后结果，以实现优化设计的目的。

还有人在自行车CAD技术上做过参数化设计方面的研究。建立参数化设计系统的关键是建立一套描述参数和尺寸之间关系的约束方程，然后根据一组尺寸参数求解出新的设计参数。采用这种方法进行设计，仅需输入必要的参数，计算机就可自动生产出所需部件的图样。这种方案只适用于结构变化不大或按一定规律变化部件的设计与绘图。结合自行车设计的特点，这种方法有一定的可取之处。但对于造型设计复杂、变化多样的情况，则是不能满足实际设计要求的。

采用三维软件进行设计可达到缩短产品开发周期，降低设计成本的效果，还能使二维平面设计软件不容易表达的曲线和曲面在三维设计上变得容易实现，且效果直观，有利于设计人员和客户之间的直接沟通。

2 .自行车基本结构及工厂设计流程

自行车由九大部分组成，如图1所示。其中最主要的部分是车体。车体由车架、前叉、车头组件、中轴组件、鞍管组件和贴花等组成。

图1 自行车组件图

车架设计是自行车设计中最关键和核心的部分，其设计主要分为前三角的设计、后叉片的设计和后三角的设计。前三角的设计包括五通、立管、头管、上管和下管的设计。后三角的设计包括平叉和立叉的设计。后叉片主要用来连接后轴、平叉和立叉。后叉片的设计应在前三角完成以后，后三角设计之前完成。车架结构如图2所示。

图2 车架结构示意图

充分了解工厂工作流程将有助于在设计系统时充分考虑各部门间的配合、设计人员操作习惯和经验的积累，并有利于达到知识工程重复利用已有知识和经验的目的，图3所示为某自行车公司的工作流程。

图3 工作流程图

三、知识工程在车架设计时的应用

车架CAD设计共分为选择查询、结构优化设计和快速建模造型设计三部分。整体思路是先将车架各管的中心线画出，制作成各式模版，然后进行结构调整并对设计参数进行优化修改，最后再进行管件造型设计。三部分分别采用了不同的KBE技术，取得了良好的应用效果，下面将进一步介绍各部分采用的不同KBE技术，并分析其使用原因。

1.选择查询

选择查询采用了基于实例的知识表示，在工程设计领域，它有着广泛的应用。实例蕴涵着丰富的专家知识，可以为当前的设计提供有价值的参考。

自行车车架的设计相对自由，样式多种多样，共分为11种款式。各款式中部分管件的搭接形式又不相同，因此衍生出各式不同的车架外形。从车架设计条件描述中抽取出共同的特征及特殊特征并建立筛选条件，根据这些条件能从实例库中搜索并选择出与设计要求最接近的实例，进行改进设计。实例包括骨架实例（既中心线模版）和成品实例两部分，可根据不同的用户需求选用不同的实例。

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