利用知识工程进行自行车车架设计

利用知识工程进行自行车车架 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 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。 利用知识工程 进行自行车车架设计 图1 自行车组件图 华中科技大学塑性成形及模具技术国家重点实验室 耿忠林 张祥林 ? 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 在竞争激烈的市场化要求下, 但是成果并不明显。其中一种实现 后三角的设计。前三角的设计包括 自 行 车 的 设 计 出 现 了 以 下 两 个 特 AutoCAD内部嵌入的一 方式是:用 点 : 速 度 快 、 造 型 美 观 适 用 。 在 种程序设计语言AuoLsp来完成常 五通、立管、头管、上管和下管的 ti 当 代 制 造 工 艺 已 比 较 成 熟 的 情 况 用的科学计算和数据分析,同时又 设计。后三角的设计包括平叉和立 下,自行车的造型设计变得相当重 能调用几乎全部的绘图命令。使用 叉的设计。后叉片主要用来连接后 要。知识工程:Knowledge Based 该 程 序 能 自 动 完 成 车 架 简 图 的 绘 轴、平叉和立叉。后叉片的设计应 Engineering,KBE:具有多种知识 制,然后自动提取关键参数进行分 在前三角完成以后,后三角设计之 表示和推理决策的能力,将其运用 析判别并反馈出最后结果,以实现 前完成。车架结构如图2所示。 于快速处理自行车车架的工艺结构 优化设计的目的。 设计、造型设计过程及决策过程, 还有人在自行车CAD技术上做 可有效处理复杂的工艺知识和各种 过参数化设计方面的研究。建立参 图形知识,达到快速设计的目的。 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 自 行 车 是 最 程,然后根据一组尺寸参数求解出 环保,也是最健康 新的设计参数。采用这种方法进行 的交通工具之一, 设计,仅需输入必要的参数,计算 一、KBE技术的内涵和 2 0 0 5 年 我 国 自 行 机 就 可 自 动 生 产 出 所 需 部 件 的 图 关键技术 样。这种 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 只适用于结构变化不 车 生 产 总 量 达 到 KBE的基本思想是在工程设计 大或按一定规律变化部件的设计与 7000多万辆,约占 1,立管 2,五通 3,头管 4,上管1 中重复利用已有的知识和经验。这 绘图。结合自行车设计的特点,这 5-上管2 6-下管 7-后叉片 8-平叉世界自行车生产总 些知识和经验以各种形式存在,如 种方法有一定的可取之处。但对于 9-立叉设计手册、工程 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 、经验数据表 量的60,。在这样 造型设计复杂、变化多样的情况, 图2 车架结构示意图 格和专家设计经验等。KBE系统是一 则是不能满足实际设计要求的。 的形势下我们当然 个知识处理系统,知识表示、知识 采 用 三 维 软 件 进 行 设 计 可 达 不会放弃对普及产 充 分 了 解 工 厂 工 作 流 程 将 有 利用和知识获取是KBE系统的三个关 到缩短产品开发周期,降低设计成 助于在设计系统时充分考虑各部门 品的关注,所以就 键技术。知识表示即怎样系统地陈 本的效果,还能使二维平面设计软 间的配合、设计人员操作习惯和经 有了这篇文章。 述问题并使它们易于求解;知识利 件不容易表达的曲线和曲面在三维 验 的 积 累 , 并 有 利 于 达 到 知 识 工 用中最主要的是搜索技术,怎样聪 设 计 上 变 得 容 易 实 现 , 且 效 果 直 程 重 复 利 用 已 有 知 识 和 经 验 的 目 明地控制解的查找,使其不至于使 观,有利于设计人员和客户之间的 的,图3所示为某自行车公司的工 用太多的时间和花费过多的计算机 直接沟通。 作流程。 存储空间;知识的获取和编码则是 2 . 自 行 车 基 本 结 构 及 工 厂 设 KBE系统最重要的方面之一。 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 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, 图3 工作流程图 的修改拾取工具,能够拾取实体对象并 三、知识工程在车架设计时 读取相应的表达式,关键结构参数的修 的应用 改亦可用其实现。普通结构参数通常根 车架CAD设计共分为选择查询、结 据客户的实际订单需要来确定。 构 优 化 设 计 和 快 速 建 模 造 型 设 计 三 部 (2)参数的程序优化求解。优化计算 分。整体思路是先将车架各管的中心线 时,由于未知参数很多,部分设计参数 画出,制作成各式模版,然后进行结构 采用逆运算的方法,即将未知量按设计 调整并对设计参数进行优化修改,最后 经验假定为已知量,然后以微量增量的 再进行管件造型设计。三部分分别采用 方式进行迭代试算,直至算出符合要求 了不同的KBE技术,取得了良好的应用效 的参数为止。例如,在计算五通下垂量 果,下面将进一步介绍各部分采用的不 及已知毛坯圆管直径计算变截面管的相 同KBE技术,并分析其使用原因。 关参数时就采用了这种方法。以变形后 1.选择查询 截面是水滴型为例,如图4所示,在假设 1-主装配轴 2-次装配轴 3-主装配平面 选择查询采用了基于实例的知识表 变形后截面周长和原截面周长保持不变 4-平叉 5-立叉 6-平叉智能点 示,在工程设计领域,它有着广泛的应 的条件下,其求解方程如下所示: 7-立叉智能点用。实例蕴涵着丰富的专家知识,可以 图5 后叉片及平、立叉装配图 为当前的设计提供有价值的参考。 tanβ = A + β , (0 < β < π / 2) 自行车车架的设计相对自由,样式 由于本身设计较为复杂,为了使后 多种多样,共分为11种款式。各款式中 叉片的设计不影响后面工序的设计,将 部分管件的搭接形式又不相同,因此衍 后叉片的造型设计与选用和定位设计分 生出各式不同的车架外形。从车架设计 开进行,举例采用了自顶向下设计、自 条件描述中抽取出共同的特征及特殊特 动装配和关联设计相结合的方法。首先 征并建立筛选条件,根据这些条件能从 将设计好的后叉片放入指定目录下,并 实例库中搜索并选择出与设计要求最接 采用数据库进行分类数据管理。然后将 近的实例,进行改进设计。实例包括骨 后叉片与主模版的对应装配关系抽取为 架实例:既中心线模版:和成品实例两 一个矢量平面和两个矢量轴,这样在进 部分,可根据不同的用户需求选用不同 行车架设计时只需按要求选用适合的后 的实例。 叉片即可装配到位,而位置的调整也可 2.结构优化设计 通过界面调整参数达到设计要求。最后 结构优化设计包括参数化驱动、参 的关联设计主要采用了Smart point:智 数的程序优化求解和结构优化三部分。 能点:和UDO:用户自定义:两项技术 (1)参数化驱动。近似实例调出后, 接下图4 圆形管变形为水滴管 实现。智能点用来连接后叉片和平、立 来将进行参数优化修改。对结构相 似的叉的关键接触点,能够在后叉片位置改 其中 ,D为毛坯管 实例,只需修改其参数具体数值。 参 数 变或所选用后叉片改变时,实现关联对 分 为 关 键 结 构 参 数 和 普 通 结 构 参 数,直径,R1为水滴管大半圆半径,R2为水 象的自动变化,并能够在一些参数不满 β 滴管小半圆半径,为大半圆半径与竖 关键结构参数用统一规划的表达式 记 录 足基本要求时自动给出提示。 直中心线交角。将此方程的解看作是正 并 保 存 于 数 据 库 中 , 普 通 参 数 则 采用3.快速建模造型设计 切曲线和一条直线的交点,循环给出β 自动分配的表达式。参数修改通过 修改造型设计主要指管件的造型设计。 的一个初值,直至使等式两边满足一定 表达式的值来实现参数化驱动。系 统设其具体实现方式如下。 的条件为止。代入公式: 计则能够读出实例中的关键结构参 数并(1)在管件导引线:中心线:的不同 提供了修改工具。常用的关键结构 参数位置按要求给出截面的轮廓形状:截面 主要来源于自行车行业设计标准、 专家形状导引线:。车架截面形状有圆形、 设计知识经验和生产经验,并用数 据库 椭 圆 形 、 水 滴 型 : 又 分 正 水 滴 、 反 水 即可求得水滴管的轴向高度B。此方法 进行管理。数据库中主要记录了部 分车并未直接以水滴管的轴向高度B为未知 滴:、方形、菱形和8字形等,可以先基 架关键结构参数的经验数据及实例 参数求解,而采用了过渡未知参数β 进 于KF规则创建几何建模特征和知识表达 数据。 普通结构参数的修改则提供了专行 方 程 求 解 。 第 二 种 方 法 是 采 用 试 算 式的特性,然后采用UDF:User Defined 用 法,即一些参数必须给出,但是又不能 Feaue:用户定义特征建立装配件,即 tr 确定,用另外一些已知的参数试算出这 将截面形状画好作为一个装配件,做截 些参数,但这个参数以后可能还是会修 面时只需将相应的截面调出即可,截面 改的,并且要能和其相关的对象实现关 联设计。 (3)结构优化。车架设计中,后叉片 是一个关键部件,如图5所示。 CAD/CAM与制造业信息化2006年第7期 ?41 数字化设计38-52.indd 41 2006.7.12 7 的形状参数则通过读取相应的知识表达 BOM表的自动生 自动标注、尺寸检查、两个小时,大大缩短了车架设计的开发 式达到快速修改的目的。 (2)通过扫描将成和模具查询等关联设计。图6所示是 时间,方便了设计方案的交互设计、修 管件外形做出。扫描 用开发的车架CAD模块设计出的减震自 改和验证,更有利于二次利用时缩短设 计再修改的时间,使企业在激烈的市场 中心法矢的运动轨迹是管截面形状引导 行车车架图。 竞争中赢得主动。本例的成功同时也表 线,此引导线不做成整个的封闭曲线, 明了知识工程在中小型企业内应用已成 而是将各位置上的引导线分割为同段数 为可能,知识工程将使企业具有更大的 的曲线且使对应曲线的切线方向一致, 竞争力。此外,知识工程还允许用户保 否则扫描出的管件容易扭曲。此时做出 存那些在实际应用中有用的工程知识, 的是一薄壁管。 (3)加厚形成管件的厚度。 ( 4 ) 连 接 管 件 间 相 交 部 分 的 剪 切 。 当需要时能很快找出并重复利用。 当用户拖动管件导引线时,管件能够关 联变化。 采用此实现方法充分体现了对知识 图6 减震自行车车架图 和规则的重用性。对象间的关联设计用 UDO的方法,将管件的一些列数据记录 到UDO中,实现完成了管件的自动剪切、 栏目主持:苏向鹏 本文索引号:113 四、结束语 投稿信箱:suxp@icad.com.cn运用知识工程,使自行车车架设计 工作从原来需两天时间,缩短到目前的 065