基于Pro/E车轮智能设计系统开发

韦 辽

(广西广播电视大学 理工学院， 广西 南宁 530022)

0 引 言

车轮一般包括轮辋和轮辐。车轮是汽车零部件上主要的安全零件[1]。车轮设计长期以来依靠有经验的设计人员来完成。随着工业和经济的发展，企业间的竞争越来越激烈，车轮的智能化设计也就成为历史的必然[2]。

随着计算机技术等多门学科的发展并应用于机械领域，智能化设计可以成为一种新的技术和方法。

开发设计车轮智能化系统，通常是根据车轮标准和设计师工作经验，然后利用二次开发工具实现知识库和推理机制的建立，从而将KBE应用工具与系统无缝集成，实现了车轮智能化设计系统[3]。智能化设计可以减少产品开发研究时间，提高设计速度，节约成本，提高竞争力。

1 智能化技术概论

1.1 智能化设计产生背景

在设计中，非结构化决策难以用数学模型来表示，也无法用数值方法求解，实现这一大类问题求解的自动化，就需要进行智能化设计了，同时利用专家经验建立的专家系统也是处理高难度问题达到专家求解的效果，这是智能化设计所产生的背景。

随着社会的发展，促使产品的开发周期要缩短，更新的频率应该加快，投资资金和人力资源变得越来越少。传统的设计理论与思路理念已不适应设计活动的需求目标，同时市场的变化和设计在制造业中的作用越来越突出，也在不断对设计理论与技术方法提出了新的命题和方向。

1.2 智能化技术特点

基于知识的产品智能化设计，具备适应现代化设计开发研究需要的条件，产品模型的建立思想和方法是依据实物的几何特征参数来控制的，隐性的知识是由设计师设计的思路和原理，在设计过程中采用显性知识表达出来，是人工智能与知识工程和计算机辅助设计理论相统一集成技术。

1.3 智能化技术步骤

智能化设计步骤包括：分析产品结构层次；建立产品设计知识库；驱动运行产品模型过程。

1.4 智能化主要技术

智能化主要技术是以产品设计模型为基础，分析总结出对象的隐藏知识和结构，通过各种方法将其显性表达出来[4]，包括以下方面：

(1) 三维参数化建模技术 参数化设计技术是在智能设计的基础上可实现自动绘图，产品开发和设计的功能有许多相同的结构和类似的部件，参数化技术可以使产品开发设计出的模型不断进行更改，更关键的是还可以随着结构状态参数的改变而进行自动更改。

(2) 基于知识的推理技术 基于知识的推理技术包括CAD软件本身具有的推理功能和通用软件进行智能化设计的推理。

2 车轮智能化设计系统设计

2.1 总体模块设计

为了能够尽量完全的满足实现需求功能，本文采用了模块化设计方法，将系统分为许多个功能模块进行设计研究与开发[5]，包括数据管理模块和三维设计模块。智能化设计平台总体功能模块如图1所示。车轮智能化设计工作流程如图2所示。

图1 智能化设计平台总体功能模块

图2 车轮智能化设计工作流程

2.2 车轮智能化设计系统关键技术

智能化设计关键技术主要包括车轮方案设计、知识库的构建与维护、基于产生式规则的推理机制的研究等[6]。

智能化设计系统是一个集成化的系统，开放的系统，智能化设计系统应该通过知识的不断丰富，不断实用化而使得设计能力不断提高。

(1) 知识获取 知识获取方法主要有：通过知识学习器从知识库自动获取知识，知识编辑器提供良好人机对话界面，领域专家按照对话要求输入知识即可以获取知识[7]。

车轮领域专家负责收集整理车轮设计领域内的理论知识和实践经验。

(2) 知识推理 知识推理是知识利用的主要表现形式，智能系统推理过程是通过推理机完成。

推理方向可分为：正向推理；逆向推理；混合推理。

推理形式包括以下几个方面：基于规则的推理，基于实例的推理，基于模型的推理。

车轮设计是一门相对复杂的技术领域，车轮结构复杂，车轮设计知识内容丰富，包括国家标准、设计公式以及长期积累的设计知识、经验和技术，用某一种知识的推理机制比较困难实现整个车轮设计知识推理。采用的推理机制过程如图3所示。

图3 车轮智能化设计推理机制过程

建立车轮实例库，用户可通过人机交互界面输入相关要求查询车轮整体设计方案，在匹配方案的基础上进行修改完成设计，获得较高的设计质量。

3 车轮智能化设计系统的应用

3.1 车轮智能化设计系统主界面

车轮智能设计的程序是基于专家系统工具CLIPS，运用C#与CLIPS 混合编程技术。在本设计中，智能化设计系统主界面，如图4所示。

3.2 车轮智能化设计系统推理运行操作

在车轮智能化设计系统推理模块，点击进入推理按钮，进入推理运行界面，包括。车轮智能化设计系统推理运行界面如图5所示。车轮轮辋轮廓形状如图6所示。

图4 智能化设计系统主界面 图5 车轮智能化设计系统推理运行界面

图6 轮辋轮廓图

图6中：参数A表示轮辋宽度；R1表示槽侧半径；α表示槽底角度；B表示轮缘宽度；G表示轮缘高度；C表示轮缘半径位置尺寸；H表示槽底深度；D表示轮辋标定直径；L表示槽底宽度；M表示槽的位置尺寸。

汽车的轮辋直径大小非常重要。我国的轮辋按国家标准GB/T3487-2005设计生产。

在此系统下，以16×7j-pcd108-5车轮为实例对象，在选择按钮区域选择相关要求，点击推理，则程序显示推理结果为：专家建议您选择：“16×7J-PCD108-5”型号的车轮，并在显示结果图片区域显示型号为16×7j-pcd108-5车轮图片，智能化设计系统推理运行结果界面如图7所示。

此外，系统还连接Pro/E软件打开型号为16×7j-pcd108-5的车轮模型，Pro/E软件车轮模型，如图8所示。

图7 智能化设计系统推理运行结果界面 图8 PRO/E软件车轮模型

4 结 语

介绍了车轮的产品特点及智能化设计的现状，探讨了智能化设计的实现方法和过程，在具体的智能化设计系统开发过程中，运用C#与CLIPS混合编程技术，开发了车轮方案智能设计程序，并对程序进行实例测试。所开发的智能设计系统，能够实现车轮产品的快速设计，提高了设计效率，满足客户定制的需求。

参考文献：

[1] 朱利民.汽车铝合金轮毂制造[J].汽车制造业，2007(15)：75-77.

[2] 高 飞，陈 青，杨梁杰.基于UG的溜冰鞋智能化设计系统的研究[J].科技信息，2011(12)：256-257.

[3] 刘德仿，王斌震.基于知识的后装压缩式垃圾车智能化设计系统研究[J].机械设计与制造，2011(9)：109-111.

[4] 陆海英.基于知识的客车车身总布置智能设计[D].扬州：扬州大学，2009.

[5] 李建峰.钢圈系列产品虚拟设计开发平台的开发与研究[D].南宁：广西大学，2008.

[6] 朱谦成.基于CLIPS的车轮方案智能设计研究及程序实现[D].湘潭：湘潭大学，2010.

[7] 常德海.GIS知识工程关键理论与方法研究[D].郑州：河南理工大学，2012.

[8] 肖人彬.智能设计原理与技术[M].北京：科学出版社，2006.

[9] 王士同.人工智能教程[M].北京：电子工业出版社，2001.

[10] Saaty T L.Fundamentals of Decision Making and Priority Theory with the Analytic Hierarchy Proeess[M].Pittsburgh: RWS Publications， 2000.

[11] 童秉枢.现代CAD技术[M].北京：清华大学出版社，2000.

[12] 孙东川，林福永.系统工程引论[M].北京:清华大学出版社，2004.