(論文)車門及附件設(shè)計(jì)最新優(yōu)秀畢業(yè)論文資料搜集嘔血奉獻(xiàn)

碩士學(xué)位論文 車門附件布置知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā) The Research and Development of the Door Accessory Package Knowledge Base Management System 目錄 -II- 提提 要要 本課題是吉林省科學(xué)技術(shù)委員會(huì)立項(xiàng)資助的“基于知識(shí)的車門附件布置 系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)” ，主要研究車門附件、布置設(shè)計(jì)過(guò)程、布置規(guī)則、干涉檢驗(yàn)等設(shè) 計(jì)信息與推理機(jī)制；研究簡(jiǎn)單知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的搭建，研究簡(jiǎn)單專家系統(tǒng)的原理 與應(yīng)用；并在 CATIA 平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。以集成的觀點(diǎn)構(gòu)建車門附件布置 DAPS 系統(tǒng)，給出了 DAPS 系統(tǒng)集成的組織結(jié)構(gòu)-布置系統(tǒng)、附件數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)三 大組成模塊。 本文主要研究了車門附件布置系統(tǒng)與專家系統(tǒng)/知識(shí)庫(kù)理論的結(jié) 合進(jìn)行了研究和探索。建立了車門附件布置系統(tǒng)的簡(jiǎn)單的知識(shí)庫(kù)框架，該知 識(shí)庫(kù)系統(tǒng)采用產(chǎn)生式知識(shí)庫(kù)結(jié)構(gòu)，因?yàn)楫a(chǎn)生式知識(shí)表達(dá)方式接近于人類大腦 的推理方式，具有易于理解、表示簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵字關(guān)鍵字： CATIA, 車門，附件，專家系統(tǒng)，知識(shí)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù) -III- 目目 錄錄 第一章 緒 論.1 1-1 CAD/CAM 技術(shù)和知識(shí)庫(kù)技術(shù)在汽車開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用.1 1.1.1 CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展.1 1.1.2 CAD技術(shù)在汽車開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用3 1.1.3 知識(shí)庫(kù)在CAD中的應(yīng)用.4 1.1.4 知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)特點(diǎn)及其開(kāi)發(fā)過(guò)程.6 1-2 基于知識(shí)的車門附件布置設(shè)計(jì)系統(tǒng).6 1.2.1 基于知識(shí)的工程系統(tǒng)簡(jiǎn)介.6 1.2.2 基于知識(shí)的車門附件布置設(shè)計(jì)系統(tǒng)的組成.7 1.2.3 基于 CATIA 的車門附件知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)（DAKBS）.8 1-3 本課題研究的內(nèi)容.9 1-4 本章小結(jié).9 第二章 車門設(shè)計(jì)及其附件布置過(guò)程的研究. 11 2.1 車門設(shè)計(jì)概述.11 2.1.1 車門的分類.11 2.1.2 車門的構(gòu)成.12 2.1.3 車門的功能要求.12 2.1.4 車門的設(shè)計(jì)流程.13 2.2 車門附件布置過(guò)程及其特點(diǎn).14 2.2.1 鉸鏈的布置.16 2.2.2 玻璃及玻璃升降器的布置.18 2.2.3 門鎖的布置過(guò)程.23 2.2.4 密封條布置.25 目錄 -IV- 2.2.5 運(yùn)動(dòng)干涉.26 2.2.6 車門附件布置設(shè)計(jì)特點(diǎn)及布置設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)分析.27 2.3 本章小結(jié).27 第三章 專家系統(tǒng)與知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)理論.28 3-1 專家系統(tǒng).28 3.1.1 專家系統(tǒng)的歷史.28 3.1.2 專家系統(tǒng).29 3.1.3 構(gòu)建專家系統(tǒng)的過(guò)程.29 3.1.4 專家系統(tǒng)的構(gòu)建原則.31 3.1.5 專家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工具.32 3.1.6 通用性專家系統(tǒng)分類.35 3-2 知識(shí)工程.35 3.2.1 知識(shí)工程研究?jī)?nèi)容.36 3.2.2 知識(shí)庫(kù).38 3.2.3 知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng).39 3.2.4 知識(shí)庫(kù)系統(tǒng).40 3.2.5 知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)用化要求.41 3.2.6 知識(shí)的組織與管理.42 3.2.7 知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的研究趨勢(shì).44 3-3 本章小結(jié).44 第四章 產(chǎn)生式知識(shí)庫(kù)系統(tǒng).45 4-1 產(chǎn)生式系統(tǒng)45 4.1.1 產(chǎn)生式的基本形式.45 4.1.2 產(chǎn)生式系統(tǒng)的求解過(guò)程.47 4.1.3 產(chǎn)生式系統(tǒng)的特點(diǎn).47 4-2 規(guī)則庫(kù)管理命令.48 -V- 4-3 綜合數(shù)據(jù)庫(kù)49 4.3.1 綜合數(shù)據(jù)庫(kù).49 4.3.2 綜合數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)造.50 4-4 推理機(jī) /控制機(jī)構(gòu)52 4-5 小型知識(shí)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)步驟54 4-6 本章小結(jié)54 第五章 CATIA 二次開(kāi)發(fā)技術(shù)的研究55 5.1 CATIA 軟件的二次開(kāi)發(fā)工具介紹55 5.2 GII（GRAPHICS INTERACTIVE INTERFACE）的使用.57 5.3 API（APPLICATION PROGRAM INTERFACE）函數(shù)及調(diào)用.58 5.3.1 API函數(shù)58 5.3.2 API函數(shù)的調(diào)用59 5.4 本章小結(jié).61 第六章 車門附件知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建立.62 6-1 車門附件知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)62 6.1.1 車門附件知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)任務(wù)與框架.62 6.1.2 車門附件知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的功能.64 6.1.3 車門附件知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的安全機(jī)制.64 6-2 車門附件知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)65 6.2.1 車門附件知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)用戶界面的設(shè)計(jì).66 6.2.2 車門附件知識(shí)庫(kù)的設(shè)計(jì).66 目錄 -VI- 6.2.3 車門附件知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì).67 6.2.4 車門附件知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)推理機(jī)的設(shè)計(jì).67 6.2.5 車門附件知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)解釋器的設(shè)計(jì).69 6.2.6 車門附件知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)知識(shí)獲取器的設(shè)計(jì).70 6-3 附件知識(shí)庫(kù)詳細(xì)設(shè)計(jì).71 6.3.1 一致性和可證明性檢查.71 6.3.2 規(guī)則自然語(yǔ)言的理解.72 6.3.3 車門附件知識(shí)獲取過(guò)程.72 6.3.4 知識(shí)庫(kù)操作.79 6-4 車門附件布置系統(tǒng)的一體化集成化.80 6.4.1 集成車門附件布置系統(tǒng)開(kāi)發(fā)任務(wù).80 6.4.3 車門附件布置系統(tǒng)的集成化.81 6.4.4 車門附件布置過(guò)程.83 6-5 本章小結(jié)84 第七章 總結(jié)與展望.85 致 謝.86 參考文獻(xiàn).87 -1- 第一章第一章 緒緒 論論 1-1 CAD/CAM 技術(shù)和知識(shí)庫(kù)技術(shù)在汽車開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用技術(shù)和知識(shí)庫(kù)技術(shù)在汽車開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用 1.1.1 CAD/CAM 技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及制造（CAD/CAM）技術(shù)就是將計(jì)算機(jī)迅速、準(zhǔn)確地 處理信息的特點(diǎn)與人類創(chuàng)造的思維能力及推理判斷能力巧妙地結(jié)合起來(lái)，用 計(jì)算機(jī)硬件、軟件的新成就特別是計(jì)算機(jī)繪圖、數(shù)據(jù)庫(kù)、智能模擬技術(shù)，為 現(xiàn)代設(shè)計(jì)提供了理想的手段。1972 年國(guó)際信息處理聯(lián)合會(huì)（IFIP）曾對(duì) CAD 技術(shù)作如下定義： “CAD 是一種技術(shù)，其中人與計(jì)算機(jī)結(jié)合為一個(gè)問(wèn)題求解 組，緊密配合，發(fā)揮各自所長(zhǎng)，從而使其工作優(yōu)于每一方，并為應(yīng)用多學(xué)科 方法的綜合性協(xié)作提供了可能” 1 。計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）利用計(jì)算機(jī)將產(chǎn) 品的設(shè)計(jì)信息自動(dòng)轉(zhuǎn)換為制造信息，以控制產(chǎn)品的加工、裝配、檢驗(yàn)、包裝 等全過(guò)程，以基于這些過(guò)程相關(guān)的物流系統(tǒng)和初步的生產(chǎn)調(diào)度。 CAD/CAM( 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及制造)技術(shù)產(chǎn)生于本世 50 年代后期發(fā)達(dá) 國(guó) 家的航空和軍事工業(yè)中， 隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)的 發(fā)展 而迅速成長(zhǎng)起來(lái)。CAD/CAM 在機(jī)械制造行業(yè)的應(yīng)用最早，也最為廣泛。采用 CAD 技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)不但可以使設(shè)計(jì)人員“甩掉圖板”，更新傳統(tǒng)的設(shè)計(jì) 思想，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自動(dòng)化，降低產(chǎn)品的成本，提高企業(yè)及其產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng) 爭(zhēng)能力；還可以使企業(yè)由原來(lái)的串行式作業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿凶鳂I(yè)，建立一種全新 的設(shè)計(jì)和生產(chǎn) 技術(shù)管理體制，縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。如今 世界各大航空、航天及汽車等制造業(yè)巨頭不但廣泛采用 CAD/CAM 技術(shù)進(jìn)行產(chǎn) 品設(shè)計(jì)，而且投入大量的人力物力及資金進(jìn)行 CAD/CAM 軟件的開(kāi)發(fā)， 以保 持自己技術(shù)上的領(lǐng)先地位和國(guó)際市場(chǎng)上的優(yōu)勢(shì)。 CAD 技術(shù)是一項(xiàng)綜合性的，集計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)通訊等計(jì)算 機(jī)及其他領(lǐng)域知識(shí)于一體的高新技術(shù)； 是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分； 也 是提高設(shè)計(jì)水平、 縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、 增強(qiáng)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力的一項(xiàng) 關(guān) 鍵 技術(shù)。 CAD 技術(shù)的特點(diǎn)是涉及面廣而復(fù)雜、 技術(shù)變化快、競(jìng)爭(zhēng)激烈，而且投 資大、 風(fēng)險(xiǎn)高、產(chǎn)出高?，F(xiàn)代有名的 CAD/CAM 軟件都是規(guī)模巨大、功能眾多、系統(tǒng) 復(fù)雜，所以投資大、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，難以及時(shí)跟上硬件平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境的迅速 發(fā)展，以及廣大用戶需求的變化和不斷增長(zhǎng)的要求。 CAD/CAM 技術(shù)的廣泛應(yīng)用大大減輕了設(shè)計(jì)者的勞動(dòng)強(qiáng)度， 改善了他們的 目錄 -2- 工作環(huán)境和條件，提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，極大的提高了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì) 效率，縮短了新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。CAD/CAM 技術(shù)徹底改變了傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì) 方式，使設(shè)計(jì)人員的智慧和能力得到充分的發(fā)揮，CAD/CAM 技術(shù)的發(fā)展與應(yīng) 用水平已成為和衡量一個(gè)國(guó)家的科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。 我國(guó)的 CAD/CAM 技術(shù)的研究和應(yīng)用起步較晚，從八十年代才逐步開(kāi)始， 但是發(fā)展的非?？?，特別是進(jìn)入九十以后得到迅速的發(fā)展，CAD/CAM 技術(shù)在 我國(guó)的航空、航天、造船、機(jī)械、汽車等領(lǐng)域得到較廣泛的應(yīng)用，一些國(guó)產(chǎn) 的優(yōu)秀 CAD 軟件也應(yīng)運(yùn)而生，但是我國(guó) CAD/CAM 技術(shù)研究和應(yīng)用的廣度和 深度與國(guó)外相比還存在較大的差距，要想提高我國(guó)汽車等機(jī)械產(chǎn)品在國(guó)際市 場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，CAD 技術(shù)的研究和應(yīng)用是關(guān)鍵。 產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員可以利用 CAD 技術(shù)在計(jì)算機(jī)中生成產(chǎn)品的真實(shí)實(shí)體幾何 模型，在計(jì)算機(jī)屏幕上隨意的旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)模型，從各個(gè)角度觀察產(chǎn)品的形狀， 不斷的對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行修改，而且許多 CAD 軟件還提供豐富的輔助分析功能， 可以在設(shè)計(jì)的同時(shí)進(jìn)行強(qiáng)度、剛度等各種分析，來(lái)幫助和指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員得到 合理的、最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案；虛擬裝配、加工仿真、運(yùn)動(dòng)分析等 CAD 技術(shù)的 發(fā)展使得 CAD 技術(shù)實(shí)質(zhì)得以充分體現(xiàn)，即輔助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，而 不是簡(jiǎn)單的繪圖代替紙筆。 CAD 軟件主要是幫助產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員完成數(shù)值型的 工作，也就是說(shuō)完成計(jì)算、分析、繪圖等功能，設(shè)計(jì)活動(dòng)中存在的最關(guān)鍵的 推理工作，諸如設(shè)計(jì)思路、最佳方案的選擇、參數(shù)的選擇等等，這些工作主 要依賴于設(shè)計(jì)人員的知識(shí)和專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，是現(xiàn)有 CAD 軟件無(wú)法滿足的。因此 將人工智能技術(shù)，特別是專家系統(tǒng)的技術(shù)與現(xiàn)有的、傳統(tǒng)的 CAD 技術(shù)相結(jié) 合開(kāi)發(fā)一些專用的 CAD 軟件和程序模塊是今后 CAD 發(fā)展的必然趨勢(shì) 2。 CAD 系統(tǒng)的智能化可以將領(lǐng)域設(shè)計(jì)專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)與 CAD 技術(shù)結(jié)合 在一起，這既有利于充分發(fā)揮 CAD 技術(shù)在專業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的作用，又能將工 程設(shè)計(jì)專家多年的、寶貴的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)充分的保存下來(lái)，為其他設(shè)計(jì)人員所參 考，這樣一個(gè)經(jīng)驗(yàn)不很豐富的設(shè)計(jì)人員可以借助智能 CAD 系統(tǒng)在領(lǐng)域?qū)＜?知識(shí)的指導(dǎo)下高效率、高質(zhì)量的完成設(shè)計(jì)任務(wù)。 任何產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，都被包容在 CAD 的覆蓋范圍內(nèi)。但任何專業(yè) CAD 廠商 都永遠(yuǎn)不可能滿足所有客戶的一切設(shè)計(jì)需求。 所以 CAD 系統(tǒng)必須作成開(kāi)放式， 為廣大用戶的二次開(kāi)發(fā)提供一切方便。CAD 軟件又應(yīng)該使各類用戶所設(shè)計(jì)的 對(duì)象都產(chǎn)生統(tǒng)一的數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)格式，保證不同廠商的 CAD 文檔可以相互兼 容，實(shí)現(xiàn)資源共享，達(dá)到無(wú)縫集成。 一個(gè)公司對(duì) CAD 系統(tǒng)的應(yīng)用必然要經(jīng)歷以下過(guò)程： 軟硬件的購(gòu)買、 CAD 軟件在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的逐步應(yīng)用、結(jié)合公司需要對(duì) CAD 軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)、 用于 CAM/CAE 方面。根據(jù)公司設(shè)計(jì)的需要，結(jié)合專業(yè)知識(shí)和領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng) -3- 驗(yàn)開(kāi)發(fā)專用的 CAD 模塊，可大大減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)中不必要的重復(fù)性勞動(dòng)，提 高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)周期。CAD 軟件的二次開(kāi)發(fā)可 有效的克服通用 CAD 軟件在專業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的不足和局限性，有利于充分發(fā) 揮 CAD 軟件的輔助作用。所以一個(gè)公司需全面的開(kāi)展 CAD 并取得積極效果， 應(yīng)以引入的 CAD 系統(tǒng)為基礎(chǔ)，根據(jù)本公司的實(shí)際需要，進(jìn)行程度不同的用戶 化、本地化的二次開(kāi)發(fā)，建立專業(yè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)，形成具有本公司特色 的產(chǎn)品設(shè)計(jì) CAD 系統(tǒng)。 CAD 要求集成，一方面從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)全生命期看，要求產(chǎn)品設(shè)計(jì)與分析計(jì) 算（CAE） 、工藝規(guī)劃（CAPP） 、數(shù)控加工（NC） 、質(zhì)量控制（CAQ） 、技術(shù)服務(wù)、 備件供應(yīng)、訂貨管理、生產(chǎn)計(jì)劃管理等緊密銜接，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造管理一 體化；另一方面從行業(yè)間的關(guān)系看，建筑、土木工程、鐵路勘察設(shè)計(jì)等需要 與地理信息系統(tǒng)（GIS） 、通信、供水供電暖氣通風(fēng)、機(jī)械制造、微電子技術(shù) 等溝通，同樣要求跨行業(yè)的應(yīng)用軟件一體化。 1.1.2 CAD 技術(shù)在汽車開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用技術(shù)在汽車開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用 CAD 技術(shù)首先在航空、航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，而后開(kāi)始逐漸應(yīng)用于汽 車領(lǐng)域。1959 年 GM 汽車公司的 DAC-1（Design Augmented Computer）項(xiàng)目 標(biāo)志著 CAD 技術(shù)在汽車行業(yè)應(yīng)用的開(kāi)始。CAD 技術(shù)給使用者帶來(lái)了巨大的 好處及頗豐的收益，汽車工業(yè)開(kāi)始大量采用 CAD 技術(shù)。80 年代初，幾乎全 世界所有的汽車工業(yè)和航空工業(yè)都購(gòu)買過(guò)相當(dāng)數(shù)量的 CATIA，其結(jié)果是 CATIA 躍居制造業(yè) CAD 軟件榜首，并且保持了許多年。最近幾年，從造型 理論上來(lái)說(shuō)，CATIA 并沒(méi)有突破性的進(jìn)展，其 CAD 技術(shù)本身已相對(duì)落后。 但 CATIA 除了給用戶提供豐富的交互曲線、曲面造型、擬合功能外，還給用 戶提供了二次開(kāi)發(fā)工具，無(wú)疑給用戶帶來(lái)了極大的方便3。 經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，CAD 技術(shù)在國(guó)外汽車行業(yè)得到廣泛而成熟的應(yīng) 用。各汽車公司不僅擁有非常好的 CAD 軟硬件條件，而且還有高素質(zhì) CAD 設(shè)計(jì)隊(duì)伍，很好的將各公司多年的汽車設(shè)計(jì)理論、經(jīng)驗(yàn)和 CAD 技術(shù)相結(jié)合， 成功的用于其新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)， CAD 技術(shù)的廣泛應(yīng)用極大的縮短了新車 型的開(kāi)發(fā)周期。 國(guó)外各汽車公司不僅在汽車設(shè)計(jì)和 CAD 應(yīng)用方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)， 而且還結(jié)合專業(yè)知識(shí)和專家經(jīng)驗(yàn)對(duì) CAD 軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，克服通用 CAD 軟件在汽車設(shè)計(jì)方面的局限性，開(kāi)發(fā)適合公司內(nèi)部設(shè)計(jì)需要的智能 CAD 專 業(yè)模塊，幫助其產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員快速的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)出更好的產(chǎn)品，以求在市場(chǎng) 目錄 -4- 競(jìng)爭(zhēng)中處于有利地位。例如：美國(guó) Ford 汽車公司專門成立 CAD 軟件的二次 開(kāi)發(fā)隊(duì)伍結(jié)合公司需要開(kāi)發(fā)一些汽車設(shè)計(jì)軟件； 法國(guó)雷諾公司在 EUCLID 上開(kāi) 發(fā)了適合汽車工業(yè)需求的用于鈑金成型的 OPTRIS 模塊和用于干涉檢驗(yàn)的 Megavision 模塊；日本的 TOYOTA 汽車公司與美國(guó) PTC 軟件公司合作在 Pro/E 軟件的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的汽車模具型面設(shè)計(jì)模塊 Pro/Dieface4等等。目前， 國(guó) 外 用 的 比 較 多 的 CAD 軟 件 ， 主 要 有 ： CATIA(IBM/Dassault) 、 Unigraphics(EDS) 、 I-DEAS(SDRC) 、 PRO/E(PTC) 、 EUCLID(MATRA) 、 CADDS(ComputerVision)等。 可以說(shuō)我國(guó)汽車行業(yè) CAD 軟硬件的條件是相當(dāng) 不錯(cuò)的，經(jīng)過(guò)十多年努力，CAD 技術(shù)在我國(guó)汽車行業(yè)的應(yīng)用已取得很大的進(jìn) 步，而且一些大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)在通用的 CAD/CAM 軟件基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā) 專業(yè)模塊?，F(xiàn)在各國(guó)制造企業(yè)均紛紛采用各種新實(shí)現(xiàn)、新方法、新技術(shù)來(lái)改 進(jìn)自己的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)模式，力圖使企業(yè)及其產(chǎn)品具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力和生命力。 1.1.3 知識(shí)庫(kù)在知識(shí)庫(kù)在 CAD 中的應(yīng)用中的應(yīng)用 CAD 的核心技術(shù)是用最簡(jiǎn)單、方便的操作來(lái)生成產(chǎn)品幾何形狀的精確數(shù) 字定義并且實(shí)時(shí)顯示其真實(shí)感圖形。飛機(jī)、汽車的外形復(fù)雜，零、部件間的 配合要求高，因此 CAD 技術(shù)的研究和軟件開(kāi)發(fā)首先是從飛機(jī)和汽車行業(yè)發(fā)展 起來(lái)的。CAD 軟件產(chǎn)業(yè)的茁壯成長(zhǎng)取決于五大要素：應(yīng)用需求、技術(shù)積累、 資金投入、隊(duì)伍素質(zhì)和運(yùn)行機(jī)制。國(guó)際知名的 CAD 軟件，數(shù)量上以美國(guó)最多， 其次法國(guó)。但是就軟件產(chǎn)業(yè)的成功率看，法國(guó)居榜首。我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)得到持 續(xù)健康穩(wěn)定的發(fā)展，尤其汽車產(chǎn)業(yè)在我國(guó)獲得了蓬勃的發(fā)展，為 CAD 技術(shù)的 研究和軟件開(kāi)發(fā)創(chuàng)造了良好的條件。 我國(guó)汽車行業(yè)經(jīng)過(guò)十多年努力和發(fā)展，CAD 技術(shù)、專家系統(tǒng)、知識(shí)庫(kù)技 術(shù)等新興技術(shù)在我國(guó)汽車行業(yè)的應(yīng)用已取得很大的進(jìn)步，而且一些大學(xué)和科 研機(jī)構(gòu)也在獨(dú)立地或與汽車公司合作開(kāi)發(fā)一些在通用的 CAD 軟件基礎(chǔ)上的 汽車設(shè)計(jì)專業(yè)模塊，例如：吉林大學(xué)的福特中國(guó)研究與發(fā)展基金項(xiàng)目組率 先探索 KBE 在汽車行業(yè)中的應(yīng)用，在通用 CAD 軟件的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)專用的汽 車專業(yè)設(shè)計(jì)模塊；同濟(jì)大學(xué)在 UG 平臺(tái)上開(kāi)發(fā)汽車總體設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)等等5。 但是由于我國(guó) CAD 技術(shù)起步較晚，加上現(xiàn)有通用 CAD 軟件的專用性較差， CAD 技術(shù)的應(yīng)用與國(guó)外汽車公司相比還有很大的差距， 國(guó)內(nèi)各汽車公司普遍 存在 CAD 軟件利用率低，設(shè)計(jì)效率低下的問(wèn)題。加大 CAD 軟件在汽車開(kāi)發(fā) 中的應(yīng)用力度，并且結(jié)合汽車設(shè)計(jì)的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)開(kāi)發(fā)一些通用 CAD 軟件平臺(tái) 上的面向汽車設(shè)計(jì)的專業(yè)模塊以幫助設(shè)計(jì)人員提高產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)效率和質(zhì)量， -5- 是縮短我國(guó)與國(guó)外汽車設(shè)計(jì)水平的差距，早日實(shí)現(xiàn)我國(guó)轎車自主開(kāi)發(fā)能力的 有效措施之一。 從 CAD/CAM 的技術(shù)發(fā)展史，需強(qiáng)調(diào)一個(gè)觀點(diǎn)：國(guó)外在成熟的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì) 機(jī)制下，一切研究開(kāi)發(fā)項(xiàng)目決不草率上馬，都有明確的應(yīng)用目標(biāo)和周密的技 術(shù)組織措施。凡是成功的成果，一定要倍加珍惜，盡量繼承、采納、接力、 改進(jìn)。國(guó)外有一條規(guī)則，凡是能從市場(chǎng)上買到的，決不自己從頭做起，外購(gòu) 一定比自制合算。同時(shí)賣方也懂得這個(gè)道理，必須合理定價(jià)，互通有無(wú)，決 不能奇貨可居，將別人拒之門外。CAD 源程序雖然珍貴，但同樣是商品，只 是定價(jià)更高而己。美國(guó)有規(guī)定，軟件的源程序改動(dòng)量超過(guò) 20%，就是新軟件， 不叫抄襲，鼓勵(lì)在繼承中創(chuàng)新，不贊成重復(fù)做虛功，白白浪費(fèi)人力、物力資 源。一個(gè)項(xiàng)目失敗了，并不稀奇，技術(shù)創(chuàng)新允許失敗。但是即使一個(gè)軟件系 統(tǒng)整體上失敗了，也要從中提取有用部分，創(chuàng)造新的商機(jī)。 軟件開(kāi)發(fā)中必須將各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)上的操 作，將原來(lái)的專業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)體現(xiàn)為軟件代碼，使得應(yīng)用人員在新的工 作環(huán)境中感到計(jì)算機(jī)得心應(yīng)手，善解人意，這就需要開(kāi)發(fā)人員與應(yīng)用人員共 同經(jīng)歷一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的磨合過(guò)程，不斷修改程序，不斷排除錯(cuò)誤。 有效的二次開(kāi)發(fā)是 CAD/CAM 發(fā)揮效能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，二次開(kāi)發(fā)具有以下兩 個(gè)主要特點(diǎn)： 一、于二次平臺(tái) 二、向領(lǐng)域?qū)＜?因此，二次開(kāi)發(fā)應(yīng)以工程設(shè)計(jì)的理論和實(shí)踐為基礎(chǔ)，以軟件工程理論為 指導(dǎo)，面向具體產(chǎn)品的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行開(kāi)發(fā) 6。 隨著 CAD 的進(jìn)一步發(fā)展，單純通過(guò)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，或者采用 CAD 數(shù)據(jù)庫(kù)、 工程數(shù)據(jù)庫(kù)已無(wú)法滿足 CAD 的復(fù)雜要求。因此需要選用合適、功能強(qiáng)大的通 用工具來(lái)支撐 CAD 發(fā)展中提出的新的要求，目前來(lái)說(shuō)，知識(shí)庫(kù)成為其主要選 擇之一。知識(shí)庫(kù)作為能支撐多種應(yīng)用領(lǐng)域的通用智能支撐軟件與工具，不僅 能夠在數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上提供數(shù)據(jù)支持，還可以將 CAD 不斷發(fā)展所提出的要求用 知識(shí)形式表示，為 CAD 處理各種復(fù)雜的問(wèn)題和滿足各種特殊要提供了可能。 支持智能 CAD 的實(shí)現(xiàn)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，需要設(shè)計(jì)師/專家 以其專門的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)，經(jīng)過(guò)分析、計(jì)算、綜合等多個(gè)步驟才能完成。 因此從人工智能的角度，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)實(shí)際上是一個(gè)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輔助設(shè) 計(jì)師進(jìn)行設(shè)計(jì)并加以實(shí)現(xiàn)的“專家系統(tǒng)” ，因而大量引入專家系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、方 法與工具，來(lái)構(gòu)成智能 CAD。 在智能 CAD 中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)、方法是用知識(shí)形式表示，而產(chǎn)品設(shè)計(jì) 目錄 -6- 的過(guò)程這是一個(gè)問(wèn)題求解過(guò)程，最后的設(shè)計(jì)結(jié)果就是求解目標(biāo)。 用知識(shí)庫(kù)作為智能 CAD 開(kāi)發(fā)環(huán)境無(wú)疑是比較合適的。在知識(shí)庫(kù)中，產(chǎn)品 設(shè)計(jì)中有關(guān)的知識(shí)可以用事實(shí)與規(guī)則表示，并存于知識(shí)庫(kù)內(nèi)。智能 CAD 與知 識(shí)庫(kù)有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如表 1-1。產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程既是知識(shí)庫(kù)中知識(shí)的推 理過(guò)程，最終設(shè)計(jì)結(jié)果極為知識(shí)庫(kù)中的推理結(jié)果。 表 1-1 智能 CAD 與知識(shí)庫(kù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系 智能 CAD 知識(shí)庫(kù) 設(shè)計(jì)知識(shí) 設(shè)計(jì)過(guò)程 設(shè)計(jì)結(jié)果 知識(shí)庫(kù)中的一組知識(shí) 知識(shí)庫(kù)中知識(shí)的推理 知識(shí)庫(kù)中的推理結(jié)果 1.1.4 知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)特點(diǎn)及其開(kāi)發(fā)過(guò)程知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)特點(diǎn)及其開(kāi)發(fā)過(guò)程 開(kāi)發(fā)知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的應(yīng)用，主要有以下特點(diǎn)： 將應(yīng)用對(duì)象看成是一個(gè)知識(shí)處理系統(tǒng)； 從應(yīng)用對(duì)象中抽取已有的知識(shí)（包括事實(shí)與規(guī)則） ； 將應(yīng)用對(duì)象中的處理用知識(shí)推理來(lái)表示。 知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程： 選擇一個(gè)知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)； 建立若干實(shí)關(guān)系構(gòu)成外延數(shù)據(jù)庫(kù)，建立若干虛關(guān)系以及推理 規(guī)則以構(gòu)成內(nèi)涵數(shù)據(jù)庫(kù)。 1-2 基于知識(shí)的車門附件布置設(shè)計(jì)系統(tǒng)基于知識(shí)的車門附件布置設(shè)計(jì)系統(tǒng) 1.2.1 基于知識(shí)的工程系統(tǒng)簡(jiǎn)介基于知識(shí)的工程系統(tǒng)簡(jiǎn)介 基于知識(shí)的工程（Knowledge Based Engineering，簡(jiǎn)稱 KBE）是一種程 序設(shè)計(jì)方法學(xué)。它通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)過(guò)程、進(jìn)行知識(shí)的捕捉和構(gòu)造并 對(duì)設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行定義，根據(jù)功能要求、部件信息和處理過(guò)程的 描述，快速生成新的設(shè)計(jì)方案，從而高效的指導(dǎo)設(shè)計(jì)。知識(shí)工程實(shí)現(xiàn)的系 統(tǒng)就稱為基于知識(shí)的工程系統(tǒng)?；谥R(shí)的工程系統(tǒng)與傳統(tǒng)程序之間的差 別就在于，基于知識(shí)的工程系統(tǒng)以知識(shí)作為處理對(duì)象，而傳統(tǒng)程序則以數(shù) 據(jù)作為處理對(duì)象。 -7- 而基于知識(shí)的工程（KBE ，Knowledge Based Engineering）是人工智 能領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，它研究的主要內(nèi)容包括知識(shí)的獲取、知識(shí)的表達(dá)、 知識(shí)庫(kù)的構(gòu)造、知識(shí)的自動(dòng)獲取和更新等，其核心是如何運(yùn)用知識(shí)來(lái)解決 問(wèn)題?；谥R(shí)的系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是突破了簡(jiǎn)單的邏輯運(yùn)算，把經(jīng)驗(yàn)和推理結(jié) 合起來(lái)，將邏輯思維和形象思維結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的智能化。7 1.2.2 基于知識(shí)的車門附件布置設(shè)計(jì)系統(tǒng)的組成基于知識(shí)的車門附件布置設(shè)計(jì)系統(tǒng)的組成 “基于知識(shí)的車門附件布置設(shè)計(jì)系統(tǒng)(Knowledge-Based Engineering for Door Accessory Package System, 簡(jiǎn) KBE for DAPS)的開(kāi)發(fā)”是吉林省科學(xué)技 術(shù)委員會(huì)立項(xiàng)資助的課題之一。它以法國(guó) Dassault 公司的大型的三維 CAD/CAM 軟件 CATIA 為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，以知識(shí)工程的理論為指導(dǎo)，結(jié)合車門布 置設(shè)計(jì)方面的領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)和知識(shí)， 借助 CATIA 的二次開(kāi)發(fā)工具來(lái)進(jìn)行開(kāi) 發(fā)。其主要研究?jī)?nèi)容就是在深入理解車門附件布置的內(nèi)容、過(guò)程和特點(diǎn)的基 礎(chǔ)上，運(yùn)用專家系統(tǒng)、知識(shí)工程等理論，重點(diǎn)研究基于知識(shí)的車門附件布置 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，布置過(guò)程和布置對(duì)象的知識(shí)表示，設(shè)計(jì)過(guò)程的推理求解， 以及多方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)規(guī)范（經(jīng)濟(jì)性、輕量化） ，并最終在 CATIA 軟件上 完成基于知識(shí)的車門附件布置系統(tǒng)。 車門是整個(gè)車身結(jié)構(gòu)中相對(duì)獨(dú)立的總成， 結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜， 而且附件繁多， 在車門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和附件布置設(shè)計(jì)過(guò)程中， 考慮的因素眾多， 工作量很大， KBE for DAPS 系統(tǒng)將在很大程度上降低布置設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度，幫助車門設(shè)計(jì)人員 高質(zhì)量的、高效率的完成車門的布置設(shè)計(jì)任務(wù)，該系統(tǒng)將可以幫助設(shè)計(jì)人員 進(jìn)行附件的參數(shù)化布置、干涉檢驗(yàn)、受力分析、剛度、強(qiáng)度分析等。 KBE for DAPS 系統(tǒng)主要分為三大部分：基于 CATIA 的車門附件布置設(shè) 計(jì)系統(tǒng)（Door Accessory Package System based in CATIA,簡(jiǎn)稱 DAPS） 、基于 CATIA 的車門附件數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)（Door Accessory Database System based in CATIA,簡(jiǎn)稱 DADS） 、基于 CATIA 的車門布置設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)（Door Accessory Knowledge Base System based in CATIA,簡(jiǎn)稱 DAKBS） 。 DAPS 系統(tǒng)是整個(gè) KBE for DAPS 系統(tǒng)的主框架，主要是調(diào)用 DADS 系 統(tǒng)來(lái)完成對(duì)車門附件進(jìn)行的選擇和布置，調(diào)用 DAKBS 系統(tǒng)中知識(shí)庫(kù)中的知 識(shí)，幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行決策，DAKBS 系統(tǒng)中包含著專家系統(tǒng)中的所謂的“推 理機(jī)”和“解釋器” 。 DAKBS 系統(tǒng)主要是收集領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)，它 要有知識(shí)規(guī)則的錄入、修改、刪除、更新等功能，并與 DAPS 系統(tǒng)有良好的接 口。DADS 系統(tǒng)主要是存儲(chǔ)車門附件的幾何模型和各種信息，在設(shè)計(jì)人員需 目錄 -8- 要進(jìn)行附件選擇時(shí)，提供大量的附件幾何模型和各種信息，它也要與 DAPS 系統(tǒng)有良好的接口。 KBE for DAPS 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1-1。 1.2.3 基于 CATIA 的車門附件知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)（DAKBS） 基于 CATIA 的車門附件知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)（DAKBS） “基于 CATIA 的車門附件知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)” 是吉林省科委立項(xiàng)資助的 “基于知識(shí)的車門附件布置設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)”課題的一部分。主要是為車門 設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行布置設(shè)計(jì)時(shí)，提供附件的知識(shí)信息和布置知識(shí)。 其主要的要求為： 1) 界面友好、簡(jiǎn)單、容易學(xué)習(xí)。 2) 與 CATIA 軟件無(wú)縫集成，與 CATIA 的數(shù)據(jù)交換是即時(shí)的、交互的， 沒(méi)有延遲。 3) 存儲(chǔ)時(shí)，附件的屬性和知識(shí)規(guī)則聯(lián)系在一起。 4) 用戶在選擇附件時(shí)，可以判斷是否滿足法規(guī)，整車，車門布置要求， 布置過(guò)程與推理過(guò)程的同步。 5) 基于各知識(shí)關(guān)鍵字的查詢。 6) 方便的基于附件名字的查詢。 7) 對(duì)用戶的錯(cuò)誤操作提出警告。 車門布置設(shè)計(jì)人員 圖 1-1 CATIA 基于 CATIA 的 車 門 附 件 布 置 設(shè) 計(jì) 系統(tǒng) 基于 CATIA 的車門附件 布置數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng) 基于 CATIA 的車門附件 布置設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)系統(tǒng) 系統(tǒng) 完成布置設(shè)計(jì) 基于知識(shí)的車門附件布置設(shè)計(jì)系統(tǒng) 圖 1-1 KBE for DAPS 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 吉林大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 -9- 8) 多用戶運(yùn)行模式。 1-3 本課題研究的內(nèi)容 1-3 本課題研究的內(nèi)容 研究?jī)?nèi)容主要包括：車門附件信息分析、總結(jié)、歸類；CATIA 軟件的二 次開(kāi)發(fā)，利用 GII 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)知識(shí)庫(kù)的用戶應(yīng)用程序（讀取、存儲(chǔ)、修改、刪 除、自動(dòng)建庫(kù)） ；知識(shí)庫(kù)關(guān)鍵字查詢算法；動(dòng)態(tài) GII 集成 CATIA 面板的實(shí)現(xiàn)； CATIA 的數(shù)據(jù)管理；知識(shí)庫(kù)和軟件工程的基本理論在車門附件布置知識(shí)庫(kù)系 統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用。 1-4 本章小結(jié) 1-4 本章小結(jié) 智能化 CAD、 未來(lái)制造業(yè)信息化的發(fā)展趨勢(shì)是數(shù)字化、 集成化、 綠色化、 智能化、 敏捷化與網(wǎng)絡(luò)化的融合， 各種新的管理模式和管理思想將不斷出現(xiàn)。 因此各式專家系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中獲得了較廣泛的應(yīng)用，但是專家系統(tǒng)在知識(shí) 獲取、推理方法、求解空間等方面還存在一些問(wèn)題。要實(shí)現(xiàn)我國(guó)轎車的自主 開(kāi)發(fā)能力，就必須加大 CAD 技術(shù)的理論研究和實(shí)際應(yīng)用，因此有必要在通 用大型 CAD/CAM/CAE 工程軟件上進(jìn)行針對(duì)汽車設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)， 以 應(yīng)用于汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域。在工程軟件的基礎(chǔ)上結(jié)合汽車設(shè)計(jì)知識(shí)和專家的經(jīng)驗(yàn) 進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)一些適合汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域需要的專用模塊。 本課題是吉林省科委資助項(xiàng)目。主要研究車門附件、布置設(shè)計(jì)過(guò)程、布 置規(guī)則、干涉檢驗(yàn)等設(shè)計(jì)信息與推理機(jī)制；研究簡(jiǎn)單知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的搭建，研 究簡(jiǎn)單專家系統(tǒng)的原理與應(yīng)用；并在 CATIA 平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。 基于知識(shí)的車門附件布置設(shè)計(jì)系統(tǒng)是以知識(shí)工程的理論為指導(dǎo)，結(jié)合車 門設(shè)計(jì)領(lǐng)域的知識(shí)、規(guī)則以及領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)，以 CATIA 為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，利用 CATIA 的二次開(kāi)發(fā)工具 GII 結(jié)合 C 語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，旨在簡(jiǎn)化車門布置設(shè)計(jì)的 復(fù)雜性和降低設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度從而幫助設(shè)計(jì)人員得到理想的車門布置方 案。 基于 CATIA 的車門附件數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)作為基于知識(shí)的車門附件布置設(shè)計(jì)系 統(tǒng)中的一部分或者說(shuō)一個(gè)模塊，它將分類存儲(chǔ)大量的附件幾何模型及其各種 非幾何信息，并提供友好的用戶界面，實(shí)現(xiàn)附件的查詢、讀取、存儲(chǔ)、修改 信息、刪除和自動(dòng)建庫(kù)等功能。知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)中的知識(shí)庫(kù)存儲(chǔ)關(guān)于車門附件屬 性與附件布置的的知識(shí)（規(guī)則） ，推理機(jī)根據(jù)條件查詢和利用規(guī)則進(jìn)行推理， 所利用的附件是否合格或是否滿足布置和法規(guī)要求。以幫助工程設(shè)計(jì)人員進(jìn) 行設(shè)計(jì)，在一定程度上使設(shè)計(jì)人員可以在設(shè)計(jì)的初期就開(kāi)始考慮車門的經(jīng)濟(jì) 目錄 -10- 性、輕量化、布置的合理性等各方面的要求。 由于理論與經(jīng)驗(yàn)的缺乏，本系統(tǒng)還不很完善，本系統(tǒng)作為知識(shí)庫(kù)理論、 專家系統(tǒng)理論在汽車設(shè)計(jì)中的初步探索，需要進(jìn)一步的完善、提高與豐滿。 吉林大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 -11- 第二章第二章 車門設(shè)計(jì)及其附件布置過(guò)程的研究車門設(shè)計(jì)及其附件布置過(guò)程的研究 車門是汽車車身結(jié)構(gòu)中相對(duì)獨(dú)立的總成，是供乘員或貨物進(jìn)出的必要通 道。它主要由車門骨架及蓋板、車門護(hù)面、門窗、車門玻璃及玻璃升降器、 門鎖及其手柄、車門鉸鏈、車門密封條和車門開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)組成。車門設(shè)計(jì)的好 壞直接影響到整車的造型效果、安全性、密封性、視野、噪聲控制以及乘座 空間等諸方面的優(yōu)劣8。車門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與附件布置考慮的因素較多，既要保 證車門與整車的協(xié)調(diào)一致，還要保證車門本身的技術(shù)要求，具有一定的代表 性。 2.1 車門設(shè)計(jì)概述車門設(shè)計(jì)概述 2.1.1 車門的分類車門的分類 車門的結(jié)構(gòu)類型多種多樣。按開(kāi)啟方式可分為旋轉(zhuǎn)門、拉門、折疊門 和外擺式車門；按車門結(jié)構(gòu)可分為整體式車門和分開(kāi)式車門；按有無(wú)窗框 可分為有窗框和無(wú)窗框式車門；按旋轉(zhuǎn)方向可分為順開(kāi)門、逆開(kāi)門和上開(kāi) 門。不同類型的車門由于具體結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致其設(shè)計(jì)過(guò)程的差異，在 DAPS 中就需要提供不同的程序入口進(jìn)行有針對(duì)性的程序?qū)崿F(xiàn)。9 表 2-1 車門分類 分 類 方 式 類 型 特 點(diǎn) 及 常 用 車 型 旋 轉(zhuǎn) 門 有 于 大 多 數(shù) 汽 車 折 疊 門 多 用 于 客 車 開(kāi) 啟 方 式 拉 門 多 用 于 輕 型 客 車 整體式車門剛度好、質(zhì)量高、隨形性好 結(jié) 構(gòu) 分開(kāi)式車門鈑金件少、材料利用率高、視野性好 有窗框車門用于大多數(shù)汽車，可為獨(dú)立窗框或整體式車門 窗 框 無(wú)窗框車門敞篷車、硬頂車、運(yùn)動(dòng)車使用 逆 開(kāi) 門 較少采用，僅為方便上、下車 順 開(kāi) 門 安全性好，較常用 旋 轉(zhuǎn) 方 向 上 開(kāi) 門 用于轎車和輕型車的背門，也用于低矮的汽車 第二章 車門設(shè)計(jì)及其附件布置過(guò)程的研究 -12- 2.1.2 車門的構(gòu)成車門的構(gòu)成 不同類型的車門可分為車門本體、車門附件兩部分。車門本體包括車門 內(nèi)外板、加強(qiáng)板和窗框等，是一個(gè)整體涂漆、未裝備狀態(tài)的鈑金焊接總成， 是實(shí)現(xiàn)車門整體造型效果、強(qiáng)度、剛度及附件安裝的基礎(chǔ)框架。而附件則是 為滿足車門的各項(xiàng)功能要求，在車門本體或其它相鄰結(jié)構(gòu)件上裝配的零件及 總成。車門總成的組成如表 2-2 所示。 表 2-2 車門總成的組成 車 門 車 門 本 體 車 門 附 件 內(nèi) 外 板 加 強(qiáng) 板 與 抗 撞 梁 窗 框 車 門 鎖 鉸鏈 及限 位器 玻璃 及升 降器 門及窗 密封條 內(nèi) 外 裝 飾 件 其它 附件 2.1.3 車門的功能要求車門的功能要求 車門作為汽車的重要組成部分，是車身側(cè)面最富變化和最受人關(guān)注的對(duì) 象。一方面，車門作為車身結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，其造型風(fēng)格、強(qiáng)度、剛 度、可靠性及工藝性等必需滿足車身整體性能的要求；另一方面，車門結(jié)構(gòu) 自身的視野性、安全性、密封等性能，既對(duì)整個(gè)車身結(jié)構(gòu)性能影響較大，也 是車門功能要求的重要部分。 第一第一，對(duì)使用方便性來(lái)說(shuō)，要求：開(kāi)關(guān)方便性：靈活、輕便、自如，有 最大、中間兩檔開(kāi)度，并能可靠限位；上下車方便性：開(kāi)度應(yīng)足夠，一般不 低于 60或開(kāi)度不小于 650mm。 第二第二，對(duì)視野性來(lái)說(shuō)，要求：盡量加大車門窗口及玻璃尺寸，并合理布 置三角窗位置、大小、形狀。 第三第三，對(duì)可靠性安全性來(lái)說(shuō)，要求：足夠的強(qiáng)度、剛度，不允許因變形、 下沉而影響車門開(kāi)關(guān)可靠性； 車門開(kāi)關(guān)時(shí)不允許有振動(dòng)噪聲； 部件性能可靠、 不干涉；撞翻車時(shí)不能自行開(kāi)門，以確保乘員安全；滿足側(cè)撞時(shí)對(duì)乘員的保 護(hù)要求。 吉林大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 -13- 第四第四，對(duì)密封性來(lái)說(shuō)，要求：雨、雪、塵不能進(jìn)入車內(nèi)，應(yīng)具備良好的 氣密封性。 第五第五，對(duì)工藝性維修性來(lái)說(shuō)，要求：易于生產(chǎn)制造，拆裝方便。 2.1.4 車門的設(shè)計(jì)流程車門的設(shè)計(jì)流程 車門是車身結(jié)構(gòu)中的一個(gè)分總成，車門設(shè)計(jì)應(yīng)與車身總體設(shè)計(jì)相統(tǒng) 一。 在進(jìn)行具體的車門設(shè)計(jì)前首先應(yīng)根據(jù)整車參數(shù)， 以同類型車為參考， 進(jìn)行車門部分的產(chǎn)品描述，確定車門類型，附件類型及種類。車門的設(shè) 計(jì)過(guò)程一般如下： 1產(chǎn)品描述。 應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)和調(diào)研的分析結(jié)果對(duì)車門總成及零件進(jìn) 定性描述； 2確定輸入和輸出。 輸入一般指： 總布置提供的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)； 車身 CAD 表 面三維數(shù)據(jù)模型和二維線圖；設(shè)計(jì)法規(guī)等。輸出一般是確定需要建立的三維 模型和圖紙等； 3定車門邊界，進(jìn)行車門的總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)： 1） 確定邊界； 2） 車門附件布置； 3） 車門本體設(shè)計(jì)； 4） 附件設(shè)計(jì)。 4門的運(yùn)動(dòng)校核； 5安全性校核； 6校核結(jié)果滿足要求，完成設(shè)計(jì)。 當(dāng)然， 上述的設(shè)計(jì)步驟并不是絕對(duì)不變的， 要根據(jù)設(shè)計(jì)的需要靈活進(jìn)行， 各步驟之間的反復(fù)往往要多次進(jìn)行， 如： 根據(jù)鉸鏈位置等初步確定車門邊界， 然后進(jìn)行附件布置，但布置過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題又要求重新修改邊界等等，各步 驟不斷交叉進(jìn)行，多方面考慮才能保證最終設(shè)計(jì)的合理。 第二章 車門設(shè)計(jì)及其附件布置過(guò)程的研究 -14- 2.2 車門附件布置過(guò)程及其特點(diǎn)車門附件布置過(guò)程及其特點(diǎn) 車門附件是指具有獨(dú)立功能并裝置于車門上的總成，它和殼體、內(nèi)飾蓋 圖 2-1 車門附件 吉林大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 -15- 表 2-3 車門主要附件的功能要求 車門 附件 結(jié) 構(gòu) 形 式 功 能 要 求 車 門 鎖 1. 機(jī)械門鎖（舌簧鎖、鉤簧鎖、 卡板鎖）手動(dòng)開(kāi)閉鎖； 2. 中控門鎖：利用控制按鈕或 點(diǎn)火鎖、 有駕駛員集中控制開(kāi)閉 的門鎖； 3. 防盜門鎖：根據(jù)聲、光、電、 磁、等原理，在于強(qiáng)行開(kāi)門時(shí)， 蜂鳴器或燈光報(bào)警； 1 車門外開(kāi)閉鎖功能及防誤鎖功能，有 全鎖和半鎖兩檔位置， 在鎖止?fàn)顟B(tài)下， 內(nèi)外手柄打不開(kāi)車門，開(kāi)鎖時(shí)，車內(nèi) 用按鈕，車外用鑰匙，有的也設(shè)計(jì)保 險(xiǎn)鎖； 2 開(kāi)閉耐久性 10105次； 3 承受縱橫向載荷能力，全鎖時(shí)：縱向 11110N，橫向 8890N，半鎖時(shí)縱向 4450N，橫向 4450N； 4 互開(kāi)率：1000 種不同鑰匙牙花數(shù)以 上； 5 耐慣性力： 全鎖狀態(tài)承受 3g 加速度作 用； 玻 璃 升 降 器 1.臂桿式， 其中單臂式、 交叉式、 四連桿式常用 2.繩輪式 （都具有電動(dòng)和手動(dòng)兩種型式） 1操作方便，搖手柄力矩不大于 2Nm 2結(jié)構(gòu)可靠，制動(dòng)力矩足夠，在臂桿滾 輪處沿玻璃切線方向加 300N 反力無(wú) 逆轉(zhuǎn)，在上升行程任意位置，玻璃下 沉量不大于 5mm； 3強(qiáng)度：上止點(diǎn)，在手柄上加負(fù)荷，各 部位不扭曲，運(yùn)動(dòng)自如； 4 壽命：4105次耐久實(shí)驗(yàn)，無(wú)異常； 鉸 鏈 鉸鏈有明鉸鏈和暗鉸鏈， 暗鉸鏈 常用， 且有內(nèi)讓和外讓兩種運(yùn)動(dòng) 方式 1運(yùn)動(dòng)范圍阻力矩小于 2.45Nm； 2處于關(guān)閉角度時(shí)余留角 3以上； 3強(qiáng)度： 縱向力 11110N； 橫向力 8890N； 4垂直剛度：距回轉(zhuǎn)中心 1000mm 加載 荷 980N 持續(xù)時(shí)間 1min 永久變形小于 0.5mm。開(kāi)關(guān)無(wú)異常； 5耐久性：1105次，無(wú)異常； 限 位 器 有些鉸鏈帶有限位功能， 也有獨(dú) 立安裝的限位器， 限位器應(yīng)具有 兩個(gè)檔位， 以實(shí)現(xiàn)全開(kāi)和半開(kāi)兩 個(gè)限位； 1 耐久性：5105次，實(shí)驗(yàn)后限位力矩 不小于初始值50% （3105次后測(cè)量） ； 2 限位器承受 180Nm 以下力矩不損壞； 板一起組成汽車的車門，如圖 2-1 所示。車門附件的種類繁多，同一類附件 不同類型車門附件在性能和特點(diǎn)等方面有很大的差異，而且有許多專業(yè)的車 第二章 車門設(shè)計(jì)及其附件布置過(guò)程的研究 -16- 門附件生產(chǎn)廠家，不同廠家生產(chǎn)的車門附件的質(zhì)量和價(jià)格也有差異。如何在 種類和數(shù)目眾多的車門附件中選擇合理的附件是車門設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行車門附 件布置設(shè)計(jì)時(shí)非常煩瑣但又非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，選擇的好壞往往會(huì)影響到 整個(gè)車門布置設(shè)計(jì)的最后結(jié)果。10 表 2-3 中給出了各附件的功能要求，其中鉸鏈與門鎖是車門承力件，開(kāi) 門時(shí)兩鉸鏈?zhǔn)芰ΓP(guān)門時(shí)兩鉸鏈和門鎖三點(diǎn)受力。因此，鉸鏈、門鎖對(duì)強(qiáng)度 和剛度的要求較重要，車門限位器雖然不直接承受車門重力，但起開(kāi)關(guān)限位 作用，與門鎖和鉸鏈在壽命、可靠性方面要求應(yīng)一致。另外，玻璃升降器、 鎖操縱手柄、按鈕等的可靠性、 耐久性也不可忽視。 其它附件的 結(jié)構(gòu)和功能一般應(yīng)與主要附件 的要求相適應(yīng)。 車門附件的布置過(guò)程是一 個(gè)逐步調(diào)整、逐步優(yōu)化的過(guò)程。 參數(shù)化布置中的參數(shù)化的對(duì)象 是指各附件的定位參數(shù)， 而不是 附件模型本身的幾何參數(shù)。 參數(shù) 化布置就是實(shí)現(xiàn)各附件定位點(diǎn) 的參數(shù)化， 從而通過(guò)對(duì)參數(shù)的修 改實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)附件位置的變化。 2.2.1 鉸鏈的布置鉸鏈的布置 鉸鏈?zhǔn)擒囬T總成中的受力 構(gòu)件， 當(dāng)車門關(guān)閉時(shí)， 車門上的 承力件為門鎖和鉸鏈， 當(dāng)打開(kāi)車 門時(shí)，車門的重力完全由鉸鏈來(lái)承受。鉸鏈軸線的布置會(huì)影響車門的開(kāi)度、 門柱的尺寸以及車門開(kāi)縫線的位置和形狀。在布置鉸鏈時(shí),應(yīng)注意以下幾方面 的問(wèn)題： 1在結(jié)構(gòu)允許的情況下，車門上下兩鉸鏈之間的距離應(yīng)盡可能大。圖 2-2 為鉸鏈的受力分析圖，其中R為手柄上的力沿豎直方向的分力，P為車 門重力，S、Q為鉸鏈處的受力沿豎直和水平兩個(gè)方向的分力。 圖 2-2 鉸鏈處受力分析 B-B 吉林大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 -17- 計(jì)算得： 2 RP S + = b RdPa Q + =；見(jiàn)斷面BB，th ，由材料力學(xué)理 論得，可忽略剪應(yīng)力即忽略S的作用；則下鉸鏈處的應(yīng)力可表示以下形式為： 22 1 )(6 6 bht lRdPa ht Ql W M y + =（式2-1 ） ，式中M為彎矩。 由于上下鉸鏈的變形方向相反，這樣就會(huì)造成車門下垂。由式2-1，車 門外型和附件設(shè)計(jì)基本定形后，R、P、a、d為定值。為減小 1 ，只有加 大鉸鏈中心距，或加大鉸鏈的橫截面積。 當(dāng)Q減小時(shí)， 1 減小，則鉸鏈提高，這對(duì)于減小車門的下垂有好處。但 鉸鏈的間距b的大小要受到車門外板曲線的限制，曲線的曲率越大要求鉸鏈 間距越小，從而導(dǎo)致鉸鏈處受力較大，車門容易出現(xiàn)下沉。一般情況下，取 b=300500mm，大多保持在400mm左右。 2布置鉸鏈時(shí)，為了避免打開(kāi)車門時(shí)與其它部分干涉，鉸鏈的軸線應(yīng)盡 可能外移，使其靠近車身側(cè)面。 如圖2-3所示，當(dāng)鉸鏈軸線的投影中心從O2外移到O1處時(shí)，它與車身外 圖 2-3 鉸鏈軸線與車身外表面 不同距離的軌跡比較 1鉸鏈軸線；2外板；3內(nèi)板 （注：該圖車門旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度） 圖 2-4 車身外形對(duì)鉸鏈軸線外移的影響 第二章 車門設(shè)計(jì)及其附件布置過(guò)程的研究 -18- 表面的距離從R2減小為R1，顯然干涉可能性降低。 但由于受外型的影響，鉸鏈軸線又不可能無(wú)限地向外移，如圖2-4所示。 當(dāng)鉸鏈軸線向外移，由1移到1處時(shí)，如果還要求上下鉸鏈間距L=L，由于 車門外板有弧度，那么鉸鏈就要布置到外板以外了，這顯然不符合實(shí)際。因 此，鉸鏈軸線外移到一定程度之后，必然導(dǎo)致鉸鏈間距L減小，這時(shí)，下鉸 鏈處的應(yīng)力增加，強(qiáng)度、剛度降低，車門下沉的可能性加大。 所以，前兩項(xiàng)布置原則是互相矛盾、此消彼長(zhǎng)的，需要設(shè)計(jì)人員在滿足 強(qiáng)度的條件下從實(shí)際出發(fā)，將鉸鏈軸線適當(dāng)外移，以獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)。 3車門上下鉸鏈必須布置在同一直線上。從車的側(cè)面看過(guò)去，一般是一 條垂直于地面的直線；從車的正面看過(guò)去，應(yīng)為一條向內(nèi)傾的直線，如圖2-5 所示。 從圖上可看出，鉸鏈軸線有內(nèi)傾角B，則車門在自由開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)只受重 力G的作用。將G分解，沿軸線方向的分力G2=GcosB，沿垂直軸線方向的 分力G1= GsinB。顯然，G2方 向平行于軸線，不產(chǎn)生力矩； G1垂直于軸線并與軸線之間 的距離設(shè)為a，所以產(chǎn)生了圖 上的力矩M， 其值為： M=G1 a= G1sinBa M使得車門繞鉸鏈軸線 向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，即使得車門在自由 開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)有自動(dòng)關(guān)閉的趨 勢(shì)。 2.2.2 玻璃及玻璃升降器的布 置 玻璃及玻璃升降器的布 置 2.2.2.1 玻璃的布置過(guò)程玻璃的布置過(guò)程 車門玻璃的形狀、大小、位置的確定是順利實(shí)現(xiàn)玻璃升降器布置的前提 基礎(chǔ)，也是車門布置設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。玻璃形狀和窗口處造型形狀及窗框結(jié) 構(gòu)密切相關(guān)。確定時(shí)應(yīng)本著盡量逼近外型的原則，并保證玻璃沿導(dǎo)軌順利升 降。逼近外型是指車門玻璃大小、形狀與車身造型所要求的窗口一致，并盡 量使玻璃外表面與車身外表面貼近。如圖2-6所示，其中A-A剖面表示了玻 璃中心線和車門外表面線的相對(duì)位置。 圖 2-5 鉸鏈軸線內(nèi)傾布置 吉林大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 -19- 車門外表面線為車身外形的截面曲線，玻璃中心線為圓柱面玻璃的截面線。 首先玻璃中心線的曲率和趨勢(shì)應(yīng)逼近外表面線。其次是保證玻璃沿導(dǎo)軌順利 升降。然后通過(guò)前（A-A斷面）后（B-B斷面）兩處斷面的y方向坐標(biāo)確定 出玻璃圓柱面中心線在俯視圖上的傾斜角度，這樣就確定了玻璃中心面的位 置。 2.2.2.2 玻璃升降器的布置過(guò)程玻璃升降器的布置過(guò)程 玻璃升降器是車門上主要附件之一， 它帶動(dòng)玻璃上下運(yùn)動(dòng)，占據(jù)門內(nèi)大量空 間。在選擇玻璃升降器時(shí)，應(yīng)考慮以下因 素：車門造型特點(diǎn)、車窗開(kāi)口大小、玻璃 形狀和安裝方式。此外，一般要求選擇的 玻璃升降器最大行程比實(shí)際行程大些。 1車門窗玻璃升降器操縱手柄位置 圖 2-7 載貨汽車的手柄位置確定 A-AB-B 玻璃 中心線 車門外 表面線 玻璃 邊緣線 A B 10 14 A B 圖 2-6 車門玻璃位置確定 鎖芯 玻璃托架 第二章 車門設(shè)計(jì)及其附件布置過(guò)程的研究 -20- 在確定操縱手柄時(shí)應(yīng)從人機(jī)工程學(xué)的角度來(lái)考慮。為了使手柄布置在方 便的位置，就要把手柄的位置和駕駛員的位置聯(lián)系起來(lái)。 如圖2-7所示，為載貨汽車的手柄位置確定。圖示的陰影區(qū)域，是在有 關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)載貨汽車駕駛室車門玻璃升降器手柄、三角窗框及車門扶手所限 定的區(qū)域。 1 鉸鏈中心線；2主動(dòng)臂擺動(dòng)中心；3前導(dǎo)軌；4門鎖內(nèi)手柄；5滑槽上止點(diǎn) 6聯(lián)動(dòng)桿；7門鎖；8后導(dǎo)軌；9滑槽下止點(diǎn)；10限位塊 圖 2-8 車門升降機(jī)構(gòu)平面布置圖 2平面圖布置（即沿車身的 側(cè)面看過(guò)去） 如圖2-8所示，為玻璃 升降器的平面布置圖。 1）主動(dòng)臂擺動(dòng)中心2的 位置應(yīng)設(shè)在靠近玻璃升程的 一半處，這樣可以保證滾輪的 水平移動(dòng)量最小，如下圖2-9 所示。 由圖上可看出，X1R1，則滾輪的水平移動(dòng)量水平移動(dòng) 量X2600015000 1.60 15000 1.75 2.2.3.2 內(nèi)手柄的安裝內(nèi)手柄的安裝 內(nèi)手柄安裝一般在駕駛員的前方稍遠(yuǎn)一些的地方，以避免無(wú)意中碰到 手柄使車門誤開(kāi)，從而保證行車安全性。在車門附件的布置和設(shè)計(jì)應(yīng)注意 內(nèi)手柄的位置布置以及內(nèi)手柄類型的選擇，內(nèi)手柄和外手柄一樣，位置要 確保方便，運(yùn)動(dòng)靈活。內(nèi)手柄與外手柄的相對(duì)位置有一定的制約關(guān)系。用 圖 2-14 貨車外手柄位置確定 第二章 車門設(shè)計(jì)及其附件布置過(guò)程的研究 -24- 戶開(kāi)啟的方便性，用戶易接觸，滿足功能要求。門鎖內(nèi)手柄一般通過(guò)聯(lián)動(dòng) 桿來(lái)打開(kāi)門鎖，如圖2-15所示。內(nèi)手柄而且應(yīng)與汽車其他內(nèi)飾件相適應(yīng)， 講究車門造型的一致性與協(xié)調(diào)性。 圖 2-14 門鎖機(jī)構(gòu)布置圖 2.2.3.3 門鎖的位置確定門鎖的位置確定 門鎖一般安裝在車門內(nèi)板的后端部，其高度位置應(yīng)與車門質(zhì)心位置在同 一水平線上，由外手柄的位置來(lái)確定，但又要考慮車門鉸鏈的影響以及整個(gè) 車門高度方向的尺寸。門鎖與玻璃升降器的相對(duì)位置主要有以下四種，如圖 2-16所示。 年 內(nèi)側(cè)布置型有利于聯(lián)動(dòng)桿的布置； 外側(cè)布置型有利于外手柄和鎖機(jī)構(gòu)的布 置；對(duì)于中間布置型，因?yàn)殚T鎖本體有一定的