硕士学位论文--车门附件布置知识库管理系统的研究与开发

吉林大学硕士研究生学位论文

论文分类号 U270.386 单位代码10183 密级内部研究生学号 2201225

吉林大学

硕士学位论文

车门附件布置知识库管理系统的研究与开发

The Research and Development of the Door Accessory Package Knowledge Base Management System

作者姓名：李余兵

专业：车辆工程

导师姓名刘锡国

及职称副教授

论文起止年月： 2002年9月至2003 年2 月

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目录

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提要

本课题是吉林省科学技术委员会立项资助的“基于知识的车门附件布置

系统的开发”，主要研究车门附件、布置设计过程、布置规则、干涉检验等设计信息与推理机制；研究简单知识库系统的搭建，研究简单专家系统的原理与应用；并在CATIA平台上实现。以集成的观点构建车门附件布置DAPS 系统，给出了DAPS系统集成的组织结构-布置系统、附件数据库、知识库三大组成模块。本文主要研究了车门附件布置系统与专家系统/知识库理论的结合进行了研究和探索。建立了车门附件布置系统的简单的知识库框架，该知识库系统采用产生式知识库结构，因为产生式知识表达方式接近于人类大脑的推理方式，具有易于理解、表示简单等优点。

关键字： CATIA, 车门，附件，专家系统，知识库，数据库

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目录

第一章绪论 (1)

§1-1CAD/CAM技术和知识库技术在汽车开发中的应用 (1)

1.1.1 CAD/CAM技术的发展 (1)

1.1.2 CAD技术在汽车开发中的应用 (3)

1.1.3 知识库在CAD中的应用 (4)

1.1.4 知识库系统的开发特点及其开发过程 (6)

§1-2基于知识的车门附件布置设计系统 (6)

1.2.1 基于知识的工程系统简介 (6)

1.2.2 基于知识的车门附件布置设计系统的组成 (7)

1.2.3基于CATIA的车门附件知识库系统（DAKBS） (8)

§1-3本课题研究的内容 (9)

§1-4本章小结 (9)

第二章车门设计及其附件布置过程的研究 (11)

§2.1车门设计概述 (11)

2.1.1 车门的分类 (11)

2.1.2 车门的构成 (12)

2.1.3 车门的功能要求 (12)

2.1.4 车门的设计流程 (13)

§2.2车门附件布置过程及其特点 (14)

2.2.1 铰链的布置 (16)

2.2.2 玻璃及玻璃升降器的布置 (18)

2.2.3 门锁的布置过程 (23)

2.2.4 密封条布置 (25)

-III-

目录

-IV- 2.2.5 运动干涉 (26)

2.2.6 车门附件布置设计特点及布置设计系统中的实现分析 (27)

§2.3本章小结 (27)

第三章专家系统与知识库系统理论 (28)

§3-1专家系统 (28)

3.1.1 专家系统的历史 (28)

3.1.2 专家系统 (29)

3.1.3 构建专家系统的过程 (29)

3.1.4 专家系统的构建原则 (31)

3.1.5 专家系统的开发工具 (32)

3.1.6 通用性专家系统分类 (35)

§3-2知识工程 (35)

3.2.1 知识工程研究内容 (36)

3.2.2 知识库 (38)

3.2.3 知识库管理系统 (39)

3.2.4 知识库系统 (40)

3.2.5 知识库系统实用化要求 (41)

3.2.6 知识的组织与管理 (42)

3.2.7 知识库系统的研究趋势 (44)

§3-3本章小结 (44)

第四章产生式知识库系统 (45)

§4-1产生式系统 (45)

4.1.1 产生式的基本形式 (45)

4.1.2 产生式系统的求解过程 (47)

4.1.3 产生式系统的特点 (47)

§4-2规则库管理命令 (48)

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§4-3综合数据库 (49)

4.3.1 综合数据库 (49)

4.3.2 综合数据库构造 (50)

§4-4推理机/控制机构 (52)

§4-5小型知识系统的开发步骤 (54)

§4-6本章小结 (54)

第五章 CATIA二次开发技术的研究 (55)

§5.1CATIA软件的二次开发工具介绍 (55)

§5.2GII（G RAPHICS I NTERACTIVE I NTERFACE）的使用 (57)

§5.3API（A PPLICATION P ROGRAM I NTERFACE）函数及调用 (58)

5.3.1 API函数 (58)

5.3.2 API函数的调用 (59)

§5.4本章小结 (61)

第六章车门附件知识库系统设计与建立 (62)

§6-1车门附件知识库系统 (62)

6.1.1 车门附件知识库系统任务与框架 (62)

6.1.2 车门附件知识库系统的功能 (64)

6.1.3 车门附件知识库系统的安全机制 (64)

§6-2车门附件知识库系统设计 (65)

6.2.1 车门附件知识库系统用户界面的设计 (66)

6.2.2 车门附件知识库的设计 (66)

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目录

-VI- 6.2.3 车门附件知识库系统综合数据库的设计 (67)

6.2.4 车门附件知识库系统推理机的设计 (67)

6.2.5 车门附件知识库系统解释器的设计 (69)

6.2.6 车门附件知识库系统知识获取器的设计 (70)

§6-3附件知识库详细设计 (71)

6.3.1 一致性和可证明性检查 (71)

6.3.2 规则自然语言的理解 (72)

6.3.3 车门附件知识获取过程 (72)

6.3.4 知识库操作 (79)

§6-4车门附件布置系统的一体化集成化 (80)

6.4.1 集成车门附件布置系统开发任务 (80)

6.4.3 车门附件布置系统的集成化 (81)

6.4.4 车门附件布置过程 (83)

§6-5本章小结 (84)

第七章总结与展望 (85)

致谢 (86)

参考文献 (87)

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第一章绪论

§1-1 CAD/CAM技术和知识库技术在汽车开发中的应用

1.1.1 CAD/CAM技术的发展

计算机辅助设计及制造（CAD/CAM）技术就是将计算机迅速、准确地处理信息的特点与人类创造的思维能力及推理判断能力巧妙地结合起来，用计算机硬件、软件的新成就特别是计算机绘图、数据库、智能模拟技术，为现代设计提供了理想的手段。1972年国际信息处理联合会（IFIP）曾对CAD 技术作如下定义：“CAD是一种技术，其中人与计算机结合为一个问题求解组，紧密配合，发挥各自所长，从而使其工作优于每一方，并为应用多学科方法的综合性协作提供了可能”]1[。计算机辅助制造（CAM）利用计算机将产品的设计信息自动转换为制造信息，以控制产品的加工、装配、检验、包装等全过程，以基于这些过程相关的物流系统和初步的生产调度。

CAD/CAM( 计算机辅助设计及制造)技术产生于本世50年代后期发达国家的航空和军事工业中，随着计算机软硬件技术和计算机图形学技术的发展而迅速成长起来。CAD/CAM在机械制造行业的应用最早，也最为广泛。采用CAD 技术进行产品设计不但可以使设计人员“甩掉图板”，更新传统的设计思想，实现设计自动化，降低产品的成本，提高企业及其产品在市场上的竞争能力；还可以使企业由原来的串行式作业转变为并行作业，建立一种全新的设计和生产技术管理体制，缩短产品的开发周期，提高劳动生产率。如今世界各大航空、航天及汽车等制造业巨头不但广泛采用CAD/CAM技术进行产品设计，而且投入大量的人力物力及资金进行CAD/CAM 软件的开发，以保持自己技术上的领先地位和国际市场上的优势。

CAD 技术是一项综合性的，集计算机图形学、数据库、网络通讯等计算机及其他领域知识于一体的高新技术；是先进制造技术的重要组成部分；也是提高设计水平、缩短产品开发周期、增强行业竞争能力的一项关键技术。CAD技术的特点是涉及面广而复杂、技术变化快、竞争激烈，而且投资大、风险高、产出高。现代有名的CAD/CAM 软件都是规模巨大、功能众多、系统复杂，所以投资大、开发周期长，难以及时跟上硬件平台和开发环境的迅速发展，以及广大用户需求的变化和不断增长的要求。

CAD/CAM技术的广泛应用大大减轻了设计者的劳动强度，改善了他们的

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目录

工作环境和条件，提高了产品的设计质量，极大的提高了产品的开发和设计效率，缩短了新产品的开发周期。CAD/CAM技术彻底改变了传统的产品设计方式，使设计人员的智慧和能力得到充分的发挥，CAD/CAM技术的发展与应用水平已成为和衡量一个国家的科学技术现代化和工业现代化的重要标志。

我国的CAD/CAM技术的研究和应用起步较晚，从八十年代才逐步开始，但是发展的非常快，特别是进入九十以后得到迅速的发展，CAD/CAM技术在我国的航空、航天、造船、机械、汽车等领域得到较广泛的应用，一些国产的优秀CAD软件也应运而生，但是我国CAD/CAM技术研究和应用的广度和深度与国外相比还存在较大的差距，要想提高我国汽车等机械产品在国际市场竞争力，CAD技术的研究和应用是关键。

产品设计人员可以利用CAD技术在计算机中生成产品的真实实体几何模型，在计算机屏幕上随意的旋转设计模型，从各个角度观察产品的形状，不断的对产品进行修改，而且许多CAD软件还提供丰富的辅助分析功能，可以在设计的同时进行强度、刚度等各种分析，来帮助和指导设计人员得到合理的、最优的设计方案；虚拟装配、加工仿真、运动分析等CAD技术的发展使得CAD技术实质得以充分体现，即辅助设计人员进行产品设计，而不是简单的绘图代替纸笔。CAD软件主要是帮助产品设计人员完成数值型的工作，也就是说完成计算、分析、绘图等功能，设计活动中存在的最关键的推理工作，诸如设计思路、最佳方案的选择、参数的选择等等，这些工作主要依赖于设计人员的知识和专业经验，是现有CAD软件无法满足的。因此将人工智能技术，特别是专家系统的技术与现有的、传统的CAD技术相结合开发一些专用的CAD软件和程序模块是今后CAD发展的必然趋势[2]。

CAD系统的智能化可以将领域设计专家的知识和经验与CAD技术结合在一起，这既有利于充分发挥CAD技术在专业设计领域的作用，又能将工程设计专家多年的、宝贵的设计经验充分的保存下来，为其他设计人员所参考，这样一个经验不很丰富的设计人员可以借助智能CAD系统在领域专家知识的指导下高效率、高质量的完成设计任务。

任何产品的设计，都被包容在CAD的覆盖范围内。但任何专业CAD厂商都永远不可能满足所有客户的一切设计需求。所以CAD系统必须作成开放式，为广大用户的二次开发提供一切方便。CAD软件又应该使各类用户所设计的对象都产生统一的数据文件存储格式，保证不同厂商的CAD文档可以相互兼容，实现资源共享，达到无缝集成。

一个公司对CAD系统的应用必然要经历以下过程：软硬件的购买、CAD 软件在产品设计中的逐步应用、结合公司需要对CAD软件进行二次开发、用于CAM/CAE方面。根据公司设计的需要，结合专业知识和领域专家的经

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验开发专用的CAD模块，可大大减少产品设计中不必要的重复性劳动，提高产品的设计质量，缩短新产品的开发和设计周期。CAD软件的二次开发可有效的克服通用CAD软件在专业设计领域的不足和局限性，有利于充分发挥CAD软件的辅助作用。所以一个公司需全面的开展CAD并取得积极效果，应以引入的CAD系统为基础，根据本公司的实际需要，进行程度不同的用户化、本地化的二次开发，建立专业设计系统和数据库，形成具有本公司特色的产品设计CAD系统。

CAD要求集成，一方面从产品开发全生命期看，要求产品设计与分析计算（CAE）、工艺规划（CAPP）、数控加工（NC）、质量控制（CAQ）、技术服务、备件供应、订货管理、生产计划管理等紧密衔接，实现产品设计制造管理一体化；另一方面从行业间的关系看，建筑、土木工程、铁路勘察设计等需要与地理信息系统（GIS）、通信、供水供电暖气通风、机械制造、微电子技术等沟通，同样要求跨行业的应用软件一体化。

1.1.2 CAD技术在汽车开发中的应用

CAD技术首先在航空、航天领域得到广泛应用，而后开始逐渐应用于汽车领域。1959年GM汽车公司的DAC-1（Design Augmented Computer）项目标志着CAD技术在汽车行业应用的开始。CAD技术给使用者带来了巨大的好处及颇丰的收益，汽车工业开始大量采用CAD技术。80年代初，几乎全世界所有的汽车工业和航空工业都购买过相当数量的CATIA，其结果是CATIA跃居制造业CAD软件榜首，并且保持了许多年。最近几年，从造型理论上来说，CATIA并没有突破性的进展，其CAD技术本身已相对落后。但CATIA除了给用户提供丰富的交互曲线、曲面造型、拟合功能外，还给用户提供了二次开发工具，无疑给用户带来了极大的方便[3]。

经过半个世纪的发展，CAD技术在国外汽车行业得到广泛而成熟的应用。各汽车公司不仅拥有非常好的CAD软硬件条件，而且还有高素质CAD 设计队伍，很好的将各公司多年的汽车设计理论、经验和CAD技术相结合，成功的用于其新产品的开发和设计，CAD技术的广泛应用极大的缩短了新车型的开发周期。

国外各汽车公司不仅在汽车设计和CAD应用方面积累了丰富的经验，而且还结合专业知识和专家经验对CAD软件进行二次开发，克服通用CAD 软件在汽车设计方面的局限性，开发适合公司内部设计需要的智能CAD专业模块，帮助其产品设计人员快速的开发和设计出更好的产品，以求在市场

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目录

竞争中处于有利地位。例如：美国Ford汽车公司专门成立CAD软件的二次开发队伍结合公司需要开发一些汽车设计软件；法国雷诺公司在EUCLID上开发了适合汽车工业需求的用于钣金成型的OPTRIS模块和用于干涉检验的Megavision模块；日本的TOYOTA汽车公司与美国PTC软件公司合作在Pro/E软件的基础上开发的汽车模具型面设计模块Pro/Dieface[4]等等。目前，国外用的比较多的CAD软件，主要有：CATIA(IBM/Dassault)、Unigraphics(EDS)、I-DEAS(SDRC)、PRO/E(PTC)、EUCLID(MATRA)、CADDS(ComputerVision)等。可以说我国汽车行业CAD软硬件的条件是相当不错的，经过十多年努力，CAD技术在我国汽车行业的应用已取得很大的进步，而且一些大学和科研机构在通用的CAD/CAM软件基础上进行二次开发专业模块。现在各国制造企业均纷纷采用各种新实现、新方法、新技术来改进自己的产品开发模式，力图使企业及其产品具有较强的竞争力和生命力。

1.1.3 知识库在CAD中的应用

CAD的核心技术是用最简单、方便的操作来生成产品几何形状的精确数字定义并且实时显示其真实感图形。飞机、汽车的外形复杂，零、部件间的配合要求高，因此CAD技术的研究和软件开发首先是从飞机和汽车行业发展起来的。CAD软件产业的茁壮成长取决于五大要素：应用需求、技术积累、资金投入、队伍素质和运行机制。国际知名的CAD软件，数量上以美国最多，其次法国。但是就软件产业的成功率看，法国居榜首。我国国民经济得到持续健康稳定的发展，尤其汽车产业在我国获得了蓬勃的发展，为CAD技术的研究和软件开发创造了良好的条件。

我国汽车行业经过十多年努力和发展，CAD技术、专家系统、知识库技术等新兴技术在我国汽车行业的应用已取得很大的进步，而且一些大学和科研机构也在独立地或与汽车公司合作开发一些在通用的CAD软件基础上的汽车设计专业模块，例如：吉林大学的福特—中国研究与发展基金项目组率先探索KBE在汽车行业中的应用，在通用CAD软件的基础上开发专用的汽车专业设计模块；同济大学在UG平台上开发汽车总体设计专家系统等等[5]。但是由于我国CAD技术起步较晚，加上现有通用CAD软件的专用性较差，CAD技术的应用与国外汽车公司相比还有很大的差距，国内各汽车公司普遍存在CAD软件利用率低，设计效率低下的问题。加大CAD软件在汽车开发中的应用力度，并且结合汽车设计的专业经验开发一些通用CAD软件平台上的面向汽车设计的专业模块以帮助设计人员提高产品的开发效率和质量，

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是缩短我国与国外汽车设计水平的差距，早日实现我国轿车自主开发能力的有效措施之一。

从CAD/CAM的技术发展史，需强调一个观点：国外在成熟的市场经济机制下，一切研究开发项目决不草率上马，都有明确的应用目标和周密的技术组织措施。凡是成功的成果，一定要倍加珍惜，尽量继承、采纳、接力、改进。国外有一条规则，凡是能从市场上买到的，决不自己从头做起，外购一定比自制合算。同时卖方也懂得这个道理，必须合理定价，互通有无，决不能奇货可居，将别人拒之门外。CAD源程序虽然珍贵，但同样是商品，只是定价更高而己。美国有规定，软件的源程序改动量超过20%，就是新软件，不叫抄袭，鼓励在继承中创新，不赞成重复做虚功，白白浪费人力、物力资源。一个项目失败了，并不稀奇，技术创新允许失败。但是即使一个软件系统整体上失败了，也要从中提取有用部分，创造新的商机。

软件开发中必须将各个专业领域的传统设计方法转化成计算机上的操作，将原来的专业设计知识和经验体现为软件代码，使得应用人员在新的工作环境中感到计算机得心应手，善解人意，这就需要开发人员与应用人员共同经历一个长时间的磨合过程，不断修改程序，不断排除错误。

有效的二次开发是CAD/CAM发挥效能的关键环节，二次开发具有以下两个主要特点：

一、于二次平台

二、向领域专家

因此，二次开发应以工程设计的理论和实践为基础，以软件工程理论为指导，面向具体产品的实际问题进行开发[6]。

随着CAD的进一步发展，单纯通过关系数据库，或者采用CAD数据库、工程数据库已无法满足CAD的复杂要求。因此需要选用合适、功能强大的通用工具来支撑CAD发展中提出的新的要求，目前来说，知识库成为其主要选择之一。知识库作为能支撑多种应用领域的通用智能支撑软件与工具，不仅能够在数据库基础上提供数据支持，还可以将CAD不断发展所提出的要求用知识形式表示，为CAD处理各种复杂的问题和满足各种特殊要提供了可能。

支持智能CAD的实现。产品设计是一个复杂的过程，需要设计师/专家以其专门的知识和经验为依据，经过分析、计算、综合等多个步骤才能完成。因此从人工智能的角度，计算机辅助设计实际上是一个由计算机系统辅助设计师进行设计并加以实现的“专家系统”，因而大量引入专家系统的实现、方法与工具，来构成智能CAD。

在智能CAD中，产品设计的实现、方法是用知识形式表示，而产品设计

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目录

-6- 的过程这是一个问题求解过程，最后的设计结果就是求解目标。

用知识库作为智能CAD 开发环境无疑是比较合适的。在知识库中，产品设计中有关的知识可以用事实与规则表示，并存于知识库内。智能CAD 与知识库有一定的对应关系，如表1-1。产品的设计过程既是知识库中知识的推理过程，最终设计结果极为知识库中的推理结果。 表1-1 智能CAD 与知识库的对应关系

智能CAD

知识库 设计知识

设计过程

设计结果 知识库中的一组知识 知识库中知识的推理 知识库中的推理结果

1.1.4 知识库系统的开发特点及其开发过程

开发知识库系统的应用，主要有以下特点：

⑴． 将应用对象看成是一个知识处理系统；

⑵． 从应用对象中抽取已有的知识（包括事实与规则）；

⑶． 将应用对象中的处理用知识推理来表示。

知识库系统的开发过程：

⑴． 选择一个知识库系统；

⑵． 建立若干实关系构成外延数据库，建立若干虚关系以及推理规则以构成内涵数据库。

§1-2 基于知识的车门附件布置设计系统

1.2.1 基于知识的工程系统简介

基于知识的工程（Knowledge Based Engineering ，简称KBE ）是一种程序设计方法学。它通过对设计方案、设计过程、进行知识的捕捉和构造并对设计方法和设计过程进行定义，根据功能要求、部件信息和处理过程的描述，快速生成新的设计方案，从而高效的指导设计。知识工程实现的系统就称为基于知识的工程系统。基于知识的工程系统与传统程序之间的差别就在于，基于知识的工程系统以知识作为处理对象，而传统程序则以数据作为处理对象。

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而基于知识的工程（KBE ，Knowledge Based Engineering）是人工智能领域的一个重要分支，它研究的主要内容包括知识的获取、知识的表达、知识库的构造、知识的自动获取和更新等，其核心是如何运用知识来解决问题。基于知识的系统实质上是突破了简单的逻辑运算，把经验和推理结合起来，将逻辑思维和形象思维结合起来，实现计算机的智能化。[7]

1.2.2 基于知识的车门附件布置设计系统的组成

“基于知识的车门附件布置设计系统(Knowledge-Based Engineering for Door Accessory Package System, 简KBE for DAPS)的开发”是吉林省科学技术委员会立项资助的课题之一。它以法国Dassault公司的大型的三维CAD/CAM软件CATIA为开发平台，以知识工程的理论为指导，结合车门布置设计方面的领域专家的经验和知识，借助CATIA的二次开发工具来进行开发。其主要研究内容就是在深入理解车门附件布置的内容、过程和特点的基础上，运用专家系统、知识工程等理论，重点研究基于知识的车门附件布置系统的总体结构，布置过程和布置对象的知识表示，设计过程的推理求解，以及多方案设计系统的评价规范（经济性、轻量化），并最终在CATIA软件上完成基于知识的车门附件布置系统。

车门是整个车身结构中相对独立的总成，结构比较复杂，而且附件繁多，在车门结构设计和附件布置设计过程中，考虑的因素众多，工作量很大，KBE for DAPS系统将在很大程度上降低布置设计的复杂程度，帮助车门设计人员高质量的、高效率的完成车门的布置设计任务，该系统将可以帮助设计人员进行附件的参数化布置、干涉检验、受力分析、刚度、强度分析等。

KBE for DAPS系统主要分为三大部分：基于CATIA的车门附件布置设计系统（Door Accessory Package System based in CATIA,简称DAPS）、基于CATIA的车门附件数据库系统（Door Accessory Database System based in CATIA,简称DADS）、基于CATIA的车门布置设计知识库系统（Door Accessory Knowledge Base System based in CATIA,简称DAKBS）。

DAPS系统是整个KBE for DAPS系统的主框架，主要是调用DADS系统来完成对车门附件进行的选择和布置，调用DAKBS系统中知识库中的知识，帮助设计人员进行决策，DAKBS系统中包含着专家系统中的所谓的“推理机”和“解释器”。DAKBS系统主要是收集领域专家的知识和经验，它要有知识规则的录入、修改、删除、更新等功能，并与DAPS系统有良好的接口。DADS系统主要是存储车门附件的几何模型和各种信息，在设计人员需

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要进行附件选择时，提供大量的附件几何模型和各种信息，它也要与DAPS 系统有良好的接口。

KBE for DAPS的系统结构如图1-1。

1.2.3基于CATIA的车门附件知识库系统（DAKBS）

“基于CATIA的车门附件知识库系统的开发”是吉林省科委立项资助的“基于知识的车门附件布置设计系统的开发”课题的一部分。主要是为车门设计人员在进行布置设计时，提供附件的知识信息和布置知识。

其主要的要求为：

1)界面友好、简单、容易学习。

2)与CATIA软件无缝集成，与CATIA的数据交换是即时的、交互的，没有延迟。

3)存储时，附件的属性和知识规则联系在一起。

4)用户在选择附件时，可以判断是否满足法规，整车，车门布置要求，布置过程与推理过程的同步。

5)基于各知识关键字的查询。

6)方便的基于附件名字的查询。

7)对用户的错误操作提出警告。

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8)多用户运行模式。

§1-3 本课题研究的内容

研究内容主要包括：车门附件信息分析、总结、归类；CATIA软件的二次开发，利用GII语言开发知识库的用户应用程序（读取、存储、修改、删除、自动建库）；知识库关键字查询算法；动态GII集成CATIA面板的实现；CATIA的数据管理；知识库和软件工程的基本理论在车门附件布置知识库系统开发中的应用。

§1-4 本章小结

智能化CAD、未来制造业信息化的发展趋势是数字化、集成化、绿色化、智能化、敏捷化与网络化的融合，各种新的管理模式和管理思想将不断出现。因此各式专家系统在实际生产中获得了较广泛的应用，但是专家系统在知识获取、推理方法、求解空间等方面还存在一些问题。要实现我国轿车的自主开发能力，就必须加大CAD技术的理论研究和实际应用，因此有必要在通用大型CAD/CAM/CAE工程软件上进行针对汽车设计的计算机辅助系统，以应用于汽车设计领域。在工程软件的基础上结合汽车设计知识和专家的经验进行二次开发，开发一些适合汽车设计领域需要的专用模块。

本课题是吉林省科委资助项目。主要研究车门附件、布置设计过程、布置规则、干涉检验等设计信息与推理机制；研究简单知识库系统的搭建，研究简单专家系统的原理与应用；并在CATIA平台上实现。

基于知识的车门附件布置设计系统是以知识工程的理论为指导，结合车门设计领域的知识、规则以及领域专家的经验，以CATIA为开发平台，利用CATIA的二次开发工具GII结合C语言进行开发，旨在简化车门布置设计的复杂性和降低设计人员的劳动强度从而帮助设计人员得到理想的车门布置方案。基于CATIA的车门附件数据库系统作为基于知识的车门附件布置设计系统中的一部分或者说一个模块，它将分类存储大量的附件几何模型及其各种非几何信息，并提供友好的用户界面，实现附件的查询、读取、存储、修改信息、删除和自动建库等功能。知识库系统中的知识库存储关于车门附件属性与附件布置的的知识（规则），推理机根据条件查询和利用规则进行推理，所利用的附件是否合格或是否满足布置和法规要求。以帮助工程设计人员进行设计，在一定程度上使设计人员可以在设计的初期就开始考虑车门的经济

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性、轻量化、布置的合理性等各方面的要求。

由于理论与经验的缺乏，本系统还不很完善，本系统作为知识库理论、专家系统理论在汽车设计中的初步探索，需要进一步的完善、提高与丰满。

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吉林大学硕士研究生学位论文 -11- 第二章 车门设计及其附件布置过程的研究 车门是汽车车身结构中相对独立的总成，是供乘员或货物进出的必要通道。它主要由车门骨架及盖板、车门护面、门窗、车门玻璃及玻璃升降器、门锁及其手柄、车门铰链、车门密封条和车门开关机构组成。车门设计的好坏直接影响到整车的造型效果、安全性、密封性、视野、噪声控制以及乘座空间等诸方面的优劣[8]。车门结构设计与附件布置考虑的因素较多，既要保证车门与整车的协调一致，还要保证车门本身的技术要求，具有一定的代表性。

§2.1 车门设计概述

2.1.1 车门的分类 车门的结构类型多种多样。按开启方式可分为旋转门、拉门、折叠门和外摆式车门；按车门结构可分为整体式车门和分开式车门；按有无窗框可分为有窗框和无窗框式车门；按旋转方向可分为顺开门、逆开门和上开门。不同类型的车门由于具体结构不同导致其设计过程的差异，在DAPS 中就需要提供不同的程序入口进行有针对性的程序实现。[9]

表 2-1车门分类 分 类 方 式 类 型

特 点 及 常 用 车 型 旋 转 门

有 于 大 多 数 汽 车 折 叠 门

多 用 于 客 车 开 启 方 式 拉 门

多 用 于 轻 型 客 车 整体式车门

刚度好、质量高、随形性好

结 构

分开式车门

钣金件少、材料利用率高、视野性好 有窗框车门

用于大多数汽车，可为独立窗框或整体式车门 窗 框 无窗框车门

敞篷车、硬顶车、运动车使用 逆 开 门

较少采用，仅为方便上、下车 顺 开 门

安全性好，较常用 旋 转 方 向 上 开 门 用于轿车和轻型车的背门，也用于低矮的汽车

第二章 车门设计及其附件布置过程的研究

-12- 2.1.2 车门的构成

不同类型的车门可分为车门本体、车门附件两部分。车门本体包括车门内外板、加强板和窗框等，是一个整体涂漆、未装备状态的钣金焊接总成，是实现车门整体造型效果、强度、刚度及附件安装的基础框架。而附件则是为满足车门的各项功能要求，在车门本体或其它相邻结构件上装配的零件及总成。车门总成的组成如表2-2所示。

表2-2 车门总成的组成 车 门

车 门 本 体

车 门 附 件 内

外

板 加强板与抗撞

梁 窗 框 车 门 锁 铰链及限位器玻璃及升降器门及窗密封条内外装饰件 其它附件

2.1.3 车门的功能要求

车门作为汽车的重要组成部分，是车身侧面最富变化和最受人关注的对象。一方面，车门作为车身结构中的重要组成部分，其造型风格、强度、刚度、可靠性及工艺性等必需满足车身整体性能的要求；另一方面，车门结构自身的视野性、安全性、密封等性能，既对整个车身结构性能影响较大，也是车门功能要求的重要部分。

第一，对使用方便性来说，要求：开关方便性：灵活、轻便、自如，有最大、中间两档开度，并能可靠限位；上下车方便性：开度应足够，一般不低于60°或开度不小于650mm 。

第二，对视野性来说，要求：尽量加大车门窗口及玻璃尺寸，并合理布置三角窗位置、大小、形状。

第三，对可靠性安全性来说，要求：足够的强度、刚度，不允许因变形、下沉而影响车门开关可靠性；车门开关时不允许有振动噪声；部件性能可靠、不干涉；撞翻车时不能自行开门，以确保乘员安全；满足侧撞时对乘员的保护要求。

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第四，对密封性来说，要求：雨、雪、尘不能进入车内，应具备良好的气密封性。

第五，对工艺性维修性来说，要求：易于生产制造，拆装方便。

2.1.4 车门的设计流程

车门是车身结构中的一个分总成，车门设计应与车身总体设计相统一。在进行具体的车门设计前首先应根据整车参数，以同类型车为参考，进行车门部分的产品描述，确定车门类型，附件类型及种类。车门的设计过程一般如下：

1．产品描述。应根据设计任务书和调研的分析结果对车门总成及零件进定性描述；

2．确定输入和输出。输入一般指：总布置提供的设计任务书；车身CAD 表

面三维数据模型和二维线图；设计法规等。输出一般是确定需要建立的三维模型和图纸等；

3．定车门边界，进行车门的总体结构方案设计：

1）确定边界；

2）车门附件布置；

3）车门本体设计；

4）附件设计。

4．门的运动校核；

5．安全性校核；

6．校核结果满足要求，完成设计。

当然，上述的设计步骤并不是绝对不变的，要根据设计的需要灵活进行，各步骤之间的反复往往要多次进行，如：根据铰链位置等初步确定车门边界，然后进行附件布置，但布置过程中出现问题又要求重新修改边界等等，各步骤不断交叉进行，多方面考虑才能保证最终设计的合理。

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第二章 车门设计及其附件布置过程的研究

-14- §2.2 车门附件布置过程及其特点

车门附件是指具有独立功能并装置于车门上的总成，它和壳体、内饰盖 图2-1车门附件

吉林大学硕士研究生学位论文

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表2-3 车门主要附件的功能要求

车门 附件

结 构 形 式

功 能 要 求

车 门 锁 1. 机械门锁（舌簧锁、钩簧锁、

卡板锁）—手动开闭锁；

2. 中控门锁：利用控制按钮或

点火锁、有驾驶员集中控制开闭

的门锁；

3. 防盗门锁：根据声、光、电、

磁、等原理，在于强行开门时，

蜂鸣器或灯光报警；

1． 车门外开闭锁功能及防误锁功能，有

全锁和半锁两档位置，在锁止状态下，内外手柄打不开车门，开锁时，车内

用按钮，车外用钥匙，有的也设计保

险锁；

2． 开闭耐久性10×105次；

3． 承受纵横向载荷能力，全锁时：纵向

11110N ，横向8890N ，半锁时纵向

4450N ，横向4450N ；

4． 互开率：1000种不同钥匙牙花数以

上；

5． 耐惯性力：全锁状态承受3g 加速度作

用； 玻 璃 升 降

器 1.臂杆式，其中单臂式、交叉式、

四连杆式常用

2.绳轮式

（都具有电动和手动两种型式）1．操作方便，摇手柄力矩不大于2Nm 2．结构可靠，制动力矩足够，在臂杆滚

轮处沿玻璃切线方向加300N 反力无逆转，在上升行程任意位置，玻璃下沉量不大于5mm ； 3．强度：上止点，在手柄上加负荷，各

部位不扭曲，运动自如；

4． 寿命：4×105次耐久实验，无异常；

铰 链 铰链有明铰链和暗铰链，暗铰链

常用，且有内让和外让两种运动方式

1．运动范围阻力矩小于2.45Nm ； 2．处于关闭角度时余留角3°以上； 3．强度：纵向力11110N ；横向力8890N ； 4．垂直刚度：距回转中心1000mm 加载

荷980N 持续时间1min 永久变形小于0.5mm 。开关无异常；

5．耐久性：1×105次，无异常； 限 位 器 有些铰链带有限位功能，也有独立安装的限位器，限位器应具有两个档位，以实现全开和半开两个限位；

1． 耐久性：5×105次，实验后限位力矩

不小于初始值50%（3×105次后测量）

； 2． 限位器承受180Nm 以下力矩不损坏；

板一起组成汽车的车门，如图2-1所示。车门附件的种类繁多，同一类附件不同类型车门附件在性能和特点等方面有很大的差异，而且有许多专业的车

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