車(chē)架設(shè)計(jì)是自行車(chē)設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵和核心的部分，其設(shè)計(jì)主要分為前三角的設(shè)計(jì)、后叉片的設(shè)計(jì)和后三角的設(shè)計(jì)。前三角的設(shè)計(jì)包括五通、立管、頭管、上管和下管的設(shè)計(jì)。后三角的設(shè)計(jì)包括平叉和立叉的設(shè)計(jì)。后叉片主要用來(lái)連接后軸、平叉和立叉。后叉片的設(shè)計(jì)應(yīng)在前三角完成以后，后三角設(shè)計(jì)之前完成。車(chē)架結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 車(chē)架結(jié)構(gòu)示意圖

充分了解工廠(chǎng)工作流程將有助于在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)充分考慮各部門(mén)間的配合、設(shè)計(jì)人員操作習(xí)慣和經(jīng)驗(yàn)的積累，并有利于達(dá)到知識(shí)工程重復(fù)利用已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的目的，圖3所示為某自行車(chē)公司的工作流程。

圖3 工作流程圖

三、知識(shí)工程在車(chē)架設(shè)計(jì)時(shí)的應(yīng)用

車(chē)架CAD設(shè)計(jì)共分為選擇查詢(xún)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和快速建模造型設(shè)計(jì)三部分。整體思路是先將車(chē)架各管的中心線(xiàn)畫(huà)出，制作成各式模版，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整并對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化修改，最后再進(jìn)行管件造型設(shè)計(jì)。三部分分別采用了不同的KBE技術(shù)，取得了良好的應(yīng)用效果，下面將進(jìn)一步介紹各部分采用的不同KBE技術(shù)，并分析其使用原因。

1.選擇查詢(xún)

選擇查詢(xún)采用了基于實(shí)例的知識(shí)表示，在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，它有著廣泛的應(yīng)用。實(shí)例蘊(yùn)涵著豐富的專(zhuān)家知識(shí)，可以為當(dāng)前的設(shè)計(jì)提供有價(jià)值的參考。

自行車(chē)車(chē)架的設(shè)計(jì)相對(duì)自由，樣式多種多樣，共分為11種款式。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車(chē)架外形。從車(chē)架設(shè)計(jì)條件描述中抽取出共同的特征及特殊特征并建立篩選條件，根據(jù)這些條件能從實(shí)例庫(kù)中搜索并選擇出與設(shè)計(jì)要求最接近的實(shí)例，進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。實(shí)例包括骨架實(shí)例（既中心線(xiàn)模版）和成品實(shí)例兩部分，可根據(jù)不同的用戶(hù)需求選用不同的實(shí)例。

2.結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)包括參數(shù)化驅(qū)動(dòng)、參數(shù)的程序優(yōu)化求解和結(jié)構(gòu)優(yōu)化三部分。

(1)參數(shù)化驅(qū)動(dòng)。近似實(shí)例調(diào)出后，接下來(lái)將進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化修改。對(duì)結(jié)構(gòu)相似的實(shí)例，只需修改其參數(shù)具體數(shù)值。參數(shù)分為關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)和普通結(jié)構(gòu)參數(shù)，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)用統(tǒng)一規(guī)劃的表達(dá)式記錄并保存于數(shù)據(jù)庫(kù)中，普通參數(shù)則采用自動(dòng)分配的表達(dá)式。參數(shù)修改通過(guò)修改表達(dá)式的值來(lái)實(shí)現(xiàn)參數(shù)化驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)則能夠讀出實(shí)例中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)并提供了修改工具。常用的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)主要來(lái)源于自行車(chē)行業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、專(zhuān)家設(shè)計(jì)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，并用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理。數(shù)據(jù)庫(kù)中主要記錄了部分車(chē)架關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)例數(shù)據(jù)。

普通結(jié)構(gòu)參數(shù)的修改則提供了專(zhuān)用的修改拾取工具，能夠拾取實(shí)體對(duì)象并讀取相應(yīng)的表達(dá)式，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)的修改亦可用其實(shí)現(xiàn)。普通結(jié)構(gòu)參數(shù)通常根據(jù)客戶(hù)的實(shí)際訂單需要來(lái)確定。

(2)參數(shù)的程序優(yōu)化求解。優(yōu)化計(jì)算時(shí)，由于未知參數(shù)很多，部分設(shè)計(jì)參數(shù)采用逆運(yùn)算的方法，即將未知量按設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)假定為已知量，然后以微量增量的方式進(jìn)行迭代試算，直至算出符合要求的參數(shù)為止。例如，在計(jì)算五通下垂量及已知毛坯圓管直徑計(jì)算變截面管的相關(guān)參數(shù)時(shí)就采用了這種方法。

圖4 圓形管變形為水滴管