黄 林，申鹏祥，马 颖，周建文

(中国汽车工程研究院股份有限公司，重庆 401122)

框架在汽车性能数据库中的应用

黄 林，申鹏祥，马 颖，周建文

(中国汽车工程研究院股份有限公司，重庆 401122)

在对汽车性能相关的知识形态分析的基础上，探索了支持汽车产品正向开发的以汽车性能指标为核心的知识关联机制。借助基于框架的知识建模方法对汽车性能、结构、材料、工艺等支持正向开发的知识建模，开发了支持汽车性能开发的数据库平台。

框架;汽车性能;正向开发;数据库

汽车产品开发是知识密集型的工作，开发周期漫长，在没有任何知识积累阶段，逆向工程［1］是重要的技术手段，如在车身开发领域，首先选择一款合适的标杆车型，再对其整车进行三坐标测量、解析和激光扫描，最后将扫描产生的点云数据模型进行建模及相关的分析等。逆向设计以庞大Benchmark数据作为支撑，在性能目标不明确的情况下仿制，生产出样车后再测试部分性能，人为剥离了结构与性能的关联，是一种较为粗放的设计方式。目前国外主要的主机厂均建有自己的Benchmark数据库，如以A2Mac1为代表的技术咨询公司，可提供专业化的Benchmark服务及数据;而在国内还没有比较成熟的Benchmark数据库。该数据库应涵盖材料、工艺、结构、性能等方面的知识，破解结构参数与性能参数之间的关联机制也成为构建汽车性能数据库的关键。

在文献［2］中，作者依据整车或零部件的试验测试数据，采用人工神经网络的算法构建数据库模型，并调用该模型正向预测性能目标，从性能目标逆向推理得到结构参数;在文献［3］中，作者利用基于MATLAB的神经网络的数据库模型，破解刀具结构数据、材料数据、工艺数据的复杂关联关系，以此来预测刀具的磨损情况;在文献［4］中，作者提出以树形这种非线性数据结构来构建汽车产品试验知识数据库，简化了数据库设计，方便知识维护。

神经网络的知识模型结构层次复杂，不便于知识的扩展，不易编码实现，其模型精度受限于样本的容量;树形结构的知识模型方便结构知识的扩展，但不便于实现语义上的逻辑关联。汽车性能相关的知识具有以下特点:经验型数据较多;性能、结构、材料、工艺等具有较简单结构，层次关联模式简单;经验数据通过修改、补充属性完善对知识的认识。经综合比较，本文采用了基于框架的知识表示的方法［5］，对以汽车性能为核心的知识进行建模，并以此为基础开发了汽车性能数据库。

1 基于框架的知识建模

1.1 框架表示法

框架表示法理论是由美国的人工智能学者明斯基在1975年首先提出来的［6］。该理论认为人们对现实世界中各种事物的认识都是以一种类似于框架的结构存储在记忆中，当面临一个新事物时，就从记忆中找出一个合适的框架，并根据实际情况对其细节加以修改、补充，从而形成对当前事物的认识，也就是说框架表示法表示的是一种经验性的知识。框架是描述对象(事物，事件或概念)属性的一种数据结构。框架网络是由不同的框架通过属性之间的关系建立起来，充分表达相关对象之间的各种关系。框架由若干个被称为槽的结构组成，描述对象的某一方面的属性;槽又可根据实际需要分为若干个侧面，描述相应属性的一个方面;槽和侧面所具有的属性值分别称为槽值和侧面值，基本结构如下:

1.2 性能指标体系

1.2.1 指标体系定义

与逆向设计相反的是正向设计，即汽车产品各阶段性能指标已知，以此来指导整个设计开发过程，将各性能指标映射到零部件级的结构设计参数，借助CAE仿真及试验等手段来优化设计参数。性能指标体系包括指标参数、试验方法、设备等内容，主要包括一些对用户评价的定性与定量的描述参数，包括国际标准、国家标准、行业标准等标准规范。

1.2.2 指标体系知识建模

知识建模是构建汽车性能数据库关键的步骤，主要解决知识表示、知识分类、知识标准化等问题，以方便对数据库知识的挖掘利用。在框架系统中，对象间的联系由槽名表述，定义一些公用、常用、标准槽名作为系统预定义槽名。确定对象划分粒度时需将性能共享的属性抽象出来;为了表达对象之间的父子继承等关系，定义类似 a－kind－of(AKO)、attribute－of(ATO)、instance－ of(instance)描述框架网络中框架关系槽名。在框架网络中，以性能指标作为主框架，通过该框架的关联槽建立性能指标与结构、材料、工艺等框架的关联，如图1所示。

以性能指标框架为例，性能参数、试验标准、试验大纲均为描述指标属性结构的侧面槽，槽及侧面槽类型可以为过程类型、数值类型及框架类型。根据实际开发需要调整拆分粒度，如性能指标框架:性能参数侧面槽定义为框架类型，值为“燃油经济性指标”框架，其定义片段如图2所示。

图2中，侧面槽值为“燃油经济性指标”参数，规定该参数指标的约束条件:参数的单位，参数值类型(整型、实型、文本、曲线等)。

图1 以汽车性能指标为核心的主体框架

图2 燃油性能指标框架定义片段

1.2.3 指标关联结构

性能指标体系确定了整车开发的控制指标，为达到指标，根据系统匹配分析，对总成及部件提出性能指标要求，最终落实到相关系统部件的结构设计上(结构优化、材料、工艺)，借助CAE虚拟分析等技术进行迭代优化，实现性能指标提出的目标值。例如，燃油经济性指标参数“带空调(降速)等速100km/h行驶百公里油耗”目标7.5L/100km，与该指标关联的结构如图3所示。

指标与结构的关联是通过“关联结构”字段实现，如等速油耗7.5L/100km对整车的质量参数提出需求，细分到零部件级，需对白车身的结构进行轻量化设计，关联模式如图4所示。

2 汽车性能开发数据库

2.1 需求分析

图3 性能指标与结构、材料及工艺的关联示例

图4 关联模式分析示例

根据开发的需求，支持汽车性能开发的数据库需要满足以下主要功能。查询:查询性能、结构等参数。对标:多个车型、系统或零部件的相同性能指标作对比。结构与性能关联:用户在查看某个性能指标的同时，也能查看与该性能相关的零部件结构。报表输出:导出试验报告、数模、性能及结构参数等数据。数据维护:灵活的扩展性能及结构指标，批量化导入数据等。评价功能:在大量数据的基础之上，借助统计方法对某个指标做出评价。需要从整车的性能指标正向“映射”到具体的结构设计参数，以指导概念设计开发。

2.2 数据库概念设计

结构与性能参数之间是通过零件的件号来关联的;性能指标及结构参数均定义唯一性的参数逻辑标识符;基于框架的知识模型是数据结构层次的概念模型，各个框架的槽、侧面槽等映射数据库中的视图、数据表等，构建数据库E－R(实体－关系模型)［7］，如图5所示。依据业务需要确定对象的划分粒度，分为3个层级:结构、性能指标、产品，即3个主框架;性能对象框架的槽及侧面槽对应属性分类、对象扩展属性参数，以此体现对某个性能指标的分解过程。随着工程师经验知识的丰富，可能会有修改性能参数、增添性能参数的需求，只需增加对象扩展属性参数，即修正性能对象框架的侧面槽即可。

图5 数据库E－R模型片段

2.3 数据库程序开发

基于Oracle构建业务数据库，借助Web sphere portal中间件技术开发相应的功能模块:数据对比、报表输出、高级搜索等知识应用模块;数据展现、数据导入、数据维护、数据关联关系管理等知识管理模块;用户管理、权限策略控制等权限控制模块，搭建支持汽车性能开发的汽车工程数据库平台，如图6所示。

图6 汽车工程数据库平台架构

数据库平台采用典型B/S架构、IBM的SOA(面向服务)技术方案，将对知识的应用开发为知识应用服务，部署到Web sphere portal的中间件平台上，用户通过Web享受相应的技术服务，如数据检索、数据关联、数据对比、报表输出等。当用户需要查看与该性能相关的结构时，点击“关联零件”即可查看与之相对应的零部件结构信息。性能指标体系是汽车工程数据库平台的核心，需要长期的修正完善，数据库平台的后台管理模块配备了相应数据维护模块，如依据用户需求修正性能对象的定义(属性、划分粒度)、配置关联关系等，建立性能、结构、材料与工艺的关联索引机制，支持汽车产品的正向开发。

3 结束语

构建Benchmark数据库已经成为各汽车主机厂的迫切需求。传统的数据库并不能实现结构设计参数与性能指标参数的关联，由于用户及社会环境的需求，主机厂的关注点一直在不断地变更，指标体系也应随着需求而同步调整，如何以最小的变更代价来确保汽车性能开发数据库的功能需求是数据库开发的关键。知识建模是对知识前处理的重要的技术手段，框架结构的知识模型符合人类认知的规律，按照经验对框架的槽、侧面槽修正及补充，以完善对事物的认识，尤其适合经验性的知识的建模，这为构建易于扩展维护的汽车性能开发数据库提供了一种比较便捷的途径。

［1］郑恒雍.逆向设计在汽车开发中的应用［J］.四川兵工学报，2009(8):14－17.

［2］杨伟斌，吴光强，秦大同，等.汽车性能数据库的建模［J］.重庆大学学报:自然科学版，2006，29(1):8－11.

［3］黄传真，庄新强，邹斌，等.汽车覆盖件模具钢高速切削数据库的研究［J］.山东大学学报:工学版，2011(10):9－13.

［4］洪伟，吴云，周国祥.基于树形结构的汽车试验集成系统数据库设计［J］.计算机技术与发展，2008，18(2):177 －179.

［5］Marvin Minsky.A Framework for Representing Knowledge［M］.Boston American:Massachusetts Institute of Technology A.I.Laboratory，1974:33－36.

［6］Gus Schreiber.知识工程和知识管理［M］.史忠植，译.北京:机械工业出版，2003.

［7］王珊，萨师煊.数据库系统概论［M］.4版.北京:高等教育出版社，2006.

Application of Framework in the Auto Performance Database

HUANG Lin，SHEN Pengxiang，MA Ying，ZHOU Jianwen
(China Automotive Engineering Research Institute of Co.，Ltd.，Chongqing，400039，China)

Based on the studying of auto performance and the knowledge related，it explores the knowledge correlation mechanism，attempts to establish knowledge model with the framework representation such as performance，structure and material，technical process.It develops an auto performance development database.

Framework;Auto Performance;Forward Development;Database

TP301.2

A

2095－509X(2013)11－0047－04

10.3969/j.issn.2095－509X.2013.11.012

2012－10－22

国家高技术研究发展计划863项目(2012AA111801)

黄林(1985—)，男，四川眉山人，中国汽车工程研究院股份有限公司工程师，硕士，主要从事汽车共性技术数据库平台开发、知识工程等方面的研究工作。