白车身生产线规划知识管理系统知识库的构建

计 算 机 工 程 第 33 卷 第7期

Vol.33 No.7 Computer Engineering ·工程应用技术与实现·

文章编号：1000—3428(2007)07—0232—02

文献标识码：A

2007年4月

April 2007

中图分类号：TP311.132.3

白车身生产线规划知识管理系统知识库的构建

刘海江，范幸华

(同济大学机械工程学院，上海 200092)

摘 要：根据汽车制造企业的需求，分析生产线上各零部件关系，整理生产线上数量庞大的夹具、工具、人力、机器人等资源，统计各工序、工位的工时与成本，提出白车身生产线规划知识管理系统知识库的构建方案，构建了知识管理系统的核心知识库，为整个白车身生产线规划知识管理系统的开发奠定了基础，不仅为已有车型提供了一个信息浏览与管理平台，而且为新车型和零部件开发提供了设计数据和知识支持。

关键词：白车身；生产线规划；知识库

Establishment of Knowledge-base for Car Body-in-white Product

Line Planning Knowledge Management System

LIU Haijiang, FAN Xinghua

(College of Mechanical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092)

【Abstract 】According to investigation of body-in-white product line and the requirement of enterprise, based on analyzing relationship of all partson product line, and collecting quantities of resources such as clamps, tools, human resources, robots etc., calculating man-hour and cost of allworking procedures and working processes, the building route of knowledge-base which is the core and base of body-in-white product line planningknowledge management system is put forward. Successful establishment of knowledge-base not only providesan information platform for formercars but also benefits development of new cars and new parts.

【Key words】Car body-in-white; Product line planning; Knowledge-base

1 概述

近年来，中国的汽车工业发展飞速，汽车制造业已经成为我国国民经济的支柱产业。汽车企业的整车生产能力取决于车身的制造，汽车的更新换代在很大程度上取决于车身技术的发展。汽车车身工程是目前世界汽车工业中研究最活跃、发展最迅速的一个领域[1]。

轿车车身是轿车的重要组成部分，是车型变化中的主体部分，是整个轿车零部件的载体，其制造成本约占整车的40%～60%。车身通常有300～500多个具有复杂空间曲面的薄板冲压零件，由55～75个装配站在生产线上大批量、快节奏地焊装而成，装夹定位点多达1 700～2 500个，焊点多达4 000～5 000个，因此中间环节众多，各种装配偏差源难以避免。车身制造质量的优劣对整车质量起着决定性作用，而在白车身的生产制造准备过程中，在工艺和装备的设计和制造直至投产的整个周期中，工艺和装备的设计和制造占有2/3的时间，成为汽车外形改型换代的主要制约因素之一[2]。

目前，白车身的生产线规划如工艺整体布局和设计仍然依靠人工凭经验设计，其设计思想、设计手段仍停留在相当落后的水平，致使白车身生产线的规划设计不得不花费大量外汇，依靠国外来设计规划，这与我国汽车工业的发展完全不相适应。为了能制造出高质、高效和低成本车身，缩短白车身的生产制造准备时间，提高白车身工艺规划的效率和质量，必然希望花费最少的人力和物力来制订出白车身的生产线工艺。现代计算机技术和软件技术日新月异的发展为我们解决这项难题提供了有利的工具和手段，应用这些先进的工具和手段来开发白车身生产线规划知识管理系统，以实现利 —232—

用计算机完成白车身的生产线规划和管理工作，解决白车身

的生产线规划问题。

知识库的构建是白车身生产线规划知识管理系统的核心，为白车身生产线规划知识管理系统奠定基础。合理地设计知识库的架构对提高系统的处理效率起到重要作用。

2 知识管理系统知识库的构建方案

知识管理是以知识为核心，对企业生产和经营所依赖的知识有效地识别、获取、开发、分解、使用、存储和共享等一系列过程的管理。而知识管理系统是实现知识管理的工具，是一个有助于知识收集、组织和传播的管理技术集合，是使知识可以脱离个体而具备专家性、综合性、完备性和系统性的系统，它还可以通过知识对人产生作用，达到对人的管理，为企业员工提供创新条件和创新机制，最大限度地发挥本企业的知识潜力，提高决策速度与质量[3]。白车身生产线规划过程中信息量和知识量都相当庞大，涉及范围十分广泛。在实际规划过程中，知识是多方面的，知识的来源也是多方面的，规则的表达和操作均离不开知识库的支持。知识库具有开放性、即时性、累积性的特点。构建良好的知识库结构，是实现知识集成的重要内容。基于知识库的白车身生产线规划系统，以关系型数据库为基础，由它完成多种知识的统一管理。白车身生产线规划知识管理系统知识库构建流程如图1所示。

作者简介：刘海江(1967－) ，男，博士、博导、教授，主研方向：数字化制造及知识工程应用，机械制造及自动化；范幸华，硕士生 收稿日期：2006-04-05 E-mail ：[email protected]

3.2 ER建模

根据系统各功能模块，抽象归纳出白车身生产线上各个实体及其相互关系。白车身生产线上各实体关系复杂，不仅包括一对一、一对多还包括多对多的关系，例如零件与焊点的关系可描述为多对多的关系：一个零件上有多个焊点，而一个焊点属于两个零件或多个零件。ER 模型如图3所示。

图1 白车身知识库构建方案

3 白车身生产线规划知识管理系统知识库构建的实施方案

3.1需求与功能分析

根据某汽车制造企业的需求，对其白车身生产线进行了详细的研究和分析。白车身生产线上车身零部件不仅数量众多、结构复杂，通常由约800多个具有复杂空间曲面的薄板冲压零件构成，并且各零件存在着制约关系；制造生产线资源种类繁多、数量庞杂、来源各异；车身制造工序繁多，工艺内容复杂。车身制造中的各种资源信息与工艺信息也是相当庞大的。通常一个白车身制造过程要经过3 000～5 000个点焊步骤，55～75个工位，用到100多个大型夹具，500～800个定位器，装夹定位点多达1 700～2 500个。

白车身生产线规划是根据产品零件信息、装配信息和工

艺装备资源信息进行的白车身生产线规划设计。主要内容有：

(1)设计自车身制造流程，规划生产线，完成焊接工程图解、成本核算、工时分析等规划工作。

(2)编制白车身零件谱、产品工艺简图。

(3)用PERT 图设计详细工艺流程，完成BOP(Bill of Process)表。 (4)进行生产线和工位的布局设计(2D&3D)。 (5)生产线布局分析及工位分析。

(6)编制制造工艺文件和进行工艺流程设计并进行工艺检查。

图3 白车身生产线规划知识管理ER 模型

3.3 建立数据字典并选择知识库开发平台建立知识库

根据已建ER 模型，建立多个数据库，包括标准零件库、制造资源库、焊点库、工位库、工时库、成本库等。选择Microsoft 公司的SQL SERVER 2000作为后台数据库，建立18个数据表，确立各表字段及字段数据类型，同时写入数据字典，部分数据字典如表1、表2、表3所示。建立各表单属性如图4所示。

表1 零部件表(part)

字段名称

字段类型

说明

编号 上级编号 名称 车编号 件/车

根据对白车身生产线的这些需求研究和分析后，确定白

车身生产线规划系统功能模块如图2所示。

供应商 二维图 三维图 备注

图2 白车身生产线规划知识管理系统功能模块

表2 人力资源表(employee)

字段名称 字段类型 说明 员工编号 员工姓名 技术等级 工资 工位号 资源分类号备注

（下转第236页） 233 —

—

4.3监测中心通信的实现

监控中心主机系统，其中包括GSM 短信模块和接口控制模块。

(1)GSM短信模块与监控点子机中的GSM 短信模块完全相同。

(2)接口控制模块通过RS232接口实现与计算机通信 功能。

监控中心计算机控制整个系统短信的接收和发送，自动把各监控点上传数据存入水位数据库中，在监控点设备发生故障时发出短信报警，提醒工作人员进行处理，也可同时向负责人发送报警信息，以便其及时组织人力进行抢修。水位数据库在管理系统软件控制下可以由人工进行维护，也可以由计算机根据接收信息自动更新。可供相关人员进行查询，自动生成月报表、年报表，完成相应的统计工作。

远程控制查询：

监控中心可随时对任一监控点子机发送命令，获取监控点设备运行信息。

担通道的维护费用。

(4)运行成本低目前国内的短信息费用低廉，特别是使用无月租SIM 卡后，运行成本完全取决于使用情况，而且作为专门的大量数据通信业务与电信部门商谈，还可进一步降低运行成本。

GSB 网络已覆(5)覆盖范围广随着我国通信事业的发展，

盖我国的大部分地区，只要GSM 网络覆盖的地方，均可使用该系统。

(6)便于改造安装和系统扩展对于远程监控系统，安装维护及系统扩展的难点在于传输通道，而本系统利用GSB 网络作为传输通道，只需在监控点及监控中心安装就地设备，安装和扩展十分方便。

7 结论

张掖市水渠水位监测站点多达上百个且分布较分散，应用该技术后已成功地实现了水位信息的自动采集、存储、远程通信及实时查询。

利用GSM 网络的短消息业务来实现数据的远程通信，基于这种技术的自动测报系统特别适用于监测点多而分散或地处偏僻地区的情况。随着移动通信的发展，GMS 网络的逐渐成熟。使用该技术来实现小量数据的远程传输比其它通信方式在可靠性及经济效益方面更有优势。

参考文献

1 刘 丰. GSM短消息在水利工程远程监控系统中的应用[J]. 浙江水利科技, 2005, (4).

2 马福昌, 彭海莉, 王 才. 基于GSM 和Internet 相结合的远程监控系统的开发[J]. 太原理工大学学报, 2005, 36(4).

3 梁云朋, 陈铁军. 基于GSM 的中小型配电变压器监控系统[J]. 变压器, 2005, 42(8).

4 徐 进, 王细洋. 基于GSM 通讯网的机械设备监控系统计算机与现代化[J]. 计算机与现代化, 2005, 97(8).

5 系统功能扩展

该系统目前虽只用于水位的检测，但由于监测终端提供

了多路模拟量输入接口，因此，该系统可同时接入多路信号。

也就是说，在测量水位的同时，还可对水温、水质、流速等物理量进行测量。

由于该系统能够实现数据的远程通信，且不受地理环境的限制，因此除了用于水渠水位的远程监测外，还可用于对水库大坝、地下水、蓄水池等水位进行远程自动测报。

6 系统特点

(1)系统可靠性高。由于GB Ｍ网络可靠性很高，因此在此基础上架构的远程监控系统也具有较高的可靠性。

(2)系统成本低利用现有GSM 网络，不需基础设施费用投入，而监控点子机硬件成本小，适合大面积推广应用。

(3)结构简单，维护方便。该系统维护工作量小，不需承（上接第233

页）

表3 制造资源分类表(resourcetype)

字段名称 字段类型 说明 资源分类号资源名称 上级资源ID

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系，整理生产线上数量庞大的夹具、工具、人力、机器人等

资源，统计各工序、工位的工时与成本，构建了知识管理系统的核心知识库，为整个白车身生产线规划知识管理系统的开发奠定了基础，不仅为已有车型提供了一个信息浏览与管理平台，同时为新车型和零部件开发提供了设计数据和知识支持。

参考文献

1 谷正气. 轿车车身[M]. 北京: 人民交通出版社, 2002: 1-2. 2 Enne J. Cost-based Optimization of Manufacturing Systems Auto- mation[C]//Proc. of the 15th IMACS World Conference, Berlin, Germany. 1997.

3 张新武, 刘仲英. 企业集成化知识管理系统及其应用研究[J]. 合肥工业大学学报, 2002, 25(1): 63-66.

4 Rob P, Coronel C. 数据库系统设计、实现与管理[M]. 北京: 清华大学出版社, 2005.

5 胡运发. 数据与知识工程导论[M]. 北京: 清华大学出版社, 2003. 6 Allen S. 数据建模基础教程[M]. 北京: 清华大学出版社, 2004. 7 Otey M, Conte P. SQL Server 2000开发指南[M]. 北京: 清华大学出版社, 2002.

8 赵 杰, 李 涛, 朱 慧. SQL Server数据库管理、设计与实现教程[M]. 北京: 清华大学出版社, 2004.

图4 白车身规划系统知识库

经验证以上构建的知识库已满足企业白车身生产线规划

的需求。

4 结论

根据对某汽车制造企业需求，分析生产线上各零部件关 ——236