专利名称：基于实例推理技术的轿车整车个性化配置系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种计算机应用技术领域的轿车整车配置系统，具体地说， 是一种基于实例推理技术的轿车整车个性化配置系统。
技术背景目前我国轿车整车制造企业主要面临以下几个挑战首先，车型的更新换 代加快，新车型上市时间縮短，对于汽车制造企业，从前的市场驱动己变成为如 今的时间驱动。同时，客户的购买新车的行为也越来越关注新车的上市时间。上 市时间越短，客户越能及早的了解并购买新车型，这甚至可以弥补客户在购买价 格上的损失。其次，客户对新车型的要求越来越多样化，现在客户已不仅仅满足 车的基本需求，而是希望企业能提供更个性化的车型，来满足不同客户的个性化 需求。用户需求的多样化和个性化己逐渐成为世界的潮流。最后，车型整车配置 中多品种小批量的比例不断增大，市场是多样化的，也是多变的，越来越多汽车 企业开始倾向多品种小批量的生产方式。同时，为了降低在市场的风险，很多企 业开始改按预测市场组织生产，变为按订单组织生产。这也使企业从少品种、大 批量的生产模式种转变为多品种、小批量的生产模式。针对轿车制造企业面临的挑战，企业就必须对整车配置这个"源头"进行变 革。①实现整车配置的个性化。激烈的市场竞争和需求的个性化要求汽车企业 的车型配置和制造方式必须以客户为中心，实现产品的定制设计。传统的设计方 法面向统一和稳定的市场，已不适合当前的市场要求。而个性化的设计，则显示 了巨大的优势。②充分利用已有车型实例资源，通过重用已有车型实例知识， 可以使企业快速、准确地配置出一系列新车型。因此设计一个基于实例的轿车整 车个性化配置系统，就显得非常有实际意义。CBR (Case-based Reasoning,基于实例的推理)技术，是一种相似或类比 的推理方法，它是通过访问已有车型实例库中过去同类问题的求解从而获得当前 问题解决方案的一种推理模式，即利用已有的事例或经验来解决新问题，评价新问题，解释异常情况或理解新情况。在CBR中， 一个问题的状态描述及其求解策 略用一个案例(Case)表示，案例库模拟人脑的记忆，存储了一些过去的案例，案 例本身可用语义网节点、规则、框架或对象实现，这些案例按一定的模式在知识 库中组织，在需要的时候能及时取出。CBR技术直接利用以往解决问题的实例， 能有效地解决知识表达困难或无法表达的领域问题，其自学习功能保证了推理能 力的不断增强，是企业高效处理相近或类似竞争情报的重要手段。经对现有技术文献的检索发现，Alexander Ferlfernig等在《Artificial Intelligence in Engineering》(工程领域中的人工智能)的2001年第一期第165 页上发表的"Conc印tual modeling for configuration of mass-customizable products"(大规模产品定制配置中的概念设计)研究了基于知识库配置环境系 统，建立了产品配置的概念模型和知识库的自动构建模型。采用基于模型的诊断 技术对知识库有效性、不合理配置要求、己有配置的合理性进行确定，并用来支 持再配置过程。同时，讨论了如何用一种标准的设计语言对配置知识库进行建模 和管理，但却没有涉及轿车整车配置的情况。因此，根据汽车制造企业面临的现 状，适应轿车个性化配置的需求，充分利用企业已有车型实例资源，设计一个基 于CBR技术的轿车整车个性化配置系统，就显得非常有实际意义，对提高企业整 车配置效率，縮短新车型上市时间，同时又满足市场需求，具有重要的现实意义。发明内容本发明针对现有技术的不足，提供一种基于实例推理技术的轿车整车个性 化配置系统，使其能有效地利用已有车型实例知识，快速、准确地配置出新车型， 为目前轿车制造企业面临的困难提供一个解决途径。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括用户需求获取模块、己 有车型实例库模块、基于己有车型实例的配置模块。用户需求获取模块获取用户 的需求信息，并通过映射的方式，把客户的需求特征的信息自动向轿车的结构元 件进行映射，获得新轿车车型的设计参数。基于己有车型实例的配置模块，调用 需求获取模块中的车型设计参数，并在已有车型实例库模块中进行配置检索，生 成一款新车型。已有车型实例库模块负责存储与管理系统中的已有车型实例的知识，是基于己有车型进行配置的基础，保存了所有已有车型的信息知识，并及时 地更新。所述用户需求获取模块负责获取用户的需求信息，客户通过用户需求获取 模块输入个性化的需求，系统采用XML技术，把客户的需求特征的信息自动向轿 车的结构元件进行映射，这样就便于计算机利用配置规则进行智能推理。用户需 求获取模块包括两个映射模型，即客户需求与功能表达映射模型和功能表达与结 构元件映射模型。客户需求与功能表达映射模型负责把客户的需求映射到轿车的 功能模型，建立需求与功能之间的联系，之后通过功能表达与结构元件映射模型 建立功能与结构元件之间的联系，这样就实现了客户需求与结构元件之间的联 系。两个映射模型采用XML技术表达分别如下〈！P-A-"A"系列车型客户需求一功能映射关系文档--〉〈！P-A-1〉〈Name〉"A"系列车型〈/Name〉〈SN〉A〈/SN〉〈Mapping〉〈Demand〉总成系统A. 1</Demand〉 <C_Demand>〈Customer Field〉 A. l总成系统特征属性A. 1. 1〈/ Customer Field〉〈Function Value〉特征属性A. 1. 1的值</ Function Value〉</C-Demand〉</Mapping>〈Afapping>〈/P-A-1 〉标记〈Demand〉与〈Function Value〉定义的是功能的表达指标与参数，而 〈Customer Field〉、 〈Customer Value〉定义了客户需求表达指标与参数，他们的 映射关系则定义在〈C-Demand〉中。〈！ P-A-"A"系列车型功能表达一结构元件映射关系文档一〉<P—A—2〉〈Name〉"A"系列车型〈/Name〉〈SN〉A〈/SN〉〈M即ping〉〈Demand〉总成系统A. K/Demand〉 〈Comp Value〉<Function Value〉 A. l总成系统特征属性A. 1. 1〈/ Function Value〉〈Comp Para〉特征属性A. 1, 1的预值1〈/ Comp Para〉〈Para Value〉特征属性A. 1. l的预值2〈/ Para Value〉〈/Comp Value〉</M3pping></P-A-2〉映射关系定义与上一映射模型类似。为了建立客户需求与结构元件之间联系，在客户需求与结构元件之间，插入 功能结构作为中间转化。客户需求与功能表达映射模型负责把客户的需求映射到 轿车的功能模型，建立需求与功能之间的联系。之后通过功能表达与结构元件映 射模型，建立功能与结构元件之间的联系。这样就实现了客户需求与结构元件之 间的联系。所述的已有车型实例库模块包括已有车型实例知识表示模块、已有车型实 例的组织模块和已有车型实例的存储模块，这三个子模块处理对象都是实例库中 各种信息知识，信息来源为已有车型实例库，已有车型实例知识表示模块负责把 实例库中的信息知识表示成统一的格式，接着，己有车型实例库的组织模块负责把这些由统一表示格式的知识合理的安排，最后已有车型实例知识的存储模块负 责把已有的车型实例，按照设定的知识表示方式和组织安排，存储进已有车型实 例库中。所述已有车型实例知识表示模块采用一个基本的约束满足问题CSP表示一 个己有车型实例，即一个车型实例可以表示为一个三元组， M^/e = 0^/e，tfeyCT7;pto"，GSP)，其中份/e是一个车型实例的唯一标识，可以把该车型的型号作为该车型实例的标识；^"/^^ "描述不同种类的车型实例文本，不同类型的车型实例表示了不同系列的车型，分属不同的产品族。 一个CSP包括 变量、变量的值和约束。所述已有车型实例库的组织模块该模块负责合理安排组织已有车型实例库 中的各种信息知识。处理的方式是采用树型结构组织方法， 一款车型为一个树 状结构，树状结构的分支为其零组件，分支上的"叶"节点为其附属的相关属性知 识。整个车型的结构与属性信息即以树状结构的方式组织与输出。所述已有车型实例知识的存储模块根据已有车型实例库中的组织结构，该 模块负责把实例存储进系统。巳有车型实例库中不仅保存了己有车型和已有部件 的信息，也保存了一些虚拟件。虚拟件表示需要新设计的车型和新设计的部件， 即已有车型实例库不能提供的部件。所述的基于己有车型实例的配置模块，负责根据客户需求模块得到的需求信 息，从已有车型实例库模块中检索配置出一款新车型。包括三个部分相似性计 算模块、配置流程模块和新设计模块。相似性计算模块负责计算需求信息与实例 特征属性值直接的相似性，采用最相邻匹配算法把实例中的每个特征属性都作为 搜索空间的一维来考虑，得出固定值和区间值的相似性，解决基于客户模糊信息 的检索整车实例中的问题。配置检索流程模块负责根据相似性计算模块得出的相 似性结果，基于已有车型实例库的组织结构，进行基于已有车型实例的配置检索。 车型已有车型实例库的组织结构是采用树型结构，并且在每一层既保存了已有部 件的节点，同时也存在虚拟的零组件，虚拟的零组件是为新设计服务的。新设计 模块既负责当已有车型实例中都检索不到满足客户需求的实例，则启动新设计 模块。由于实例库中检索不到需求所要求的零组件，新设计模块将从相似性计算 模块中获得新设计参数，实施零组件的创新设计。新的零组件设计后，以树型结 构的表示方式，被添加到新车型中。本发明的有益效果是，可以充分利用企业已有车型资源，与过去组织大量 人力物力，进行设计的传统设计新车型方式相比，可节约了企业将近50%的设计 量，成本也下降了三成。另一个优势是可以縮短新车型的上市时间，过去一款新 车型的开发周期为17 23月，采用本发明的系统可使新车型的上市时间縮短为一 年以内。而且由于是采用个性化的配置方法，更能满足各种客户在汽车车身、动 力、节能、环保方面的各种各样的要求，提高了竞争力。
图l本发明体结构框2轿车客户需求质量功能展开矩阵3已有车型实例库的组织结构4已有车型模块划分5基于己有车型实例配置流程图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方 案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保 护范围不限于下述的实施例。本发明建立基于CBR技术的轿车整车个性化配置系统，主要根据市场客户的 需求，利用已有车型的知识，快速、准确地开发出一款新车型。以下给出实施例 的说明。如图1所示，本实施例包括三大模块用户需求获取模块、已有车型实例库 模块、基于已有车型的配置模块。用户需求获取模块获取用户的需求信息，并通 过映射的方式，把客户的需求特征的信息自动向轿车的结构元件进行映射，获得 新轿车车型的设计参数。基于已有车型实例的配置模块，调用需求获取模块中的 车型设计参数，并在已有车型实例库模块中进行配置检索，生成一款新车型。己 有车型实例库模块负责存储与管理系统中的已有车型实例的知识，是基于己有车 型进行配置的基础，保存了所有己有车型的信息知识，并及时地更新。所述用户需求获取模块负责获取用户的需求信息，客户通过用户需求获取模 块，输入个性化的需求。采用质量功能展开矩阵的形式，如2图所示，将各种客 户的需求转化成新车型设计制造的技术要求。获得客户特定的需求后，系统采用 XML技术，将客户的需求特征的信息自动向轿车的结构元件进行映射，这样就便 于计算机利用配置规则进行智能推理。用户需求获取模块包括两个映射模型，即 客户需求与功能表达映射模型和功能表达与结构元件映射模型。建立"客户需求一功能表达"和"功能表达一结构元件"两种映射关系模型，其 XML文档表达分别如下〈！P-A-"A"系列车型整车配置配置客户需求一功能映射关系文档一〉〈！P-A-1〉〈Name〉"A，，系列车型〈/Name〉<SN>A</SN〉〈Mapping>〈Demand〉动力总成系统〈/Demand〉 〈C一Demand〉<Customer Field〉发动机排量〈/ Customer Field>〈Customer Field〉汽车马力〈/ Customer Field〉<Function Value〉1. 8升发动机〈/ Function Value></C_Demand〉</M3pping>〈Mapping>〈Demand〉车身总成系统〈/Demand〉 〈C一Dem肌d〉〈Customer Field〉车身尺寸〈/ Customer Field〉 〈Customer Field〉车身类型〈/ Customer Field〉 〈Customer Field〉舒适度〈/ Customer Field〉〈Function Value〉三厢六向可调式防滑移座椅车身〈/ Function Value〉</C_Demand>〈/Mapping></P-A-1 〉标记〈Demand〉与〈Function Value〉定义的是功能的表达指标与参数，而 〈Customer Field〉、 〈Customer Value〉定义了客户需求表达指标与参数，他们的 映射关系则定义在〈C-Demand〉中。〈！ P-A-"A"系列车型整车配置功能表达一结构元件映射关系文档一〉〈P-A-2〉〈Name〉"A，，系列车型〈/Name〉〈SN>A</SN〉〈Mapping〉〈Demand〉动力总成系统〈/Demand〉 <Comp Value〉〈Function ValueM. 8升发动机〈/ Function Value>〈Comp Para〉大功率马力〈/ Comp Para〉<Para ValueM1〈/ Para Value〉</Comp Value〉〈/M邻ping〉〈Mapping〉〈Demand〉车身总成系统〈/Demand〉 <Comp Value〉〈Function Value〉三厢六向可调式防滑移座椅车身〈/Function Value〉〈Comp Para〉大车身类型〈/Comp Para〉〈Para Value〉三厢式车身〈/ Para Value〉〈Comp Para〉高级座椅〈/Comp Para〉〈Para Value〉六向可调式防滑移座椅〈/ Para Value〉〈/Comp Value></Mapping></P-A-2>映射关系定义与上一文档类似，例如功能表达参数为"动力总成系统""大功 率马力"，则相应的元件类及参数为"1.8L发动机"。两种映射实现过程如下当客户选择一种轿车总成系统时(如"动力总成系统"、"车身总成系统")， 再选择客户的需求(如对"马力强""舒适性好")。客户的需求信息首先被映射为 功能域参数("大排量的发动机"的动力总成系统方案和"三厢车型与高级座椅"的 车身总成方案)，然后映射出相关元件及其参数("1.8L发动机"与"三厢六向可调 式防滑座椅"等)，如果这些元件存在下级元件，则参数将逐级传递，从而推理出各个元件对象。如果存在一对多的关系，则将会进行多个元件及其相应参数的传 递。已有车型实例库模块负责存储与管理系统中的已有车型的知识，已有车型实 例库模块还负责调用各种实例与相关知识信息。该模块包括三个部分己有车型 知识表示模块、已有车型知识的组织模块和巳有车型知识的存储模块。(1) 已有车型知识表示模块，采用一个基本的约束满足问题CSP表示一个车 型实例，即 一 个车型实例可以表示为 一 个三元组。 MoWe-(份/e，cfe^T^^'o"，G i5)，其中份/e:是一个车型实例的唯一标识。可以把该车型的型号作为该车型实例的标识；描述不同种类的车型实例文本。不同类型的车型实例表示了不同系列的车型，分属不同的产品族。CSi3: — 个CSP包括变量、变量的值和约束。(2) 己有车型实例库的组织模块，负责合理安排组织已有车型实例库中的 各种信息知识。处理的方式是采用树型结构组织方法， 一款车型为一个树状结 构，树状结构的分支为其零组件，分支上的"叶"节点为其附属的相关属性知识。 整个车型的结构与属性信息即以树状结构的方式组织与输出。(3) 己有车型知识的存储模块，根据已有车型实例库中的组织结构，该模 块负责把实例存储进系统。在已有车型实例库中，每个零组件都有对应的零组件 号，并且是唯一的，不允许有同号的现象存在。我们把零部件的件号作为零部件 的零组件号，把已有车型的车型号作为整车零组件的号。已有车型实例库中不仅 保存了已有车型和已有部件的信息，也保存了一些虚拟件。虚拟件的零组件号是 采用流水号，以避免出现重号。虚拟件表示了需要新设计的车型和新设计的部件。 已有车型零组件节点下展开是该款车型的产品结构，而新车型零组件节点下，是所有一级总成模块的零组件，既有已有部件的零组件，如动力总成、进气系统、排气系统、制动系统等等。也存在虚拟的总成零组件，如新动力总成、新进气系统、新排气系统、新制动系统等等，如图3所示。该三个子模块之间的联系是首先，由己有车型实例知识表示模块负责把实例库中的信息知识表示成统一的格式；接着，己有车型实例库的组织模块负责把这些由统一表示格式的知识合理的安排；最后，已有车型实例知识的存储模块负责把已有的车型实例，按照一定的知识表示方式和一定的组织安排，存储进已有 车型实例库中。基于已有车型实例的配置模块，负责根据客户需求模块得到的需求信息，从 已有车型实例库模块中检索配置出一款新车型。包括三个部分:相似性计算模块、 配置流程管理模块和新设计模块。(1) 相似性计算模块，负责计算需求信息与实例特征属性值直接的相似性。 采用相似性评估函数，不是根据实例的描述而是通过数值计算来确定实例的相似 性。最终每个备选实例的优先级是根据匹配算法通过计算来确定的。采用最相邻 匹配算法上就是把实例中的每个特征属性都作为搜索空间的一维来考虑的，算出 固定值和区间值的相似性，解决基于客户模糊信息的检索整车实例中的问题。(2) 配置检索流程模块，负责根据相似性计算模块得出的相似性结果，基 于已有车型实例库的组织结构，进行基于实例的配置检索。车型已有车型实例库 的组织结构是采用树型结构，如动力总成系统、进气系统、排气系统、制动系 统等等，如图4所示。并且在每一层既保存了己有部件的节点，同时也存在虚拟 的零组件，虚拟的零组件是为新设计服务的。系统中基于已有车型实例库的配置 检索流程是按照树型结构的层次来检索，是一种至顶向下的检索。如图5所示， 首先检索根节点的整车实例，如车型A、车型B、...，如果已有车型已经满足需 求(如车型A)，则停止检索。如果已有车型不能满足需求，则将进入新车型结构树中，对第一级总成进行遍历检索，若存在满足需求的总成实例(如动力总成A)，则提取该总成实例，若存在不满足需求的总成实例(如动力总成中不存在满足需 求的实例)，则进入动力总成的下一级再次进行检索。如此，直到检索到所有的 部件，或检索过所有的零部件为止。(3) 新设计模块，负责在虚拟车型零组件中进行配置检索。由于实例库中检索不到客户需求所要求的零组件，新设计模块将从相似性计算模块中获得新设 计参数信息，实施零组件的创新设计。新的零组件设计后，以树型结构的表示方 式，被添加到新车型中。采用本发明的系统可节约了企业将近50%的设计量，成本也下降了三成。同 时，縮短了新车型的上市时间，过去一款新车型的开发周期为17 23月，采用本 发明的系统可使新车型的上市时间縮短为一年以内。
权利要求
1、一种基于实例推理技术的轿车整车个性化配置系统，其特征在于，包括用户需求获取模块、已有车型实例库模块、基于已有车型实例的配置模块，用户需求获取模块获取用户的需求信息，并通过映射的方式，把客户的需求特征的信息自动向轿车的结构元件进行映射，获得新轿车车型的设计参数；基于已有车型实例的配置模块调用需求获取模块中的车型设计参数，并在已有车型实例库模块中进行配置检索，生成一款新车型；已有车型实例库模块负责存储与管理系统中的已有车型实例的知识，是基于已有车型进行配置的基础，保存了所有已有车型的信息知识，并及时地更新。
2、 根据权利要求l所述的基于实例推理技术的轿车整车个性化配置系统，其 特征是，所述用户需求获取模块负责获取用户的需求信息，客户通过用户需求获 取模块输入个性化的需求，系统采用XML技术，把客户的需求特征的信息自动向 轿车的结构元件进行映射，便于计算机利用配置规则进行智能推理，用户需求获 取模块包括两个映射模型，即客户需求与功能表达映射模型和功能表达与结构元 件映射模型，客户需求与功能表达映射模型负责把客户的需求映射到轿车的功能 模型，建立需求与功能之间的联系，之后通过功能表达与结构元件映射模型建立 功能与结构元件之间的联系，这样就实现了客户需求与结构元件之间的联系。
3、 根据权利要求l所述的基于实例推理技术的轿车整车个性化配置系统，其 特征是，所述的已有车型实例库模块该模块包括已有车型实例知识表示模块、 已有车型实例的组织模块和已有车型实例的存储模块，这三个子模块处理对象都 是实例库中各种信息知识，信息来源为已有车型实例库，已有车型实例知识表示 模块负责把实例库中的信息知识表示成统一的格式，接着，己有车型实例库的组 织模块负责把这些由统一表示格式的知识进行安排，最后已有车型实例知识的存 储模块负责把已有的车型实例，按照设定的知识表示方式和组织安排，存储进已 有车型实例库中。
4、 根据权利要求3所述的基于实例推理技术的轿车整车个性化配置系统，其 特征是，所述的己有车型实例知识表示模块，采用一个基本的约束满足问题CSP 表示一个已有车型实例，具体为 一个车型实例可以表示为一个三元组，<formula>formula see original document page 3</formula>其中故/e是一个车型实例的唯一标识，把该车型的型号作为该车型实例的标识，"""'^""描述不同种类的车型实例文本，不同 类型的车型实例表示了不同系列的车型，分属不同的产品族， 一个CSP包括变量、 变量的值和约束。
5、 根据权利要求3所述的基于实例推理技术的轿车整车个性化配置系统，其 特征是，所述的已有车型实例库的组织模块，负责合理安排组织已有车型实例库 中的各种信息知识，处理的方式是采用树型结构组织方法， 一款车型为一个树状 结构，树状结构的分支为其零组件，分支上的"叶"节点为其附属的相关属性知识， 整个车型的结构与属性信息即以树状结构的方式组织与输出。
6、 根据权利要求3所述的基于实例推理技术的轿车整车个性化配置系统，其 特征是，所述的已有车型实例知识的存储模块，根据已有车型实例库中的组织结 构，该模块负责把实例存储进系统，已有车型实例库中不仅保存了已有车型和已 有部件的信息，也保存了一些虚拟件，虚拟件表示需要新设计的车型和新设计的 部件，即已有车型实例库不能提供的部件。
7、 根据权利要求l所述的基于实例推理技术的轿车整车个性化配置系统，其 特征是，所述的基于己有车型实例的配置模块，包括三个部分相似性计算模块、 配置流程模块和新设计模块，相似性计算模块负责计算需求信息与实例特征属性 值直接的相似性，采用最相邻匹配算法把实例中的每个特征属性都作为搜索空间 的一维来考虑，得出固定值和区间值的相似性，解决基于客户模糊信息的检索整 车实例中的问题；配置检索流程模块负责根据相似性计算模块得出的相似性结 果，基于已有车型实例库的组织结构，进行基于已有车型实例的配置检索，车型 已有车型实例库的组织结构是树型结构，并且在每一层既保存了已有部件的节点，同时也存在虚拟的零组件，虚拟的零组件是为新设计服务的；当已有车型实 例中都检索不到满足客户需求的实例，则启动新设计模块，由于实例库中检索不 到需求所要求的零组件，新设计模块将从相似性计算模块中获得新设计参数，实 施零组件的创新设计，新的零组件设计后，以树型结构的表示方式，被添加到新 车型中。
全文摘要
本发明涉及一种计算机应用技术领域的基于实例推理技术的轿车整车个性化配置系统，包括用户需求获取模块、已有车型实例库模块、基于已有车型实例的配置模块，用户需求获取模块获取用户的需求信息，并通过映射的方式，把客户的需求特征的信息自动向轿车的结构元件进行映射，获得新轿车车型的设计参数；基于已有车型实例的配置模块调用需求获取模块中的车型设计参数，并在已有车型实例库模块中进行配置检索，生成一款新车型；已有车型实例库模块负责存储与管理系统中的已有车型实例的知识。本发明具有模块化、层次化、规范化和参数化的特点，模块之间既有独立性也有关联性。
文档编号G06F17/30GK101246509SQ20081003398
公开日2008年8月20日 申请日期2008年2月28日 优先权日2008年2月28日
发明者飞 周, 彭颖红, 进 戚, 王伟明, 洁 胡 申请人:上海交通大学