【正文】 綜合表現(xiàn)形式，適用于求解理論抽象較弱而經(jīng)驗性因素較強的設(shè)計領(lǐng)域。1982 年美國耶魯大學(xué) RogerSchank 教授在《Dynamic Memory》一書中詳細(xì)描述了 CBR 的最早研究工作，并提出了在計算機上構(gòu)建 CBR 的認(rèn)知模型[31]。在 Schank 提出的理論基礎(chǔ)上，GeorgiaTech 的 Janet Kolodner 在 1983 年開發(fā)了第一個基于 CBR 的應(yīng)用系統(tǒng) CYRUS[32]，它是一個進行各種旅行和會議的查詢的問答式的專家系統(tǒng)。此后一段時間美國許多大學(xué)在 CYRUS 的模型基礎(chǔ)上開發(fā)了一些 CBR 系統(tǒng)。1988 年，第一個真正將4CBR 方法應(yīng)用于設(shè)計的系統(tǒng) CYCLOPS 誕生，它將基于約束的求解方法與基于實例的調(diào)整和修改方法結(jié)合起來實現(xiàn)園林的規(guī)劃。CBR 的另外一個重要基礎(chǔ)是 1988年在德克薩斯州奧斯汀大學(xué)的 Porter 等人所提出并發(fā)展的機器分類學(xué)習(xí)的概念，他提出把領(lǐng)域知識和特殊的實例綜合成為一個統(tǒng)一的表達方式，并開發(fā)了PROTOS 系統(tǒng)[33]。進入 90 年代，CBR 的理論研究已基本穩(wěn)定，框架已基本形成，逐漸開始轉(zhuǎn)向應(yīng)用開發(fā)，推出了應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)故障診斷的 PATDEX 系統(tǒng)[34]，1999年，Ian. watson 指出 CBR 不是一種技術(shù)而是一種方法[35]，改變了以往人們對 CBR是 AI 技術(shù)的認(rèn)識，對 CBR 的理論研究發(fā)展具有重要意義[36]，它認(rèn)為諸如邏輯程序設(shè)計、基于規(guī)則的推理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊邏輯、基于約束的程序設(shè)計等技術(shù)都有明顯的特征，如具體的編程語言或開發(fā)環(huán)境，或是具體的算法和技術(shù)，而 CBR 描述的只是一種解決問題的方法，并沒有專屬于自己的特定技術(shù)，比如最常用的事例檢索算法—最近鄰檢索算法來自運籌學(xué)，歸納索引技術(shù)來自機器學(xué)習(xí)，它只能借用其它領(lǐng)域的成熟技術(shù)來完成當(dāng)前問題的求解；因此，在理論上未來 CBR 的研究方向和挑戰(zhàn)是如何將其它領(lǐng)域的成熟技術(shù)如模糊邏輯，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、設(shè)計遺傳算法和未來新興的 AI 技術(shù)等應(yīng)用于 CBR 循環(huán)以提高 CBR 系統(tǒng)推理的效率與質(zhì)量[6]。隨著 CBR 方法研究的逐步成熟，近年來國際上對于該技術(shù)的研究性開發(fā)項目和應(yīng)用系統(tǒng)達上百種，至少已出現(xiàn) 3 種使用 CBR 方法進行機械產(chǎn)品設(shè)計的商業(yè)化工具，它們分別是 CADET[37]（機械設(shè)計輔助）、COMPOSER[38]（汽車裝配過程規(guī)劃）和 PANDA[39]（發(fā)動機設(shè)計）。然而就 CBR 技術(shù)的相關(guān)理論和應(yīng)用研究仍在繼續(xù)，主要以美國、德國、日本為主[40][41]。20 世紀(jì) 90 年代開始，CBR 的研究和應(yīng)用開發(fā)在我國也受到了重視，并在在規(guī)劃、設(shè)計、診斷、醫(yī)學(xué)、輔助專家系統(tǒng)等領(lǐng)域都取得了相當(dāng)大的成功。如，1991年史忠植等人提出了記憶網(wǎng)模型和范例檢索算法，并在 1993 年研制了基于實例學(xué)習(xí)的石油產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng) EOFDS[42]；1995 年陳維克等開發(fā)了基于范例推理技術(shù)的CAPP 專家系統(tǒng)[43]。1996 年王軍開發(fā)的基于實例推理的淮河王家壩洪水預(yù)報調(diào)度系統(tǒng) FOREZ[44]；2000 年吳建林提出了基于案例學(xué)習(xí)的觀點生成框架，將觀點生成過程建立在案例學(xué)習(xí)和目標(biāo)驅(qū)動學(xué)習(xí)基礎(chǔ)之上，決策者既可以通過案例學(xué)習(xí)獲取過去解決類似決策問題的經(jīng)驗，而且可以確定搜尋各類信息的目標(biāo)，根據(jù)目標(biāo)獲取分解決策問題的信息、獲取問題分析的啟發(fā)式信息、獲取現(xiàn)實問題的背景信息[45]。2002 年吳家洲、楊叔子等開發(fā)了基于實例推理的齒輪快速設(shè)計 CAD 系統(tǒng)[46]。2003 年，王知行等討論了 CBR 在知識管理系統(tǒng)中的應(yīng)用，并通過在水輪發(fā)電機方案設(shè)計中的應(yīng)用，證明了 CBR 在知識管理系統(tǒng)中的實用性[47]。2004 年牛曉太等提出 CBR 方法在談判中的研究與應(yīng)用，將談判產(chǎn)生的歷史案例通過分類形成知識庫[48]。2005 年路云等提出基于 CBR 的企業(yè)經(jīng)營決策支持模型，通過對案例庫中記憶5的源案例企業(yè)的經(jīng)營指標(biāo)進行相似性搜索，在分析源企業(yè)實施的各項決策及實施后收到的經(jīng)營效果的基礎(chǔ)上，對目標(biāo)企業(yè)未來經(jīng)營策略進行指導(dǎo)[49]；2007 年，楊方飛等研究了基于實例的設(shè)計機械領(lǐng)域變型設(shè)計中的應(yīng)用，并成功應(yīng)用于水泵的設(shè)計[50]；2008 年，童福安等開展了基于 CBR 的產(chǎn)品實例快速設(shè)計系統(tǒng)研究[29]。目前國內(nèi) CBR 技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用多集中在故障診斷專家系統(tǒng)中，而應(yīng)用到排氣消聲器設(shè)計中，目前國內(nèi)外還鮮有報道。 消聲器評價方法研究現(xiàn)狀排氣消聲器性能評價方法是建立在評價指標(biāo)之上的，排氣消聲器性能指標(biāo)主要包括聲學(xué)性能指標(biāo)、空氣動力性能指標(biāo)、結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)、工藝設(shè)計和成本指標(biāo)等，各指標(biāo)只能反映排氣消聲器的單一方面性能。目前大多數(shù)設(shè)計人員往往是按照各性能指標(biāo)逐一對方案進行評價，但排氣消聲器性能的優(yōu)劣不僅僅是單一指標(biāo)可以衡量的，它需要綜合考慮各項指標(biāo)與要求。2003 年，美國福特公司的 Jian Pang，Phillip Kurrle 等人對汽車排氣消聲器所涉及到的主要性能指標(biāo)進行了詳細(xì)分析[51]。2006 年，德國學(xué)者 Bernd Fuhrmann 將尾管聲品質(zhì)作為排氣消聲器的性能指標(biāo)，指導(dǎo)渦輪增壓發(fā)動機的設(shè)計[52]。1989 年，林大淵在國內(nèi)較早的提出了在消聲器設(shè)計過程中應(yīng)對其各項性能指標(biāo)進行綜合評價，并根據(jù)其多年收集到的抗性消聲器參數(shù)和性能數(shù)據(jù)，建立了綜合考慮插入損失、容積比和排氣背壓之間關(guān)系的排氣消聲器綜合評價指標(biāo)[21]。2007年，李林凌等人比較全面的對排氣消聲器評價指標(biāo)進行了分析，并逐一通過 CAE方法進行求取，但并未將綜合評價方法定量化，仍是單一因素的比較[53]。2008 年，姜鵬明等人首次將排氣消聲器綜合評價方法定量化，提出了以消聲量為出發(fā)點綜合考慮消聲器消聲效率和成本的汽車消聲器綜合評價指數(shù)[54]。2009 年，夏珩等人提出了一種多工況下綜合考慮排氣消聲器插入損失、被壓損失和尾管噪聲線性度的排氣消聲器綜合性能評價函數(shù)，引入了對排氣消聲器聲品質(zhì)的評價[55]。其后，侯艷芳等人在 2010 年也從車內(nèi)聲品質(zhì)角度對消聲器聲學(xué)性能進行了評價[56]。目前排氣消聲器評價仍以單一指標(biāo)獨立評價為主，國內(nèi)外提出的排氣消聲器綜合性能評價方法也主要是進行定性分析，沒有對各指標(biāo)的重要程度進行定量化分析，且涉及排氣消聲器的傳遞損失性能定量評價也鮮有報道。而現(xiàn)今對排氣消聲器進行計算機輔助設(shè)計過程中最常用的也是仿真精度最高的評價對象是消聲器的傳遞損失，傳遞損失曲線直接反映了消聲器自身的消聲性能，所以在設(shè)計過程中有必要對消聲器傳遞損失進行評價。6 本課題研究目的與內(nèi)容 研究目的本課題來源于重慶市科技攻關(guān)計劃項目：內(nèi)燃機消聲器設(shè)計技術(shù)研究及其專家系統(tǒng)開發(fā)（CSTC 2008AB6108），是基于汽車生產(chǎn)企業(yè)的普遍需求，以某汽車生產(chǎn)企業(yè)的排氣消聲器開發(fā)試用為支持展開的，是排氣消聲器設(shè)計專家系統(tǒng)的子研究項目。其主要研究目的在于深入探究基于實例推理的快速設(shè)計方法和汽車排氣消聲器綜合性能評價方法，探討 CBR 方法應(yīng)用到消聲器設(shè)計中的可行性，開發(fā)出一個基于實例推理的排氣消聲器快速設(shè)計及性能評價系統(tǒng)，實現(xiàn)對排氣消聲器的相似實例的快速檢索和重用，并利用系統(tǒng)模塊進行科學(xué)的綜合性能評價和修改，來獲取最佳實例，以此提高企業(yè)的研發(fā)速度，增強市場競爭力。為排氣消聲器專家系統(tǒng)的開發(fā)提供理論依據(jù)。 主要研究內(nèi)容本文的主要研究內(nèi)容有：①. 總結(jié)關(guān)于消聲器設(shè)計、基于 CBR 的快速設(shè)計方法和消聲器綜合評價方法的國內(nèi)外相關(guān)理論和研究狀況；明確基于 CBR 的快速設(shè)計方法的理論實質(zhì)、適用范圍和特點；②. 完成排氣消聲器實例庫前期實例的實驗、建模與性能分析；③. 獲取排氣消聲器實例產(chǎn)品各項相關(guān)結(jié)構(gòu)和性能相關(guān)參數(shù)，并采用 AHP 方法進行權(quán)重影響分析研究；④. 通過對消聲器各項評價指標(biāo)及技術(shù)性能特征的研究，構(gòu)造一種能夠?qū)ε艢庀暺鬟M行綜合性能評價的消聲器評價方法；⑤. 對 CBR 系統(tǒng)中的實例表示、實例修改和重用等關(guān)鍵技術(shù)進行研究，建立CBR 前期實例庫；⑥. 通過對相似實例匹配方法的研究，選取一種適合于排氣消聲器設(shè)計的最大相似度檢索方法，并應(yīng)用到 CBR 系統(tǒng)的實例檢索中；⑦. 構(gòu)建基于 CBR 的排氣消聲器快速設(shè)計系統(tǒng)，并基于該系統(tǒng)開發(fā)一款排氣消聲器。7Equation Section (Next)2 排氣消聲器性能評價標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計基礎(chǔ)理論 排氣消聲器性能評價指標(biāo)目前，排氣消聲器常用的性能評價指標(biāo)主要包含三個方面：聲學(xué)性能評價指標(biāo)、空氣動力學(xué)性能指標(biāo)和結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)。 聲學(xué)性能評價指標(biāo)排氣消聲器的聲學(xué)性能主要從消聲量和消聲頻率特性兩方面進行評價，常用插入損失和傳遞損失兩種數(shù)據(jù)類型來表征。①. 插入損失插入損失定義為：裝置消聲器前后，聲源通過排氣口向外輻射噪聲的聲功率級之差[57]；符號：isD ；單位：dB；當(dāng)排氣管管口位置、大小、形狀和聲場分布保持不變，這時插入損失就等于給定測點處裝置消聲器前后聲源通過排氣口向外輻射噪聲的聲壓級之差。計算公式為：is p1 p2D = L ? L()式中：—插入損失，單位為分貝（dB）。isD— 不裝消聲器只裝空管的排氣噪聲A、C計權(quán)或頻帶聲壓級，單位為分貝p1L（dB）（基準(zhǔn)值： 20 μP a）；— 裝消聲器后的排氣噪聲A、C計權(quán)或頻帶聲壓級，單位為分貝（dB）（p2L基準(zhǔn)值： 20 μP a）；②. 傳遞損失傳遞損失定義為：入射聲功率級和通過消聲器傳遞的聲功率級之差[61]，符號：tsD ；單位：dB。計算公式為：ts W 2 W1D = L ? L()式中：— 聲音通過消聲器后傳遞到自由空間的聲功率級（1/3倍頻帶或倍頻帶），W1L單位為分貝（dB）（基準(zhǔn)聲功率 1pW）；— 聲音入射到消聲器的聲功率級（1/3倍頻帶或倍頻帶），單位為分貝W2L（dB）（基準(zhǔn)聲功率 1pW）；統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)一般發(fā)動機排出的廢氣進入消聲器時溫度可以高達 450 176。C～800 176。C，溫度會影響空氣的密度與壓縮特性，從而使聲速和粘滯系數(shù)等物理量發(fā)生改變，在進行消聲器傳遞損失評價之前，溫度變化的影響必須加以考慮。一般地，空氣中聲速隨溫度變化的近似計算公式為：8cRTcttp= =1. 4287(+)≈+()c 為聲速，溫度 t 的單位為℃。即，當(dāng)溫度升高時，聲音在空氣中的傳播速度也會提高。聲波的波長為：f+t=λ ()圖 不同溫度下傳遞損失對比Fig. The transmission loss at different temperatures對某個頻率的聲波來說，波長是隨著溫度的增加而增加的。如果將排氣消聲器的溫度梯度用定值代替，溫度對傳遞損失的影響可最終歸結(jié)于曲線向高頻的移動。圖 可以看出同一消聲器在 500℃時的傳遞損失相對 20℃時的傳遞損失曲線差異較大，且明顯向高頻移動明顯。排氣消聲器的修正溫度可由試驗方法獲取，下文所涉及到的傳遞損失曲線評價方法均是基于溫度修正之后的數(shù)據(jù)進行的。③. 聲品質(zhì)評價指標(biāo)人是汽車噪聲的直接受體，聲品質(zhì)反映了人對聲音的主觀感受，適合于排氣消聲器性能評價的常用心理學(xué)參數(shù)指標(biāo)有：響度、尖銳度和粗糙度等。響度反映了聲音的響亮程度，是衡量聲音“輕”或“響”最為直觀的一個指標(biāo)[58]；它的單位是宋（song），定義聲壓級為 40dB 的 1000Hz 純音的響亮程度為 1 宋，其他聲音的響度通過與此聲音比較來確定。尖銳度反映了聲音的刺耳程度，體現(xiàn)了聲音信號中高頻成分的比重[59]；人耳往往對高頻噪聲較為敏感，信號尖銳度越大，聲音就越刺耳，尖銳度的單位是 acum，9定義中心頻率為 1kHz、帶寬為 160Hz 的 60dB 窄帶噪聲的尖銳度為 lacum。粗糙度反映了聲音信號的調(diào)制幅度的大小及調(diào)制頻率的分布情況，描繪了聲音的響度隨時間快速地起伏變化[59]；粗糙度的單位是 asper，規(guī)定一個聲壓級為60dB 的 1kHz 正弦波純音信號在調(diào)制幅度為 1，調(diào)制頻率 70Hz 時的粗糙度為 1asper。響度、尖銳度和粗糙度的計算方法較多[5860]，有的尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，計算公式也相對復(fù)雜，本文對計算公式不做詳細(xì)羅列。 空氣動力學(xué)性能評價指標(biāo)排氣消聲器的空氣動力學(xué)性能直接影響到內(nèi)燃機的動力性和經(jīng)濟性，常用功率損失比和排氣背壓差來衡量。①. 功率損失比功率損失比定義為：內(nèi)燃機在標(biāo)定工況下，裝置消聲器前后的功率差值與沒有裝消聲器時的功率值之比[57]，用百分比表示，符號：γ 。計算公式為：1 21P PPγ?= ()式中：γ— 功率損失比，用百分?jǐn)?shù)表示（%）；P— 不裝消聲器只裝空管的內(nèi)燃機功率，單位為千瓦（kW）；1P— 裝消聲器后的內(nèi)燃機功率，單位為千瓦（kW）。2②. 排氣背壓差排氣背壓差定義為：裝置消聲器前后測點[61]處得相對壓力值之差[57]；符號：exΔP ；單位： kPa 。計算公式為：exex1ex2ΔP =P?P()式中：P— 排氣背壓差，單位為千帕（kPa）；exΔP— 裝消聲器時測點的壓力，單位為千帕（kPa）；ex1ΔP— 不裝消聲器只裝空管時測點的壓力，單位為千帕（kPa）。ex2