應用知識工程技術的機車 CAD/KBE 輔助設計系統是在 Windows 環境下開發 的應用軟體，其使用 UG 做為 CAD 系統，並應用該平台的二次開發工具 UG/KF 語言進行編輯。透過與造型師與機車設計工程師的經驗交流，將各國法規、各種 典型機車的車架、機車油箱加以歸納與描述，並運用 KF 語言於機車幾何模型中 以符合工程規則及其相互關係的形式增加工程知識，從而實現由知識和規則驅動 的機車設計過程(如圖 4-1)。設計人員可透過所建構的對話框，將對應的尺寸參數 輸入，進而修改或調用來建立機車幾何模型，從而實現機車 CAD/KBE 輔助設計 系統的知識驅動。
圖 4-1 系統架構
4-1 油土法規評估系統
4-1-1 法規簡介
機車已然成為本世紀密度最高的交通工具，這近五十年的期間，因機車使用 量增加快速，所以道路狀況、交通法令及駕駛常識等皆需配合民眾普遍使用機車 的情況而訂定，以免造成交通混亂。故各國政府為改善交通秩序，加強管理機車 行車安全，與管理因機車造成的空氣、噪音污染、能源的大量耗費，所以各國政 府在這些需管理的面向，訂定了許多法規與管理條例。
如歐規簡稱 ECE (Economic Commission for Europe) 美規簡稱 FMVSS (Federal Motor Vehicle Safety Standards) 日規簡稱 JIS (Japanese Industrial Standards)、
JASO (Japan Automobile Standards Organization) 中國 GB (Guo Biao)
4-1-2 法規導入規劃
法規項目繁複，如何將法規的確認導入 CAD 系統中，在設計過程中確保能 滿足銷售地區之法規，避免因人員設計疏失，而無法滿足各國政府所制定之法 規，導致無法在當地銷售，造成嚴重的損失。
而法規的主要項目，因各國政府所制定的需求不同，所制定的內容也有差 異，但是主要方向均大同小異，以下略為描述各主要項目：
1、Whole Vehicle Type Approval(整車認證) 2、Speedometer(速率錶)
3、Brake(剎車)
4、Tell-Tales(顯示面板標示符號) 5、Audible Warning Device(喇叭) 6、Stands(腳架)
7、Passengers Hand Hold(後座扶手) 8、Uunauthorized Use(防盜性) 9、Statutory Mmarkings(註冊標籤)
10、 Arrangement Of Light(燈具排列方式) 11、 Masses And Dimenssions(重量、尺寸)
12、 Space For Mounting Rear Registration Plate(後牌照空間) 13、 Max. Design Speed, Max. Torque And Max. Net Engine
Power(最高速率, 最大扭力及最大淨馬力) 14、 tyres(輪胎)
15、 Lighting And Light-Signalling Devices(燈光及信號裝置) 16、 External Projections(外觀突出部品)
17、 Rear View Mirror(後視鏡) 18、 Eexhaust Emission(廢氣排放) 19、 Fuel Tank(油箱)
20、 Aanti-Tampering(防改裝)
21、 RIS -- EMI / EMC(無線電干擾抑制裝置) 22、 Noise Emission(噪音)
多數的法規項目，因相關性能、排污、煞車、噪音、、、等項目，無法於 CAD 中得到具體數據，必須經由實驗室及實車上的測試才能取得，所以並非所有 項目均得已以 CAD 進行確認(如圖 4-2)。
例如：
圖 4-2 法規範例 項目 1、機車需>50cc 最大時速需大於 45km/h 項目 2、速度刻劃：每 1, 2, 5, or 10 km/h
速度數字標記：每 20 km/h or 以下 (極速<200km/h) or 每 30 km/h or 以下(極速>200km/h)
COP (量產品一致性) 標準：0 ≦ Vs - Vt ≦ Vt/10 + 8 km/h
等數據並無法運用於 CAD 系統中進行確認，所以並不適合導入以 CAD 系統來進 行驗證的工作(如圖 4-3)。
而部分例如：
圖 4-3 法規範例
此部分有明確的數據得以帶入 CAD 系統進行檢證，資料在進行整理歸類 後，如何將資料導入 CAD 進行確認則是本項專案研究的方向之一。
4-1-3 油土確認位置
在數據具體化後，即可確認出造型油土的相對位置，如圖 4-4 所示。
圖 4-4 配合法規規劃之油土位置
4-1-4 資料庫建立
為了滿足各國法規所訂製的規範，因此必須將各國法規重新整理歸類，以下 特別將法規中機車燈類的位置數據化，將燈類依排列的規則、位置等數值整理列 表。
如圖 4-5 所示。
圖 4-5 法規燈類範例 Excel 文件
逆向工程所得到的資料與資料庫直接連結進行比對，透過讀取表格中不同的 欄位，尺寸參數會對應到不同的數值，達到與資料庫比對的目的。
4-1-5 設計檢核系統
為減少輸入過程發生錯誤，需將 3D 進行前處理，也就是說 CAD DATA 中各個座標如頭燈位置，方向燈位置，地線位置、、、、、、等等，需先以 CAD 系統建立各點的座標點，再透過初期法規檢核系統對話框，為了讓設計人員能夠 容易的使用與操作，因此採用了圖形介面的方式，設計人員直接透過畫面提示，
依指示輸入提示部位，如圖 4-6 所示。
圖 4-6 法規檢核系統對話框
透過對話框的輸入項目，採取點的輸入選項，如圖 4-7，選擇前作業中所建 立的座標點，可以將各個點座標以 x、y、z 存入系統中，建立前後車輪接地點的 線段，我們稱之為地線，將地線與各個座標點的 z 座標進行距離分析，例如台灣 法規中的頭燈高度為地面高度 500-1300mm 之間，只要在 CAD 取得的頭燈 Z 座 標資料能滿足台灣法規中的要求高度，即可初判頭燈位置在高度項目可滿足台灣 法規，與資料庫資料進行比對，進而可得到整車的產品規格，以及油土逆向工程 的取得之資料是否能滿足銷售地域的法規，如圖 4-8 所示。
圖 4-7 點選項提示
圖 4-8 輸出規格表及法規判定
4-2 車架輔助建構系統
4-2-1 系統架構
機車車架快速建立系統主要是由對話框模組、知識工程模組及幾何模組所構 成，如圖 4-9 所示。
使用者
UIStyler可視化介面
參數輸出輸入窗口
知識庫管理系統
UG/KF建模
U G 軟 體 平 台
幾 何 模 型
幾 何 資 料 訊 息
對話框模組
知識工程模組
幾何模組
數據庫 設計規則庫
圖 4-9 系統架構圖
4-2-1-1 對話框模組
主要是利用 UG 軟體所提供的 UIStyler 可視化介面，訂置完全 UG 風格的對話 框，給設計人員提供方便、直觀的人機交互介面，用於參數輸入、修改及標準件 的 Excel 表格數據選取等。
4-2-1-2 知識工程模組
為機車車架快速建立系統的核心，是由知識庫和知識庫管理系統構成。知識庫 中儲存著機車車架設計過程中所需的各種知識與規則，主要由數據庫及設計規則 庫所組成。其中數據庫是儲存標準件的規格、尺寸參數等數據和相關索引，因此 數據庫可以說是標準件的基礎；設計規則庫則儲存著 KF 語言描述的參數化驅 動、工程演算規則及外部數據庫連結等。系統透過知識庫管理系統與其他模組相 連結，從而實現知識的重用與擴充。
4-1-3 幾何模組
為知識系統與 CAD 軟體系統的整合化模組，系統透過重用知識庫中的各種知 識和規則來驅動、選擇及裝配相應的機車車架幾何模型，此時機車車架幾何模型 被賦予各種屬性資料。在選定機車車架樣式與參數輸入後，便可經由 UG 自動生 成三維實體模型，使設計人員能直接快速的觀測到設計結果，並可即時性的進行 修改，直至滿意為止。
4-2-2 系統開發流程
機車車架快速建立系統主要是由車架快速建立，如圖 4-10 所示。其系統開發 流程為：設計者以輸入車體部分規格值如輪胎規格、避振器行程、把手轉向角度 等資訊，再利用資料庫中材料規格，用以快速建立出車架結構，以提供結構分 析、初期干涉檢證、油土規劃及先期試作等目的，藉以縮短設計日程。
圖 4-10 系統開發架構
4-2-3 初步車架建立
車架建立主要是 HANDLE、TIRE、FRAME BODY、CUSHION 等結構所構 成，如圖 4-11 所示。
圖 4-11 車架基本架構
初步機車基本架構建立，可藉由一些變數的輸入，即可進行部份的設計檢證 的工作。如圖 4-12。
圖 4-12 車架建構主目錄
如右圖車架建立主畫面所示，設定左右轉向角，車架管徑大小，避震器長 度
如設計者輸入避震器行程，利用公式:
X=COS(90-把手前傾角)*前避震器長度，
Y=0，
Z=SIN(90-把手前傾角)*前避震器長度，
透過參數修改的方式，即可在避震器伸縮方向，快速模擬出避震器潰縮位置，如 圖 4-13 示。
(Child) stoke_fr_tire: { Class, ug_extract_body;
Object_Name, fr_tire_Blend:;
referenceframe, FrameXY(point(COS(90-handle_angle:)*fr_cushion_stoke:,0,SIN(90-handle_angle:)*fr_cushion_stoke:),vector(1,0,0),vector(0,1,0));
UpdateAtTimeStamp, TRUE;
};
圖 4-13 輪胎避震最大行程檢測
設計者輸入機車左右轉彎最大角度，系統即可快速計算出把手左右轉彎後 的位置，同時也會計算出輪胎於轉彎時避震器的最大行程位置，快速建立出 CAD 模型，以供設計者進行初步 LAYOUT 檢測，如圖 4-14 所示。
圖 4-14 轉彎時輪胎最大範圍檢測
4-3 油箱容積最佳化
由於現代的產品具有複雜性與不確定性，傳統的 CAD 設計技術已經無法滿足 快速多變的市場需求，因此本研究將利用 UG 軟體所提供的二次開發工具知識溶 接(Knowledge Fusion，KF)，開發一套結合知識工程(KBE)的「機車油箱容積最佳 化建模系統」，使其具備有專家能力，可快速有效的設計出所需的機車油箱外 型，快速反應市場的需求，提昇企業競爭力。運用知識工程原理對智能化設計方 法進行研究，獲取產品設計人員的設計經驗和領域專家的知識，並採用知識工程 語言將其表達出來，使之成為電腦可操控的對象，從而讓設計人員在確保設計效 率的同時，遵循最佳設計途徑，以達到智能化設計的目的。就其研究的理論基礎 而言，主要包括「設計變數」、「約束條件」、「目標函數」和「最佳化設計」
等。本章將針對這油箱設計再這四方面做進一步的探討。
4-3-1 油箱容積最大化
油箱容積初期在估算的時候，常常會因為車架變更或安全距離因條件有所變 化而影響間隙變更，所以利用油箱與各周邊物件的間隙調整，產生最大的油箱容 積。如圖 4-15 所示，系統啟動時畫面。
圖 4-15 油箱容積最大化邊界畫面
選取圖 4-16 的油箱實體，再依續選擇第各邊界物件，選則油箱實體的相對 檢測面，並設定各邊界的間隙值，各邊界的間隙須依實際各物件邊界的條件有不 同的定義。各邊界說明如圖 4-17。
圖 4-16 油箱實體
圖 4-17 油箱邊界說明
例如﹕物件邊界為油箱鎖附物件時，可僅留最小邊界約 3-5mm ，如車架。
物件邊界為可能產生震動異音時，須保留約 5-8mm ，如座墊。
物件邊界為可能動態運動物件時，須確保最大作動範圍並預留約 12-15mm ，如車輪。
依提示輸入 第一邊界 7mm，
第二邊界 5mm，
第三邊界 15mm，
第四邊界 3mm，
第五邊界 3mm，
第六邊界 15mm，完成後，確定即可得到此油箱體的最大容積。如 圖 4-18。
圖 4-18 油箱最大化
4-3-2 油箱容積最佳化 4-3-2-1 設計變數
設計變數是產品進行最佳化過程中希望改變的參數，藉由此變量的改變，其目 標(Objective)結果會相應有所改變。在選擇的過程中設計變數是變數，然而一旦 這些變數確定後，則設計對象也就完全確定。設計變數的設計變量通常設定在一 個範圍值內，應用最佳化運算器使其自動進行設計變數值的改變，進而使目標函 數的結果值改變，使其達到設定的目標，而完成設計變數的最佳化設計。設計變 數所代表的是可以控制、改變影響設計性能表現的因素。因此在進行機車油箱最 佳化之前，必須選擇對目標函數最具影響的參數，將其定義為設計變數。
在進行最佳化設計中，設計變數越多，則代表計算過程愈趨複雜，同時具有 兩個變數，則稱為二維設計問題，二維設計變數有 與 兩個變數值，同時具 有三個設計變數，則為三維設計問題，設計變數越多，設計的自由度就越大，可 提供的選擇方案就越多，但是難度也就相對的提升。
X1 X2
一般而言，容積的基本運算為長*寬*高，所以在機車油箱容積參數設計時，
參考機車油箱的長寬高為設計變數，通過油箱容積最佳化系統對話框，將機車油 箱高度定為設計變數，通過機車油箱高度的變化，來達到容積變化的需求，如圖 4-19 所示。
圖 4-19 設計變數說明