內燃機油基礎油與添加劑優(yōu)選中的推理方法

第26卷第4期長(cháng)安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)Vol. 26 No. 42006年7月Journal of Chang' an University(Natural Science Edition)Jul. 2006文章編號:1671-8879<2004-0095-04內燃機油基礎油與添加劑優(yōu)選中的推理方法仝秋紅'，王毓民'，張威’(1.長(cháng)安大學(xué)汽車(chē)學(xué)院，陜西西安710064; 2.長(cháng)安大學(xué)環(huán)境工程與科學(xué)學(xué)院，陜西西安710054)摘要:為了研制內燃機潤滑油,采用計算機知識推理的方法來(lái)選擇基礎油和添加劑。知識的表示以傳統的基于規則的知識表示為基礎,結合面向對象的以及模糊的知識表示方法,為每種添加劑建立規則庫。以添加劑類(lèi)型規則庫中的規則頭以及研制油的性能要求分別得到兩個(gè)證據集合,以?xún)?集合的貼近庫作為其匹配度,從而選擇出符合要求的添加劑類(lèi)型。以該類(lèi)型添加劑中的每種添加劑性能指標形成的評判標準論域集合與選擇該添加劑的模糊評判論域集合為基礎,應用麥德姆尼方法推出模糊關(guān)系矩陣,用研制油的評判集合及模糊假言推理得到結論,在多個(gè)結論的情況下,對結論沖突進(jìn)行消解,最終選擇出最優(yōu)的添加劑。實(shí)踐表明,這種推理方法得到的添加劑與大量人工分析得到的結論完全相同。關(guān)鍵詞:汽車(chē)工程;內燃機油;添加劑;模糊推理;沖突;消解中圖分類(lèi)號:U473.6文獻標識碼:AInference method for selecting additives andbase oil of gasoline engine lubricantTONG Qiu-hong' , WANG Yu-min' , ZHANG Wei(1. Schoo of Automobile, Chang' an University, Xi' an 710064, Shaanxi, China;2. School of Environmental Sciences and Engineering, Chang' an University, Xi'an 710054, Shaanxi, China)Abstract: In order to develop lubricant of gasoline engine, the computerized knowledge inferen-cing method is applied to select base oil and additives. Based on the traditional rule- based systemand combined fuzzy system, the rule base of every additives is established. T wo evidence groupsare got from the rule head of the additives rule base and the developed oil' s quality demands. U-sing the close degree as matching degree of the two groups, the additives types is selected. Basedon the judge standard field group and selecting fuzzy group of every additives of this type, usingMamdani method, the fuzzy connection matrix is calculated. With the judge group of the devel-oped oil and fuzzy hypothesis consequence, the conclusions can be attained. As there are multiconclusions, the resolution of the conflict of the conclusion are made. The optimum additives canbe selected from those conclusions. The practice indicates that the additive selected by this rea-soning method is in same with the one by a lot of manual work. 1 fig, 6 refs.Key words: automobile engineering; gasoline engine lubricant; additives; fuzzy inference; con-flict; resolution中國煤化工收稿日期:2005-06-16MHCNMHG作者簡(jiǎn)介:全秋紅(1963-),女,河南洛陽(yáng)人，副教授,博土.96長(cháng)安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2006年形成論域U.0.引言?xún)热紮C油的分類(lèi)在全球尚無(wú)統一- 的標準,由于2基于可信度及模糊邏輯的推理系統分類(lèi)的方法不同,級別也各種各樣,如SAE J300按本系統的推理系統采用模糊推理及基于可信度照發(fā)動(dòng)機油粘度級別進(jìn)行分類(lèi),API按汽油機油性的推理相結合的方法,模糊推理系統的基本結構如能和使用試驗分類(lèi)等;每種分類(lèi)的不同級別的潤滑圖1所示。油在研制中所選擇的基礎油和添加劑也有不同的要規則庫求，而基礎油與添加劑的種類(lèi)也特別繁多,按照研制油的要求選擇最合適的基礎油與添加劑是在研制潤模糊器去模糊器一滑油之前首先要解決的問(wèn)題([-]。精確輸入u∈U".推理機x∈| Y=fx)本文將現代計算機分析技術(shù)與傳統的潤滑油研模糊輸入集合1-----!模糊輸出集合μA→B(xy)制技術(shù)相結合,從眾多廠(chǎng)家、不同品牌、各種類(lèi)型的添加劑中選擇出最符合要求的添加劑。圖1模糊推理系統選擇添加劑時(shí),先做全局的模糊推理,在證據組1知識庫合的不確定推理、并行規則的不確定計算、順序規在知識庫的建立中,根據添加劑性質(zhì)表示方法的則的不確定計算及規則的沖突消解方面,采用基于特點(diǎn),在傳統的基于規則的知識表示的基礎上,結合可信度的推理,加入閾值及加權因子,最終得出最優(yōu)面向對象的知識表示方法及模糊的知識表示方法。的結論。以清凈劑知識庫為例,其類(lèi)中數據成員包括:2.1模糊集合密度(w)、粘度(wr)、閃點(diǎn)(wx)、堿值(w,)、金潤滑油、基礎油及添加劑的取值邊界是模糊屬含量(w;)、中性鹽(wo)、TBN(wr)、清凈性的，如對清凈劑的“高溫清凈性”的描述，“優(yōu)異”、(us)、高溫清凈性(uy)、分散性(who)、防銹性“很好”、“優(yōu)良”、“較好”、“中等”、“較差”、“很(w1)、酸中和性(wn2)、抗氧化性及抗腐蝕性差”等不能簡(jiǎn)單地把其劃歸某個(gè)集合或者排除在這(w1)、生物降解性(w14)、價(jià)格(w15)。個(gè)集合之外。因此，需要把集合擴展到模糊集合,并類(lèi)中數據成員的每--項都將作為推理中的證據形成完整的模糊集合論和模糊推理的方法。應用,其中,w1~wI代表每一項證據的加權因子，2.2模糊規則其可以具有歸- - 化的性質(zhì),也可以不具有歸一化的本系統對于不同的添加劑有不同的規則庫,每性質(zhì),被初始化于-一個(gè)全局的權值數組中。種添加劑的規則在添加劑的類(lèi)中,以成員函數的形在命題的模糊化中,由添加劑類(lèi)的數據成員組式表示。下面為清凈劑規則庫中的一些規則:成評判的標準論域U。以磺酸鹽知識庫為例,得出論R:ifu(w) \u:(wz) ^ us(ws) ^ u(w2) ^ .域U為us(ws) ^ uo(ws) ^ ur(w) A ug(w;) A ug(w) ^U = {u:,U2,Uu3,us,us ,U6 ,ur ,Ug，u2o(w1o) ^ uu(w) ^ un2(w]2) A un3(w1s) 1Uug，U10 ,u11 ,U1z ,U13，U14 ,U1s}une(ws) ^ u1s(wIs)對清凈性、高溫清凈性、分散性、防銹性、酸中then選擇磺酸鈣(0. 95,0. 8)和性、生物降解性進(jìn)行模糊評判,評判的等級為:優(yōu)R::ifu(w) Auz(wr) ^ us(w3) ^ us(w.) ^ .異(u)、很好(or)、優(yōu)良(vz)、較好(u4)、中等(uz)、us(ws) ^ uo(ws) ^ ur(w) ^ ug(w}) ^ us(wg) ^較差(7)很差(o),由此得到評判的等級論域u1o(w1o) ^ un(w1) ^ un2(wrz) ^ u1s(wIx) ^Vi = {U,U2,Vs,V4 ,U5 ,Ug,0}uns(wis) \ us(whs)而論域V1 ,同樣可對密度、粘度、閃點(diǎn)、堿值、金then選擇烷基酚鹽和硫化烷基酚鹽(0. 95,0. 8)屬含量、中性鹽、TBN、價(jià)格進(jìn)行模糊評判,評判等中國煤化工一些規則:級為:非常高(u)、很高(vx)、高()、較高(u)、中MHCNMHG等(us)、較低(v%)、很低(v)。Rr:Ilm皮二10Ju Liiell 北市高(0.3 ,0. 2)同樣,烷基酚鹽和硫化烷基酚鹽知識庫形成論R:if 1350>密度≥1100 then 很高(0. 3,0.2)域U2,烷基水楊酸鹽知識庫形成論域U,環(huán)烷酸鈣R:if 1100>密度≥1000 then高(0. 3,0.2)第4期仝秋紅,等:內燃機油基礎油與添加劑優(yōu)選中的推理方法97R.:if 1000>密度≥965 then較高(0. 3,0.2)C'r= 8(A,A')Cr = 0. 722Rs:if965>密度≥940 then中等(0. 3,0.2)滿(mǎn)足Cp≥λ,則規則可信,結論為:“選擇磺酸Re:if940>密度≥920 then較低(0. 3,0.2)鈣”。R;:if 920>密度then很低(0.2 ,0.1) .2.3.2對磺酸鹽中某一添加劑 選擇的推理規則庫1用于將各種輸人輸出進(jìn)行模糊化或去已知由磺酸鹽形成的論域U.V1為模糊化,可應用于正向推理,亦可用于反向推理。U; = un,u,",u1s};V1 = u,U ,好,U4 ,U ,跳，功}磺酸鹽規則庫2其中,U:為評判標準論域;V;為模糊評判論域。R:if某一研制油,其對清凈劑的要求為:u1(w1) ^ uz(w2) A ug(w3) A us(w;) ^密度,很高;粘度,高;閃點(diǎn),高;堿值,高;金屬含us(ws) \ u6(ws) ^ ur(wr) ^ ug(wg) A uo(ug) A量,高;中性鹽,中等;TBN,高;清凈性,較好;高溫u1o(wo) ^ u1(w11) ^ u2(wr) A us(ws) ^清凈性,優(yōu)異;分散性,中等;防銹性,中等;酸中和usa(w1s) A u1s(w1s) .性,優(yōu)異;抗氧化性及抗腐蝕性,較低;生物降解性，then選擇該添加劑(0. 95 ,0. 8)較低;價(jià)格,較低。2.3基于可信度及模糊的推理則有評判集合用戶(hù)按照研制油的性能要求,會(huì )對每種添加劑A'= {0.8,0.7,0.7,0.7,0.7,0.5,0.7,0.6,提出使用要求,按照要求系統給出要采用的最合理0.9,0. 5,0.5,0.9,0. 3,0. 3,0.3}的添加劑。以清凈劑為例，推理模式為:先按用戶(hù)要若對“高溫清凈性“進(jìn)行評判，評判的等級為:求推導出要選擇的添加劑類(lèi)型(磺酸鹽、硫化烷基酚優(yōu)異(u1 =0.5)、很好(ur -0.2)、優(yōu)良(U3 =0.2)、鹽、烷基水楊酸鹽、環(huán)烷酸鹽),選擇好某-類(lèi)品種較好(vs =0.1)、中等(vs =0)、較差(V% = 0)、很差后,再推導出具體的添加劑。(功= 0),由此得到評判的等級論域VI2.3.1對添加劑類(lèi) 型的推理ug:V: = {0. 5,0. 2,0. 2,0.1,0,0,0}清凈劑規則庫中的規則R:經(jīng)加權之后為同樣對以上各項指標都作出模糊評價(jià)。R::ifun(0.5) A ur(0.5) Aus(0.5) ^ u4(0. 5)由磺酸鹽知識庫共有29種添加劑可以得到模A us(0.5) A us(0.5) A ur(0.5) A us(0.9) A糊集合A.∈U,則集合A為A = {A),A2 ,A3,.",A2g}uo(0.9) ^ uno(0.6) ^ u11(0.8) ^ u12(0.9) ^由每種添加劑的選擇組成集合B.∈V,則集uns<(0.3) ^ uns(0.3) ^ u1s(0. 8)合B為then選擇磺酸鈣(0. 95,0. 7)B= {B,B,,...,B20某一研制油,其要求清凈劑為:清凈性，很好;高溫性,好;分散性,中等;防銹應用麥德姆尼方法,求出每種添加劑所對應的性,很好;酸中和性,好;抗氧化性及抗腐蝕性,較低;A,與B;的模糊關(guān)系R,.以Trou為例,求得其模糊關(guān)系矩陣R為生物降解性,較低;價(jià)格,便宜(好)。則得到證據為0.7 0.7 0.6 0.5 0.3 0.2 0.1u':(1) A u'2(1) A u'3(1) ^ u',(1) A u's(1)0.5 0.5 0.5 0.5 0.3 0.2 0.1A u'6(1) A u'(1) A u'8(0.95) A u'。(0.9) Au'io(0.5) Auln(0.95) ^ u'i2(0.9) Au's(0.4) ^0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.1u'ls(0.3) \ u'1s(0.9) (0. 95,0.7)0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 02 0.1則得到兩個(gè)證據集合0.9 0.8 0.6 0.5 0.3 0.2 0.1A ={ u],U2,Uz,Us ,Us ,U6,ur ,Ug ,ug ,U1o ,U11，R:=↓0.80.80.60.50.30.20.1u12,U13 ,U1s ,Uis};|0.8 0.8 0.6 0.5 0.3 0.2 0.1中國煤化工0.3 0.2 0.1現將兩集合的貼近度作為其匹配度MHCNMHG0.30.20.18(A,A') = (A,A') = 0.8[0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 02 0.1前面已知λ = 0.7,故滿(mǎn)足8(A,A')≥λ的條件，因0.30.30.30.30.3020.1而可信度Cp為98長(cháng)安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2006年同理,可推出Tro ,Tos ,Tro ,Tos,". ,Mx20所加劑的模糊關(guān)系矩陣,推導出符合條件的添加劑。對應的模糊關(guān)系矩陣R2 ,Rs ,Rs ,Rs,.,R28。在對結論的沖突進(jìn)行消解中,排列出規則執行優(yōu)先由模糊假言推理得到結論yis B',則B'為.的順序,最終得出最優(yōu)選擇的添加劑。實(shí)踐證明,這B' = {B',B',B',..,B'2}種推理方法與人工分析得出的結論是相吻合的。若模糊關(guān)系采用R.,則結論的模糊集B',為參考文獻:B':= A'.R;References:因而每個(gè)添加劑的結論B'即可得出。選擇“優(yōu)異“為0.9的結論,則有以下結論滿(mǎn)足[1]周雍鑫.國內外主要石油公司潤滑油產(chǎn)品手冊[M].北研制油的要求京:中國石化出版社,2002.B's: {0.90.80.60.50.30.20.1 }ZHOU Yong-xin。The handbook of the lubricate oil pro-ductions of the main oil companies in China and otherB';: {0.90.80.60.50.30.20.1 }countries[ M]. Beijing: China Petrifaction Press, 2002.B'7: {0.90.80.60.50.3 0.20.1 }[2]黃文軒.潤滑劑添加劑應用指南[M].北京:中國石化B': {0.90.80.60.50.30.20.1 }出版社,2003.B'23: {0.90.80.60.50.30.20.1 }HUANG Wen- xuan. Application guide of the additivesof lubricate oil[ M]. Beijing: China Petrifaction Press,2.3.3沖突消解2003.由前面的推理得出的結論有6條,6條規則發(fā)_3] 尹朝慶,尹 皓.人工智能與專(zhuān)家系統[M].北京:中國生了沖突,于是需要對沖突進(jìn)行消解。水利水電出版社,2002.YIN Chao-qing, YIN Hao. Artificial itelligence and按照加權規則沖突消解的方法，比較組合證據expert system[M]. Beijing: China Irigation Work and .可信度大的規則優(yōu)先執行,則6個(gè)規則執行優(yōu)先的Water Electricity Press, 2002.順序為4]徐慧智,仝秋紅,王毓民，可生物降解潤滑油基礎油低R2s> Rs>R> Rs> R。> R2s溫性能研究[J].潤滑油，2003,18(5): 59 -62.則6個(gè)添加劑選擇的優(yōu)先順序為XU Hui-zhi， TONG Qiu-hong, WANG Yu-min,OLOA 249S> To> TroB> To > TiorB > HitecStudy on the low temperature property of biodegrada-因此,按照研制油的要求,清凈劑選擇磺酸鹽，ble lubricating base oil[J]. Lubricate Oi, 2003， 18其中:OLOA 249S、Tro、 TnosB、 Tro3、 TrorB、(5): 59- 62.Hitec均可達到研制油的要求,6種磺酸鹽添加劑_5] 武雅麗,仝秋紅,劉晶郁.發(fā)動(dòng)機用環(huán)境友好潤滑劑低中，以Chevron Oronitu Company生產(chǎn)的OLOA溫性能研究[J].長(cháng)安大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2003,23(3):75 - 78.249S為最優(yōu);中國產(chǎn)磺酸鹽中,以錦州石化分公司W(wǎng)U Ya-li, TONG Qiu-hong, LIU Jing-yu. Low tem-添加劑廠(chǎng)生產(chǎn)的Too為最優(yōu)。perature property of engine lube with compatible envi-將這一結果與磺酸鹽知識庫中的添加劑進(jìn)行人ronment[J]. Journal of Chang’an University: Natural工分析后可以看出,結論完全正確。.Science Edition, 2003, 23(3); 75-78.3結語(yǔ)6]劉晶郁,全秋紅,姚頑強.可生物降解汽油機油抗氧化安定性能[J].長(cháng)安大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2002 ,22(1)將計算機應用技術(shù)與傳統的潤滑油研制技(6):113- 115.術(shù)相結合,可以大大地減少試驗次數、節省大量的LIU Jing-yu, TONG Qiu-hong， YAO Wan-qiang.人力物力。Stability of antioxidant of biodegradable gasoline en-(2)采用帶有可信度的模糊推理,對添加劑類(lèi)型gine oil[J]. Journal of Chang' an University: NaturalScience Edition, 2002, 22(6): 113-115.做出選擇。在確定出添加劑類(lèi)型后,計算出每種添中國煤化工MYHCNMHG