内燃机油基础油与添加剂优选中的推理方法

第26卷第4期长安大学学报(自然科学版)Vol. 26 No. 42006年7月Journal of Chang' an University(Natural Science Edition)Jul. 2006文章编号:1671-8879<2004-0095-04内燃机油基础油与添加剂优选中的推理方法仝秋红'，王毓民'，张威’(1.长安大学汽车学院，陕西西安710064; 2.长安大学环境工程与科学学院，陕西西安710054)摘要:为了研制内燃机润滑油,采用计算机知识推理的方法来选择基础油和添加剂。知识的表示以传统的基于规则的知识表示为基础,结合面向对象的以及模糊的知识表示方法,为每种添加剂建立规则库。以添加剂类型规则库中的规则头以及研制油的性能要求分别得到两个证据集合,以两.集合的贴近库作为其匹配度,从而选择出符合要求的添加剂类型。以该类型添加剂中的每种添加剂性能指标形成的评判标准论域集合与选择该添加剂的模糊评判论域集合为基础,应用麦德姆尼方法推出模糊关系矩阵,用研制油的评判集合及模糊假言推理得到结论,在多个结论的情况下,对结论冲突进行消解,最终选择出最优的添加剂。实践表明,这种推理方法得到的添加剂与大量人工分析得到的结论完全相同。关键词:汽车工程;内燃机油;添加剂;模糊推理;冲突;消解中图分类号:U473.6文献标识码: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中国煤化工收稿日期:2005-06-16MHCNMHG作者简介:全秋红(1963-),女,河南洛阳人，副教授,博土.96长安大学学报(自然科学版)2006年形成论域U.0.引言内燃机油的分类在全球尚无统一- 的标准,由于2基于可信度及模糊逻辑的推理系统分类的方法不同,级别也各种各样,如SAE J300按本系统的推理系统采用模糊推理及基于可信度照发动机油粘度级别进行分类,API按汽油机油性的推理相结合的方法,模糊推理系统的基本结构如能和使用试验分类等;每种分类的不同级别的润滑图1所示。油在研制中所选择的基础油和添加剂也有不同的要规则库求，而基础油与添加剂的种类也特别繁多,按照研制油的要求选择最合适的基础油与添加剂是在研制润模糊器去模糊器一滑油之前首先要解决的问题([-]。精确输入u∈U".推理机x∈| Y=fx)本文将现代计算机分析技术与传统的润滑油研模糊输入集合1-----!模糊输出集合μA→B(xy)制技术相结合,从众多厂家、不同品牌、各种类型的添加剂中选择出最符合要求的添加剂。图1模糊推理系统选择添加剂时,先做全局的模糊推理,在证据组1知识库合的不确定推理、并行规则的不确定计算、顺序规在知识库的建立中,根据添加剂性质表示方法的则的不确定计算及规则的冲突消解方面,采用基于特点,在传统的基于规则的知识表示的基础上,结合可信度的推理,加入阈值及加权因子,最终得出最优面向对象的知识表示方法及模糊的知识表示方法。的结论。以清净剂知识库为例,其类中数据成员包括:2.1模糊集合密度(w)、粘度(wr)、闪点(wx)、碱值(w,)、金润滑油、基础油及添加剂的取值边界是模糊属含量(w;)、中性盐(wo)、TBN(wr)、清净性的，如对清净剂的“高温清净性”的描述，“优异”、(us)、高温清净性(uy)、分散性(who)、防锈性“很好”、“优良”、“较好”、“中等”、“较差”、“很(w1)、酸中和性(wn2)、抗氧化性及抗腐蚀性差”等不能简单地把其划归某个集合或者排除在这(w1)、生物降解性(w14)、价格(w15)。个集合之外。因此，需要把集合扩展到模糊集合,并类中数据成员的每--项都将作为推理中的证据形成完整的模糊集合论和模糊推理的方法。应用,其中,w1~wI代表每一项证据的加权因子，2.2模糊规则其可以具有归- - 化的性质,也可以不具有归一化的本系统对于不同的添加剂有不同的规则库,每性质,被初始化于-一个全局的权值数组中。种添加剂的规则在添加剂的类中,以成员函数的形在命题的模糊化中,由添加剂类的数据成员组式表示。下面为清净剂规则库中的一些规则:成评判的标准论域U。以磺酸盐知识库为例,得出论R:ifu(w) \u:(wz) ^ us(ws) ^ u(w2) ^ .域U为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)对清净性、高温清净性、分散性、防锈性、酸中then选择磺酸钙(0. 95,0. 8)和性、生物降解性进行模糊评判,评判的等级为:优R::ifu(w) Auz(wr) ^ us(w3) ^ us(w.) ^ .异(u)、很好(or)、优良(vz)、较好(u4)、中等(uz)、us(ws) ^ uo(ws) ^ ur(w) ^ ug(w}) ^ us(wg) ^较差(7)很差(o),由此得到评判的等级论域u1o(w1o) ^ un(w1) ^ un2(wrz) ^ u1s(wIx) ^Vi = {U,U2,Vs,V4 ,U5 ,Ug,0}uns(wis) \ us(whs)而论域V1 ,同样可对密度、粘度、闪点、碱值、金then选择烷基酚盐和硫化烷基酚盐(0. 95,0. 8)属含量、中性盐、TBN、价格进行模糊评判,评判等中国煤化工一些规则:级为:非常高(u)、很高(vx)、高()、较高(u)、中MHCNMHG等(us)、较低(v%)、很低(v)。Rr:Ilm皮二10Ju Liiell 北市高(0.3 ,0. 2)同样,烷基酚盐和硫化烷基酚盐知识库形成论R:if 1350>密度≥1100 then 很高(0. 3,0.2)域U2,烷基水杨酸盐知识库形成论域U,环烷酸钙R:if 1100>密度≥1000 then高(0. 3,0.2)第4期仝秋红,等:内燃机油基础油与添加剂优选中的推理方法97R.:if 1000>密度≥965 then较高(0. 3,0.2)C'r= 8(A,A')Cr = 0. 722Rs:if965>密度≥940 then中等(0. 3,0.2)满足Cp≥λ,则规则可信,结论为:“选择磺酸Re:if940>密度≥920 then较低(0. 3,0.2)钙”。R;:if 920>密度then很低(0.2 ,0.1) .2.3.2对磺酸盐中某一添加剂 选择的推理规则库1用于将各种输人输出进行模糊化或去已知由磺酸盐形成的论域U.V1为模糊化,可应用于正向推理,亦可用于反向推理。U; = un,u,",u1s};V1 = u,U ,好,U4 ,U ,跳，功}磺酸盐规则库2其中,U:为评判标准论域;V;为模糊评判论域。R:if某一研制油,其对清净剂的要求为:u1(w1) ^ uz(w2) A ug(w3) A us(w;) ^密度,很高;粘度,高;闪点,高;碱值,高;金属含us(ws) \ u6(ws) ^ ur(wr) ^ ug(wg) A uo(ug) A量,高;中性盐,中等;TBN,高;清净性,较好;高温u1o(wo) ^ u1(w11) ^ u2(wr) A us(ws) ^清净性,优异;分散性,中等;防锈性,中等;酸中和usa(w1s) A u1s(w1s) .性,优异;抗氧化性及抗腐蚀性,较低;生物降解性，then选择该添加剂(0. 95 ,0. 8)较低;价格,较低。2.3基于可信度及模糊的推理则有评判集合用户按照研制油的性能要求,会对每种添加剂A'= {0.8,0.7,0.7,0.7,0.7,0.5,0.7,0.6,提出使用要求,按照要求系统给出要采用的最合理0.9,0. 5,0.5,0.9,0. 3,0. 3,0.3}的添加剂。以清净剂为例，推理模式为:先按用户要若对“高温清净性“进行评判，评判的等级为:求推导出要选择的添加剂类型(磺酸盐、硫化烷基酚优异(u1 =0.5)、很好(ur -0.2)、优良(U3 =0.2)、盐、烷基水杨酸盐、环烷酸盐),选择好某-类品种较好(vs =0.1)、中等(vs =0)、较差(V% = 0)、很差后,再推导出具体的添加剂。(功= 0),由此得到评判的等级论域VI2.3.1对添加剂类 型的推理ug:V: = {0. 5,0. 2,0. 2,0.1,0,0,0}清净剂规则库中的规则R:经加权之后为同样对以上各项指标都作出模糊评价。R::ifun(0.5) A ur(0.5) Aus(0.5) ^ u4(0. 5)由磺酸盐知识库共有29种添加剂可以得到模A us(0.5) A us(0.5) A ur(0.5) A us(0.9) A糊集合A.∈U,则集合A为A = {A),A2 ,A3,.",A2g}uo(0.9) ^ uno(0.6) ^ u11(0.8) ^ u12(0.9) ^由每种添加剂的选择组成集合B.∈V,则集uns<(0.3) ^ uns(0.3) ^ u1s(0. 8)合B为then选择磺酸钙(0. 95,0. 7)B= {B,B,,...,B20某一研制油,其要求清净剂为:清净性，很好;高温性,好;分散性,中等;防锈应用麦德姆尼方法,求出每种添加剂所对应的性,很好;酸中和性,好;抗氧化性及抗腐蚀性,较低;A,与B;的模糊关系R,.以Trou为例,求得其模糊关系矩阵R为生物降解性,较低;价格,便宜(好)。则得到证据为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则得到两个证据集合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中国煤化工0.3 0.2 0.1现将两集合的贴近度作为其匹配度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,故满足8(A,A')≥λ的条件，因0.30.30.30.30.3020.1而可信度Cp为98长安大学学报(自然科学版)2006年同理,可推出Tro ,Tos ,Tro ,Tos,". ,Mx20所加剂的模糊关系矩阵,推导出符合条件的添加剂。对应的模糊关系矩阵R2 ,Rs ,Rs ,Rs,.,R28。在对结论的冲突进行消解中,排列出规则执行优先由模糊假言推理得到结论yis B',则B'为.的顺序,最终得出最优选择的添加剂。实践证明,这B' = {B',B',B',..,B'2}种推理方法与人工分析得出的结论是相吻合的。若模糊关系采用R.,则结论的模糊集B',为参考文献:B':= A'.R;References:因而每个添加剂的结论B'即可得出。选择“优异“为0.9的结论,则有以下结论满足[1]周雍鑫.国内外主要石油公司润滑油产品手册[M].北研制油的要求京:中国石化出版社,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]黄文轩.润滑剂添加剂应用指南[M].北京:中国石化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冲突消解2003.由前面的推理得出的结论有6条,6条规则发_3] 尹朝庆,尹 皓.人工智能与专家系统[M].北京:中国生了冲突,于是需要对冲突进行消解。水利水电出版社,2002.YIN Chao-qing, YIN Hao. Artificial itelligence and按照加权规则冲突消解的方法，比较组合证据expert system[M]. Beijing: China Irigation Work and .可信度大的规则优先执行,则6个规则执行优先的Water Electricity Press, 2002.顺序为4]徐慧智,仝秋红,王毓民，可生物降解润滑油基础油低R2s> Rs>R> Rs> R。> R2s温性能研究[J].润滑油，2003,18(5): 59 -62.则6个添加剂选择的优先顺序为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,清净剂选择磺酸盐，ble lubricating base oil[J]. Lubricate Oi, 2003， 18其中:OLOA 249S、Tro、 TnosB、 Tro3、 TrorB、(5): 59- 62.Hitec均可达到研制油的要求,6种磺酸盐添加剂_5] 武雅丽,仝秋红,刘晶郁.发动机用环境友好润滑剂低中，以Chevron Oronitu Company生产的OLOA温性能研究[J].长安大学学报:自然科学版，2003,23(3):75 - 78.249S为最优;中国产磺酸盐中,以锦州石化分公司WU Ya-li, TONG Qiu-hong, LIU Jing-yu. Low tem-添加剂厂生产的Too为最优。perature property of engine lube with compatible envi-将这一结果与磺酸盐知识库中的添加剂进行人ronment[J]. Journal of Chang’an University: Natural工分析后可以看出,结论完全正确。.Science Edition, 2003, 23(3); 75-78.3结语6]刘晶郁,全秋红,姚顽强.可生物降解汽油机油抗氧化安定性能[J].长安大学学报:自然科学版，2002 ,22(1)将计算机应用技术与传统的润滑油研制技(6):113- 115.术相结合,可以大大地减少试验次数、节省大量的LIU Jing-yu, TONG Qiu-hong， YAO Wan-qiang.人力物力。Stability of antioxidant of biodegradable gasoline en-(2)采用带有可信度的模糊推理,对添加剂类型gine oil[J]. Journal of Chang' an University: NaturalScience Edition, 2002, 22(6): 113-115.做出选择。在确定出添加剂类型后,计算出每种添中国煤化工MYHCNMHG