民用飛機工藝裝備設(shè)計集成技術(shù)探索

匡翠　張尚體

【摘 要】工藝裝備是飛機制造過程中非常重要的一個環(huán)節(jié)。本文通過提出對構(gòu)建大數(shù)據(jù)環(huán)境下的民機智能化工藝裝備設(shè)計集成系統(tǒng)進行研究，收集、整理飛機工藝裝備設(shè)計制造過程中的各類經(jīng)驗和知識，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫、知識庫，以提高工藝裝備研制過程的規(guī)范化、快速化、智能化、多樣化。

【關(guān)鍵詞】工藝裝備知識；集成系統(tǒng)；知識庫；規(guī)范化；智能化

1 背景分析

工藝裝備知識是在飛機工藝裝備工程設(shè)計、生產(chǎn)準(zhǔn)備、制造和經(jīng)營管理活動中，貫穿產(chǎn)品全生命周期的與其有關(guān)的知識。飛機工藝裝備知識數(shù)據(jù)量巨大，具有復(fù)雜性、隱含性、動態(tài)性、多樣性（包括文本、圖像、音頻、視頻等多種形式）等多種特征，這些都給工藝裝備知識管理帶來了很大困難。同時現(xiàn)代飛機更新?lián)Q代速度快，飛機的研制已由單一品種發(fā)展到同一型號的系列飛機，一個型號將衍生出若干個改進型或發(fā)展型，生產(chǎn)是以單架次方式進行，這就造成了工藝裝備也要有若干個改進型或發(fā)展型，如果仍然按照傳統(tǒng)的方法以手工為主的方式進行飛機工藝裝備的設(shè)計工作，勢必會造成工作的重復(fù)，導(dǎo)致效率低下，甚至?xí)霈F(xiàn)不必要的錯誤。波音公司實施DCAC/MRM[1]，其目的之一就是要消除工程設(shè)計部門95%不增值的重復(fù)性工作，收集整理飛機設(shè)計/制造過程中的各類經(jīng)驗和知識，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫、知識庫；當(dāng)遇到相似的問題時，把以往成熟的經(jīng)驗知識應(yīng)用到當(dāng)前問題，從而快速形成問題的解決方案，提高工作效率，縮短飛機的生產(chǎn)周期。因此工藝裝備知識對民機的快速開發(fā)和適應(yīng)市場競爭具有重要的影響， 是企業(yè)的重要智力資源， 是企業(yè)核心競爭力的一部分，建立飛機制造工藝裝備知識集成系統(tǒng)已成為企業(yè)的迫切需求。

2 建設(shè)方案

以民機部件總裝工藝裝備設(shè)計為對象，深入分析飛機工藝裝備設(shè)計過程，綜合應(yīng)用知識工程等基本理論，對工藝裝備知識表示、推理、應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)進行系統(tǒng)研究，在此基礎(chǔ)上開發(fā)民用飛機智能化制造工藝裝備設(shè)計知識集成平臺系統(tǒng)，提高飛機工藝裝備設(shè)計的自動化、智能化水平，使之成為飛機數(shù)字化制造的重要支撐。

具體實現(xiàn)以下目標(biāo)：

2.1 工藝裝備設(shè)計的規(guī)范化

建立各種信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)一術(shù)語、符號、代號和文件格式，包括工藝裝備信息標(biāo)準(zhǔn)化、工藝裝備內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)化、工藝裝備參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、工藝裝備資源標(biāo)準(zhǔn)化和工藝裝備規(guī)程典型化，使設(shè)計人員在設(shè)計過程中有章可依，同時又可以盡量的避免人為的錯誤，提高設(shè)計質(zhì)量與效率。

2.2 工藝裝備設(shè)計的快速化

開展工藝裝備標(biāo)準(zhǔn)化及工藝裝備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備工作，積累大量的標(biāo)準(zhǔn)工藝或典型工藝，進行產(chǎn)品的分類編碼工作，形成快速設(shè)計的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.3 工藝裝備設(shè)計的智能化

分類整理、保存工藝裝備知識，建立知識關(guān)聯(lián)模型，并能夠利用這些知識給出工藝裝備設(shè)計人員一些比較合理的選擇，從而大幅度的減輕勞動強度。

2.4 工藝裝備設(shè)計的多樣化

工藝裝備文件種類繁多、數(shù)據(jù)類型多樣、處理符號各異，在統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)設(shè)計環(huán)境中無差別的處理這些設(shè)計信息，并能實現(xiàn)對后續(xù)工藝裝備設(shè)計信息表現(xiàn)形式進行持續(xù)的支持。

3 實施方案

民用飛機智能化制造工藝裝備設(shè)計知識集成平臺系統(tǒng)圍繞工藝裝備全生命周期展開，其實施主要包括四個階段內(nèi)容。

3.1 民機制造工藝裝備設(shè)計知識的分級分類收集與分析

將工藝裝備數(shù)據(jù)分為工藝裝備基礎(chǔ)知識、工藝裝備設(shè)計知識、工藝裝備管理知識、工藝裝備情報知識四大類，再分層次進行分析，建立工藝裝備設(shè)計知識分類標(biāo)準(zhǔn)。

3.1.1 工藝裝備基礎(chǔ)知識庫

主要包含作為一名合格設(shè)計員，需掌握或了解的基本內(nèi)容。包括民機制造工藝裝備應(yīng)知應(yīng)會知識、相關(guān)軟件使用手冊等。

3.1.2 工藝裝備設(shè)計知識庫

為整個數(shù)據(jù)庫的核心內(nèi)容，主要包含在工藝裝備設(shè)計過程中所需及所產(chǎn)生的工藝裝備文件等。包括大量的標(biāo)準(zhǔn)工藝裝備或典型工藝裝備、工藝裝備技術(shù)準(zhǔn)備過程、零件加工/制造工藝能力等。

3.1.3 工藝裝備管理知識庫

主要包含為管理工藝裝備數(shù)據(jù)所需及所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)庫[2]。包括工藝裝備流程管理、構(gòu)型管理、過程質(zhì)量管理等。

3.1.4 工藝裝備情報知識庫

主要為新技術(shù)、新材料、新工藝等研究，意欲與時俱進保持先進。包括并行設(shè)計及先進制造技術(shù)、復(fù)合材料工藝裝備等。

3.2 民機制造工藝裝備設(shè)計知識標(biāo)準(zhǔn)化表達與關(guān)聯(lián)模型的建立

3.2.1 工藝裝備設(shè)計知識標(biāo)準(zhǔn)化表達

通過資源分類規(guī)范化和資源描述規(guī)范化，將獲取到的知識以一種計算機可以識別和接受的數(shù)據(jù)表示結(jié)構(gòu)，有利于各種統(tǒng)計匯總工作的進行，使工藝裝備知識能被有效的利用和管理。

3.2.2 民機制造工藝裝備設(shè)計知識關(guān)聯(lián)模型建立

從不同視角找出各類工藝裝備知識內(nèi)和各類間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)關(guān)系。在考慮產(chǎn)品設(shè)計過程中不同的工作流階段所具有的特有性質(zhì)的情況下，根據(jù)工藝裝備數(shù)據(jù)間的映射規(guī)則，建立相互間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，組成一個有機的整體，完成知識在工藝裝備設(shè)計過程中的傳遞和轉(zhuǎn)換[3]。

3.3 民機制造工藝裝備設(shè)計知識的檢索與推送技術(shù)

3.3.1 知識檢索

將自動或利用人機交互方式從工藝裝備知識庫中檢索潛在可用的知識，并根據(jù)相似度評價準(zhǔn)則進行評估，從中確定若干候選知識，使設(shè)計人員可以根據(jù)專業(yè)迅速定位到所關(guān)心的知識，方便用戶查找自己所關(guān)心的知識。

3.3.2 知識推送

對工藝裝備問題描述進行結(jié)構(gòu)化分析，提取出結(jié)構(gòu)化語義信息（如設(shè)計案例、設(shè)計規(guī)則或設(shè)計規(guī)范等），再將查找得到的多個知識項按照對解決這類問題的有效性進行排序，完成知識的自動推送。

3.4 智能化民機制造工藝裝備設(shè)計知識集成平臺系統(tǒng)開發(fā)

構(gòu)建民用飛機智能化制造工藝裝備設(shè)計知識集成平臺系統(tǒng)，具備工藝裝備設(shè)計知識的存儲、查詢、推送和維護等功能，并集成工藝裝備設(shè)計、工藝仿真、制造執(zhí)行等系統(tǒng)，實現(xiàn)貫穿飛機工藝裝備的設(shè)計、制造和經(jīng)營管理活動全生命周期的知識共享。圖1為模擬的應(yīng)用場景，可通過系統(tǒng)后臺訪問及調(diào)用數(shù)據(jù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，從中獲取工藝裝備術(shù)語、方法參數(shù)、材料性能、制造設(shè)備等資源。

4 結(jié)束語

民機工藝裝備設(shè)計是一項技術(shù)性、經(jīng)驗性非常強的工作，所涉及的范圍十分廣泛，用到的信息量相當(dāng)龐大，并與具體的生產(chǎn)環(huán)境及個人經(jīng)驗水平密切相關(guān)。本文提出的通過構(gòu)建大數(shù)據(jù)環(huán)境下的民用飛機智能化制造工藝裝備設(shè)計集成系統(tǒng)，能提供較好的手段和方式來保留設(shè)計人員的知識與經(jīng)驗，避免企業(yè)知識資源的浪費和流失，同時提高工藝裝備設(shè)計的效率和自動化水平，具有實際應(yīng)用價值。

【參考文獻】

[1]范玉青.現(xiàn)代飛機制造技術(shù)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2001.

[2]裘建新，王晰巍，范曉春.協(xié)同產(chǎn)品設(shè)計中計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)與產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的信息集成[J].吉林大學(xué)學(xué)報，2005（05）.

[3]劉文安，喬立紅.基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計制造信息集成[J].機械科學(xué)與技術(shù)，2005（24）.

[責(zé)任編輯：侯天宇]