航天產(chǎn)品工藝知識庫建設(shè)的研究與實(shí)踐

◎首都航天機(jī)械公司 王勇等

航天產(chǎn)品工藝知識庫建設(shè)的研究與實(shí)踐

◎首都航天機(jī)械公司 王勇等*

近年來，隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展以及競爭形勢的愈加激烈，航天型號研制呈現(xiàn)出產(chǎn)品設(shè)計特殊化、制造響應(yīng)快速化、研制技術(shù)數(shù)字化等新特點(diǎn)，對于提高型號產(chǎn)品制造效率和質(zhì)量、確保型號研制成功和交付需求十分迫切。工藝設(shè)計工作是航天產(chǎn)品研制過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其規(guī)劃與產(chǎn)品制造相關(guān)的人員、物料等要素的配置和運(yùn)轉(zhuǎn)，決定著產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、質(zhì)量和成本，所以開展工藝知識庫的建設(shè)和應(yīng)用，促進(jìn)提高工藝設(shè)計的工作效率和質(zhì)量，對于提升航天型號產(chǎn)品的研制能力具有重要的作用和意義。

目前，國內(nèi)制造企業(yè)的工藝設(shè)計廣泛應(yīng)用計算機(jī)輔助工藝設(shè)計系統(tǒng)，并依托系統(tǒng)應(yīng)用開展了工藝知識庫建設(shè)。但由于工藝設(shè)計對工藝人員的工程經(jīng)驗(yàn)及其所在企業(yè)的生產(chǎn)條件等因素依賴性很強(qiáng)，且涉及企業(yè)的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)等，所以目前還沒有對專業(yè)性和適用性較強(qiáng)并能代替大部分人工的工藝知識庫進(jìn)行商品化的推廣與應(yīng)用，使得工藝知識庫的建設(shè)和應(yīng)用不夠深入。

為此，筆者通過介紹航天產(chǎn)品工藝設(shè)計工作中應(yīng)用的工藝知識類型及知識庫模塊框架設(shè)計，借鑒成組技術(shù)理念對典型產(chǎn)品進(jìn)行分類，并將分類類別屬性按一定方式組合后與工藝知識關(guān)聯(lián)映射，形成了工藝知識庫，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了工藝設(shè)計過程中對工藝知識的檢索和利用等。

一、知識庫設(shè)計

1．工藝知識的范圍

從工藝人員開展工藝設(shè)計工作的過程和習(xí)慣來看，目前應(yīng)用的工藝知識主要來源于企業(yè)內(nèi)部和外部兩大部分。企業(yè)內(nèi)部知識載體或形式包括以往編制的工藝規(guī)程、工藝規(guī)范、個人工程經(jīng)驗(yàn)、長期生產(chǎn)形成的工藝質(zhì)量問題庫及相關(guān)制造資源、工藝管理制度等；外部知識載體包括公開渠道發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)、手冊等。

其中，經(jīng)驗(yàn)類知識對于企業(yè)來說是寶貴財富，顯性知識通常以工藝規(guī)程等形式存在，而隱性知識發(fā)掘存在很大困難，只能盡量通過一定方式，如必要的激勵機(jī)制等將隱性知識顯性化；工藝質(zhì)量問題往往是企業(yè)自身問題教訓(xùn)的積累，應(yīng)作為工藝設(shè)計禁忌等知識進(jìn)行管理和使用；制造資源是工藝過程應(yīng)用必不可少的硬件資源；工藝管理制度是工藝設(shè)計活動遵循的管理規(guī)則，如審批要求等。

2．知識庫框架設(shè)計

設(shè)計工藝知識庫的內(nèi)容模塊框架如圖1所示。根據(jù)型號產(chǎn)品研制特點(diǎn)和工藝人員開展工藝設(shè)計的工作方式、習(xí)慣等，可將典型工藝文件的梳理作為知識庫建設(shè)重要內(nèi)容之一。但由于典型工藝文件知識使用具有一定局限性，可將典型產(chǎn)品的加工工藝流程擴(kuò)充整理為典型工藝流程知識，將具有某一典型結(jié)構(gòu)特征與工藝過程的工藝方法整理為典型工序或工步知識，提煉重要工藝參數(shù)或工藝參數(shù)確定規(guī)則等，形成工藝規(guī)則類知識，并作為開展工藝設(shè)計工作時不同階段或進(jìn)行部分應(yīng)用的參考。

二、產(chǎn)品分類方法

采用成組技術(shù)的相似性原則，對擬納入知識庫中的典型工藝知識所對應(yīng)的產(chǎn)品特征結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，然后在兩者之間建立映射關(guān)系，以供檢索使用。結(jié)合產(chǎn)品加工特點(diǎn)，可從功能相似、結(jié)構(gòu)形狀相似、材料相似、加工精度相似和加工工藝相似等方面進(jìn)行分類:

功能相似——分析產(chǎn)品本身具備的功能、用途是否相近，通常功能相似的產(chǎn)品往往在某些結(jié)構(gòu)尺寸、特征上具有較大的相似性。

結(jié)構(gòu)形狀相似——分析產(chǎn)品的形狀和尺寸相似性。形狀相似包括產(chǎn)品的基本形狀相似，所具有的形狀要素相似，以及在產(chǎn)品上的布置形式相似；尺寸相似指產(chǎn)品之間相對應(yīng)的尺寸相近。

材料相似——分析產(chǎn)品的材料種類、毛坯形式及所需要進(jìn)行的熱處理、表面處理是否相似。

加工精度相似——分析產(chǎn)品的對應(yīng)表面之間的精度要求是否相似，精度要求通常和加工方法選擇產(chǎn)生密切聯(lián)系。

加工工藝相似——分析加工產(chǎn)品各表面所用加工方法和設(shè)備相同，產(chǎn)品加工工藝路線相似，各工序所用的夾具相同或相似等。

根據(jù)產(chǎn)品的不同特點(diǎn)，可以從某一或幾個方面進(jìn)行分類，也可針對某一方面如結(jié)構(gòu)進(jìn)行二次多維度細(xì)分等，確定分類屬性。

此外，從使用和維護(hù)便捷性考慮，通過對不同的分類屬性進(jìn)行組合來確定典型產(chǎn)品或結(jié)構(gòu)。屬性組合方式可采取樹狀結(jié)構(gòu)、鏈狀結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)3種方式:樹狀結(jié)構(gòu)為按逐層遞進(jìn)關(guān)系分類，上一層與下一層為包含關(guān)系；鏈狀結(jié)構(gòu)為各分類屬性之間無從屬關(guān)系，兩者是“或”的關(guān)系；混合結(jié)構(gòu)是樹狀結(jié)構(gòu)和鏈狀結(jié)構(gòu)的組合。根據(jù)不同的專業(yè)知識類型和特點(diǎn)，應(yīng)靈活采用以上屬性組合方式。

三、工藝知識的整理和應(yīng)用

1．知識整理入庫

工藝知識庫中的知識整理入庫和更新維護(hù)是一個動態(tài)過程，需制定一個良好的工作機(jī)制以確保其長期有效運(yùn)行。前期集中知識整理階段的工作主要依靠人工來完成，存在知識點(diǎn)多、工作量大等問題，后續(xù)借助企業(yè)自主開發(fā)的新一代工藝設(shè)計系統(tǒng)，在產(chǎn)品分類的基礎(chǔ)上對工藝文件的屬性、產(chǎn)品加工工藝流程、工序或工步的工藝控制要求、工藝參數(shù)以及制造資源信息等進(jìn)行了模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計改進(jìn)，待充分驗(yàn)證后直接補(bǔ)充到知識庫中，做到將知識的整理工作納入到日常工藝設(shè)計工作流程中。

2．知識評價

工藝知識庫檢入的知識應(yīng)經(jīng)過充分的生產(chǎn)驗(yàn)證，以確保其成熟、可靠。考慮到航天型號按階段研制、小子樣生產(chǎn)的特點(diǎn)，在履行正常的審批和評審程序外，還需對納入知識庫中的工藝知識進(jìn)行定型鑒定，并經(jīng)過小批量生產(chǎn)考核。必要時，需對有關(guān)工藝知識進(jìn)行工藝風(fēng)險分析或評審。

3．知識庫的應(yīng)用

完成知識庫建設(shè)后，要根據(jù)不同的知識分類和管理方式進(jìn)行不同風(fēng)格的界面設(shè)計，以便工藝人員使用，如針對閥門產(chǎn)品應(yīng)按結(jié)構(gòu)樹展開，輔助采用關(guān)鍵字檢索方式來完成。

知識整理入庫后，工藝人員通過與工藝設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行集成，能夠在工藝設(shè)計過程中對相關(guān)工藝知識進(jìn)行檢索利用，相關(guān)工作流程見圖2。

四、后續(xù)工作方向

1．完善知識整理激勵機(jī)制

知識整理工作向來是知識庫建設(shè)的薄弱環(huán)節(jié)，特別是對于經(jīng)驗(yàn)類知識普遍還未建立有效機(jī)制來推動知識發(fā)掘和進(jìn)一步的利用工作。因此，結(jié)合企業(yè)實(shí)際，可考慮將個人對企業(yè)知識的貢獻(xiàn)度與個人技術(shù)職務(wù)晉升、企業(yè)獎懲等活動掛鉤，如根據(jù)個人貢獻(xiàn)的知識條目數(shù)量、質(zhì)量和被使用頻度等進(jìn)行積分，并把積分納入到技術(shù)職稱晉升和評比等考核指標(biāo)中，促進(jìn)企業(yè)廣大人員積極主動地提供頭腦中的經(jīng)驗(yàn)知識，深度參與到知識庫的建設(shè)工作中。

2．探索應(yīng)用三維特征匹配技術(shù)

目前，新型號研制廣泛采取三維數(shù)字化設(shè)計技術(shù)，三維模型的大規(guī)模應(yīng)用為利用計算機(jī)進(jìn)行自動識別模型特征、匹配并自動推送相應(yīng)工藝知識奠定了有利基礎(chǔ)。整理知識時，可將產(chǎn)品模型或特征結(jié)構(gòu)模型與典型工藝知識進(jìn)行關(guān)聯(lián)。工藝人員開展工藝設(shè)計時，通過產(chǎn)品的幾何加工特征進(jìn)行匹配，并按照匹配相似度輸出關(guān)聯(lián)的典型產(chǎn)品及所關(guān)聯(lián)的典型工藝知識等。

工藝知識庫建設(shè)是一個長期、復(fù)雜的基礎(chǔ)性工作，也是對企業(yè)未來發(fā)展十分有意義的工作，需要企業(yè)各方人員高度重視、廣泛參與和持續(xù)投入。在當(dāng)今我國大力推行智能化制造技術(shù)和企業(yè)自身面臨競爭激烈的形勢下，重視并不斷加強(qiáng)知識的積累和復(fù)用，對于推動企業(yè)技術(shù)進(jìn)步以及未來加快實(shí)現(xiàn)智能化制造等發(fā)揮著重要作用?！?/p>

*其他作者：田堂振、王永明、么健、王旗勝、亢濤濤