基于典型零件的工藝知識庫建設

伍佳榮

（湖南云箭科技有限公司，長沙410100）

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基于典型零件的工藝知識庫建設

伍佳榮

（湖南云箭科技有限公司，長沙410100）

摘要：工藝作為連接設計與生產的橋梁，作為紀錄文件貫穿于從設計到生產的整個過程。本文在分析當前工藝編制現狀、問題及工藝知識庫類型的基礎上，對典型零件加工工藝建立方法進行探討，并就工藝知識庫與信息化建設相結合進行分析。

關鍵詞：工藝編制現狀類型典型零件信息化

引言

工藝是現代制造型企業管理中的一項重要內容，是連接設計與生產的橋梁［1-2］。工藝水平的高低直接影響產品的設計。一個優秀的產品設計，若沒有對應的工藝技術作保障，將無法或難以在生產中將設計圖紙轉化為實際產品。同時，工藝對組織生產起指導作用，直接影響加工成本、生產效率及生產周期等。一個優化的工藝方案、先進的工藝技術可極大縮短生產周期，降低生產成本，增強企業的競爭力［3］。因此，現代制造型企業的整體運行中，工藝工作貫穿于從設計到生產整個過程，發揮著特有的作用。當前，我國制造業企業從擁有幾臺設備的小作坊到年產值達上百億元的大型企業并存，工藝編制手段從傳統的手工紙質到三維數字化工藝均將長期存在，工藝技術水平千差萬別，但工藝水平的提高對每個企業而言都迫在眉睫。本文從對基于典型零件的工藝知識庫建設方面分析工藝水平的提升途徑。

1 當前工藝編制現狀及問題

一般認為，機械制造工藝學科是一門純粹的經驗性學科，缺乏系統的科學基礎和良好的自動化理論來支撐工藝設計。在制造型企業中，工藝技術員的工藝知識多來自于多年的從業經驗積累，難以具備精準的定義和建立合適的數學模型［4-6］。下面將從以下幾個方面探討工藝編制工作的現狀及其存在的問題。

第一，隨著計算機、相關設計軟件等輔助手段的使用，工藝編制工作的質量整體、編制效率均有所提高。但計算機較難實現人腦經驗重現，難以實現工藝合理有序自動生成。例如，確定合適工藝路線是工藝設計中的關鍵和難點，加工順序排列需要考慮諸如生產批量、工人水平、設備精度、交貨周期等，實際生產中可根據實際情況靈活處置［7］。因此，一般依賴工藝技術員的經驗、習慣及專業素養完成工藝路線的確定［3］。

第二，市場環境的變化使產品由少品種、大批量向多品種、少批量模式轉變［8］，產品結構模塊化。同型號后續批次或后續相似型號產品使用前批次產品的相同零部件時［9］，仍需編制工藝，造成重復勞動，致使沒有足夠的時間用于工藝研究。

第三，多種原因造成企業人員存在一定程度流動，工藝經驗未能留存與工藝部門。一方面隨著老技術員退休，其累計的寶貴經驗未能有效留存于企業，而新入職畢業生沒能在繼承前輩經驗基礎上，實現快速成長；另一方面，因工藝人員調職或跳槽等，其負責型號產品所累積的經驗未能在工藝部門其他技術員中分享。

第四，因企業構架等原因，相關反饋機制未能有效建立或未能有效施行，后續設計和工藝未能及時根據已有產品的問題改進提高。一方面，傳統組織結構下的設計與工藝部門獨立，部門之間是翻墻式的文件傳遞。工藝部門在編制工藝時，沒有將產品的可加工性、加工經濟性等問題反饋至設計部門，設計部門對后續類似結構將沿用既有產品的結構，未進行改進優化。另一方面，相關工藝人員在工藝編制后現場跟產時，當事工藝員能對現場加工問題做到心中有數，優化改進后續工藝，但沒有在工藝部門內部共享相關問題。其他工藝人員編制相似零部件時，參照已有工藝文件編制，但不清楚已生產零部件加工中的問題，致使已有工藝問題繼續出現。

第五，對需經多專業加工的復雜產品，因各專業無有效銜接，產品總體要求難以保證。以某個需分體加工后通過焊接連接的產品為例，設計圖對產品的整體位置度有要求。若機加工藝員與焊接工藝員未能有效溝通，機加時直接加工到位未留余量，而焊接專業只保證焊接質量，則整體位置度要求難以保證。可見，各專業之間協調溝通各工序之間關系極大影響著產品質量。

因以上等問題的出現，造成制造企業在工藝編制過程中，工藝重復性、一致性等較差［10］，產品工藝設計水平難以有效提升，設計圖中相關技術要求難以得到保證。鑒于此，工藝知識庫的建立對于企業工藝、設計部門水平提升、產品質量的保證顯得尤為重要。

2 工藝知識庫類型分析

工藝知識庫指具體產品的工藝決策信息，是對工藝設計經驗及知識的總結和存儲。結合企業制造資源，建立符合企業自身情況的工藝知識庫，實現自動化工藝設計，有效提高企業工藝設計質量和水平［11］。在后續產品工藝策劃過程中，利用建立的企業工藝知識庫，工藝人員可提取與產品特征相關的工藝知識進行輔助設計，方便工藝知識的重用和管理。當前，工藝知識庫主要有以下幾種。

（1）專家庫型工藝知識庫。傳統的工藝設計過程中，工藝設計人員的知識以經驗的形式保存在個人的大腦中，或者以一種非結構化的文檔形式存在。因此，可以建立由經驗豐富的技術人員組成的專家型工藝知識庫。工藝知識留存于各個專家大腦中，專家對本專業業務精通熟悉，對上下游其他專業或其他企業也較為熟悉，零部件全程工藝過程的組織理解也較為到位。因此，專家能有效把控產品加工全過程。可見，對工藝總方案等關鍵技術文件的編制，專家型工藝知識庫優勢顯著。然而，該類型工藝知識庫未能將存儲于大腦中的隱性知識轉化成能有效分享的顯性知識，導致其他工藝設計人員在設計過程中難以獲取或者難以使用這些知識。只有少數設計人員能通過相互學習勉強完成該設計過程，且周期較長。

（2）分專業型工藝知識庫。分專業型工藝知識庫是按照制造過程中所涉及專業劃分，分為普通加工（如車、銑、鉗等）、熱處理、焊接、表面處理等多個專業。每個專業根據自身特點編制工藝過程，如表面處理專業。對需表面噴漆的零部件，一般將磷化處理工序安排在機加工序完畢后噴漆工序之前，且噴漆前應根據表面平整情況刮膩子粉。焊接專業按各類待焊母材及相關情況確定適應每種材料的焊接方法、焊接參數等。建立分專業型工藝知識庫，能有效保證各專業內的產品加工，對涉及專業較少的零部件加工有效，但各專業之間銜接較少；對加工過程中涉及多專業，且各專業之間存在一定銜接的產品，質量將難以保證。

圖1 端蓋零件結構示意圖及立體圖

（3）基于典型零件工藝知識庫。基于典型零件的工藝知識庫，是對企業產品中的典型零件（既包含跨專業較少的零部件也包含涉及多專業的零部件）設計工藝路線，編制典型零件加工工藝文件。后續加工相同或相似零部件時，只需將已定型典型零件的工藝路線調出，沿用或根據相似零件的實際情況進行修改。該種方法能有效保證不同工藝人員編制相同、相似零部件工藝或同一工藝人員不同時期編制相同零部件工藝的一致性。基于典型零件的工藝知識庫建立方法適宜于產品類型、結構相似，零部件通用化高或零部件變異多樣的制造類型企業。同時，該種工藝知識庫是工藝知識經驗的累計，有利于工藝部門、企業的發展。但建立過程較為繁瑣，零部件加工的典型工藝路線需多次開會討論通過，參與人員多，且耗時也較多。因而，它的難點是典型工藝管理，即根據同類零部件結構和尺寸的變化，設計出一種或幾種經過優化的加工或裝配工藝范例，進而幫助企業按照自身需求，通過工藝工作的標準化、規范化工作，實現典型工藝的提煉、存儲、管理和使用［12-13］。

3 典型零件加工工藝建立方法

圖1為某齒輪減速機上的端蓋零件結構示意圖及立體圖。某批次加工量為10件，材料為45鋼，加工后需鍍鋅鎳合金，鍍層厚度為0.006～0.012。

生產企業為一般制造型企業，既有普通設備（普通車、銑、鉆等設備），也有數控設備（數控車床、數控銑床、五軸加工中心等），但不具備表面處理能力（陽極氧化、鍍鋅鎳合金、磷化等）。其典型的加工工藝如表1所示。

表1 端蓋機械加工工藝過程（單位：mm）

圖2為由端蓋零件根據實際產品衍變出的零件，因已有典型零件端蓋的加工工藝，則上述三個零件工藝編制變得快捷方便。

圖2 變形端蓋零件

其中，圖2（a）零件依據典型工藝中將數車中打點位置變化，數量更改為6，鉗工序不用劃線，去除普銑工序，即完成工藝編制。圖2（b）零件依據典型工藝中將數車中加工出環形槽，打點位置變化，數量更改為6，鉗工序不用劃線，去除普銑工序，即完成工藝編制。圖2（c）零件依據典型工藝，下料由鋼管代用，將數車中打點位置變化，數量更改為8，鉗工序省略，普銑工序加工兩個槽，即完成工藝編制。

通過端蓋零件及衍變出的端蓋零件工藝策劃及編制案例，可發現建立基于典型零件的加工工藝后，后續相似或相同結構零件能快速完成編制，確保相類似零件工藝一致性，保證工藝文件的嚴肅性。

4 工藝知識庫與信息化建設相結合

隨著制造型企業紛紛轉型升級，信息化建設逐漸受到重視，越來越多企業逐步實行PDM/CAPP、三維工藝知識規劃系統等。這些信息化系統的上線，可將企業既有及后續產品的工藝決策信息電子表格化，同時可利用其強大的搜索、歸類能力在系統數據庫中尋找所需數據。因此，企業可在該類系統落地時，定制相關工藝知識庫模塊或根據系統已有功能建立工藝知識庫。通過工藝知識庫與信息化建設相結合，逐步解決當前工藝編制中工藝重復性、一致性等問題，快速提升企業未來的工藝技術水平，保證產品加工的質量。

5 小結

本文在剖析當前工藝編制工作的現狀及問題后，對專家型工藝知識庫、分專業型工藝知識庫、基于典型零件工藝知識庫等進行分析，確認基于典型零件的工藝知識庫是快速有效的工藝編制知識庫，有利于工藝文件一致性，保證工藝文件嚴肅性，有利于工藝部門及企業長久發展的一種方法。同時，對該種工藝知識庫的建立及與信息化建設相結合進行了分析探討。

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To Investigate the Process of the Construction of Knowledge Base Based on Typical Parts

WU Jiarong
（Hunan vanguard technology Co., Changsha 410100）

Abstract:Technology as a bridge between design and manufacture, as a discipline document throughout the whole process from design to production. The analysis based on current current situation of process planning, problems and process knowledge base type, the typical parts and machining process establishment method are discussed and the process knowledge library and information construction combined were analyzed.

Key words:process, status quo, types, typical parts, information