航天產品工藝知識庫建設的研究與實踐

◎首都航天機械公司 王勇等

航天產品工藝知識庫建設的研究與實踐

◎首都航天機械公司 王勇等*

近年來，隨著新技術的不斷發展以及競爭形勢的愈加激烈，航天型號研制呈現出產品設計特殊化、制造響應快速化、研制技術數字化等新特點，對于提高型號產品制造效率和質量、確保型號研制成功和交付需求十分迫切。工藝設計工作是航天產品研制過程中的關鍵環節，其規劃與產品制造相關的人員、物料等要素的配置和運轉，決定著產品的生產效率、質量和成本，所以開展工藝知識庫的建設和應用，促進提高工藝設計的工作效率和質量，對于提升航天型號產品的研制能力具有重要的作用和意義。

目前，國內制造企業的工藝設計廣泛應用計算機輔助工藝設計系統，并依托系統應用開展了工藝知識庫建設。但由于工藝設計對工藝人員的工程經驗及其所在企業的生產條件等因素依賴性很強，且涉及企業的知識產權保護等，所以目前還沒有對專業性和適用性較強并能代替大部分人工的工藝知識庫進行商品化的推廣與應用，使得工藝知識庫的建設和應用不夠深入。

為此，筆者通過介紹航天產品工藝設計工作中應用的工藝知識類型及知識庫模塊框架設計，借鑒成組技術理念對典型產品進行分類，并將分類類別屬性按一定方式組合后與工藝知識關聯映射，形成了工藝知識庫，進而實現了工藝設計過程中對工藝知識的檢索和利用等。

一、知識庫設計

1．工藝知識的范圍

從工藝人員開展工藝設計工作的過程和習慣來看，目前應用的工藝知識主要來源于企業內部和外部兩大部分。企業內部知識載體或形式包括以往編制的工藝規程、工藝規范、個人工程經驗、長期生產形成的工藝質量問題庫及相關制造資源、工藝管理制度等；外部知識載體包括公開渠道發布的標準、手冊等。

其中，經驗類知識對于企業來說是寶貴財富，顯性知識通常以工藝規程等形式存在，而隱性知識發掘存在很大困難，只能盡量通過一定方式，如必要的激勵機制等將隱性知識顯性化；工藝質量問題往往是企業自身問題教訓的積累，應作為工藝設計禁忌等知識進行管理和使用；制造資源是工藝過程應用必不可少的硬件資源；工藝管理制度是工藝設計活動遵循的管理規則，如審批要求等。

2．知識庫框架設計

設計工藝知識庫的內容模塊框架如圖1所示。根據型號產品研制特點和工藝人員開展工藝設計的工作方式、習慣等，可將典型工藝文件的梳理作為知識庫建設重要內容之一。但由于典型工藝文件知識使用具有一定局限性，可將典型產品的加工工藝流程擴充整理為典型工藝流程知識，將具有某一典型結構特征與工藝過程的工藝方法整理為典型工序或工步知識，提煉重要工藝參數或工藝參數確定規則等，形成工藝規則類知識，并作為開展工藝設計工作時不同階段或進行部分應用的參考。

二、產品分類方法

采用成組技術的相似性原則，對擬納入知識庫中的典型工藝知識所對應的產品特征結構進行分類，然后在兩者之間建立映射關系，以供檢索使用。結合產品加工特點，可從功能相似、結構形狀相似、材料相似、加工精度相似和加工工藝相似等方面進行分類:

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

結構形狀相似——分析產品的形狀和尺寸相似性。形狀相似包括產品的基本形狀相似，所具有的形狀要素相似，以及在產品上的布置形式相似；尺寸相似指產品之間相對應的尺寸相近。

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

加工精度相似——分析產品的對應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生密切聯系。

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

根據產品的不同特點，可以從某一或幾個方面進行分類，也可針對某一方面如結構進行二次多維度細分等，確定分類屬性。

此外，從使用和維護便捷性考慮，通過對不同的分類屬性進行組合來確定典型產品或結構。屬性組合方式可采取樹狀結構、鏈狀結構和混合結構3種方式:樹狀結構為按逐層遞進關系分類，上一層與下一層為包含關系；鏈狀結構為各分類屬性之間無從屬關系，兩者是“或”的關系；混合結構是樹狀結構和鏈狀結構的組合。根據不同的專業知識類型和特點，應靈活采用以上屬性組合方式。

三、工藝知識的整理和應用

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是一個動態過程，需制定一個良好的工作機制以確保其長期有效運行。前期集中知識整理階段的工作主要依靠人工來完成，存在知識點多、工作量大等問題，后續借助企業自主開發的新一代工藝設計系統，在產品分類的基礎上對工藝文件的屬性、產品加工工藝流程、工序或工步的工藝控制要求、工藝參數以及制造資源信息等進行了模塊化、結構化設計改進，待充分驗證后直接補充到知識庫中，做到將知識的整理工作納入到日常工藝設計工作流程中。

2．知識評價

工藝知識庫檢入的知識應經過充分的生產驗證，以確保其成熟、可靠。考慮到航天型號按階段研制、小子樣生產的特點，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行定型鑒定，并經過小批量生產考核。必要時，需對有關工藝知識進行工藝風險分析或評審。

3．知識庫的應用

完成知識庫建設后，要根據不同的知識分類和管理方式進行不同風格的界面設計，以便工藝人員使用，如針對閥門產品應按結構樹展開，輔助采用關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計系統進行集成，能夠在工藝設計過程中對相關工藝知識進行檢索利用，相關工作流程見圖2。

四、后續工作方向

1．完善知識整理激勵機制

知識整理工作向來是知識庫建設的薄弱環節，特別是對于經驗類知識普遍還未建立有效機制來推動知識發掘和進一步的利用工作。因此，結合企業實際，可考慮將個人對企業知識的貢獻度與個人技術職務晉升、企業獎懲等活動掛鉤，如根據個人貢獻的知識條目數量、質量和被使用頻度等進行積分，并把積分納入到技術職稱晉升和評比等考核指標中，促進企業廣大人員積極主動地提供頭腦中的經驗知識，深度參與到知識庫的建設工作中。

2．探索應用三維特征匹配技術

目前，新型號研制廣泛采取三維數字化設計技術，三維模型的大規模應用為利用計算機進行自動識別模型特征、匹配并自動推送相應工藝知識奠定了有利基礎。整理知識時，可將產品模型或特征結構模型與典型工藝知識進行關聯。工藝人員開展工藝設計時，通過產品的幾何加工特征進行匹配，并按照匹配相似度輸出關聯的典型產品及所關聯的典型工藝知識等。

工藝知識庫建設是一個長期、復雜的基礎性工作，也是對企業未來發展十分有意義的工作，需要企業各方人員高度重視、廣泛參與和持續投入。在當今我國大力推行智能化制造技術和企業自身面臨競爭激烈的形勢下，重視并不斷加強知識的積累和復用，對于推動企業技術進步以及未來加快實現智能化制造等發揮著重要作用。▲

*其他作者：田堂振、王永明、么健、王旗勝、亢濤濤