面向航空制造加工工藝的知識工程方法研究

汪禛旸

? 一、前言

計算機輔助制造技術呈現的平臺系統化發展趨勢，是否能夠為用戶提供一個綜合性、集成化、網絡化以及多部門協同操作的功能將成為計算機輔助制造技術的應用需求已經被大部分企業認可，成為該計算機輔助制造技術是否具備市場競爭力和生命力的重要考核指標。簡單的將現有的人工智能技術與計算機輔助制造技術相結合是不足以滿足制造業對輔助技術的需求。因此，深入研究人類知識傳承模型，并通過高科技技術模擬這一過程成為學術研究者的寵兒。實現這一模型的智能化計算機輔助制造技術更成為技術發展的趨勢。知識工程以專家系統、知識驅動為建模基礎。并在此基礎上衍生出知識獲取、知識推理的技術特點。該技術使得根據用戶的特定需求（尺寸、參數化設計等）進行判斷并自動處理成為可能。

需要強調的是，工藝幾何特征和工藝特征之間缺乏必備的相關性。因此深入研究這兩者之間的依存關系是實現計算機輔助制造系統自動化編程的關鍵。知識工程通過總結典型工程設計知識和經驗，提取特征函數，構建成一個可以重復利用的知識庫，同時通過修改工藝庫中的參數進行庫文件。知識工程（涵蓋知識獲取、知識管理、知識應用、集成等模塊）與計算機系統的有機結合，是相關產業的新一代發展趨勢。

? 二、航空制造加工工藝的知識分類體系

知識分類是知識管理的基礎和前提，也是未來的信息化系統中進行知識導航、屬性標定、知識展示的基礎。不同企業對于知識分類的維度有不同的認識和標準。工業研制（研發及制造）企業需要結合企業的實際情況，選擇知識分類維度，構建自己的知識多維分類管理體系。

分類的標準和結果不是固定的，一定會隨著業務的調整而發生變化。結合知識管理標準和最佳實踐，進行知識的多維管理體系的構建，在離散制造企業中，知識分類要充分考慮產品研制的流程，因為知識需要應用到相應的流程中。

如上所述，工藝知識具備相當的專業特性，同時由于信息化建設、技術革新等因素，工藝知識的分類方法需要充分考慮知識的實用性和擴展性，需要保障企業在此基礎上構建的分類體系，能夠支持未來的知識管理及應用模式。因此，下圖1展現了工藝知識分類的大體情況。企業實際的知識分類需要根據企業工藝知識及管理模式進行調整和優化。

圖1 工藝知識分類

? 三、面向航空制造加工工藝的知識工程關鍵技術

航空制造加工工藝中往往存在老師傅的工藝經驗無法完全復制的問題。剛接手的工作人員需要從最基本的軟件操作、參數設置開始學習，經過長期的工程經驗積累才能熟練掌握航空制造加工工藝。這導致員工的培養成本居高不下。新手常犯的加工錯誤也往往導致企業運營成本的大幅度增高。為此，本文將圍繞如何繼承加工經驗展開研究，針對航空制造加工工藝經驗，總結通用性參數，利用知識工程技術，通過知識獲取、知識表示、知識推理和知識管理等關鍵技術手段，為航空制造加工工藝探討一種可行的方案實現經驗的繼承與管理。

（一）知識工程的含義分析

知識工程是一種以知識為核心驅動的自動化工程決策工具。它能夠對工程問題提供優化解決方案，幫助從業人員最大限度的重復勞動。

綜合來看，面向航空制造加工工藝的知識工程需要構建的核心內容為：

1.管理體系的建立。知識工程平臺的建立基礎一定是面向特定管理需求和技術場景的，因此需要在平臺搭建之初就定義一套能支撐系統建設和應用的制度保障和組織模式。

2.系統建設。知識工程平臺是一個信息化技術平臺，管理著企業的核心資產，特別是本文中所述的航空制造加工工藝內容。

3.資源分類。工藝知識管理系統核心管理航空制造加工相關知識，因此需要為所管理的技術內容構建統一的分類體系和標簽標定機制，實現未來知識條目的良好導航和快速獲取。

4.知識應用環境。知識管理系統建設不是為了靜態的管理知識，而是為了提高知識的應用性，支持業務環境，因此需要基于系統構建多種應用模式來支持當前及未來的應用需求。

以下通過對飛機制造過程中裝配工藝、鈑金工藝的分析，總結出裝配過程中所需要的通用性參數：

（二）面向航空制造的裝配工藝設計分析

飛機機體是由各種大部件對接而成的，結構復雜、要求嚴格，為保證裝配工作順利進行，必須進行部件裝配工藝設計。部件裝配工藝設計主要解決：如何合理地劃分裝配單元和制定裝配路線;保證裝配準確度的理論和方法;裝配時工件的定位方法;裝配中所采用的各種連接技術。各種結構的裝配方法和過程：裝配型架的構造與制造技術;保證工藝裝備之間協調的原理和方法等問題。主要內容包括以下幾個方面：（1）裝配單元的劃分。（2）確定裝配基準和裝配定位方法。（3）選擇保證準確度、互換性和裝配協調的工藝方法。（4）確定各裝配元素的供應技術狀態。（5）確定裝配過程中的工序、工步組成和各構造元素的裝配順序。（6）選定所需的工具、設備和工藝裝備。（7）零件、標準件、材料的配套。

（三）面向航空制造的鈑金工藝設計分析

鈑金工藝，利用材料的可塑性，采用冷壓技術把毛料形成各種零件的工藝。該工藝是航空制造工程的重要組成部分。需要強調的是，現代飛機的殼體主要是鈑金鉚接結構。航空鈑金類零件分類是根據零件的相似性，按照一定的原則對零件分類。相似性分為材料相似性、工藝相似性和結構相似性。材料相似性是指材料品種、狀態的相似形;工藝相似性是指零件的加工方法、工藝裝備和使用設備的相似性;結構相似性是指零件尺寸、形狀、使用部位以及零件上所具有的結構要素的相似性。在文件的設計中，鈑金制造工藝包括：工藝分類、工藝方法、工藝方式、 工藝參數、成形系數、成形極限、工藝缺陷、工藝要求。

? 四、面向航空制造加工工藝的知識獲取

知識獲取就是從具體從業人員處獲取專業背景知識，并將其轉化輸入廣義知識庫的過程。如何實現知識獲取是知識工程核心難點之一。在此基礎上，這些技術會幫助系統尋找各個數據間的相關性。遺憾的是，目前這些知識獲取技術尚處于研究階段。知識獲取是構建知識工程系統的“瓶頸”。換句話說，理論上知識工程系統應該具備自學習功能。事實上，截至目前，機器學習還沒有達到那么高的水平。考慮到可實現性和可靠性，本文所構建的面向航空制造加工工藝的知識工程系統主要通過人機對話，先將行業專家對領域的認識知識存到程序中去，再進行符合邏輯的知識管理、擴展和衍生，即實現半自動知識獲取。

對于面向航空制造加工工藝的知識工程而言，航空制造加工工藝知識庫是工藝知識資源的管理中心。所以，在本文先將用于企業在日常的產品研發、結構設計、工藝規劃、生產環節所形成的航空制造加工工藝相關技術訣竅、經驗及技術資料進行總結、轉化、采集輸入系統平臺，形成面向航空制造加工工藝的知識資源中心。其具體的細節如下：

（一）新建知識

新建知識是指用戶創建上傳一天新的知識條目，系統根據不同的知識分類提供的不同類型知識模板，不同的知識模板展示不同的知識屬性，用戶根據知識內容得要求，填寫知識內容，包括標題、關鍵字、摘要、分類、專業、知識附件等內容。詳見圖2。

圖2 上傳知識

（二）知識采集

除了通用的知識上傳功能外，為保障多種類型的知識入庫，系統還提供了：

a）圖片識別：能夠從圖片文件（bmp，jpeg，pdf）中讀取印刷體文字信息。并將識別內容自動填充到知識模板中，形成知識條目的基本信息，并支持用戶手動調整。

b）知識解析：支持各個業務系統根據知識模板形成特定知識內容的json、xml內容，并通過知識調取知識模板服務，或者離線將文本內容導入知識庫，快速形成知識條目。

c）知識標記：用戶可通過筆記界面單條提交條目類知識;支持筆記類知識的標簽功能。

d）知識接口：支持與第三方知識數據源的集成，能夠將第三方知識數據源的內容提取過來。系統支持外部系統通過webservices調取知識生產接口，也支持開放數據源與知識模板及屬性的映射集成。

（三）知識審批

知識管理系統一方面是企業的技術資源中心，負責這各類知識條目的管理，一方面由于其知識獲取方式的多樣靈活，入庫的知識是否能夠滿足管理要求，是否能夠起到支撐業務的作用，特別是一些關鍵的航空制造加工工藝參數知識，如果發生錯誤，將會給企業帶來非常不利的影響，因此需要通過審批機制，借助信息化流程和企業專家的智慧，對入庫的知識進行審核、分解、評價，從而對知識內容有一個可靠性的識別。系統支持靈活的審批流程配置，不同的審批流程關聯不同的知識分類。

（四）文件管理

文件是企業最常見、最重要的技術資源載體和知識形態。對于航空制造加工工藝而言，大量的模型、圖紙、參數等，都是依賴文件進行存儲和管理，因此對文件的有效管理是知識管理重要的管理對象內容。詳見圖3。

圖3 文件管理

文件夾是常見的，也是有效的文件組織形式，符合一般用戶的常規辦公場景模式，具有非常好的人機交互體驗。另外，文件夾本身也是分類、授權的中介，通過文件夾級別的權限配置，也可以起到技術資源安全管理的目的。如圖4所示。

圖4 上傳文件

? 五、面向航空制造加工工藝的系統集成

內部部署著多個業務、管理系統或平臺，支撐著整個產品研制活動有序進行。為實現海量知識的聚集管理與應用，知識管理系統提供開放、通用的集成手段，來講各個分散業務系統的技術資源，按照統一的管理標準進行匯集，形成更大范圍內容技術知識中心。系統需具備標準的Webservice接口，能夠為外部信息系統提供標準接口進行系統擴展。

圖5 系統集成

如圖5所示，系統建設中，對于開發編碼要求，文件的命名、備份以及接口運行日志的收集規則，接口開發時均遵守企業內部接口開發規范及要求。集成策略主要包括：合規性集成、統一提示、靜態資源集成。

? 六、結論

本文深入分析了知識工程技術的基本思想，結合航空制造加工工藝的特點，主要介紹了面向航空制造加工工藝的知識工程關鍵技術。在介紹知識工程的基本概念的基礎上，通過知識獲取等關鍵技術手段，為實現系統開發和知識重用打下堅實的基礎，也為國內外其他航空制造企業在工藝知識管理及應用方面提供一定的參考依據。

? 參考文獻

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