復(fù)雜零件云制造知識服務(wù)模式研究

郭宗祥

摘要：針對企業(yè)復(fù)雜零件云制造需要對制造信息資源有效管理以實現(xiàn)共享和重用的需求，以復(fù)雜零件云制造環(huán)境下數(shù)字化加工過程為研究對象，在分析企業(yè)知識服務(wù)需求及知識資源特點的基礎(chǔ)上，對動態(tài)知識服務(wù)模式及靜態(tài)知識服務(wù)模式進行了研究。

關(guān)鍵詞：云制造;數(shù)字化加工;知識服務(wù)

0 ?引言

復(fù)雜零件產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航空航天、兵器、船舶、汽車等裝備制造領(lǐng)域，其研發(fā)制造過程參與單位多且地域分布廣、涉及學(xué)科領(lǐng)域多且交互頻繁、研制任務(wù)多且研制周期短。現(xiàn)有制造模式對企業(yè)集中管控與高效配置制造資源、共享研制知識、増強知識管控能力、降低信息化成本提出了更高的要求。一方面需要主動檢索與當(dāng)前業(yè)務(wù)活動相關(guān)的制造知識資源，主動推送給用戶，提高用戶對知識資源的查詢及獲取效率。另一方面，對于某個特定的制造環(huán)節(jié)，通過封裝相應(yīng)的參數(shù)、方法、模型、工具并以動態(tài)服務(wù)的形式供研發(fā)人員調(diào)用，能夠減少重復(fù)勞動提高研制效率，加快動態(tài)研制過程。因此，迫切需要對產(chǎn)品研制過程中的知識進行有效管理以實現(xiàn)共享和重用。知識服務(wù)是實現(xiàn)該需求的有效手段。云制造，是一種面向網(wǎng)絡(luò)化制造的新模式，其共享與服務(wù)的理念可以完成企業(yè)知識資源由傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分類存儲與檢索到知識服務(wù)的轉(zhuǎn)變。本文以復(fù)雜零件云制造環(huán)境下數(shù)字化加工過程為研究對象，根據(jù)加工過程知識服務(wù)的需求及特性，對知識服務(wù)模式進行研究。

1 ?復(fù)雜零件云制造知識服務(wù)需求

企業(yè)從事生產(chǎn)制造活動的過程實質(zhì)也是知識資源利用的過程。復(fù)雜零件加工制造是一個知識密集型行業(yè)，企業(yè)的生產(chǎn)活動中積累著大量的知識資源。然而，由于缺乏有效的管控，其資源利用率并不高。另一方面，企業(yè)知識資源龐雜繁重，相關(guān)人員想要查找所需的知識資源比較困難。在共享與服務(wù)的社會大背景下，企業(yè)更希望得到一種按需獲取，主動推送的知識服務(wù)解決方案以提高復(fù)雜零件加工的能力和水平。復(fù)雜零件云制造過程知識服務(wù)具體需求如下：

①企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品相對比較固定，企業(yè)在多年的生產(chǎn)制造過程中積攢了豐富寶貴的經(jīng)驗、數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范。

雖然現(xiàn)在大部分企業(yè)引入了產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（Product Data Management，PDM）、仿真數(shù)據(jù)管理（Simulation Data Management，SDM）、實驗數(shù)據(jù)管理（Test Data Management，TDM）以及進行工藝管理的計算機輔助工藝過程設(shè)計（Computer Aided Process Planning，CAPP）等數(shù)據(jù)和知識管理系統(tǒng)對企業(yè)知識資源進行統(tǒng)一管理。但是，這些系統(tǒng)更多的只是起到了管理、備案的功能。一個項目完成后，這些數(shù)據(jù)和知識基本是被永遠的丟棄了，對下一個項目起不到直接的幫助作用。對于企業(yè)管理者來說，更希望將這種傳統(tǒng)的知識分類存儲檢索的方式轉(zhuǎn)變成為一種按需獲取的方式，并盡可能的與生產(chǎn)制造的流程相結(jié)合，使已有知識資源盡可能大的發(fā)揮價值，提高企業(yè)生產(chǎn)制造的效率，而不是每一個項目都要從零開始。同時，對于從事設(shè)計制造的設(shè)計人員來說，也能改變他們在海量數(shù)據(jù)中查找可用知識的窘境，使設(shè)計人員將更多的精力和時間放在方案的構(gòu)思和技術(shù)的革新上。另一方面，企業(yè)資深的技術(shù)專家、員工在多年的生產(chǎn)實踐中積累了寶貴的經(jīng)驗，這些專家經(jīng)驗是企業(yè)技術(shù)的核心，但同時也緊密的掌握在極少數(shù)人手中。若能將這些專家經(jīng)驗分享到企業(yè)的知識資源庫，對于企業(yè)知識資源的重用，人才的培養(yǎng)，生產(chǎn)制造效率的提升都會有極大地幫助。因此，企業(yè)迫切需要將企業(yè)現(xiàn)有知識資源及專家經(jīng)驗等封裝成為一種服務(wù)，實現(xiàn)按需獲取和主動推送，以提升生產(chǎn)效率和創(chuàng)新能力。

②知識共享。

復(fù)雜零件多由航空航天等大型集團企業(yè)各部門協(xié)同開發(fā)。各廠所分布異地，給知識資源的共享重用及各部門間的溝通協(xié)作都帶來了一定困難。企業(yè)迫切需要構(gòu)建協(xié)同研發(fā)環(huán)境，將各場所的知識資源進行聚合以進行集中管理和統(tǒng)一調(diào)配，從而提升了知識資源的潛在價值，提高產(chǎn)品研發(fā)制造的周期。

③充分利用外部知識。

集團企業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)制造過程中，需要不斷得到其他企業(yè)或團體先進的、成熟的知識的支持和幫助，即對外的知識服務(wù)請求。一方面，利用外界成熟的知識可以極大地縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本;另一方面，外界新的解決方案和思路也能促進企業(yè)的創(chuàng)新。因此，企業(yè)知識服務(wù)必須要具有對外尋求知識服務(wù)的能力。

④更加智能的知識服務(wù)模式。

目前，企業(yè)知識資源還處于分類存儲、簡單檢索的階段，然而產(chǎn)品的研發(fā)過程卻越來的復(fù)雜，產(chǎn)生的知識及數(shù)據(jù)越來越大，傳統(tǒng)的知識檢索方式越來越不適應(yīng)生產(chǎn)的需要。尤其對于新員工來說，接到新的任務(wù)，往往由于領(lǐng)域知識的缺乏，對任務(wù)無法下手。因此，在云制造環(huán)境下，企業(yè)迫切需要一種新型的、智能的知識服務(wù)模式，以達到按需獲取、根據(jù)業(yè)務(wù)流程主動推送的目的。

2 ?復(fù)雜零件云制造知識資源的特點

知識資源種類繁多，包括技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、專利、模型、參數(shù)、專用工具等[1]。云制造環(huán)境下集團企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)過程涉及多個學(xué)科領(lǐng)域和廠所，整個過程錯綜復(fù)雜，匯集了各種知識并構(gòu)建了跨領(lǐng)域夸地域的多學(xué)科知識庫，這些知識、資源和數(shù)據(jù)具有海量、分布、多態(tài)等特性[1，2]。

①分布性。云制造環(huán)境下集團企業(yè)知識資源分散存儲于各廠所異構(gòu)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中。

②異構(gòu)性。知識資源分布在各異構(gòu)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，其組織管理方式不同、存儲處理方式各異，虛擬化、服務(wù)化封裝形式異構(gòu)，知識能力的應(yīng)用服務(wù)模式異構(gòu)。

③多樣性。復(fù)雜零件產(chǎn)品研發(fā)制造過程所需知識資源種類繁多，有產(chǎn)品參數(shù)、技術(shù)手冊、物料信息等文本數(shù)據(jù)，也有設(shè)計模型、加工仿真模型、專用工具等模型文件，知識存在的形式多樣。

④復(fù)雜性。復(fù)雜零件產(chǎn)品研發(fā)制造過程涉及造型、結(jié)構(gòu)、力學(xué)、機加工、仿真、測試等多學(xué)科多領(lǐng)域知識，知識資源構(gòu)成復(fù)雜。

⑤廣泛性。復(fù)雜零件產(chǎn)品研發(fā)制造過程的知識需求不僅包括企業(yè)內(nèi)部的知識，如建模、有限元分析、工藝規(guī)劃、加工仿真等知識，還包括企業(yè)外部知識，如專利庫、文獻庫、論壇上與企業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的知識以及客戶需求、市場反饋等知識。

⑥隱含性。復(fù)雜零件產(chǎn)品研發(fā)制造過程需要大量的知識，同時也會產(chǎn)生大量的知識，如測試數(shù)據(jù)，仿真分析結(jié)果結(jié)論，技術(shù)人員在長期的產(chǎn)品生產(chǎn)過程中積累的經(jīng)驗等。這些知識對于企業(yè)生產(chǎn)具有重要意義，但同時這些知識也是不便于存儲管理的。云制造模式下，采用一定的激勵獎勵手段將這些隱含的知識進行顯式的、規(guī)范化的計算機存儲管理，可以為企業(yè)帶來極大的效益。

⑦動態(tài)性。云環(huán)境下集團企業(yè)各廠所基于研發(fā)制造任務(wù)流程協(xié)同完成相關(guān)業(yè)務(wù)活動，業(yè)務(wù)活動隨著制造任務(wù)的變化而變化。而知識服務(wù)的形成和演化發(fā)生在產(chǎn)品研發(fā)制造生命周期的各個階段，在協(xié)作過程中不斷更新、豐富和完善。

3 ?復(fù)雜零件云制造知識服務(wù)模式

復(fù)雜零件研發(fā)制造過程可分解為復(fù)雜零件造型、CAE分析、工藝規(guī)劃、刀軌計算、后置處理、數(shù)控仿真分析、加工質(zhì)量控制、測試實驗、加工制造等多個業(yè)務(wù)流程，各業(yè)務(wù)流程需要大量的知識資源的支持。例如在造型階段涉及UG、CATIA曲線曲面造型相關(guān)理論技術(shù)和方法;在CAE分析階段涉及材料性能、網(wǎng)格劃分、后置處理相關(guān)知識;在刀軌計算階段涉及機床刀具、切削參數(shù)、進退刀、走刀方式等知識。復(fù)雜零件云制造知識服務(wù)就是在云制造環(huán)境下根據(jù)用戶需求，為各業(yè)務(wù)活動提供對應(yīng)的、智能的、準(zhǔn)確高效的知識資源來指導(dǎo)產(chǎn)品研發(fā)制造，從而提高企業(yè)核心知識資源使用效率，提高工作效率，縮短研發(fā)周期[2]。由于不同階段涉及不同的制造知識資源需求，因此需要不同學(xué)科、不同類型的領(lǐng)域知識。為了更精準(zhǔn)的描述存儲管理知識資源，從而方便知識資源的檢索，以提供更精確、更有效的知識服務(wù)，采用文獻[3]中的方法，根據(jù)知識資源類型的不同，將知識服務(wù)分為靜態(tài)知識服務(wù)和動態(tài)知識服務(wù)，并給出各自的知識服務(wù)模式。

3.1 靜態(tài)知識服務(wù)及其服務(wù)模式

靜態(tài)知識資源主要指專利、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、操作手冊、仿真測試數(shù)據(jù)等不可隨意更改的、以文本數(shù)據(jù)表形式存在的，供用戶參閱的知識資源。靜態(tài)知識服務(wù)主要是通過構(gòu)建分布式索引，抽取和組織隱含在圖紙、模型、說明文檔、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及領(lǐng)域?qū)＜翌^腦中的知識，建立復(fù)雜零件加工知識資源索引庫，對索引庫中的知識資源進行管理，向用戶提供可用的服務(wù)，主要有知識資源檢索服務(wù)和知識資源主動推送服務(wù)。

知識資源檢索服務(wù)是用戶將請求提交到知識服務(wù)平臺，系統(tǒng)根據(jù)用戶的身份信息和需求特征按照一定的映射匹配規(guī)則檢索匹配最佳的知識服務(wù)資源提供給用戶。知識資源主動推送服務(wù)是知識服務(wù)平臺通過解析復(fù)雜零件加工業(yè)務(wù)流程，獲得各階段知識服務(wù)需求，根據(jù)用戶需求或訂閱信息建立用戶需求庫，當(dāng)檢測到相關(guān)用戶處于對應(yīng)的業(yè)務(wù)活動節(jié)點時，將符合用戶需求的知識資源主動推送給用戶。用戶也可以自己定制所需推送知識的范圍、領(lǐng)域。

3.2 動態(tài)知識服務(wù)及其服務(wù)模式

動態(tài)知識資源主要指設(shè)計模型、仿真模型、網(wǎng)格劃分模板、工藝規(guī)劃模板、軟件工具等具有特定功能的、具有參數(shù)化特性的、通過輸入數(shù)據(jù)或進行部分修改能夠重復(fù)使用的知識資源。云制造環(huán)境下，產(chǎn)品的研發(fā)制造過程需要多個功能軟件進行建模、仿真、優(yōu)化、測試，企業(yè)動態(tài)知識資源繁多，將這些特定的功能進行封裝，方便用戶調(diào)用即為動態(tài)知識服務(wù)[2]。

用戶將請求提交到知識服務(wù)平臺，系統(tǒng)根據(jù)用戶的身份信息和需求特征以及當(dāng)前動態(tài)知識資源庫的狀態(tài)，按照一定的映射匹配規(guī)則檢索匹配當(dāng)前可用的動態(tài)知識服務(wù)資源提供給用戶。用戶輸入?yún)?shù)，系統(tǒng)后臺通過模板計算輸出仿真或優(yōu)化結(jié)果。用戶調(diào)用動態(tài)知識服務(wù)時，系統(tǒng)根據(jù)用戶需求粒度的大小以單個或組合形式調(diào)用知識服務(wù)組件進行服務(wù)，服務(wù)方式靈活多變，適應(yīng)性強，提高了復(fù)雜零件產(chǎn)品的動態(tài)研發(fā)效率。

4 ?結(jié)語

通過對復(fù)雜零件云制造知識服務(wù)需求及知識資源特點的分析，對包含知識資源檢索服務(wù)及知識資源主動推送服務(wù)的靜態(tài)知識服務(wù)和適應(yīng)性強的動態(tài)知識服務(wù)的服務(wù)模式進行了研究，對企業(yè)知識資源的共享和重用提供了解決思路。

參考文獻：

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[2]丁衛(wèi)剛.復(fù)雜曲面云制造加工過程知識服務(wù)建模與實現(xiàn)[D].昆明理工大學(xué)，2016.

[3]李向前，楊海成，敬石開，等.面向集團企業(yè)云制造的知識服務(wù)建模[J].計算機集成制造系統(tǒng)，2012（08）：1869-1880.