材料加工智能制造技術(shù)及應(yīng)用

文/余心宏·西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院

航空鍛造知識(shí)管理系統(tǒng)研究及應(yīng)用

針對(duì)航空鍛造企業(yè)對(duì)航空鍛造知識(shí)管理及應(yīng)用的需求，搭建航空鍛造知識(shí)管理系統(tǒng)，使得鍛造企業(yè)可以通過計(jì)算機(jī)數(shù)字化的方式積累以往的材料冶金知識(shí)和鍛造工藝技術(shù)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)鍛造知識(shí)的共享和利用，提高技術(shù)人員工作效率和設(shè)計(jì)水平，控制鍛造加工質(zhì)量，從而提高整個(gè)企業(yè)的競爭力。該系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括以下四項(xiàng)。

⑴面向?qū)ο蟮木C合航空鍛造知識(shí)表示及分類技術(shù)。

采用面向?qū)ο蠓椒ǎY(jié)合語義網(wǎng)絡(luò)、產(chǎn)生式規(guī)則等多種知識(shí)表示方法，從知識(shí)的計(jì)算機(jī)數(shù)字化角度對(duì)航空鍛造知識(shí)進(jìn)行分類和表示，建立面向?qū)ο蟮暮娇斟懺鞂?duì)象知識(shí)模型，采用對(duì)象的繼承性實(shí)現(xiàn)航空鍛造知識(shí)的分類，采用對(duì)象的屬性、實(shí)例和方法結(jié)合規(guī)則等知識(shí)表示方式實(shí)現(xiàn)航空鍛造知識(shí)的表示，構(gòu)造航空鍛造知識(shí)組織體系。

⑵基于工作流的航空鍛造知識(shí)獲取技術(shù)。

在航空鍛造知識(shí)對(duì)象模型的基礎(chǔ)上，基于工作流技術(shù)的航空鍛造知識(shí)獲取方法，通過對(duì)知識(shí)的獲取、校對(duì)、評(píng)估、審核和批準(zhǔn)等過程控制，實(shí)現(xiàn)航空鍛造知識(shí)的錄入、校正和發(fā)布生效，建立航空鍛造知識(shí)獲取控制機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上建成航空鍛造知識(shí)庫。

⑶基于知識(shí)的航空鍛件研發(fā)、工藝設(shè)計(jì)和制造支持技術(shù)。

基于航空鍛造知識(shí)庫，針對(duì)航空鍛件的研發(fā)、工藝和制造環(huán)節(jié)，研究實(shí)現(xiàn)基于知識(shí)的航空鍛造研發(fā)和工藝支持技術(shù)，包括基于鍛造知識(shí)庫(如材料庫、設(shè)備庫、鍛造參數(shù)庫等)的鍛件快速研發(fā)和工藝設(shè)計(jì)、基于典型鍛件的快速研發(fā)和工藝設(shè)計(jì)、基于參數(shù)化的鍛件快速研發(fā)和工藝設(shè)計(jì)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)基于知識(shí)的航空鍛件研發(fā)和制造，提高鍛件設(shè)計(jì)和工藝質(zhì)量，縮短研制周期。

⑷基于Webservice 的航空鍛造知識(shí)快速檢索和使用技術(shù)。

基于面向服務(wù)(SOA)的思想，研究Webservice知識(shí)訪問接口，在根據(jù)航空鍛造知識(shí)組織體系建立的知識(shí)地圖支持下提供航空鍛造知識(shí)資源總目錄，并在系統(tǒng)身份認(rèn)證和權(quán)限控制下，實(shí)現(xiàn)對(duì)航空鍛造知識(shí)的快速檢索與再用，支持航空鍛造企業(yè)技術(shù)人員學(xué)習(xí)、交流和工作能力提升，支持航空鍛件的快速研發(fā)、工藝設(shè)計(jì)和制造。

航空材料知識(shí)庫管理系統(tǒng)研究

針對(duì)航空制造企業(yè)對(duì)材料數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用的需求，搭建材料數(shù)據(jù)綜合管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)材料數(shù)據(jù)及相關(guān)信息的系統(tǒng)管理、分析計(jì)算和綜合利用，逐步建立滿足適航要求的航空材料體系和選用規(guī)范，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造與維護(hù)提供有力支持。該系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括以下七項(xiàng)。

⑴采用B/S 模式，搭建材料數(shù)據(jù)綜合管理系統(tǒng)整體架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)材料數(shù)據(jù)的入庫、存儲(chǔ)、計(jì)算、分析、查詢及使用等管理。

⑵建立系統(tǒng)平臺(tái)門戶，實(shí)現(xiàn)基于產(chǎn)品零部件信息、材料種類和牌號(hào)、材料標(biāo)準(zhǔn)、工藝方法、材料性能屬性等多形式的材料信息查詢、統(tǒng)計(jì)報(bào)表生成、看板管理和任務(wù)提醒等功能。

⑶根據(jù)航空制造企業(yè)工作流程，實(shí)現(xiàn)材料原始數(shù)據(jù)產(chǎn)生、分析處理、審批入庫、查詢應(yīng)用、審批使用、數(shù)據(jù)升級(jí)等全流程的材料信息及數(shù)據(jù)信息管理及選用管控，并充分體現(xiàn)適航對(duì)材料數(shù)據(jù)可靠性和溯源性的要求。

⑷實(shí)現(xiàn)材料數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和設(shè)計(jì)許用數(shù)據(jù)生成，滿足材料鑒定評(píng)價(jià)及設(shè)計(jì)許用基值數(shù)據(jù)計(jì)算的要求。

⑸實(shí)現(xiàn)材料測試過程數(shù)據(jù)的管理與控制，包括測試任務(wù)管理、測試資源管理和相關(guān)知識(shí)管理。

⑹實(shí)現(xiàn)UG、ANSYS 等設(shè)計(jì)分析軟件在線瀏覽、調(diào)用MDMS 中的材料數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)MDMS 獲取材料測試設(shè)備端測試數(shù)據(jù)的集成接口，實(shí)現(xiàn)MDMS 與產(chǎn)品管理系統(tǒng)的集成接口。

⑺滿足涉密信息系統(tǒng)分級(jí)保護(hù)測評(píng)安全要求，實(shí)現(xiàn)用戶權(quán)限管理、角色管理、密級(jí)管理、審計(jì)管理和日志管理等。

航空鍛造企業(yè)信息化系統(tǒng)

針對(duì)航空鍛造企業(yè)對(duì)CAD/CAPP/CAM 系統(tǒng)集成及企業(yè)信息化管理的需求，搭建基于CAPP 系統(tǒng)的企業(yè)信息化集成平臺(tái)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝編制、產(chǎn)品管理和控制產(chǎn)品加工過程，提升企業(yè)的信息化水平，提高制造效率和性能，保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。該系統(tǒng)涉及關(guān)鍵技術(shù)包括以下三項(xiàng)。

⑴基于航空鍛造特點(diǎn)的CAPP 系統(tǒng)應(yīng)用。

建立以鍛造工藝典型化、標(biāo)準(zhǔn)化(成組化)為基礎(chǔ)的檢索式CAPP 系統(tǒng)，建立設(shè)備庫、工裝庫，實(shí)現(xiàn)工藝規(guī)程設(shè)計(jì)優(yōu)化與標(biāo)準(zhǔn)化(成組化)，應(yīng)用CAPP系統(tǒng)完成機(jī)加及裝配工藝的編制，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助的材料定額計(jì)算及匯總，縮短工藝設(shè)計(jì)周期。

⑵實(shí)現(xiàn)CAD/CAPP/CAM 的系統(tǒng)集成。

建立三維CAD 設(shè)計(jì)系統(tǒng)(平臺(tái))，建立通用圖形庫、數(shù)據(jù)庫及常規(guī)設(shè)計(jì)計(jì)算系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)系列化和通用化，解決部分產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的重復(fù)勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)CAD 系統(tǒng)內(nèi)部與外部數(shù)據(jù)共享以及集成運(yùn)行，為實(shí)現(xiàn)CIMS 奠定基礎(chǔ)，縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)成本，降低產(chǎn)品成本。

⑶實(shí)現(xiàn)與PDM/ERP 系統(tǒng)的信息集成。

基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)生命周期管理，開展項(xiàng)目流程管理，建立圖庫快速檢索系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)配置，解決CAD 系統(tǒng)內(nèi)部與外部數(shù)據(jù)共享和集成運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)PDM 為CAPP/ERP 提供產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息，為ERP 提供CAD/CAPP 信息。

結(jié)束語

以上研究成果已應(yīng)用于多個(gè)航空制造企業(yè)(貴州安大航空鍛造有限責(zé)任公司、陜西宏遠(yuǎn)航空鍛造有限責(zé)任公司、貴州航宇科技發(fā)展股份有限公司、上海商用發(fā)動(dòng)機(jī)制造公司等)，取得顯著的應(yīng)用效果。結(jié)合科研與教書育人工作，西工大在此研究方向已培養(yǎng)研究生50 余人，發(fā)表學(xué)術(shù)論文50 余篇，為航空企業(yè)智能化與信息化發(fā)展做出了一定貢獻(xiàn)。