民用飛機工藝裝備設計集成技術探索

匡翠　張尚體

【摘 要】工藝裝備是飛機制造過程中非常重要的一個環節。本文通過提出對構建大數據環境下的民機智能化工藝裝備設計集成系統進行研究，收集、整理飛機工藝裝備設計制造過程中的各類經驗和知識，建立相應的數據庫、知識庫，以提高工藝裝備研制過程的規范化、快速化、智能化、多樣化。

【關鍵詞】工藝裝備知識；集成系統；知識庫；規范化；智能化

1 背景分析

工藝裝備知識是在飛機工藝裝備工程設計、生產準備、制造和經營管理活動中，貫穿產品全生命周期的與其有關的知識。飛機工藝裝備知識數據量巨大，具有復雜性、隱含性、動態性、多樣性（包括文本、圖像、音頻、視頻等多種形式）等多種特征，這些都給工藝裝備知識管理帶來了很大困難。同時現代飛機更新換代速度快，飛機的研制已由單一品種發展到同一型號的系列飛機，一個型號將衍生出若干個改進型或發展型，生產是以單架次方式進行，這就造成了工藝裝備也要有若干個改進型或發展型，如果仍然按照傳統的方法以手工為主的方式進行飛機工藝裝備的設計工作，勢必會造成工作的重復，導致效率低下，甚至會出現不必要的錯誤。波音公司實施DCAC/MRM[1]，其目的之一就是要消除工程設計部門95%不增值的重復性工作，收集整理飛機設計/制造過程中的各類經驗和知識，建立相應的數據庫、知識庫；當遇到相似的問題時，把以往成熟的經驗知識應用到當前問題，從而快速形成問題的解決方案，提高工作效率，縮短飛機的生產周期。因此工藝裝備知識對民機的快速開發和適應市場競爭具有重要的影響， 是企業的重要智力資源， 是企業核心競爭力的一部分，建立飛機制造工藝裝備知識集成系統已成為企業的迫切需求。

2 建設方案

以民機部件總裝工藝裝備設計為對象，深入分析飛機工藝裝備設計過程，綜合應用知識工程等基本理論，對工藝裝備知識表示、推理、應用等關鍵技術進行系統研究，在此基礎上開發民用飛機智能化制造工藝裝備設計知識集成平臺系統，提高飛機工藝裝備設計的自動化、智能化水平，使之成為飛機數字化制造的重要支撐。

具體實現以下目標：

2.1 工藝裝備設計的規范化

建立各種信息數據的統一術語、符號、代號和文件格式，包括工藝裝備信息標準化、工藝裝備內容標準化、工藝裝備參數標準化、工藝裝備資源標準化和工藝裝備規程典型化，使設計人員在設計過程中有章可依，同時又可以盡量的避免人為的錯誤，提高設計質量與效率。

2.2 工藝裝備設計的快速化

開展工藝裝備標準化及工藝裝備基礎數據的準備工作，積累大量的標準工藝或典型工藝，進行產品的分類編碼工作，形成快速設計的數據基礎。

2.3 工藝裝備設計的智能化

分類整理、保存工藝裝備知識，建立知識關聯模型，并能夠利用這些知識給出工藝裝備設計人員一些比較合理的選擇，從而大幅度的減輕勞動強度。

2.4 工藝裝備設計的多樣化

工藝裝備文件種類繁多、數據類型多樣、處理符號各異，在統一的大數據設計環境中無差別的處理這些設計信息，并能實現對后續工藝裝備設計信息表現形式進行持續的支持。

3 實施方案

民用飛機智能化制造工藝裝備設計知識集成平臺系統圍繞工藝裝備全生命周期展開，其實施主要包括四個階段內容。

3.1 民機制造工藝裝備設計知識的分級分類收集與分析

將工藝裝備數據分為工藝裝備基礎知識、工藝裝備設計知識、工藝裝備管理知識、工藝裝備情報知識四大類，再分層次進行分析，建立工藝裝備設計知識分類標準。

3.1.1 工藝裝備基礎知識庫

主要包含作為一名合格設計員，需掌握或了解的基本內容。包括民機制造工藝裝備應知應會知識、相關軟件使用手冊等。

3.1.2 工藝裝備設計知識庫

為整個數據庫的核心內容，主要包含在工藝裝備設計過程中所需及所產生的工藝裝備文件等。包括大量的標準工藝裝備或典型工藝裝備、工藝裝備技術準備過程、零件加工/制造工藝能力等。

3.1.3 工藝裝備管理知識庫

主要包含為管理工藝裝備數據所需及所產生的數據庫[2]。包括工藝裝備流程管理、構型管理、過程質量管理等。

3.1.4 工藝裝備情報知識庫

主要為新技術、新材料、新工藝等研究，意欲與時俱進保持先進。包括并行設計及先進制造技術、復合材料工藝裝備等。

3.2 民機制造工藝裝備設計知識標準化表達與關聯模型的建立

3.2.1 工藝裝備設計知識標準化表達

通過資源分類規范化和資源描述規范化，將獲取到的知識以一種計算機可以識別和接受的數據表示結構，有利于各種統計匯總工作的進行，使工藝裝備知識能被有效的利用和管理。

3.2.2 民機制造工藝裝備設計知識關聯模型建立

從不同視角找出各類工藝裝備知識內和各類間的內在關聯關系。在考慮產品設計過程中不同的工作流階段所具有的特有性質的情況下，根據工藝裝備數據間的映射規則，建立相互間的關聯關系，組成一個有機的整體，完成知識在工藝裝備設計過程中的傳遞和轉換[3]。

3.3 民機制造工藝裝備設計知識的檢索與推送技術

3.3.1 知識檢索

將自動或利用人機交互方式從工藝裝備知識庫中檢索潛在可用的知識，并根據相似度評價準則進行評估，從中確定若干候選知識，使設計人員可以根據專業迅速定位到所關心的知識，方便用戶查找自己所關心的知識。

3.3.2 知識推送

對工藝裝備問題描述進行結構化分析，提取出結構化語義信息（如設計案例、設計規則或設計規范等），再將查找得到的多個知識項按照對解決這類問題的有效性進行排序，完成知識的自動推送。

3.4 智能化民機制造工藝裝備設計知識集成平臺系統開發

構建民用飛機智能化制造工藝裝備設計知識集成平臺系統，具備工藝裝備設計知識的存儲、查詢、推送和維護等功能，并集成工藝裝備設計、工藝仿真、制造執行等系統，實現貫穿飛機工藝裝備的設計、制造和經營管理活動全生命周期的知識共享。圖1為模擬的應用場景，可通過系統后臺訪問及調用數據系統的數據，從中獲取工藝裝備術語、方法參數、材料性能、制造設備等資源。

4 結束語

民機工藝裝備設計是一項技術性、經驗性非常強的工作，所涉及的范圍十分廣泛，用到的信息量相當龐大，并與具體的生產環境及個人經驗水平密切相關。本文提出的通過構建大數據環境下的民用飛機智能化制造工藝裝備設計集成系統，能提供較好的手段和方式來保留設計人員的知識與經驗，避免企業知識資源的浪費和流失，同時提高工藝裝備設計的效率和自動化水平，具有實際應用價值。

【參考文獻】

[1]范玉青.現代飛機制造技術[M].北京航空航天大學出版社，2001.

[2]裘建新，王晰巍，范曉春.協同產品設計中計算機輔助設計系統與產品數據管理系統的信息集成[J].吉林大學學報，2005（05）.

[3]劉文安，喬立紅.基于產品數據管理系統的設計制造信息集成[J].機械科學與技術，2005（24）.

[責任編輯：侯天宇]