CAPP知識微服務系統及關鍵技術研究*

黃志輝 ，焦 祥 ，蘆 敏

（無錫職業技術學院，江蘇 無錫 214121）

機械制造工藝是將產品從設計到成品的重要環節，對產品質量和制造成本影響都很大。借助CAPP（Computer Aided Process Planning）計算機輔助工藝過程設計，可以有效地提高工藝設計的效率，提升工藝編制的一致性，保證產品質量的穩定性，同時還有助于優化工藝等。CAPP技術作為CAD/CAM技術的重要組成部分，是連接CAD與CAM系統的橋梁，對輔助工藝人員迅速編制出工藝文件縮短生產周期有很大幫助，在制造自動化領域具有重要的地位[1]。隨著制造業信息化和計算機集成技術的迅猛發展，CAPP系統得到了更廣泛關注，對工藝設計軟件在應用上提出了更高的要求。CAPP知識微服務系統是工藝數字化的關鍵軟件工具，將CAPP知識體系智能化集成，對完善的CAPP系統來說是必不可少的，可以實現專業的工藝文件編制及其知識化管理。

1 CAPP知識微服務系統

CAPP知識微服務系統使用的瀏覽器為Chrome，并以此為平臺，軟件系統的結構為開放式，用戶界面的運行方式主要依靠事件驅動，支持工藝規程的協同編制與管理，主要包括知識庫、知識圖譜、查詢統計、規程編制和協同管理幾個模塊，CAPP知識微服務系統界面如圖1所示。

圖1 CAPP知識微服務系統界面

CAPP知識微服務系統通過設計模型獲取輸入的工藝信息，在知識庫和資源庫的基礎上，再借助于交互式設計方式在關鍵環節點上提供工藝參考方案。CAPP知識微服務系統的優點在于解決事務性和管理性問題，同時在致力于加強系統智能化工具能力上也有體現，為CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM的集成提供了堅實的基礎。CAPP知識微服務系統的總體架構如圖2所示。

圖2 系統總體架構

2 關鍵模塊技術探討

2.1 知識庫模塊

系統知識庫主要包含CAPP本體庫、CAPP知識庫和制造資源庫等[2-3]，知識庫結構如圖3所示。1）CAPP本體的定義有很多種，目前被大家比較認可的是對共享化概念的明確表示和描述，關于本體庫的構建方式也有很多種，而且隨著數字化的發展，其構建方式也逐漸成熟。本系統中采用的關于本體庫的構建方式，是在現有本體構建方法的基礎上，充分考慮了機械加工領域CAPP的特點，利用分層次和分步驟雙舉措的構建方法。2）CAPP知識庫的建立，首先要解決的問題就是對知識的獲取，同樣CAPP知識庫的獲取也要考慮這個問題。目前工藝知識的存在主要有兩種形式，一種是以文本和數據格式存在的顯性知識，還有一種是以工藝經驗的形式存在而存儲在設計人員的頭腦里，很顯然，前者很容易獲取，而后者的獲得方式比較困難。建立知識庫的作用就是要將知識庫中的隱性知識進行顯性化。3）制造資源庫的主要功能就是將機械加工中的工藝知識進行必要的分類，這樣提高知識的獲取效率以及方便后續的維護工作。本系統中根據零件的加工過程，對加工中會用到的機床、刀具、夾具、量具等信息進行了分類，這類資源庫的信息，可以在軟件的后續使用過程中不斷完善。

圖3 知識庫結構

2.2 知識圖譜模塊

知識圖譜技術，它本質上是一種大規模語義網絡，是一種將知識庫以圖譜的形式展現出來，使知識具有可解釋性、可推理性，從而使機器具備認知能力，可以實現對現實世界的事物及其相互關系的形式化描述[4-6]。知識圖譜的應用服務架構主要由模式層、數據層、方法層、服務層構成。如圖4所示，從知識圖譜的應用服務架構圖中可以看出，模式層與數據層之間的關系為有向圖結構，它允許所有層之間進行數據和知識的相互傳遞和關聯；數據層位于第二層，它具有很強的知識檢索能力和數據存儲能力，知識圖譜通過自身設定的知識推送算法，可以很輕松地獲得所需要的數據和知識；同時智能化的認知和知識推理的能力也可以幫助該系統獲取更多的隱性知識[7-8]。該模塊技術為智能制造領域數據及知識的關聯性表達和相關性搜索推理問題的解決帶來了可能性，因此，其在智能制造的實現過程中扮演著越來越重要的角色。

圖4 知識圖譜的應用服務架構

2.3 規程編制模塊

規程編制模塊具有提交審簽、結構化編輯、導出、查看、刪除、升版、廢棄、新建等功能，新建過程自動編號，結構化編制應按照工藝規程模板實現所見即所得的編制。規程編制模塊可以根據零件的不同類型，從而制定不同形式的工藝規程文件，雖然工藝文件的內容不同，但是從總體框架的角度看來，其機構是相似的。在設計規程編制模塊的界面時考慮到機械加工中不同類型的產品工藝過程，需要對不同類型零件的工藝過程設計一種相對通用的文件模板。在規程編制模板中設置了包括規程設置、新建規程、規程編制等功能，其中規程設置包括管理員準備工具清單、材料清單、防護用品清單等；新建規程包括按專業領域、制造過程、編制單位創建功能；規程編制主要包括工裝工具清單、材料清單、詳細作業流程、引用文件和版本更改記錄。規程編制內容結構如圖5所示。

圖5 規程編制內容結構

2.4 查詢統計模塊

查詢統計模塊是將工藝知識電子化的體現，也是查閱工藝知識的重要途徑。電子化的工藝知識里主要包含了手冊知識、工藝標準、工藝資源和工藝實例等。設計人員在產品的工藝設計過程中需要經常去搜索和查詢，這也是工藝設計軟件能夠有效提高工藝設計的效率、提升工藝編制的一致性、保證產品質量的穩定性的重要體現。本文介紹的CAPP知識微服務系統的規程查詢包括基本查詢功能（規程名稱或編號、創建時間、編制者等條件進行基本查詢），全文檢索功能及檢索結果導出功能。查詢統計功能結構如圖6所示。

圖6 查詢統計功能

2.5 協同管理模塊

協同管理模塊具有待辦任務管理、審簽管理功能。協同管理包括提交評審、審簽流程管理、待辦任務管理、顯示審簽階段和審簽歷史等功能[9-10]。規程審簽是按校對、標審、審核、會簽、批準流程進行，其中會簽包含多個人；每個流程都有同意、駁回和指派他人的操作，在審簽過程中，不能進行規程的編輯，當駁回后，才能進行修改。當所有流程都完成后，即完成規程的發布。對已發布的規程，可以進行升版或者廢棄。協同管理功能如圖7所示。規程的協同管理流程為“新建編制任務”→“任務提交”→“校對”→“標審”→“歸檔”，從流程圖中可以看出，每個前驅節點完成當前任務后都直接繼續下一節點的任務，若當前節點任務不能通過，將直接回到“編制”節點。CAPP知識微服務系統中，用戶通過點擊不同的節點進入到相應的界面。

圖7 協同管理流程編制流程

3 結束語

CAPP知識微服務系統的研發，以簡潔高效的交互界面，通過CAPP知識庫描述不同類型零件的加工工藝文本信息，幫助工藝人員減少研發不同類型產品的工藝時間；同時又能夠以圖形方式顯示零件主要特征，以便對特征進行匹配；能夠提供實用、方便的編輯文本信息和圖形信息的工具；根據既定的格式生成各種圖文混排的工藝文件，加快了工藝參數的確定和作業規程編寫速度；同時應用知識圖譜服務架構，實現工藝數據的存儲管理。