民用飞机工艺装备设计集成技术探索

匡翠　张尚体

【摘 要】工艺装备是飞机制造过程中非常重要的一个环节。本文通过提出对构建大数据环境下的民机智能化工艺装备设计集成系统进行研究，收集、整理飞机工艺装备设计制造过程中的各类经验和知识，建立相应的数据库、知识库，以提高工艺装备研制过程的规范化、快速化、智能化、多样化。

【关键词】工艺装备知识；集成系统；知识库；规范化；智能化

1 背景分析

工艺装备知识是在飞机工艺装备工程设计、生产准备、制造和经营管理活动中，贯穿产品全生命周期的与其有关的知识。飞机工艺装备知识数据量巨大，具有复杂性、隐含性、动态性、多样性（包括文本、图像、音频、视频等多种形式）等多种特征，这些都给工艺装备知识管理带来了很大困难。同时现代飞机更新换代速度快，飞机的研制已由单一品种发展到同一型号的系列飞机，一个型号将衍生出若干个改进型或发展型，生产是以单架次方式进行，这就造成了工艺装备也要有若干个改进型或发展型，如果仍然按照传统的方法以手工为主的方式进行飞机工艺装备的设计工作，势必会造成工作的重复，导致效率低下，甚至会出现不必要的错误。波音公司实施DCAC/MRM[1]，其目的之一就是要消除工程设计部门95%不增值的重复性工作，收集整理飞机设计/制造过程中的各类经验和知识，建立相应的数据库、知识库；当遇到相似的问题时，把以往成熟的经验知识应用到当前问题，从而快速形成问题的解决方案，提高工作效率，缩短飞机的生产周期。因此工艺装备知识对民机的快速开发和适应市场竞争具有重要的影响， 是企业的重要智力资源， 是企业核心竞争力的一部分，建立飞机制造工艺装备知识集成系统已成为企业的迫切需求。

2 建设方案

以民机部件总装工艺装备设计为对象，深入分析飞机工艺装备设计过程，综合应用知识工程等基本理论，对工艺装备知识表示、推理、应用等关键技术进行系统研究，在此基础上开发民用飞机智能化制造工艺装备设计知识集成平台系统，提高飞机工艺装备设计的自动化、智能化水平，使之成为飞机数字化制造的重要支撑。

具体实现以下目标：

2.1 工艺装备设计的规范化

建立各种信息数据的统一术语、符号、代号和文件格式，包括工艺装备信息标准化、工艺装备内容标准化、工艺装备参数标准化、工艺装备资源标准化和工艺装备规程典型化，使设计人员在设计过程中有章可依，同时又可以尽量的避免人为的错误，提高设计质量与效率。

2.2 工艺装备设计的快速化

开展工艺装备标准化及工艺装备基础数据的准备工作，积累大量的标准工艺或典型工艺，进行产品的分类编码工作，形成快速设计的数据基础。

2.3 工艺装备设计的智能化

分类整理、保存工艺装备知识，建立知识关联模型，并能够利用这些知识给出工艺装备设计人员一些比较合理的选择，从而大幅度的减轻劳动强度。

2.4 工艺装备设计的多样化

工艺装备文件种类繁多、数据类型多样、处理符号各异，在统一的大数据设计环境中无差别的处理这些设计信息，并能实现对后续工艺装备设计信息表现形式进行持续的支持。

3 实施方案

民用飞机智能化制造工艺装备设计知识集成平台系统围绕工艺装备全生命周期展开，其实施主要包括四个阶段内容。

3.1 民机制造工艺装备设计知识的分级分类收集与分析

将工艺装备数据分为工艺装备基础知识、工艺装备设计知识、工艺装备管理知识、工艺装备情报知识四大类，再分层次进行分析，建立工艺装备设计知识分类标准。

3.1.1 工艺装备基础知识库

主要包含作为一名合格设计员，需掌握或了解的基本内容。包括民机制造工艺装备应知应会知识、相关软件使用手册等。

3.1.2 工艺装备设计知识库

为整个数据库的核心内容，主要包含在工艺装备设计过程中所需及所产生的工艺装备文件等。包括大量的标准工艺装备或典型工艺装备、工艺装备技术准备过程、零件加工/制造工艺能力等。

3.1.3 工艺装备管理知识库

主要包含为管理工艺装备数据所需及所产生的数据库[2]。包括工艺装备流程管理、构型管理、过程质量管理等。

3.1.4 工艺装备情报知识库

主要为新技术、新材料、新工艺等研究，意欲与时俱进保持先进。包括并行设计及先进制造技术、复合材料工艺装备等。

3.2 民机制造工艺装备设计知识标准化表达与关联模型的建立

3.2.1 工艺装备设计知识标准化表达

通过资源分类规范化和资源描述规范化，将获取到的知识以一种计算机可以识别和接受的数据表示结构，有利于各种统计汇总工作的进行，使工艺装备知识能被有效的利用和管理。

3.2.2 民机制造工艺装备设计知识关联模型建立

从不同视角找出各类工艺装备知识内和各类间的内在关联关系。在考虑产品设计过程中不同的工作流阶段所具有的特有性质的情况下，根据工艺装备数据间的映射规则，建立相互间的关联关系，组成一个有机的整体，完成知识在工艺装备设计过程中的传递和转换[3]。

3.3 民机制造工艺装备设计知识的检索与推送技术

3.3.1 知识检索

将自动或利用人机交互方式从工艺装备知识库中检索潜在可用的知识，并根据相似度评价准则进行评估，从中确定若干候选知识，使设计人员可以根据专业迅速定位到所关心的知识，方便用户查找自己所关心的知识。

3.3.2 知识推送

对工艺装备问题描述进行结构化分析，提取出结构化语义信息（如设计案例、设计规则或设计规范等），再将查找得到的多个知识项按照对解决这类问题的有效性进行排序，完成知识的自动推送。

3.4 智能化民机制造工艺装备设计知识集成平台系统开发

构建民用飞机智能化制造工艺装备设计知识集成平台系统，具备工艺装备设计知识的存储、查询、推送和维护等功能，并集成工艺装备设计、工艺仿真、制造执行等系统，实现贯穿飞机工艺装备的设计、制造和经营管理活动全生命周期的知识共享。图1为模拟的应用场景，可通过系统后台访问及调用数据系统的数据，从中获取工艺装备术语、方法参数、材料性能、制造设备等资源。

4 结束语

民机工艺装备设计是一项技术性、经验性非常强的工作，所涉及的范围十分广泛，用到的信息量相当庞大，并与具体的生产环境及个人经验水平密切相关。本文提出的通过构建大数据环境下的民用飞机智能化制造工艺装备设计集成系统，能提供较好的手段和方式来保留设计人员的知识与经验，避免企业知识资源的浪费和流失，同时提高工艺装备设计的效率和自动化水平，具有实际应用价值。

【参考文献】

[1]范玉青.现代飞机制造技术[M].北京航空航天大学出版社，2001.

[2]裘建新，王晰巍，范晓春.协同产品设计中计算机辅助设计系统与产品数据管理系统的信息集成[J].吉林大学学报，2005（05）.

[3]刘文安，乔立红.基于产品数据管理系统的设计制造信息集成[J].机械科学与技术，2005（24）.

[责任编辑：侯天宇]