CAPP知识微服务系统及关键技术研究*

黄志辉 ，焦 祥 ，芦 敏

（无锡职业技术学院，江苏 无锡 214121）

机械制造工艺是将产品从设计到成品的重要环节，对产品质量和制造成本影响都很大。借助CAPP（Computer Aided Process Planning）计算机辅助工艺过程设计，可以有效地提高工艺设计的效率，提升工艺编制的一致性，保证产品质量的稳定性，同时还有助于优化工艺等。CAPP技术作为CAD/CAM技术的重要组成部分，是连接CAD与CAM系统的桥梁，对辅助工艺人员迅速编制出工艺文件缩短生产周期有很大帮助，在制造自动化领域具有重要的地位[1]。随着制造业信息化和计算机集成技术的迅猛发展，CAPP系统得到了更广泛关注，对工艺设计软件在应用上提出了更高的要求。CAPP知识微服务系统是工艺数字化的关键软件工具，将CAPP知识体系智能化集成，对完善的CAPP系统来说是必不可少的，可以实现专业的工艺文件编制及其知识化管理。

1 CAPP知识微服务系统

CAPP知识微服务系统使用的浏览器为Chrome，并以此为平台，软件系统的结构为开放式，用户界面的运行方式主要依靠事件驱动，支持工艺规程的协同编制与管理，主要包括知识库、知识图谱、查询统计、规程编制和协同管理几个模块，CAPP知识微服务系统界面如图1所示。

图1 CAPP知识微服务系统界面

CAPP知识微服务系统通过设计模型获取输入的工艺信息，在知识库和资源库的基础上，再借助于交互式设计方式在关键环节点上提供工艺参考方案。CAPP知识微服务系统的优点在于解决事务性和管理性问题，同时在致力于加强系统智能化工具能力上也有体现，为CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM的集成提供了坚实的基础。CAPP知识微服务系统的总体架构如图2所示。

图2 系统总体架构

2 关键模块技术探讨

2.1 知识库模块

系统知识库主要包含CAPP本体库、CAPP知识库和制造资源库等[2-3]，知识库结构如图3所示。1）CAPP本体的定义有很多种，目前被大家比较认可的是对共享化概念的明确表示和描述，关于本体库的构建方式也有很多种，而且随着数字化的发展，其构建方式也逐渐成熟。本系统中采用的关于本体库的构建方式，是在现有本体构建方法的基础上，充分考虑了机械加工领域CAPP的特点，利用分层次和分步骤双举措的构建方法。2）CAPP知识库的建立，首先要解决的问题就是对知识的获取，同样CAPP知识库的获取也要考虑这个问题。目前工艺知识的存在主要有两种形式，一种是以文本和数据格式存在的显性知识，还有一种是以工艺经验的形式存在而存储在设计人员的头脑里，很显然，前者很容易获取，而后者的获得方式比较困难。建立知识库的作用就是要将知识库中的隐性知识进行显性化。3）制造资源库的主要功能就是将机械加工中的工艺知识进行必要的分类，这样提高知识的获取效率以及方便后续的维护工作。本系统中根据零件的加工过程，对加工中会用到的机床、刀具、夹具、量具等信息进行了分类，这类资源库的信息，可以在软件的后续使用过程中不断完善。

图3 知识库结构

2.2 知识图谱模块

知识图谱技术，它本质上是一种大规模语义网络，是一种将知识库以图谱的形式展现出来，使知识具有可解释性、可推理性，从而使机器具备认知能力，可以实现对现实世界的事物及其相互关系的形式化描述[4-6]。知识图谱的应用服务架构主要由模式层、数据层、方法层、服务层构成。如图4所示，从知识图谱的应用服务架构图中可以看出，模式层与数据层之间的关系为有向图结构，它允许所有层之间进行数据和知识的相互传递和关联；数据层位于第二层，它具有很强的知识检索能力和数据存储能力，知识图谱通过自身设定的知识推送算法，可以很轻松地获得所需要的数据和知识；同时智能化的认知和知识推理的能力也可以帮助该系统获取更多的隐性知识[7-8]。该模块技术为智能制造领域数据及知识的关联性表达和相关性搜索推理问题的解决带来了可能性，因此，其在智能制造的实现过程中扮演着越来越重要的角色。

图4 知识图谱的应用服务架构

2.3 规程编制模块

规程编制模块具有提交审签、结构化编辑、导出、查看、删除、升版、废弃、新建等功能，新建过程自动编号，结构化编制应按照工艺规程模板实现所见即所得的编制。规程编制模块可以根据零件的不同类型，从而制定不同形式的工艺规程文件，虽然工艺文件的内容不同，但是从总体框架的角度看来，其机构是相似的。在设计规程编制模块的界面时考虑到机械加工中不同类型的产品工艺过程，需要对不同类型零件的工艺过程设计一种相对通用的文件模板。在规程编制模板中设置了包括规程设置、新建规程、规程编制等功能，其中规程设置包括管理员准备工具清单、材料清单、防护用品清单等；新建规程包括按专业领域、制造过程、编制单位创建功能；规程编制主要包括工装工具清单、材料清单、详细作业流程、引用文件和版本更改记录。规程编制内容结构如图5所示。

图5 规程编制内容结构

2.4 查询统计模块

查询统计模块是将工艺知识电子化的体现，也是查阅工艺知识的重要途径。电子化的工艺知识里主要包含了手册知识、工艺标准、工艺资源和工艺实例等。设计人员在产品的工艺设计过程中需要经常去搜索和查询，这也是工艺设计软件能够有效提高工艺设计的效率、提升工艺编制的一致性、保证产品质量的稳定性的重要体现。本文介绍的CAPP知识微服务系统的规程查询包括基本查询功能（规程名称或编号、创建时间、编制者等条件进行基本查询），全文检索功能及检索结果导出功能。查询统计功能结构如图6所示。

图6 查询统计功能

2.5 协同管理模块

协同管理模块具有待办任务管理、审签管理功能。协同管理包括提交评审、审签流程管理、待办任务管理、显示审签阶段和审签历史等功能[9-10]。规程审签是按校对、标审、审核、会签、批准流程进行，其中会签包含多个人；每个流程都有同意、驳回和指派他人的操作，在审签过程中，不能进行规程的编辑，当驳回后，才能进行修改。当所有流程都完成后，即完成规程的发布。对已发布的规程，可以进行升版或者废弃。协同管理功能如图7所示。规程的协同管理流程为“新建编制任务”→“任务提交”→“校对”→“标审”→“归档”，从流程图中可以看出，每个前驱节点完成当前任务后都直接继续下一节点的任务，若当前节点任务不能通过，将直接回到“编制”节点。CAPP知识微服务系统中，用户通过点击不同的节点进入到相应的界面。

图7 协同管理流程编制流程

3 结束语

CAPP知识微服务系统的研发，以简洁高效的交互界面，通过CAPP知识库描述不同类型零件的加工工艺文本信息，帮助工艺人员减少研发不同类型产品的工艺时间；同时又能够以图形方式显示零件主要特征，以便对特征进行匹配；能够提供实用、方便的编辑文本信息和图形信息的工具；根据既定的格式生成各种图文混排的工艺文件，加快了工艺参数的确定和作业规程编写速度；同时应用知识图谱服务架构，实现工艺数据的存储管理。