航天产品工艺知识库建设的研究与实践

◎首都航天机械公司 王勇等

航天产品工艺知识库建设的研究与实践

◎首都航天机械公司 王勇等*

近年来，随着新技术的不断发展以及竞争形势的愈加激烈，航天型号研制呈现出产品设计特殊化、制造响应快速化、研制技术数字化等新特点，对于提高型号产品制造效率和质量、确保型号研制成功和交付需求十分迫切。工艺设计工作是航天产品研制过程中的关键环节，其规划与产品制造相关的人员、物料等要素的配置和运转，决定着产品的生产效率、质量和成本，所以开展工艺知识库的建设和应用，促进提高工艺设计的工作效率和质量，对于提升航天型号产品的研制能力具有重要的作用和意义。

目前，国内制造企业的工艺设计广泛应用计算机辅助工艺设计系统，并依托系统应用开展了工艺知识库建设。但由于工艺设计对工艺人员的工程经验及其所在企业的生产条件等因素依赖性很强，且涉及企业的知识产权保护等，所以目前还没有对专业性和适用性较强并能代替大部分人工的工艺知识库进行商品化的推广与应用，使得工艺知识库的建设和应用不够深入。

为此，笔者通过介绍航天产品工艺设计工作中应用的工艺知识类型及知识库模块框架设计，借鉴成组技术理念对典型产品进行分类，并将分类类别属性按一定方式组合后与工艺知识关联映射，形成了工艺知识库，进而实现了工艺设计过程中对工艺知识的检索和利用等。

一、知识库设计

1．工艺知识的范围

从工艺人员开展工艺设计工作的过程和习惯来看，目前应用的工艺知识主要来源于企业内部和外部两大部分。企业内部知识载体或形式包括以往编制的工艺规程、工艺规范、个人工程经验、长期生产形成的工艺质量问题库及相关制造资源、工艺管理制度等；外部知识载体包括公开渠道发布的标准、手册等。

其中，经验类知识对于企业来说是宝贵财富，显性知识通常以工艺规程等形式存在，而隐性知识发掘存在很大困难，只能尽量通过一定方式，如必要的激励机制等将隐性知识显性化；工艺质量问题往往是企业自身问题教训的积累，应作为工艺设计禁忌等知识进行管理和使用；制造资源是工艺过程应用必不可少的硬件资源；工艺管理制度是工艺设计活动遵循的管理规则，如审批要求等。

2．知识库框架设计

设计工艺知识库的内容模块框架如图1所示。根据型号产品研制特点和工艺人员开展工艺设计的工作方式、习惯等，可将典型工艺文件的梳理作为知识库建设重要内容之一。但由于典型工艺文件知识使用具有一定局限性，可将典型产品的加工工艺流程扩充整理为典型工艺流程知识，将具有某一典型结构特征与工艺过程的工艺方法整理为典型工序或工步知识，提炼重要工艺参数或工艺参数确定规则等，形成工艺规则类知识，并作为开展工艺设计工作时不同阶段或进行部分应用的参考。

二、产品分类方法

采用成组技术的相似性原则，对拟纳入知识库中的典型工艺知识所对应的产品特征结构进行分类，然后在两者之间建立映射关系，以供检索使用。结合产品加工特点，可从功能相似、结构形状相似、材料相似、加工精度相似和加工工艺相似等方面进行分类:

功能相似——分析产品本身具备的功能、用途是否相近，通常功能相似的产品往往在某些结构尺寸、特征上具有较大的相似性。

结构形状相似——分析产品的形状和尺寸相似性。形状相似包括产品的基本形状相似，所具有的形状要素相似，以及在产品上的布置形式相似；尺寸相似指产品之间相对应的尺寸相近。

材料相似——分析产品的材料种类、毛坯形式及所需要进行的热处理、表面处理是否相似。

加工精度相似——分析产品的对应表面之间的精度要求是否相似，精度要求通常和加工方法选择产生密切联系。

加工工艺相似——分析加工产品各表面所用加工方法和设备相同，产品加工工艺路线相似，各工序所用的夹具相同或相似等。

根据产品的不同特点，可以从某一或几个方面进行分类，也可针对某一方面如结构进行二次多维度细分等，确定分类属性。

此外，从使用和维护便捷性考虑，通过对不同的分类属性进行组合来确定典型产品或结构。属性组合方式可采取树状结构、链状结构和混合结构3种方式:树状结构为按逐层递进关系分类，上一层与下一层为包含关系；链状结构为各分类属性之间无从属关系，两者是“或”的关系；混合结构是树状结构和链状结构的组合。根据不同的专业知识类型和特点，应灵活采用以上属性组合方式。

三、工艺知识的整理和应用

1．知识整理入库

工艺知识库中的知识整理入库和更新维护是一个动态过程，需制定一个良好的工作机制以确保其长期有效运行。前期集中知识整理阶段的工作主要依靠人工来完成，存在知识点多、工作量大等问题，后续借助企业自主开发的新一代工艺设计系统，在产品分类的基础上对工艺文件的属性、产品加工工艺流程、工序或工步的工艺控制要求、工艺参数以及制造资源信息等进行了模块化、结构化设计改进，待充分验证后直接补充到知识库中，做到将知识的整理工作纳入到日常工艺设计工作流程中。

2．知识评价

工艺知识库检入的知识应经过充分的生产验证，以确保其成熟、可靠。考虑到航天型号按阶段研制、小子样生产的特点，在履行正常的审批和评审程序外，还需对纳入知识库中的工艺知识进行定型鉴定，并经过小批量生产考核。必要时，需对有关工艺知识进行工艺风险分析或评审。

3．知识库的应用

完成知识库建设后，要根据不同的知识分类和管理方式进行不同风格的界面设计，以便工艺人员使用，如针对阀门产品应按结构树展开，辅助采用关键字检索方式来完成。

知识整理入库后，工艺人员通过与工艺设计系统进行集成，能够在工艺设计过程中对相关工艺知识进行检索利用，相关工作流程见图2。

四、后续工作方向

1．完善知识整理激励机制

知识整理工作向来是知识库建设的薄弱环节，特别是对于经验类知识普遍还未建立有效机制来推动知识发掘和进一步的利用工作。因此，结合企业实际，可考虑将个人对企业知识的贡献度与个人技术职务晋升、企业奖惩等活动挂钩，如根据个人贡献的知识条目数量、质量和被使用频度等进行积分，并把积分纳入到技术职称晋升和评比等考核指标中，促进企业广大人员积极主动地提供头脑中的经验知识，深度参与到知识库的建设工作中。

2．探索应用三维特征匹配技术

目前，新型号研制广泛采取三维数字化设计技术，三维模型的大规模应用为利用计算机进行自动识别模型特征、匹配并自动推送相应工艺知识奠定了有利基础。整理知识时，可将产品模型或特征结构模型与典型工艺知识进行关联。工艺人员开展工艺设计时，通过产品的几何加工特征进行匹配，并按照匹配相似度输出关联的典型产品及所关联的典型工艺知识等。

工艺知识库建设是一个长期、复杂的基础性工作，也是对企业未来发展十分有意义的工作，需要企业各方人员高度重视、广泛参与和持续投入。在当今我国大力推行智能化制造技术和企业自身面临竞争激烈的形势下，重视并不断加强知识的积累和复用，对于推动企业技术进步以及未来加快实现智能化制造等发挥着重要作用。▲

*其他作者：田堂振、王永明、么健、王旗胜、亢涛涛