（航空宇航制造工程专业论文）基于实例的飞机组件ao设计技术研究.pdf

西北工业大学硕士学位论文摘要 摘要 在飞机工艺文件编制过程中，装配指令的快速设计是缩短工艺文件编制 周期、提高编制效率的有效途径。本文研究了基于实例的装配指令设计的理 论与方法，深入研究飞机装配指令实例的表示、检索及实例库的创建与维护 等关键技术，研究装配指令相似度计算方法，完成装配指令设计模块的设计 与开发，并以某型飞机的一个组件为对象验证系统的有效性，实现对飞机装 配指令设计的支持。论文的主要研究内容如下： 1 1 提出一种基于实例的飞机组件a o 设计方法，阐述基于实例的飞机 组件a o 设计工作的基本原理。 2 ) 构建飞机的装配指令实例模型。依据飞机零部件装配层次关系对装 配指令实例进行组织，采用面向对象的方法描述飞机装配指令实例 的组织结构；探讨装配指令实例库的创建及数据库存储结构设计。 3 ) 提出一种基于相似度的装配指令实例检索方法。探讨相似度计算问 题，论述装配指令实例的检索流程、实例的相似匹配算法及实例的 相似度计算函数。 4 ) 设计并开发了基于实例的飞机装配指令设计模块，以某型机中外翼 上壁板装配为对象进行应用验证。 关键词：基于实例的推理，装配指令实例，相似度计算，实例预检索，装配 指令 第1 页 西北工业大学硕士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c l r a p i dd e s i g i io f 猫s e m b l yo f d e ri st h ee f f i c i e n ta p p r o a c ht 0s h o n e nm e e s 协b l i s hc y c l eo f t e c h i l i c a ld o c 啪e n t sa n d i m p r o v e t 1 1 ee s 诅b l i s he 仿c i e n c y “r i n g t h ee s t a b l i s hp r o c e s so fa i r p l a i l et e c i l l l i c a ld o c u m e n t s t h i sp a p e rm a k e sr e s e a r c h i n t ot l l em e t l l o d 0 1 0 9 yo f 豁s e m b l yo r d e rd e s i g l lb a s e do nc a s e t h ek e y t e c t n l o l o g y s i l c ha sr e p r e s e n t a t i o na n ds e a r c h i n go f t h ec a s e ，e s t a b l i s ha 1 1 dm a i n t e n a l l c eo f t l l e c a s e - b a s ei sl u c u b r a t e d t h ec o m p u t i n gm e t l l o do fa s s e m b l yo r d e rs e m b l a n c e 主s s t u d i e d ，出ed e s j g na n dd e v e l o po f 1 ea s s e m b l yo r d e rm o d u l ei sc o m p l e t e d a n da c o m p o n e n to fac e n a i na i r p l a n ei st a k e na s a 1 1e x a m p l et ov a l i d a t em es y s t e m ； c o n s e q u e n n y t l l es y s t e mc o u l ds u p p o r t 也ed e s i g i l0 ft h ea i r p l a l l ea s s e m b l yo r d e l t h em a i nc o n t e mo f t l l ep a p e ri sa sf o l l o w s ： a na s s e m b l yo r d e rd e s 培nm e m o d o l o g yb 鹊e do nc a s ef o ra i r p l a n ep a r t so r c o m p o n e n t s i s p r e s e n t e d ，a n dt h eo p e r a t i n gp r i n c i p l e0 ft h em e t l l o d o l o g yi s e x p a t i a i e d f u n h e r ，t h et h e o r e t i c a ls y s t e mi se s t a b l i s h e d t h ei n s t a n c em o d e lf o ra i r p l a r i ea s s e m b l yo r d e ri sc o n s t r i l c t e d ；t h ea s s e m b l y o r d e ri 1 1 s t a n c ei so 唱a n i z e da c c o r d i n gt ot h ea s s e m b l yl a y c rr e l a t i o n so fa i r p l a n e c o m p o n e n t s ；a i l dm eo 唱a i l i z a t i o ns t n l c t u r eo ft 1 1 e 髂s e m b l yo r d e ri n s t a n c ei s r e p r e s e n t e db yo b j e c to r i e n f e dm e m o d t h ee s t a b l i s h m e n to f t i l ec a s e - b a s e 锄dt h e s t o r a g eo 玛a l l i z a t i o no f t l l ed a t ab a s ea r er e s e a r c h e d as e a r c h i n gt c c h n o l o g yf o r 勰s e m b l yo r d e ri 1 1 s t a i l c eb a s e do ns e m b l a n c ei s p r e s e n t e d ；t h ec o m p u t a t i o no f t h es e m b l a n c ei ss t u d i e d t h es e a r c h j n g o c e s s ，t 1 1 e s e m b l a n c em a t c l l i n ga l g o r i t l l m 柚dt h es e m b l a n c ec o m p u t i n gf h c t i o nf o r a s s e m b l yo r d e ri n s 诅n c ea r e 咖d i e d a n dt l l eu p p e r 、a np a n e lo fac e n a i na i r p l a n e i st a k e n 勰a i l “锄p l et 0v a i i d a t em ea i g o r i m m n ed e s i g nm o d e lf o ra i r p l a n ea s s e m b l y0 r d e rb a s e do nc a s ei sd e v e l o p e d ； a l l dt h ea r c h i t e c t u r ea i l dt b eo p e r a t i n gp r o c e s so ft h em o d e la r eb u i l ti l p f o ft h e k e yt e c h n 0 1 0 9 yf e s e a r c ho ft 1 1 i sp a p e r ，t h ed e s i g na 1 1 dd e v e l o p m e n to ft h em o d e l a r ec o 】【p l e t c d 、v i mc a ar a d ew h i c hi st l l es e c o n d a r yd e v e l o p i n gt o o lf o r c a t i a a n df i n a l l y ，t h ea p p l i c a t i o no ft h em o d e li sv a l i d a t e dw i t ht h cu p p e rw a l l p a n e lo f a c e n a i na i r p l a n ea sa ne x 锄p l e 第1 i 页 西北工业大学硕士学位论文 a b s n a c t k e yw o r d s ： c a s eb 船e dr c a s o n i n 岛a s s e m b l yo r d e ri l l s t a n c e ，s e m b l a n c e c o m p u 扭t i o n ，1 1 1 s t 柚c ep r e s e a r c l l ，a s s e m b l yo r d e r 第m 页 西北工业大学业 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作 的知识产权单位属于西北工业大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复 印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编 八有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西北工业 大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：张 指导教师签名 2 砰歹月弦日 垃 加7 年；月工日 i 西北工业大学 学位论文原创性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人郑重声明：所呈交的学位论文，是 本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的 内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研 究成果，不包含本人或其他已申请学位或其他用途使用过的成果。对本文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。 本人学位论文与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 学位论文作者签名：邈 聊7 年j 月矽日 西北工业大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 【内容提要】综述飞机装配指令设计技术与基于实例的推理技术的研究及应用的 发展现状论述基于实例的飞机装配指令设计工作的研究意义和本文的主要研究 内容 1 1 引言 随着计算机技术、信息技术和自动化技术的蓬勃发展，数字化是制造业 的新发展方向。飞机制造作为制造业中的一个重要组成部分，也正向数字化、 信息化及设计制造试验一体化的方向发展。在国外，以b o e i n g ( 波音) 、a i r b l l s ( 空中客车) 为代表的航空业两巨头，基本实现了飞机的数字化设计、制造。 通过实施飞机数字化制造工程，使得飞机研制周期缩短5 0 ，出现问题减少 5 0 ，成本降低2 5 ，极大地提高了客户的满意度【l j 。在国内，各飞机制造 企业都正向飞机数字化制造方向发展，并且已经取得了一定的成就。目前飞 机制造数字化技术主要应用在飞机的数字化设计和数字化加工上，在飞机装 配过程中数字化技术应用的较少。 飞机制造不同于一般机械制造，飞机的装配和安装工作在飞机制造中占 有重要的地位，占整个飞机制造总劳动量的5 0 6 0 1 2 】。飞机的装配和安装 不仅劳动量大。而且质量要求高、技术难度大。因此，提高飞机装配和安装 的技术水平，在飞机研制和生产过程中具有重要的意义。 目前国内飞机装配仍沿用传统手段，装配工作的机械化和自动化程度较 低，手工劳动所占的比重大，劳动生产率低，种种缺陷导致了飞机的装配工 作成为制约飞机研制周期和制造质量的决定性因素之一。国外飞机研制的经 验表明，数字化集成设计制造技术是缩短飞机研制周期、降低研制成本、提 高产品质量的有效途径。装配指令( a s s e m b l yo r d e r ，a o ) 数字化设计就是其 重要的一环。在飞机制造企业，a 0 是工艺部门根据工程设计要求、工厂工 艺技术水平和质量保证的要求，编写的生产性工艺文件。用于装配性质的生 产单位下达生产任务、指导工人生产和填写质量记录。主要叙述工作任务、 依据及过程控制要求。 通过分析飞机制造的特点，可以发现：目前国内外飞机设计多为改型设 计，相同机型的飞机在结构上具有很大的相似性，飞机的主要零件、组件、 段件、部件及其之间的装配关系基本上是相同的。改型设计时，结构上只作 第1 页 西北工业大学硕士学位论文第一章绪论 局部的调整和修改或在技术上采用新的技术，如采用新式发动机、新型结构 材料等。结构的相似性决定了其a 0 具有很大的相似性，相同型号飞机的零 件、组件、部件的装配工序、装配工步、装配方法、装配工装等工艺知识具 有很大的相似性，在设计新的零件、组件、部件的a o 时，只需对原有的知 识、依据设计要求稍作修改和组织就可以德到需要的a o 。然而目前a o 的设 计缺乏对原有知识和经验进行有效的组织和再利用。因此，本文对原有a o 知识的重用技术进行研究。 1 2 研究现状与分析 1 2 1 飞机a o 设计技术的研究与应用现状 国外利用计算机辅助技术进行飞机装配工艺的研究开展的较早。 l 0 c k h e e d 公司在上世纪8 0 年代初期成功开发了一个飞机装配工艺规划的 专家系统g e n p l a n 系统 3 l 【4 l ，该系统是基于成组技术进行开发的，并且 成功地应用到些机型的装配工艺编制上。但经验表明利用成组技术进行计 算机辅助装配工艺技术的研究是相当困难的，继g e n p l a n 系统之后，再没 有类似的新系统。目前，国外对飞机装配的研究集中在：1 0 0 数字化产品定 义d p d ( d 晒t a lp r o d u c td e f i n j t i o n ) 、数字化预装配d p a ( d i g i t a lp r e a s s e m b l y ) 和并行产品定义c p d ( c o n c u r r e n tp f o d u c td e f i n i t i o n ) 。在波音公司的先进制造 体系中已经不存在a o ，取而代之的为制造计划m p ( m a n u f a c t u r i n gp l a n ) ，在 产品协同设计组i p t ( i n t e g r a t e dp r o d u c tt e a m ) 进行装配控制码a c c ( a s s e m b l y c o n t r 0 1c o d e 、划分后就对工艺规程( 包括a o 、f o 等) 进行编制1 5j 。但由于 我国目前的飞机研制的工艺水平与管理理念还不能达到国外先进飞机制造企 业的标准，在这种情况下，a 0 和f o 等仍应予以保留。与此同时，各国航空 航天领域所应用的先进工艺与技术都处于高度保密状态，难以实现技术的共 享。 国内，西北工业大学王建旗在飞机装配a 0 系统研究与开发一文中 提出结合西飞公司装配生产线的数字化建设的需求，应用先进的数字化制造 技术，面向对象技术、工作流管理技术、数据库技术、条形码技术等对a o 系统进行研究和开发【6 】。西北工业大学高强在飞机制造工艺信息集成系统 关键技术研究中提出通过数据库技术和条码技术的支持下，对a o 工艺信 息进行编码并将条码打印在a o 卡片上，在生产环节开始与结束时，用生产 线终端扫描a 0 卡片上的条码，在数据库中改变组件的状态，以标示生产的 开始，检验人员在零件检验后，通过扫描a o 条码，在终端机上输入检验信 第2 页 西北工业大学硕士学位论文 第一章绪论 息，实现a o 过程信息的电子化，以达到制造过程信息集成【刀。综合以上国 内研究现状，国内a o 研究主要面向装配过程监控、检查，而没有就其本身 的a o 数字化设计进行研究。 1 2 2 基于实例的推理技术 传统的推理观点是把推理理解为通过因果链( 如规则链) 导出结论的一个 过程。许多专家系统使用的就是这种规则链的推理方法。基于实例推理 ( c a s e b 嬲e dr e 签o n i n g ，简称c b r ) 则是另一种不同的观点，它使用的主要知 识不是规则而是实例，非常适合应用于系统己存在大量历史数据、专家通过 实例来描述这些数据的领域，以及问题未被完全理解，可用的领域知识很少， 系统中有很多例外的规则的情形。基于实例的推理符合人们的认知心理过程， 反映了人类认知过程中根据过去的经验和方法进行推理求解，从失败和成功 中进行学习的特征。由于c b r 技术具有易学易用，知识获取容易，适应性强 等优点，受到人工智能研究者的高度重视，是人工智能领域新兴的一种重要 的推理技术。 1 2 2 1 基于实例的推理技术的发展 c b r 是人工智能领域中较新崛起的一种重要的基于知识的问题求解和学 习方法【8 】。它是一种类比推理，其核心在于用过去的实例和经验来解决当前 的问题【9 1 ，它在很大程度上符合专家迅速、准确地求解新问题的过程。 美国耶鲁大学r o g e rs c h a n k 教授1 9 8 2 年在其著作动态记忆中研究关 于动态记忆和场景回忆在问题求解过程中的核心作用。其思想被他的一些学 生所推广，在法律、医学等领域的成功应用，证明了c b r 思想的可行性和实 用性。所以目前大多数a i 研究学者认为，c b r 真正起源于s c h a l l k 的著作中 的直接定义。 1 9 7 7 年，s c h a i l l 【教授在研究认知科学的过程中，提出了知识表示脚本的 概念1 1 0 1 ，这个时期对情景记忆加以模拟的研究主要是在自然语言理解领域， 而此时基于规则的专家系统表现出越来越明显的缺点，基于实例的推理作为 克服基于规则系统不足的新选择，在8 0 年代迅速得到发展。1 9 8 2 年，s c h a n k 提出的以记忆组织包为核心的动态记忆理论被认为是人工智能领域中最早的 关于c b r 的思想【1 1 1 。另一类相对独立的研究，如类比推理研究【1 2 】，哲学和 心理学研究中的概念形式理论及问题求解和经验学习理论【1 3 1 ，也对早期的 c b r 思想产生了影响。 第3 页 西北工业大学硕士学位论文第一章绪论 当时，这种新的问题求解与学习方法被s c h a i l l 【教授的一些学生所推广。 t 9 8 3 年，j a n c k o i o d n e r 领导开发了第一个基于事例的推理系统c y r u s ， 实现了s c h a n t 芽作中的许多思想。在c y 烈j s 的事例记忆模型基础上，耶鲁 大学、佐治丑产院和t 省大学的研究人员在法律、烹调和医药等领域中又 构造了一些c统，m e d i a t o r1 1 4 】，p e s u a d e r l l5 1 ，c h e f 【1 6 】，l i a f l 7 】 和c a s e y 【1 龇 进八9 0 年代，人工智能的理论进入了一个相对稳定的阶段，其发展更注 重应用方面。随着c b r 技术的之步成熟和推广，涌现了大量的c b r 系统， 广泛应用于商贸、医疗诊断、法律v 浍、工程设计、系统诊断、软件工程等 领域。如表1 1 【1 9 】所示。 l 领域系统功能 与 帮助人类专家实 采用实例和规则推一，j 冲突芏行分类并提出 r e f i n e r现领域知识的提 知识 消解方法 取 获取 g e n e r r 泛化实例、精化知实例表示为特征表，系统从特征表中提取共性 a l i z e r 识库、挖掘新知识 特征，组成源实例库的一个抽象层次 流程分解、检索、差异分析，应用，修正和泛 j u d g e司法判决 化五步，解释过程形成索引 法律 工作场所外，工人采用蔽则和分类样本实例进行新实例分类。用 g r e b e 受伤害的法律条 语义网络表示实例基于样本的推理，评判相似 文解释性等 。 自然 对人、动物异常死采用解释实例库替换新问题发生的实际环 语言s w a l e 亡现象的解释 境，找出合理的解释 理解 建筑缺陷预测，提 p a k a r 将文本信息与c a d 图纸相结合 出补救措施 诊断 根据病人症状，构造因果网，产生病因与病症 c a s e y 心脏疾病诊断 的中间状态。并诊断心脏病 第4 页 西北工业大学硕士学位论文第一章绪论 将当前问题分解为必要约束和成本约束，利用 j u l l a 菜单设计 约束满足进行旧实例的修改 将对设备设计要求的抽象描述转化为能对一 c a d e t 机械辅助设计系列满足设计觌范的设计方案进行检索和生 成的描述 a r c h m 建筑概念设计 分类进行实例信息描述：设计目的、计划、目 设计 标及约束满足的程度 基于实例的电路 k r i t l k 将m b r ( 电路模型) 与c b r 结合 设计 基于实例的机械 采用黑板结构作为系统框架，分类树定义距离 f i r s t 再设计 表示相似程度，类比变换进行实例改写 将新问题分解为熟悉的子问题，结合c b r 与 o p a n 口 电路设计 m b r 复杂产品加工工 采用动态记忆结构进行实例存储，层次化基于 计划 t o j n e c 实例的计划方法，分为三极端递增式相似实例 艺计划 检索 近年来，c b r 的研究和应用开发在亚洲等国家也得到了重视，如印度l 硎、 中国【2 ”、日本【2 2 】等。 人们常采用基于实例的推理来提高解决问题的效率。例如，医生给病人 看病时，总是回忆以往有类似症状的病例，参考原有的病例对新病人做出相 应的诊断。事实上，基于实例的推理在人类的各种活动中都普遍存在，人们 擅长并普遍使用基于实例的推理，正因为如此，c b r 已成为a i 领域中一项 重要的解决方法与技术口3 】【2 4 j 【2 5 】【2 6 j 【2 7 1 。 1 2 2 2 基于实例的推理过程 基于实例的推理的基本思想是把以前的实例按一定的方式组织起来，存 储在实例库中，在设计新产品时，通过检索实例库，找出与新问题相似的一 个或几个实例，当被检索的实例与新问题的情况相似但不一致时，可在旧的 实例基础上作适当的调整和修改，以满足新的情况并获得问题的解。 a a m o d t 和p l a z a 将一个基于实例的产品设计推理和学习过程概括为以下 第5 页 西北工业大学硕士学位论文第一章绪论 四个阶段1 2 7 】： s t e p l ： 从实例库中检索出与查询实例最相似的实例或实例集； s t e p 2 ：把s t 印1 获得的实例( 或实例集) 中的信息和知识复用到新的设 计问题上： s t e p 3 ： 修正所建议的解答； s t e p 4 ： 把获得的实例存储到设计实例库中，以备将来使用。 目 图1 1 基于实1 列的推理工作原理 如图1 1 所示，通常一个待解问题描述被定义为一个新实例，这个新实 例用作检索条件从实例库中检索出一个相似的实例，通过实例复用，检索到 的实例与新实例结合成一个包含解答部分的新实例，即待解问题的一个解答 建议。然后对这个解答进行测试：在具体任务领域中，通过评价函数测评， 如果失败则对其进行修改，然后再对其进行测试。最后，有价值的经验被 保存起来，通过学习新实例或修改一些现存实例来扩充和修正实例库。 1 3 研究意义 基于实例的技术应用在飞机a 0 设计过程中，将充分利用前人总结的知 识和经验，寻找符合需要的最优方案，它是提高飞机产品设计效率，减少设 计时间的有效手段。a o 设计方案的制定是一个非常复杂的问题，特别是对 于飞机装配这样的产品结构复杂、需要多专业综合的系统工程来说，其a 0 设计方案的制定问题更为复杂和困难，实例的应用能够适应其中几个很突出 第6 页 西北工业大学硕士学位论文 第一章绪论 的需求： 1 ) 当前国内外飞机设计多为改型设计，相同机型的飞机在结构上具有很 大的相似性，飞机的主要部件、段件、组件及其之间的装配关系基本上是相 同的。结构的相似性决定了工艺方法具有很大的相似性，相同型号飞机的部 件、组合件的装配工序、装配工步、装配方法、装配工装等工艺知识具有很 大的相似性，在设计新的部件、组合件的装配指令时，只需对原有的装配指 令知识依据设计要求稍作修改和组织就可以得到需要韵装配指令方案。利用 以往成功的知识和经验不仅可以大大提高装配设计的效率，而且减少了飞机 研制的风险，提高了飞机制造、装配约成功率。 2 ) 我国航空工业发展已有多年，已经形成了自己独特的生产模式和有效 豹分工合作机制，积累了大量的可行装配生产经验。飞机a o 设计技术借鉴 、一些经验，可以保证通过基于实例的飞机a o 设计方法得出的飞机a o 方案 能够适应这些企业特有的基础而且具有工程上的优良性。 综上所述，对具有复杂结构的飞机产品，基于实例的飞机a o 设计技术 是进行装配工步设计的基础，为工艺设计人员提供一个快速准确获取产品装 配工步装配指令的工具。知识在飞机a 0 设计中的渗透，促进了知识理论的 发展和应用，同时提高了工艺设计人员在装配指令设计时的效率。为了保证 产品的实际装配指令设计可行并增强知识经验重用，提高装配设计效率，减 少装配设计错误，对基于实例的技术应用在飞机a o 设计技术进行研究，同 时具有理论和实践意义。 1 4 选题背景与研究内容 本论文以十一五总装预研项目“”为背景开展研究工作。 论文系统地提出基于实例的装配指令设计的理论与方法，对飞机装配指 令实例的表示、检索及实例库的创建与维护等关键技术进行深入的研究。在 理论研究的基础上，开发了基于实例的装配指令设计支持系统，有力地支持 飞机的装配指令设计工作本文研究的主要内容包括： l 、基于实例的装配指令设计方法 将基于实例的推理技术与飞机装配指令设计工作结合起来，提出基于实 例的装配指令设计方法，该方法通过重用以往的装配指令实例来辅助新的飞 机装配指令设计，涉及的关键技术包括装配指令实例的表示、检索及实例库 第7 页 西北工业大学硕士学位论文 第一章绪论 的创建与维护等工作。 2 、装配指令实例的表示 装配指令实例的表示是基于实例的装配指令设计的基础。本文构建飞机 的装配指令实铆模型，依据飞机零部件装配层次关系对装配指令实铆进行组 织，采用面向对象的方法描述飞机装配指令实例的组织结构：对抽象知识的 提取和模糊知识的表示遣行研究，实现对查询实例和装配指令实例的结构化 表示。 3 、装配指令实，州的检索 将最近邻域方法与归纳推理方法结合起来，捉吧种基于相似度的装配 指令实例检索方法。通过查询实例属性与库存实例属上的相似度的加权和计 算查询实例与库存实例的相似度，并通过模糊综合评价得氩夯询实例的破，l 匹配装配指令实例。对两个对象的相似河题进行研究，分析不同类型的刘象 间的相似度计算方法，通过量化处理解决模糊问题的相似度计算问题 4 、基于实例的装配指令设计支持系统 开发基于实例的装配指令设计支持系统，通过重用以往的装配指令实例 来辅助新的飞机装配指令设计。系统包括装配指令实例管理和实例调用两个 功能模块，用飞机上的典型实例验证系统的有效性。 第8 页 西北工业大学硕士学位论文 第二章基于实例的飞机组件a o 设计理论体系 第二章基于实例的飞机组件a o 设计理论体系 【内容提要】提出一种基于实例的飞机组件a o 设计方法，阐述基于实例的飞机组 件a o 设计工作的原理 2 1 引言 根据设计活动的基本特点和实际应用情况，制造行业中的产品设计活动 一般可以分为以下3 种类型【2 9 】：创造性设计、适应性设计和改型设计。而在 企业实际的设计上作中，大量存在的是改型设计。改型设计，可以大大地提 高设计的速度和质量，同时可以重复使用企业已有的资源，使企业在日益激 烈的市场竞争中满足用户不断变化的要求。目前，对改型设计问题的个有 效、快捷的解决方法，是采用知识重用技术。 现有的知识重用的方法有：基于参数化的方法、基于知识工程的方法、 基于人工神经网络的方法及基于实例的推理等3 e 】f 3 n 。目前，飞机工艺设计部 门在进行飞机组件装配指令设计时，以往a o 中包含的工作任务j 依据及过 程控制要求等信息在经过实践检验符合设计和工程要求后，这些信息就作为 实例按照一定的数据结构保存下来，形成实例库。在研制新机型或改型设计 时，这些实例可以作为重要的a o 设计参考知识。基于实例的推理( c a s e b a s e d r e a s o n i n 舀c b r ) 技术可以从实例库中抽取与新祝型部件、段件、组合件装配 过程要求相符合或相似的装配指令信息，供新机型部件、段件、组合件装配 指令设计使用或参考。因此，本文将基于实例的推理技术和装配指令设计工 作结合起来，提出一种基于实例的飞机组件a o 设计方法，使用以往装配指 令设计的设计结果来解决新的装配指令设计问题。 2 2 基于实例的装配指令设计原理 2 2 1 装配指令实例与查询实例 基于实例的装配指令设计旨在充分应用过去的装配指令设计结果和经验 来指导新的装配指令设计问题，快速高效地设计出符合装配过程需求的合理 可行的装配指令。将装配指令设计的结果工作任务、依据及过程控制要 求等知识和经验以一种结构化的形式进行组织，形成装配指令实例。 定义2 1 【装配指令实例】，装配指令实例是在满足特定设计要求下所获 得的装配指令设计结果的结构化组织形式，可表示为 第9 页 西北工业大学硕士学位论文第二章基于实例的飞机组件a o 设计理论体系 c 。= 。口。 ，七= l ，2 ，m 。其中巳表示装配指令实例；甩表示q 所包 含属性的个数；m 为当前实例库中的实例数；口。( f = 1 ，2 ，h ) 是实例c 。的属 性，当它是单值时，可表示为一个二元向量组舶= ( p ，x f ) ，i - 1 ，2 ，以，其中p 表示属性名，m 表示属性值，当( j = 1 ，2 ，功是一组数据的集合时，它可以 用结构体、类等数据结构来表示。 装配指令实例是具有特定数据结构的数据集，装配指令设计的设计要求、 设计条件是一些零散的数据，将这些数据以一种与装配指令实例对应的结构 进行组织，形成查询实例。 定义2 2 【查询实例】，查询实例是飞机装配指令设计过程中所需设计要 求的集合，它反映了产品装配指令设计所提出的要求，可表示为 c o = ( 口口0 2 口。，) 。其中c o 表示查询实例；z 表示c o 包含的属性的个数； 。( f = 1 ，2 f ) 是c 0 的属性，可表示为一个三元向量组 口o 。= ( p j ，w ，x ，) ，f = 1 ，2 ，z ，其中p 。表示属性名w f 表示属性的权值( 权值 表示该属性在设计工作中的重要程度，权值越大，该属性越重要，且 y m = 1 ) ，x 表示属性值。 = 从定义2 1 、2 2 可以看出：( 1 ) 装配指令实例是装配指令设计结果的结 构化组织，查询实例是装配指令设计的设计要求的结构化组织：( 2 ) 装配指 令实例包含”个属性，而查询实例包含，个属性，且z h ；( 3 ) 查询实例的 每个属性均设定一个权值。 2 2 2 基于实例的装配指令设计过程 基于实例的装配指令设计推理过程如图2 - l 所示。查询实例是进行实例 检索的条件，依据查询实例用户可以从装配指令实例库中检索得到查询实例 的相似实例；通过实例复用，生成一个装配指令设计的解答；如果该解答完 全满足设计要求，则该解答就是一个可用的装配指令实例，将该解答输出给 用户，并且当该解答是一个新的装配指令实例时将该解答保存到装配指令实 例库，推理完成；如果该解答不完全满足设计要求，则进行实例的修改使其 满足设计要求。 第1 0 页 西北工业大学硕士学位论文第二章基于实例的飞机组件a o 设计理论体系 图2 1 基于实例的装配指令设计推理过程 问题描述 问题描述是基于实例的装配指令设计的起点工作，它明确地描述了用户 的设计需求，对装配指令设计来说主要包含以下几方面的问题：设计对象的 类型、代号、连接类型、定位夹紧方法、零件厅二装配体数、装配准确度等。 实例描述可以表示如下： 实例描述= 实例类型，实例代号，连接类型，定位夹紧方法，零件子装配体数，- ) 生成查询实例 当设计人员在交互式界面输入设计需求以后，系统根据相应的算法生成 查询实例，查询实例是问题描述信息的结构化表达，它既反映用户的设计需 求又是进行实例捡索的依据。 实例索引 实例索引的目标是提供一种装配指令实例的搜索机制，使得在实例的检 索过程中能够快速找出符合设计要求的实例或实例集。一个实例的索引就是 这个实例的重要关键字的集合，这些关键字可以将这个实例同其他实例区分 第l l 页 西北工业大学硕士学位论文 第二章基于实例的飞机组件a o 设计理论体系 开来。检索算法应该能够使用实例索引在满足时间约束的前提下找出合适的 实例。实例索引工作的主要任务包括：选择什么类型的索引、如何定义索引 词汇表、如何构建索引的搜索空问等。 实例检索 装配指令实例的检索指以查询实例作为检索条件根据搜索算法从装配指 令实例库中检索与查询实例较相似的一组实例，根据相似度要求和实例库中 实例数量的不同，可能能够检索出来多个相似实例也有可能不存在相似的实 例。基于实例的装配指令设计的成功取决于装配实例的高效检索，如果检索 开销过大，或者检索出的实例不合适，实例检索和修改的花费将抵消实例推 理的许多优点。在实例推理中，高速、有效地完成实例的检索是十分重要的， 检索要达到两个目标：一是检索出来的实例尽可能的少；二是检索出来的实 例应尽可能与查询实例相关或相似。装配指令实例的检索任务包括特性鉴别、 初始匹配、搜索和选择等子任务 s 】。 实例修改 一般通过实例复用得到的装配指令设计的解答都不能完全满足设计要 求，与查询实例完全匹配，因此需要对装配指令进一步进行修改使其完全满 足设计要求。装配指令实例的修改是一个依据查询实例修改装配指令实例的 过程，基于实例的装配指令设计提供一个或多个候选装配指令实例来支持实 例的修改。目前，实例修改的方法有( 1 ) 参数调整：根据不同的输入参数会 导致不同的输出结果的肩发性方法，对旧解答的数值参数进行调整；( 2 ) 局 部搜索：提供了一种通过搜索辅助的知识结构来替换那些不合适新情况的值 或结构的方法；( 3 ) 常识转化：使用常识启发性知识对一个解答的成分进行 替换、删除、添加操作；( 4 ) 特定目的的修改和修补：通过基于规则的产生 式系统给出领域特定的适应性修改和修改结构的适应性修改。 实例保存 实例保存是把新实俪中有意义的部分保存到装配指令实例库中。它包括 从实例中选择哪种信息进行保存，以什么形式保存，为新实例建立哪些索引， 如何建立这些索引，如何存储新实例等。 2 3 本章小结 本章对基于实例的装配指令设计的理论方法进行研究，阐述了基于实例 第1 2 页 西北工业大学硕士学位论文 第二章基于实例的飞机组件a o 设计理论体系 的装配指令设计工作的原理。 第l ，页 西北工业大学硕士学位论文 第三章装配指令实例的表示与存储 第三章装配指令实例的表示与存储 l 内容提要l 构建飞机的装配指令实例模型，依据飞机零部件装配层次关系对装 配指令实例进行组织，采用面向对象的方法描述飞机装配指令实例的组织结构： 探讨装配指令实例库的创建及数据库存储结构设计 3 1 引言 基于实例的装配指令设计包括实例表示、实例检索、实例调整及实例库 的维护等关键技术，其中装配指令实例表示是实例检索和推理的基础，是基 于实例的装配指令设计的首要问题。装配指令实例的表示确定实例的表示方 法和组织结构，实例的表示方法和组织结构直接影响到基于实例的推理的效 率和准确度。装配指令实例的表示问题主要包括确定装配指令实例包含的内 容，选择描述实例的合理结构，确定高效的实例组织方式，及实现与深层领 域知识( 包括推理知识、辅助知识、相似性判别知识、调整知识等) 的集成 等删 3 钔。 本文采用面向对象的方法表示装配指令实例，依据飞机装配体的零件子 装配体数、装配方法等组织实例，构建了装配指令实例模型。 3 2 装配指令实例模型 装配指令实例模型是一个能完整、正确表达与工作任务、工作依据及过 程控制要求相关信息的结构化的信息集合，它存储了特定装配指令设计的结 果。装配指令实例模型包含三部分内容：( 1 ) 装配指令实例的组织结构( 图 3 1 ) 。它表达整机、部件、段件、组件装配指令实例之间的层次关系，是装 配指令实例模型的主框架。依据飞机的装配层次关系可将装配指令实例分为 整机装配指令实例、部件装配指令实例、段件装配指令实例和组件装配指令 实例几种类型。( 2 ) 实例指令信息组织方案( 图3 ，2 ) ，是描述实例所包含的 内容及其之间关系的一组信息的集合。( 3 ) 实例装配方案( 图3 3 ) ，是描述 实例的装配信息，主要涉及到零部件的连接类型、配合方法、定位方法及定 位关系等内容。- 第1 4 页 西北工业大学硕士学位论文 第三章装配指令实例的表示与存储 图3 1 装配指令实例的组织结构圈 图3 2 实例指令信息组织方案 实例装配方案 装夹与定位操作 配合与连接操作 配合类型连接类型 定位方法 配合类型 定位基准连接件 工夹具装配特征 图3 3 实例装配方案 第1 5 页 西北工业大学硕士学位论文 第三章装配指令实例的表示与存储 3 ，2 1 装配指令实例的组织结构 从飞机的装配过程来看，任何产品都是按照装配工步进行层次组合。装 配即是“装”和“配”：“装”是合并，是数量的增加；“配”则是合并的条件， 即约束，是相互位置关系的确定p 5 1 。对于每一装配工步来说，两个或两个以 上的装配单元按照一定的约束关系串行或并行地装配在一起，形成上一级装 配单元。装配指令实例就是依据这种层次关系组织起来的，装配指令实例的 组织结构表达整机、部件、段件、组件装配指令实例之间的层次关系，它可 以采用装配树的数据结构进行描述。在装配树中，根节点表示全机装配指令 实例，叶节点表示组件装配指令实例，其余节点表示部件、段件装配指令实 仍i 。 3 2 2 实例内容组织方案 在飞机制造企业，装配指令是工艺部门根据工程设计要求、工厂工艺技 术水平和质量保证的要求，编写的生产性工艺文件。用于装配性质的生产单 位下达生产任务、指导工人生产和填写质量记录。主要叙述工作任务、依据 及过程控制要求。“工作任务”是目标，“依据”是完成任务时必须遵守的法 则( 主要为产品设计要求) ，“过程控制”是完成任务所采取的必要控制手段。 所以必须将“工作任务”、“依据”与“过程控制”的相关信息进行整理组织。 其内容应包括以下几部分： 1 产品图样、技术条件、生产说明书、典型工艺规程、操作程序等： 2 装配基准、定位夹紧方法、装配连接顺序； 3 加工试验方法、工艺参数； 4 使用的工艺装备、工具、量具、设备、仪器及其使用方法，装配元件 的技术状态； 5 工序检查、总检安排及其检验方法、内容、要求，检验所需仪器设备： 6 使用的零组件、成件、标准件、材料等； 7 批、架次，工作日期，检验实验项目和检验记录。 3 2 3 实例装配方案 装配过程可以分解为装夹、定位和装配操作三个步骤，包含选择装配基 准及装配的工装夹具、选择定位方法及定位件、选择连接方法及连接件等工 第1 6 页 西北工业大学硕士学位论文 第三章装配指令实例的表示与存储 作。实例装配方案描述了与装配过程相关的装配信息，主要涉及到零部件的 连接类型、配合方法、定位方法及定位关系等内容【3 6 1 。 ( 1 ) 定位方法 实例的定位信息包括该实例对应的装配单元在进行装夹时使用的定位方 法和定位关系等信息。装配定位方法指确定装配单元中各组成元素相互位置 的方法。常见的定位方法见表3 1 。 表3 - 1 常见的定位方法 定位方珐 描述连用 基准零件 i ，有配合关系的、尺寸或形状相一 以基准零件为基准，装配其它零件致的零件之间的装配；2 、与其他定 定位法 位方法混合使用。 划线定位 在选定的基体零件上，按照图样尺寸 l 、新机研制时尽可能采用；2 、成 划出待装零件的定位关系线，依据定 批生产时，简单的、易于测量、准 法 确度要求不高的零件定位；3 、作为。 位关系线进行装配。 其他定位方法的辅助定位。 装配孔定 在待装配的零件上打孔，两个零件用 单曲度，平滑双曲度壁板中蒙皮、 装配孔确定其相对位置，装配孔的数 位法长桁、框的装配 量不少于两个。 坐标定位孔分别配置在确定零件正确l ，单曲度，平滑双曲度壁板中蒙皮、 坐标定位 位置的型架及零件上，而装配孔是配长桁、框的装配；2 、内部加强件的 孔定位法 置在相装配的两个零件上。定位。 基准定位孔是配置在相装配的两个组 基准孔定合件、板件，或者段件上，而装配孔 1 、平面组合件非外形零件的定位； 位法 是配置在相装配的两个零件上。所以2 、组合件与组合件之间的定位。 基准孔定位是装配孔定位法的推广。 装配型架该方法是多种定位方法的综合，装配 应用广泛的定位方法，能保证各类 ( 夹具) 定型架上有定位孔、挡块、定位件，也 构件的装配准确度要求 位法 可能有基准定位线。 定位方法是保证产品图样和技术条件要求的前提下，综合考虑了操作简 第1 7 页 西北工业大学硕士学位论文 第三章装配指令实例的表示与存储 单、定位可靠、质量稳定、开敞性好、工艺装备费用低和生产准备周期短等 因素之后选定的。 ( 2 ) 定位关系 装配工艺基准指在飞机装配过程中用一些点、线或面来确定其他点、线、 面的相对位置，依据功能装配工艺基准可以分为定位关系、装配基准和测量 基准。定位关系用以确定结构件在设备或工艺装备上的相对位置；装配基