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工艺知识库的建立及其在CAPP中的应用2008-09-08 | 774 次阅读 发布:思普信息技术有限公司 摘要：如何避免工艺人员的流动带来工艺知识的损失，如何尽快提高新工艺人员的工艺设计水平，已成了目前工艺工作面临的瓶颈问题之一。鉴此，上海汇众汽车制造有限公司（以下简称上海汇众）和上海思普信息技术有限公司合作进行了工艺知识库的开发和应用，通过对历年来工艺知识的总结、归纳并以此为基础建立工艺知识库，实现了工艺设计质量的显著提高，并显著降低工艺知识传递的成本。 1、工艺知识和CAPP的应用 近些年来，随着计算机技术在企业生产制造与管理过程中广泛应用，“设计甩图板、加工上数控、管理用ERP”，企业设计、制造、管理等部门信息化工作进展迅速。 计算机辅助工艺过程设计（CAPP）是先进制造技术的基础技术之一，是连接设计与制造的桥梁，它为企业生产过程与生产管理提供基础数据和指导，是企业信息化的重要内容。与设计和管理信息化相比，工艺部门CAPP的应用则较缓慢，工艺信息化已经成为企业信息化的瓶颈问题。而这迫使研究人员更加面对实际，逐步加强了CAPP工程应用方面的研究与开发力度，重视从企业实际应用中发现问题，解决问题。 工艺知识是企业的宝贵财富，也是制造企业核心竞争力的一部分，高效地记录、表达和再利用这些知识是企业追求的目标。CAPP研究与开发人员一直尝试着采用各种方法来实现这一目标，如早期的典型工艺库和基于GT的检索式CAPP方法、基于决策技术的创成式CAPP方法，以及后来的基于规则的CAPP专家系统方法、基于实例表达和推理的CAPP方法等等。这些研究内容主要基于工艺知识已经存在的假设，并且是在已经条理化、数据库化的情况下如何来应用知识库进行自动工艺决策，从而涌现了大量的特征化、基元化为主的研究成果。 由于工艺设计任务的复杂性和多样性，完全由计算机实现工艺决策的全过程自动化，既不现实也不经济。每个企业长期生产实践活动中的知识积累往往集中在一些有经验的工程师身上，而没有转化为组织的知识。通过上海汇众和上海思普的合作研究，利用定量分析方法总结了上海汇众的工艺知识，开发建立了工艺知识库的维护应用平台，在该平台的建设中以充分发挥人的智能优势为基础，有限实现软件系统智能，辅助工艺人员，提高工艺设计效率，形成新的综合智能化CAPP系统。 本课题的研究和系统的开发对整个制造业来讲具有明显的应用价值。 2、工艺知识库平台开发的主要工作内容 1）工艺知识总结方法论上的研究 本课题的研究和应用单位上海汇众主要生产各类轿车底盘零部件，属大批量制造企业，不同产品的零部件之间具有很高的相似性。考虑到汽车行业的特殊要求，工艺稳定性的要求甚为重要。因此，在典型零部件的典型工艺总结过程中，我们首先总结典型零件，要求典型零件能比较全面地展现一类零件的工艺特性集合，但典型零件的典型工艺和典型设备的典型工艺则需通过工艺稳定性的验证，即通过工序能力Cp的计算得到。从而保证典型工艺本身的稳定性和高质量。 2）工艺知识描述模型的研究 工艺文件作为工艺工作的最主要结果，其本身的组成非常复杂，因此工艺知识的描述也是非常复杂的，工艺方法和所用设备的不同常常会影响工艺描述方法的不同，同时在工艺文件中有众多的无法结构化描述的内容，如图形图象、工程符号等等。通过本课题的研究希望能找出一个通用的可扩展的工艺知识描述模型，并能适应机械加工、焊接、油漆、装配等所有工艺类型的知识描述的方法。 3）工艺知识库平台的开发 工艺知识库平台的开发为工艺知识的不断积累、维护和应用提供了可能，结合上海汇众已有的CAPP系统，能大大提高企业的工艺开发质量，并减少新工艺人员的培训成本和工作磨合时间，极大地降低知识传递的成本。 3、开发过程需解决的关键问题 1）工艺知识模型的描述 工艺知识模型的描述是将工艺知识的结构化与非结构化信息描述成为一个可扩展的模型，能够使用各种工艺方法和工艺设备的加工状况，在本课题研究中以工序为最小单位，通过对组成工序的单元信息的分析来得到工艺知识模型，并将结构化和非结构化的信息进行抽象和归纳，成为工艺知识描述的基础。 2）典型零件和典型工艺的提取 在本课题中采用聚类分析法来完成典型零件的定义。首先将某类零件的每个实例的所有工序及工序对应的工艺特征全部列出，得到一个工序与工艺特征的全集，通过聚类分析判断该全集与所有实例的相似度，得到全集中相似度较高的工艺特征和工序的集合作为典型零件和典型工艺知识。 3）典型工序的稳定性分析 进入知识库的重要度较高的工序，需要进行工艺稳定性分析，分析的依据是测量数据。根据测量数据，进行-R图的分析和工序能力Cp的计算。对照下表的要求，只有Cp=1.33的关键工序才能做为关键工序的典型工艺。对于一些客户有重要要求的关键工序则要求工序能力指数达到1.67以上。 工序能力指数 工艺等级 说明 Cp=1.67 特级工艺 工序能力很高，可以允许有异常波动 1.67Cp=1.33 一级工艺 工序能力足够，可以有一定的异常波动 1.33Cp=1.00 二级工艺 工序能力勉强，必须密切注意 1.00Cp=0.67 三级工艺 工序能力不足，可能会出现少量废品 Cp0.67 四级工艺 工序能力很差，必须加以改进 4）工艺知识库与CAPP系统的集成 工艺知识库建立后与CAPP系统的集成是本课题开发的主要内容，在其中需要解决工艺知识库的构建、维护体系和在CAPP环境下检索应用工艺知识库等方面的问题，提供一个实用的平台。 ;工艺知识的归一化处理模型是本项目的核心之一，也是难点之一。通过工艺知识数据的归一化处理将结构化数据与非结构化数据有机地结合在一起，使用户在工艺设计过程中能有效地做到工艺内容和表现形式的统一。结构化数据与非结构化数据在表达语义和表达图形方面各有所长，结构化数据可以存放在数据库中，便于计算机自动检索、管理，而非结构化数据采用了灵活的数据格式，可表达各类信息，如可视化的图形及多维表格信息，结构化和非结构化数据相结合可以极大地丰富工艺数据的表达形式和内容，有利于计算机自动处理和人机交互，实现内容与形式的统一。工艺知识数据的归一化处理在结构化与非结构化工艺数据表示方面有其独到之处，将通过统一工艺模型的协调控制来保证结构化和非结构化数据之间的相关性和一致性; ;工艺知识资源库是本项目的核心开发内容，他的建立是在工艺知识归一化处理模型基础上进行的，工艺知识资源也结合了结构与非结构化数据的特点，其定义与描述也将采用工艺数据归一化处理技术进行统一表达，如图形、文字、多维表格等混合工艺知识表达。工艺知识资源库的核心功能除了解决工艺知识资源的表示和描述之外，还实现工艺知识资源的快速定位、检索和利用，支持工艺人员在工艺设计过程中透明地对各种千差万别的工艺知识资源进行自如的利用。 2、系统总体构架 本系统是在原上海汇众产品数据管理系统SIPM/PDM和工艺设计系统SIPM/CAPP的基础上进行集成开发的。系统的总体构架见图1 参考图请见:/www/front/bin/ptdetail.phtml?Part=anli07080601&Rcg=1264&PartPage=2 工艺知识数据的维护采用人机交互的方法，将典型工艺知识进行入库维护。 数据应用有两种用法，第一种：工艺设计中直接取用典型工艺;第二种：工序知识调用，采用一些逻辑判断自动提示相应的内容进行调用。 3、结束语 经过两年来的课题研究和项目的开发，基于上述系统的工艺知识库已在上海汇众汽车制造有限公司得到了推广应用，达到了预期的实际应用。由于篇幅所限，本文不对系统作更为具体的介绍。 参考文献 1）张伯鹏等，制造系统中状态聚类、系统复杂性测度、组织与重组织，机械工程学报，1994，30(6) 2）严隽琪等，制造系统信息集成技术，上海交通大学