制造工艺技术智能化设计平台建立指南

制造工艺技术智能化设计平台建立指南范围本标准规定了制造工艺技术智能化平台建立的总则、需考虑的因素、架构、智能工艺设计开发技术路线及平台建立的流程。本标准适用于指导制造工艺技术智能化设计平台的建立。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T4863—2008机械制造工艺基本术语GB/T5271.1—2000信息技术词汇第1部分基本术语GB/T5271.31—2006信息技术词汇第31部分人工智能机器学习GB/T8567计算机软件文档编制规范GB/T24734.1—2009技术产品文件数字化产品定义数据通则第1部分术语和定义GB/T28282—2012计算机辅助工艺设计系统功能规范SJ/T11729—2018产品生命周期管理（PLM）规范术语和定义GB/T4863、GB/T5271.1—2000、GB/T5271.31—2006界定的以及下列术语和定义适用于本文件。工艺要素processfactor与工艺过程有关的主要因素。[来源：GB/T4863—2008，3.1.16]工艺设计的目标输出物targetprocessengineeringoutput根据数字化制造的需要而设定预期输出的结构化工艺技术输出成果，包括结构化的工艺技术文本、数字化的数据文件等。产品定义数据productdefinitiondata完整定义产品时所需的数据元素。[来源：GB/T24734.1—2009，3.24，有修改]。算法algorithm为解决问题严格定义的有限的有序规则集。[来源：GB/T5271.1—2000，01.05.05]自然语言naturallanguage一种其规则是基于当前的用法且无需特别规定的语言。[来源：GB/T5271.1—2000，01.05.08]知识库knowledgebasebase（缩略语）K-base（abbreviation）一种数据库，包含有关某领域人类经验和专家知识的推理规则和信息。[来源：GB/T5271.1—2000，01.06.18]机器学习machinelearing功能单元通过获取新知识或技能，或通过整理已有的知识或技能来改进其性能的过程。[来源：GB/T5271.31—2006，31.01.02（28.01.21）]缩略语下列缩略语适用于本文件。WEB全球广域网（WorldWideWeb）总则建立制造工艺技术智能化设计平台（以下简称“智能工艺平台”）的目的在于：通过采用智能化技术开展工艺设计，大幅提高工艺设计活动的工作效率；通过提高工艺设计输出数据的一致性，保证工艺设计目标输出物的质量；有利于提高工艺设计与研发设计系统、数字化制造系统等系统的集成和业务协同；有利于加强工艺知识管理和快速培养工艺技术人才。智能工艺平台宜在已搭建数字化制造工艺设计平台架构的基础上，进一步开发智能化工艺设计的功能。智能工艺平台的建立宜考虑与其他平台或系统的集成及业务协同。智能工艺平台的架构、信息处理、工艺数据库、工艺设计算法、工艺设计信息系统，对于建立智能工艺平台是十分必要的。需考虑的因素智能工艺平台的架构宜结合用户的实际需求，开发智能工艺平台适用的架构。开发架构可包括确定架构的层级、划分每一层级中的功能模块和要素、与外部系统的集成。智能工艺平台的架构见第7章，可参考GB/T28282-2012或SJ/T11729—2018。搭建智能工艺平台的架构宜采用模块化设计，以方便智能工艺平台的扩展和升级。信息处理原始信息处理在进行数据处理前，完整识别工艺设计目标输出物中的全部原始信息，并按照形式对信息进行分类。识别的原始信息包括产品属性信息、工艺要素信息、工艺布局图、工艺流程信息、操作步骤、工艺参数信息、通用技术要求等，这些信息可以条文、图、表、注、脚注、图像、声音、视频等形式进行表征。数据处理将原始信息处理后，转化成工艺设计目标输出物的完整数据，形成工艺设计目标输出物的数据清单（以下简称“数据清单”）。数据收集的范围可包括产品定义数据、工艺数据、项目数据等。对数据清单中的所有数据进行标准化的定义，宜通过制定数据定义规范，统一术语、定义、缩略语、工艺参数的表述规范。示例见附录A。对每一工艺设计目标输出物中收集的数据进行归类，划分输入数据和输出数据。将为开展工艺设计提供数据源的已知数据归类为输入数据，包括不限于产品定义数据以及产品技术要求、相关标准规范、工艺资源等工艺设计输入物的原始信息转化后获取的数据。如原材料材质牌号、供货状态、几何尺寸、产品加工位置和尺寸数据、连接方式数据、产品表面加工粗糙度、焊缝质量等级等数据。将工艺设计待输出的数据归类为输出数据。输出数据是生成工艺设计目标输出物的关键数据。如作业人员资质要求、制造资源信息（设备、工装、工具）、物料准备要求、制造工艺流程、制造工艺参数、作业环境要求参数、质量检查参数等。根据工艺设计目标输出物的内容结构和数据结构，来分析输出数据的获取方式。输出数据的获取方式可包括：采集已知数据、通过算法生成、预设固定表述等。搭建工艺数据库数据清单为建立各类工艺数据库提供唯一的数据源，示例见附录B。每类工艺数据库只针对一种工艺数据而建立，并根据工艺设计目标输出物提供的同类数据内容而不断完善其数据规模。工艺数据库中各种工艺数据的命名和格式规范与数据清单中的对应数据保持一致。选取工艺设计智能技术开发智能工艺设计功能，可根据具体的工艺设计任务特性，选择适用的智能技术类别，包括不限于智能感知与识别技术、智能决策与控制技术、智能分析与优化技术、智能交互与通信技术。表1给出了开发智能工艺设计功能可采用的智能技术建议。表1部分智能工艺设计功能及采用的智能技术建议序号工艺设计业务可实现的智能工艺设计功能可采用的智能技术智能技术类别1工艺性审查智能识别三维模型中的数据智能识别图纸中的中的数据图像识别与处理语音识别与处理物联网感知智能感知与识别技术2工艺性审查智能给出工艺性审查意见智能给出设计优化建议智能算法与优化机器学习与深度学习智能决策与控制技术3工艺性审查智能推送工艺性审查意见网络通信技术智能交互及通信技术4工艺方案设计一次性提取工艺方案设计所需的输入数据，如一次性提取三维模型或图纸中的产品定义数据图像识别与处理语音识别与处理物联网感知智能感知与识别技术5工艺方案设计工艺问题定义模块生成一个规范化的标准工艺问题定义文件，提供给其他模块调用；工艺智能推理模块包括目标零件的特征信息提取、对算法参数的跳整合工艺排序规划智能算法与优化机器学习与深度学习智能决策与控制技术6工艺知识库搭建知识库模块存储工艺方法匹配规则和制造资源匹配规则自然语言处理智能交互与通信技术7PBOM/MBOM生成EBOM数据的识别和提取智能算法与优化机器学习与深度学习智能决策与控制技术8PBOM/MBOM生成工艺执行，通过浏览器直接浏览，交互式操作，无纸化生产智能算法与优化智能交互与通信技术9工艺参数输出目标输出物中所有工艺参数的一次性输出智能算法与优化机器学习与深度学习自然语言处理数据挖掘与分析智能决策与控制技术智能交互与通信技术智能分析与优化技术10工艺规程设计结构化工艺规程文档的批量化输出智能算法与优化智能决策与控制技术开发智能工艺平台的智能工艺设计功能，宜采用经严格定义、可明确表述并可重复验证数据间逻辑关系的智能技术，如通过智能算法开展可复用工艺设计。对于不能明确表述数据间的逻辑关系，输出数据存在一定不确定性的智能技术，不宜作为智能工艺设计采用的主要方式。工艺设计智能算法的核心思想，在于依据工艺设计所遵循的标准规范、技术要求和工艺经验，建立数据间的逻辑关系。例见附录C。工艺设计智能算法基于工艺数据库中的输入数据和输出数据而开发，其关键步骤在于确定性地表征输入数据和输出数据之间的逻辑关系。宜按照统一的格式规范，对输入数据和输出数据间的逻辑关系进行确定性描述，从而将表达工艺知识的自然语言转化为人工语言，并以此作为编程语言的输入。目标工艺技术输出物6.5.1目标工艺技术输出物的具体形式和种类依据数字化及智能化制造的要求确定。其中，结构化的工艺技术文本包括不限于文字类和表格类的工艺文件，数字化的数据文件包括记事本文件、三维工艺模型数据、数控设备及工业机器人制造程序、工艺仿真数据包等。6.5.2工艺技术文本的内容和格式规范可依据GB/T8567。6.5.3在平台开发建设的过程中，输出物的格式应遵循数据规范原则。工艺设计信息系统6.6.1工艺设计信息系统（以下简称“信息系统”）是存储输入数据、输出数据和工艺设计智能算法必要载体，通过为实现智能化工艺设计提供相关的数据资源和工艺设计工具。6.6.2利用系统建立以电脑软件为载体的数字化平台。通过平台软件的功能，首先将产品定义数据的输入参数部分导入平台软件，然后根据工艺设计智能算法自动推导输出产品定义数据的输出参数，形成完成的产品定义数据。根据目标工艺技术输出物所包含的参数种类，通过提取和整合产品定义数据中的对应参数，按照所需格式输出目标工艺技术输出物。智能工艺平台的架构智能工艺平台系统可在Windows、Unix或Linux等操作系统环境下运行，具有基于网络和分布式关系数据库的三层或三层以上结构，智能工艺平台的架构如图1所示，其中智能技术层是必要的。平台架构需关注与上下游系统数据的集成，工艺设计业务与产品设计、制造执行等业务的协同。图1智能工艺平台的架构其中：基础支持层：负责提供支撑数字化工艺设计的网络环境、操作系统。基础平台层：为数字化工艺平台提供数据资源，实现数据共享、重用的数据平台。通过梳理和分解业务流程场景，抽象、识别、提取可共享和重用的最小工艺业务单元，以相互关联的业务单元的方式向应用层提供共享服务，快速响应用户需求。数据服务层：负责与工艺相关的全流程数据的收集、分析、挖掘、存储和应用。能够实现与工艺相关数据的线上核查、分析，报表功能，发现数据的深层次价值，用于企业的智能决策、风险预控。智能技术层：为开发智能工艺设计功能，搭建智能工艺平台提供智能技术支撑，包括智能感知与识别技术、智能决策与控制技术、智能分析与优化技术、智能交互与通信技术等。业务服务层：通过数字化技术搭建适用于企业工艺设计业务的操作系统，负责具体的业务逻辑处理。在平台层数据的基础上通过相应的工具和机制来实现数据的应用，包含设计工艺协同、工艺规划、工艺设计、工艺仿真、工艺发布、工艺变更、工艺信息管理、与外部系统集成等功能。具有能够基于用户实际的应用体验进行不断的迭代更新的特点。企业应用层：根据企业业务流程需要进行封装和组织系统业务功能，满足产品工艺、专业工艺的设计、管理和应用需要。前端应用层：通过桌面应用、WEB应用、移动端应用等载体，为不同用户按期角色权限配置相应的操作视图。智能工艺设计开发技术路线概述智能工艺设计技术开发路线见图2，包括识别工艺设计的目标输出物、分类提取目标输出物中的数据、分类汇总整理数据、建立专家数据库、开发工艺设计智能算法、开发工艺设计信息系统、开展工艺设计预验证、输出目标输出物所需的全部数据和生成传输目标输出物。识别工艺设计的目标输出物确定工艺设计输出物的类别，明确目标输出物1、目标输出物2、目标输出物n。形成标准模板，定义模板内的变量、参数等结构化要素，与要素库形成关联对应。分类提取目标输出物中的数据将各目标输出物中的所有数据，按照产品定义数据、工艺数据、工艺设计规则进行分类，分别提取数据。分类汇总整理数据将从各目标输出物中提取的数据进行分类汇总，按照单一数据源原则，统一数据名称和格式规范，统一工艺设计规则的表述规范。建立专家数据库根据分类汇总整理获得的数据，建立产品定义数据库、工艺数据库。开发工艺设计智能算法根据分类汇总整理获得的数据，开发工艺设计智能算法。可视数据量的规模大小，进一步建立知识图谱。开发工艺设计信息系统具体见6.6。开展工艺设计预验证将智能工艺设计生成的工艺数据，与工艺知识和经验进行比对，验证智能工艺设计的正确性。输出目标输出物所需的全部数据将目标输出物所需的全部数据以数字化的形式输出。生成传输目标输出物提取产品定义数据中的所需参数信息，按照结构化输出物的要求，输出目标工艺技术输出物。具体实例见附录D。图2智能工艺设计技术开发路线智能工艺平台建立的流程概述智能工艺平台建立的流程见图3，包括需求分析、系统设计、数据采集与处理、算法实现、用户界面开发、系统测试与验证、部署与维护、持续优化。图3智能化工艺设计技术开发路线需求分析了解和分析制造工艺设计的需求，确定智能化工艺设计的目标和功能。系统设计根据需求分析结果，设计智能工艺平台的架构和功能模块。数据采集与处理建立数据采集机制，对采集到的数据进行处理和分析。算法实现选择合适的智能化设计算法，并进行实现和优化。用户界面开发设计友好的用户界面，提供易于操作和使用的设计工具。系统测试与验证对智能工艺平台进行测试和验证，确保其功能和性能的可靠性。部署与维护将智能工艺平台部署到实际应用环境，并进行运行和维护。持续优化根据实际应用效果，对智能工艺平台的功能进行持续优化，不断提升用户体验和使用效果。

（资料性）

产品基本特征参数示例下面给出了产品基本特征参数的示例。示例1：焊接接头信息根据焊接部件的图纸或其他输入条件，整理产品或部件中所有的焊接接头信息，形成焊接接头清单。焊接接头清单可以但不限于Excel表格文件格式，焊接接头及其相关信息应包含但不限于待编焊接工艺文件所需的所有输入条件信息。包括不限于以下焊接工艺要素：—A1.1I1：焊缝序号，如“1”；—A1.2I2：部件/焊缝序号图编号，如“构架组成G/TS-XMDT1-56-0001”；—A1.3I3：图纸版本，如“A”；—

（资料性）

工艺数据库示例下面给出了工艺数据库的示例。示例1：焊接工艺数据库的组成根据焊接接头信息涉及到的所有焊接工艺要素，建立各焊接工艺数据库D，具体包括：—焊接工艺评定数据库D1；—焊工资质数据库D2；—焊接母材数据库D3；—示例2：焊接工艺评定数据库D1包含的焊接工艺要素焊接工艺评定数据库D1涵盖生成焊接文档所需的所有焊接工艺评定数据，每种焊接工艺评定数据均包括以下焊接工艺要素：—B2.1D1-1：序号；—B2.2D1-2：工艺评定名称；—B2.3D1-3：焊接方法；—示例3：焊工资质数据库D2包含的焊接工艺要素焊工资质库D2涵盖生成焊接文档所需的所有焊工资质数据，每种焊工资质数据均包括以下焊接工艺要素：—B3.1D2-1：标准号；—B3.2D2-2：焊接方法；—B3.3D2-3：焊接位置；—示例4：焊接母材数据库D3包含的焊接工艺要素焊接母材库D3涵盖生成焊接文档所需的所有焊接母材数据，每种焊接母材数据均包括以下焊接工艺要素：—B4.1D3-1：母材牌号；—B4.2D3-2：材料组别；—

（资料性）

工艺设计智能算法示例下面给出了工艺设计智能算法的示例。示例1：工艺设计智能算法组成焊接工艺信息工艺设计智能算法包括：—C1.1规则R1：焊接位置匹配规则；—C1.2规则R2：母材1和母材2材料组别匹配规则；—C1.3规则R3：坡口组装间隙b匹配规则；—示例2：焊接位置匹配规则R1if(E(焊缝形式,VorUorYorJorI))焊接位置=>PA;//V、U、Y、J、I型焊缝的焊接位置为PA。elseif(S(焊缝形式,a))，焊接位置=>PB;//角焊缝aX,焊接位置为PB。elseif(M(焊缝形式,+a)),焊接位置=>PA+PB;//XHY+aX等T接接头，焊接位置为PA+PB。示例3：母材1和母材2材料组别匹配规则R2If（母材1牌号=母材库.母材1牌号）母材1组别=>母材库.母材1组别。If（母材2牌号=母材库.母材2牌号）母材2组别=>母材库.母材2组别。示例4：坡口组装间隙b匹配规则R3if(S(焊接方法,v135)且E(焊缝形式,HV或V)且(焊缝清单.是否永久衬垫.永久衬垫或临时衬垫),组装间隙=>b=2-4;//机械手焊接带衬垫焊缝的组装间隙为2-4。elseif(S(焊接方法,v135)且(焊缝清单.是否永久衬垫./),组装间隙=>b<=1;//机械手焊接不带垫板焊缝的组装间隙为b≤1。elseif(S(焊接方法,t135)或S(焊接方法,m111)且E(焊缝形式,VorUorYorJorHVorHV+a)),组装间隙=>b=2-4;//V、U、Y、J、HV接头类型的焊缝组装间隙为2-4。elseif(S(焊接方法,t135)或S(焊接方法,m111)且E(焊缝形式,I)),组装间隙=>b=0-3;//I接头类型的焊缝组装间隙为0-3。elseif(S(焊接方法,t135)或S(焊接方法,m111)且E(焊缝形式,HY)),组装间隙=>b<=2;//t135或m111焊接的HY焊缝的组装间隙为b≤2。elseif(S(焊接方法,t)或S(焊接方法,m111)且S(焊缝形式,a)),组装间隙=>b<=1;//t135或m111焊接的角焊缝的组装间隙为b≤1。

（资料性）

焊接文件逻辑生成推荐与示例以焊接制造工艺技术为例，