工藝知識庫的建立及其在CAPP中的應(yīng)用

工藝知識庫的建立及其在CAPP中的應(yīng)用工藝知識庫的建立及其在CAPP中的應(yīng)用/NUMPAGES12工藝知識庫的建立及其在CAPP中的應(yīng)用工藝知識庫的建立及其在CAPP中的應(yīng)用[2008-09-08]|774次閱讀發(fā)布:思普信息技術(shù)有限公司

摘要：如何避免工藝人員的流動帶來工藝知識的損失，如何盡快提高新工藝人員的工藝設(shè)計水平，已成了目前工藝工作面臨的瓶頸問題之一。鑒此，上海匯眾汽車制造有限公司（以下簡稱上海匯眾）和上海思普信息技術(shù)有限公司合作進(jìn)行了工藝知識庫的開發(fā)和應(yīng)用，通過對歷年來工藝知識的總結(jié)、歸納并以此為基礎(chǔ)建立工藝知識庫，實現(xiàn)了工藝設(shè)計質(zhì)量的顯著提高，并顯著降低工藝知識傳遞的成本。

1、

工藝知識和CAPP的應(yīng)用

近些年來，隨著計算機(jī)技術(shù)在企業(yè)生產(chǎn)制造與管理過程中廣泛應(yīng)用，“設(shè)計甩圖板、加工上數(shù)控、管理用ERP”，企業(yè)設(shè)計、制造、管理等部門信息化工作進(jìn)展迅速。

計算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計（CAPP）是先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)技術(shù)之一，是連接設(shè)計與制造的橋梁，它為企業(yè)生產(chǎn)過程與生產(chǎn)管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和指導(dǎo)，是企業(yè)信息化的重要內(nèi)容。與設(shè)計和管理信息化相比，工藝部門CAPP的應(yīng)用則較緩慢，工藝信息化已經(jīng)成為企業(yè)信息化的瓶頸問題。而這迫使研究人員更加面對實際，逐步加強了CAPP工程應(yīng)用方面的研究與開發(fā)力度，重視從企業(yè)實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。

工藝知識是企業(yè)的寶貴財富，也是制造企業(yè)核心競爭力的一部分，高效地記錄、表達(dá)和再利用這些知識是企業(yè)追求的目標(biāo)。CAPP研究與開發(fā)人員一直嘗試著采用各種方法來實現(xiàn)這一目標(biāo)，如早期的典型工藝庫和基于GT的檢索式CAPP方法、基于決策技術(shù)的創(chuàng)成式CAPP方法，以及后來的基于規(guī)則的CAPP專家系統(tǒng)方法、基于實例表達(dá)和推理的CAPP方法等等。這些研究內(nèi)容主要基于工藝知識已經(jīng)存在的假設(shè)，并且是在已經(jīng)條理化、數(shù)據(jù)庫化的情況下如何來應(yīng)用知識庫進(jìn)行自動工藝決策，從而涌現(xiàn)了大量的特征化、基元化為主的研究成果。

由于工藝設(shè)計任務(wù)的復(fù)雜性和多樣性，完全由計算機(jī)實現(xiàn)工藝決策的全過程自動化，既不現(xiàn)實也不經(jīng)濟(jì)。每個企業(yè)長期生產(chǎn)實踐活動中的知識積累往往集中在一些有經(jīng)驗的工程師身上，而沒有轉(zhuǎn)化為組織的知識。通過上海匯眾和上海思普的合作研究，利用定量分析方法總結(jié)了上海匯眾的工藝知識，開發(fā)建立了工藝知識庫的維護(hù)應(yīng)用平臺，在該平臺的建設(shè)中以充分發(fā)揮人的智能優(yōu)勢為基礎(chǔ)，有限實現(xiàn)軟件系統(tǒng)智能，輔助工藝人員，提高工藝設(shè)計效率，形成新的綜合智能化CAPP系統(tǒng)。

本課題的研究和系統(tǒng)的開發(fā)對整個制造業(yè)來講具有明顯的應(yīng)用價值。

2、

工藝知識庫平臺開發(fā)的主要工作內(nèi)容

1）

工藝知識總結(jié)方法論上的研究

本課題的研究和應(yīng)用單位——上海匯眾主要生產(chǎn)各類轎車底盤零部件，屬大批量制造企業(yè)，不同產(chǎn)品的零部件之間具有很高的相似性?？紤]到汽車行業(yè)的特殊要求，工藝穩(wěn)定性的要求甚為重要。因此，在典型零部件的典型工藝總結(jié)過程中，我們首先總結(jié)典型零件，要求典型零件能比較全面地展現(xiàn)一類零件的工藝特性集合，但典型零件的典型工藝和典型設(shè)備的典型工藝則需通過工藝穩(wěn)定性的驗證，即通過工序能力Cp的計算得到。從而保證典型工藝本身的穩(wěn)定性和高質(zhì)量。

2）

工藝知識描述模型的研究

工藝文件作為工藝工作的最主要結(jié)果，其本身的組成非常復(fù)雜，因此工藝知識的描述也是非常復(fù)雜的，工藝方法和所用設(shè)備的不同常常會影響工藝描述方法的不同，同時在工藝文件中有眾多的無法結(jié)構(gòu)化描述的內(nèi)容，如圖形圖象、工程符號等等。通過本課題的研究希望能找出一個通用的可擴(kuò)展的工藝知識描述模型，并能適應(yīng)機(jī)械加工、焊接、油漆、裝配等所有工藝類型的知識描述的方法。

3）

工藝知識庫平臺的開發(fā)

工藝知識庫平臺的開發(fā)為工藝知識的不斷積累、維護(hù)和應(yīng)用提供了可能，結(jié)合上海匯眾已有的CAPP系統(tǒng)，能大大提高企業(yè)的工藝開發(fā)質(zhì)量，并減少新工藝人員的培訓(xùn)成本和工作磨合時間，極大地降低知識傳遞的成本。

3、

開發(fā)過程需解決的關(guān)鍵問題

1）

工藝知識模型的描述

工藝知識模型的描述是將工藝知識的結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化信息描述成為一個可擴(kuò)展的模型，能夠使用各種工藝方法和工藝設(shè)備的加工狀況，在本課題研究中以工序為最小單位，通過對組成工序的單元信息的分析來得到工藝知識模型，并將結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的信息進(jìn)行抽象和歸納，成為工藝知識描述的基礎(chǔ)。

2）

典型零件和典型工藝的提取

在本課題中采用聚類分析法來完成典型零件的定義。首先將某類零件的每個實例的所有工序及工序?qū)?yīng)的工藝特征全部列出，得到一個工序與工藝特征的全集，通過聚類分析判斷該全集與所有實例的相似度，得到全集中相似度較高的工藝特征和工序的集合作為典型零件和典型工藝知識。

3）

典型工序的穩(wěn)定性分析

進(jìn)入知識庫的重要度較高的工序，需要進(jìn)行工藝穩(wěn)定性分析，分析的依據(jù)是測量數(shù)據(jù)。根據(jù)測量數(shù)據(jù)，進(jìn)行

-R圖的分析和工序能力Cp的計算。對照下表的要求，只有Cp>=1.33的關(guān)鍵工序才能做為關(guān)鍵工序的典型工藝。對于一些客戶有重要要求的關(guān)鍵工序則要求工序能力指數(shù)達(dá)到1.67以上。

工序能力指數(shù)

工藝等級

說明

Cp>=1.67

特級工藝

工序能力很高，可以允許有異常波動

1.67>Cp>=1.33

一級工藝

工序能力足夠，可以有一定的異常波動

1.33>Cp>=1.00

二級工藝

工序能力勉強，必須密切注意

1.00>Cp>=0.67

三級工藝

工序能力不足，可能會出現(xiàn)少量廢品

Cp<0.67

四級工藝

工序能力很差，必須加以改進(jìn)

4）

工藝知識庫與CAPP系統(tǒng)的集成

工藝知識庫建立后與CAPP系統(tǒng)的集成是本課題開發(fā)的主要內(nèi)容，在其中需要解決工藝知識庫的構(gòu)建、維護(hù)體系和在CAPP環(huán)境下檢索應(yīng)用工藝知識庫等方面的問題，提供一個實用的平臺。

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工藝知識的歸一化處理模型是本項目的核心之一，也是難點之一。通過工藝知識數(shù)據(jù)的歸一化處理將結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)有機(jī)地結(jié)合在一起，使用戶在工藝設(shè)計過程中能有效地做到工藝內(nèi)容和表現(xiàn)形式的統(tǒng)一。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)在表達(dá)語義和表達(dá)圖形方面各有所長，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)可以存放在數(shù)據(jù)庫中，便于計算機(jī)自動檢索、管理，而非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)采用了靈活的數(shù)據(jù)格式，可表達(dá)各類信息，如可視化的圖形及多維表格信息，結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)相結(jié)合可以極大地豐富工藝數(shù)據(jù)的表達(dá)形式和內(nèi)容，有利于計算機(jī)自動處理和人機(jī)交互，實現(xiàn)內(nèi)容與形式的統(tǒng)一。工藝知識數(shù)據(jù)的歸一化處理在結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化工藝數(shù)據(jù)表示方面有其獨到之處，將通過統(tǒng)一工藝模型的協(xié)調(diào)控制來保證結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性和一致性;

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工藝知識資源庫是本項目的核心開發(fā)內(nèi)容，他的建立是在工藝知識歸一化處理模型基礎(chǔ)上進(jìn)行的，工藝知識資源也結(jié)合了結(jié)構(gòu)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的特點，其定義與描述也將采用工藝數(shù)據(jù)歸一化處理技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)一表達(dá)，如圖形、文字、多維表格等混合工藝知識表達(dá)。工藝知識資源庫的核心功能除了解決工藝知識資源的表示和描述之外，還實現(xiàn)工藝知識資源的快速定位、檢索和利用，支持工藝人員在工藝設(shè)計過程中透明地對各種千差萬別的工藝知識資源進(jìn)行自如的利用。

2、

系統(tǒng)總體構(gòu)架

本系統(tǒng)是在原上海匯眾產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)SIPM/PDM和工藝設(shè)計系統(tǒng)SIPM/CAPP的基礎(chǔ)上進(jìn)行集成開發(fā)的。系統(tǒng)的總體構(gòu)架見圖1

參考圖請見:/www/front/bin/ptdetail.phtml?Part=anli07080601&Rcg=1264&PartPage=2

工藝知識數(shù)據(jù)的維護(hù)采用人機(jī)交互的方法，將典型工藝知識進(jìn)行入庫維護(hù)。

數(shù)據(jù)應(yīng)用有兩種用法，第一種：工藝設(shè)計中直接取用典型工藝;第二種：工序知識調(diào)用，采用一些邏輯判斷自動提示相應(yīng)的內(nèi)容進(jìn)行調(diào)用。

3、

結(jié)束語

經(jīng)過兩年來的課題研究和項目的開發(fā)，基于上述系統(tǒng)的工藝知識庫已在上海匯眾汽車制造有限公司得到了推廣應(yīng)用，達(dá)到了預(yù)期的實際應(yīng)用。由于篇幅所限，本文不對系統(tǒng)作更為具體的介紹。

參考文獻(xiàn)

1）

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應(yīng)思紅等，

《基于產(chǎn)品工