吳興杰，董 磊，王 森，陶九超，黃東平

（金航數(shù)碼科技有限責(zé)任公司，北京 100028）

0 引言

在航空制造領(lǐng)域，構(gòu)成產(chǎn)品的零部件復(fù)雜且數(shù)量多，具有“多品種、小批量”的特點，且處在研制階段的零部件的更改頻繁。如何在有限的周期內(nèi)完成大量的零部件工藝設(shè)計任務(wù)是當(dāng)前型號工藝研發(fā)面臨的一項重要課題。因此提高計算機輔助工藝設(shè)計工具（CAPP）的知識化、智能化程度，以幫助工藝人員更加高效、高質(zhì)量的完成工藝設(shè)計工作是CAPP發(fā)展的重點。

為此，國內(nèi)外學(xué)者對利用工藝知識進行智能化工藝設(shè)計進行了大量的研究。文獻[1]提出建立三維關(guān)聯(lián)的數(shù)控工藝集成信息模型，以加工特征信息為輸入，通過規(guī)則庫中的加工方法與加工特征對應(yīng)關(guān)系進行智能工藝設(shè)計；文獻[2]提出根據(jù)工藝問題的相似性，采用工藝實例推理方法，在一定程度上模擬工藝專家完成工藝參數(shù)優(yōu)化決策。文獻[3]利用成組技術(shù)進行工藝派生的方法。在工藝輔助設(shè)計應(yīng)用方面，國內(nèi)各航空制造單位，也都上線應(yīng)用了CAPP工具進行工藝指令或者工藝規(guī)程的編制，且CAPP的數(shù)據(jù)格式也從非結(jié)構(gòu)化的卡片式轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。而且，隨著數(shù)據(jù)管理手段和知識工程技術(shù)發(fā)展，企業(yè)也意識到知識積累的重要性，建立了各類資源庫和知識庫，但是當(dāng)前還停留在知識積累層面，對于如何以知識化的手段有效的幫助工藝人員進行快速工藝設(shè)計尚處于探索階段。究其原因，其一，知識的抽取與積累并沒有有效的解決手段，依靠人工維護工藝知識工作量大、難度高；其二，資源庫中的數(shù)據(jù)并沒能有效的集成應(yīng)用到工藝設(shè)計工具中，往往只是提供查詢、瀏覽功能；其三，上述研究和應(yīng)用沒有有效解決以設(shè)計設(shè)計模型作為輸入進行工藝知識的自動匹配和推理問題。本質(zhì)是通過對設(shè)計模型進行分析與識別，根據(jù)設(shè)計元素和要求匹配工藝知識的過程，而基于模型的定義（Modelbased definition，MBD）技術(shù)為設(shè)計模型的分析與識別提供了基礎(chǔ)。

近年來，基于模型的定義技術(shù)在設(shè)計領(lǐng)域深度應(yīng)用的基礎(chǔ)上，逐步向產(chǎn)品研制的下游擴展，強調(diào)MBD信息的重復(fù)利用和基于模型定義制造信息。本文提出在基于MBD的研制模式下通過提取產(chǎn)品設(shè)計模型中的MBD數(shù)據(jù)元素，并對由MBD數(shù)據(jù)元素描述的零件特征進行編碼，實現(xiàn)零件特征的標(biāo)識。在此基礎(chǔ)上，一方面通過基于零件特征矩陣進行相似度計算，匹配相似零件的歷史工藝實例數(shù)據(jù)，從中檢索工藝設(shè)計結(jié)果進行推薦；另一方面通過工藝規(guī)則進行工藝參數(shù)的推導(dǎo)。從而實現(xiàn)工藝路線、工藝規(guī)程、工藝資源、工藝參數(shù)的智能化推薦，幫助工藝人員進行快速工藝設(shè)計。

1 MBD技術(shù)在數(shù)字化研制中的應(yīng)用

MBD技術(shù)是實現(xiàn)數(shù)字化產(chǎn)品定義（DPD）的先進手段，將產(chǎn)品的各類信息按照模型化的方式進行組織，支撐了基于模擬量傳遞的產(chǎn)品研制模式向基于數(shù)字量傳遞的數(shù)字化研制模型的轉(zhuǎn)變。近年來，MBD技術(shù)的內(nèi)涵和應(yīng)用也逐步從設(shè)計端向制造端、服務(wù)端擴展，美國國防部提出了MBE－基于模型的企業(yè)的概念?；谀Ｐ偷钠髽I(yè)強調(diào)在下游的流程和應(yīng)用中對MBD模型進行最大程度的重用，以支撐在企業(yè)乃至供應(yīng)鏈范圍內(nèi)建立一個以MBD為統(tǒng)一產(chǎn)品數(shù)據(jù)定義語言的協(xié)同環(huán)境。

MBE的核心是MBD，模型一次創(chuàng)建、多次重用，MBD模型貫穿于產(chǎn)品的概念、設(shè)計、制造、維護等整個產(chǎn)品生命周期。在MBE體系中基于數(shù)字量傳遞的數(shù)據(jù)信息存在于以MBD為核心的技術(shù)數(shù)據(jù)包（TDP）中。TDP技術(shù)數(shù)據(jù)包的傳遞過程強調(diào)模型被創(chuàng)建一次，然后在整個設(shè)計過程中進化，而不是在每一步重復(fù)它。例如將基于MBD模型產(chǎn)生3D技術(shù)數(shù)據(jù)包（TDP）傳遞到生產(chǎn)乃至供應(yīng)鏈，并在向下傳遞的過程中不斷豐富TDP數(shù)據(jù)的內(nèi)容。究其本質(zhì)是基于模型的定義技術(shù)具有規(guī)范化、消除二義性、可仿真、可驗證、可視化、可自動生成文檔，且其底層封裝的特點便于異構(gòu)系統(tǒng)間的統(tǒng)一理解，這也是本文通過識別MBD信息進行知識化的工藝設(shè)計的一個理論基礎(chǔ)。TDP生成的自動化程度及其重用程度在MBE的能力評估體系中是一項重要指標(biāo)，而本文基于MBD進行工藝設(shè)計數(shù)據(jù)知識化生成的研究也希望能夠為關(guān)于TDP自動生成的研究提供一定的思路。

如圖1所示，對于模型的信息的應(yīng)用、解析、提取在研制的各個階段提供統(tǒng)一模型的不同視圖，以滿足研制過程中不同階段、不同專業(yè)對產(chǎn)品數(shù)模信息的不同層次的使用需求。

2 基于MBD的工藝知識應(yīng)用研究

在產(chǎn)品研制的全生命周期實現(xiàn)基于模型的數(shù)字量的傳遞使得數(shù)據(jù)在統(tǒng)一的語義及規(guī)范下進行傳遞，有利于消除數(shù)據(jù)在上下游流通過程中的二義性，增強型號研制數(shù)據(jù)對于研發(fā)人員、管理人員以及計算機的可讀性。模型中關(guān)于產(chǎn)品信息的表達采用結(jié)構(gòu)化、規(guī)范化、形勢化的表達方法，為模型信息的統(tǒng)一提取提供了必要條件，而上游模型信息的計算機自動提取與結(jié)構(gòu)化解析是下游基于模型信息進行知識應(yīng)用的基礎(chǔ)，本文主要對利用MBD技術(shù)定義的產(chǎn)品信息可以進行提取與分析的特點進行知識化的工藝設(shè)計進行論述。

MBD模式規(guī)范了產(chǎn)品零部件設(shè)計信息的表達形式，MBD以模型化、結(jié)構(gòu)化的方式定義設(shè)計信息，在此基礎(chǔ)上各行業(yè)一般都制定了MBD應(yīng)用規(guī)范。規(guī)范化、形式化的產(chǎn)品信息表達形式為設(shè)計模型的信息提取提供了基礎(chǔ)。對于基于設(shè)計信息作為輸入進行知識化的工藝設(shè)計，推導(dǎo)工藝路線和工藝參數(shù)來說還需要積累和梳理基本工序、典型工藝路線、工藝參數(shù)，形成數(shù)據(jù)庫，作為知識匹配和推理的數(shù)據(jù)支撐。對于工藝參數(shù)來說往往由一系列的加工特征和要求決定，設(shè)計特征的相似度匹配不能充分體現(xiàn)制造資源、環(huán)境、時間要求等限制，所有只應(yīng)用相似性匹配往往不能充分滿足工藝參數(shù)的知識化設(shè)計需求，因此需要在相似度匹配進行基礎(chǔ)工藝參數(shù)推薦的基礎(chǔ)上，充分基于設(shè)計輸入、制造要求等事實數(shù)據(jù)匹配適合的規(guī)則進行推理，推導(dǎo)出更為全面的工藝參數(shù)。對工藝路線、工藝參數(shù)、工序模型、工藝資源進行合理的組織形成基于PPR的MBD工藝模型。

圖1 基于模型的產(chǎn)品研制模式

如圖3所示，首先通過對MBD模型進行解析，對特征進行提取，將提取到的特征在特征庫進行匹配并編碼，在此基礎(chǔ)上對于該零部件的特征組形成特征組編碼?；谔卣鹘M編碼在典型工藝庫匹配相似的典型工藝，匹配過程可以通過將特征組編碼轉(zhuǎn)成特征矩陣計算特征相似度，挑選相似度高的典型工藝，工藝員在此基礎(chǔ)上進行選擇或者調(diào)整，形成工藝路線和初始的工藝參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，在推理規(guī)則庫中調(diào)用推理規(guī)則,并將零件特征、工藝路線、工藝參數(shù)、工藝資源等事實數(shù)據(jù)與推理規(guī)則進行匹配與執(zhí)行，得出推理結(jié)果，推理結(jié)果一般也為代表工藝資源具體規(guī)格的編碼和加工參數(shù)的編碼，根據(jù)編碼在工藝參數(shù)庫中檢索工藝資源規(guī)格和加工參數(shù)的具體內(nèi)容。

圖2 基于MBD的工藝知識應(yīng)用

3 基于MBD的知識化輔助工藝設(shè)計

3.1 工藝設(shè)計過程分析

工藝工作包括頂層工藝策劃、各專業(yè)工藝規(guī)劃、詳細(xì)工藝設(shè)計、現(xiàn)場工藝問題解決等，工藝策劃工作主要包括工藝方案的設(shè)計、車間分工、工藝分離面的重構(gòu)、以及跨車間的工藝協(xié)調(diào)。詳細(xì)工藝設(shè)計是工藝準(zhǔn)備的主要工作，包括工藝流程的設(shè)計，交接狀態(tài)的協(xié)調(diào)，工裝、工具等制造資源的申請，工藝規(guī)程的編制等。本文主要論述工藝知識在編制工藝規(guī)程過程中進行工序流程設(shè)計、工藝參數(shù)設(shè)計、工藝資源選配過程中的應(yīng)用，如圖4所示。

圖3 工藝設(shè)計過程分析

圖4 基于MBD的工藝知識推薦技術(shù)基本邏輯

上述操作通過工藝員的經(jīng)驗進行，某些企業(yè)也編制過典型工藝手冊，具有一定的指導(dǎo)意義，但是通常比較陳舊、粗略或者不全面，而且查閱不便，并不能有效的幫助工藝員快速確定工藝設(shè)計文檔的內(nèi)容。

通過分析上述過程，可以得出工藝設(shè)計這一活動的輸入輸出信息如下：

1）輸入是設(shè)計MBD模型，包含零部件的幾何特征和非幾何特征（零件類型、材料、精度要求、技術(shù)要求等信息）。

2）約束是代表當(dāng)前工藝能力的工藝資源，包括車間布局、設(shè)備、工裝等。

3）輸出是作為工藝設(shè)計成果載體的工藝模型。

3.2 基于MBD的知識化工藝設(shè)計技術(shù)路線

本文提出通過應(yīng)用特征識別和MBD信息提取技術(shù)，將需要進行工藝設(shè)計的零件特征元素與歷史數(shù)據(jù)中零件的數(shù)據(jù)元素進行匹配，并且從歷史工藝文件中的篩選出工藝信息推薦給工藝人員，輔助工藝人員進行智能化快速工藝設(shè)計?；贛BD的工藝知識推薦技術(shù)基本邏輯如圖5所示。

圖5 MBD數(shù)據(jù)元素構(gòu)成

但是由于零件MBD數(shù)據(jù)元素的種類較多，而且歷史數(shù)據(jù)龐大，對于數(shù)據(jù)的過濾與匹配造成了難度，針對上述問題可以通過如下方式解決：

1）通過CAA開發(fā)自動提取零件的MBD特征元素。

2）通過對MBD數(shù)據(jù)元素進行編碼，提高匹配效率。

3）建立工藝實例數(shù)據(jù)倉庫，積累有效數(shù)據(jù)，剔除垃圾數(shù)據(jù)。

4）進一步建立典型工藝數(shù)據(jù)庫，縮小數(shù)據(jù)范圍。

3.3 MBD數(shù)據(jù)元素及其自動提取技術(shù)

現(xiàn)階段MBD技術(shù)在我國航空企業(yè)得到了全面的應(yīng)用，工藝設(shè)計的輸入信息大部分包含在產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)中。MBD設(shè)計模型主要由幾何信息和非幾何信息構(gòu)成，幾何信息包括幾何模型與輔助幾何，非幾何信息包括屬性和工程注釋信息。MBD數(shù)據(jù)元素的構(gòu)成如圖6所示。

圖6 MBD非幾何信息

非幾何信息主要包括零部件屬性信息和工程注釋，可以在MBD模型中可以提取到的詳細(xì)內(nèi)容如圖7所示。

圖7 零部件幾何特征

幾何信息主要由裝配件的連接信息和位置矩陣信息以及零部件模型的實體特征信息構(gòu)成，主要信息如圖8所示。

圖4中工藝設(shè)計需要的輸入數(shù)據(jù)，可以通過提取產(chǎn)品的MBD非幾何信息和識別幾何特征獲得。通過CAA二次開發(fā)編程的方式進行提取，一方面基于CATIA V5數(shù)據(jù)對象屬性，提取CATIA V5模型的非幾何信息；另一方面利用特征識別技術(shù)對提取零件的加工特征。利用XML語言進行屬性和特征的映射，并通過對XML數(shù)據(jù)的解析保存到數(shù)據(jù)庫中，供后續(xù)工藝業(yè)務(wù)活動進行查詢和引用的效率。如圖9所示。

對于MBD數(shù)據(jù)元素的提取包括兩部分：

1）對零件屬性信息、結(jié)構(gòu)樹上的信息以及標(biāo)注信息進行提取，以結(jié)構(gòu)化的形式保存。

圖8 MBD數(shù)據(jù)元素提取

2）對零件進行特征識別，以特征代碼的形式，將結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫。但是目前對于幾何特征的識別的往往還是局限在孔、槽、腔、肋、回轉(zhuǎn)體、曲面等典型特征。

4 基于MBD數(shù)據(jù)元素的零件特征編碼

4.1 零件特征編碼的必要性

圖9 零件特征編碼

隨著兩化融合的推進，數(shù)字化技術(shù)在型號研制中的應(yīng)用，產(chǎn)生了“海量”的業(yè)務(wù)和系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)。海量數(shù)據(jù)的有效利用和管理面臨如下問題：

1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化并存，某些業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)未實現(xiàn)精細(xì)化、規(guī)格化管理；

2）數(shù)據(jù)的有效性、制造對象、資源對象的狀態(tài)難以在多個系統(tǒng)間及時同步；

3）數(shù)據(jù)存在多頭管理的問題；

4）多網(wǎng)（局域網(wǎng)、工控網(wǎng)、商網(wǎng)）并存狀態(tài)下的數(shù)據(jù)安全管理。

因此，如何把海量信息整理歸檔、從中過濾掉無效的信息、發(fā)現(xiàn)有用的知識，提高信息利用率[4]，是亟需解決的問題。把零件的結(jié)構(gòu)特征、屬性信息進行編碼就是一個很好的選擇。本文把對構(gòu)成MBD數(shù)據(jù)元素的非幾何信息和幾何特征統(tǒng)稱為零件特征，將MBD信息數(shù)據(jù)元素進行編碼定義為零件特征編碼，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的精細(xì)化管理。采用零件特征編碼具有以下幾個主要作用：

1）編碼作為系統(tǒng)識別某一對象的唯一依據(jù)；

2）相同的編碼信息可以避免重復(fù)存儲[5]；

3）編碼是實現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化管理的有效手段；

4）編碼可建立對所描述對象的復(fù)雜屬性的簡單描述，便于計算機識別，是基于特征進行匹配與推理計算的必要基礎(chǔ)。

4.2 零件特征編碼方法

通過對航空產(chǎn)品零件信息進行梳理，統(tǒng)籌工藝設(shè)計對信息的需求，結(jié)合企業(yè)現(xiàn)有編碼體系和應(yīng)用習(xí)慣進行編碼，編碼規(guī)則優(yōu)先使用數(shù)字，需準(zhǔn)確、易識別并便于管理，并保證編碼合理性、規(guī)范性、簡易性和無二義性，同時考慮編碼的可擴展性[6]。我們將包括幾何特征和零件屬性的MBD數(shù)據(jù)元素統(tǒng)稱為零件特征，并且對零件特征編碼按照“主碼 +輔碼”方式設(shè)置，每個碼段又分為“基本碼+可變碼”。具體含義如下：

1）屬于基本碼的碼段用于標(biāo)識零件的基本特征，包括主要的形狀特征和基本管理屬性，如零件類型、名稱、材料等；

2）屬于可變碼的碼段用于表示零件的動態(tài)特征，如有效性、成熟度等情況；

3）輔碼用于對零件特征或者附加特征進行補充描述。

通過對零件特征進行編碼，可以建立對零件幾何實體特征和文本屬性的標(biāo)識和索引，從而快速、準(zhǔn)確的按照零件的相似性對其工藝進行查詢和匹配（應(yīng)用結(jié)構(gòu)相似、特征相似、屬性相似的零件具有工藝相似性的特點）。并且可以為建立零件特征的邏輯關(guān)系打下基礎(chǔ)。本文建議以十五碼段編碼方式，如圖10所示，企業(yè)也可以根據(jù)自己的需求進行調(diào)整。

現(xiàn)階段航空企業(yè)通常對零件類型、材料、關(guān)重特性等都進行了編碼，建議相應(yīng)碼段的編碼方式復(fù)用這些規(guī)則。

上文提到對于零件的MBD數(shù)據(jù)可以通過基于CAA二次開發(fā)提取到數(shù)據(jù)，開發(fā)自動編碼功能對于這些特征元素根據(jù)編碼規(guī)則進行自動編碼，避免人工編碼工作繁重、低效、重復(fù)、易錯的問題。

5 工藝知識庫

實現(xiàn)工藝路線、工藝規(guī)程、工藝資源的知識化設(shè)計，需要查詢到相似零件的相關(guān)工藝數(shù)據(jù)進行匹配和推理，因此需要進行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的積累，構(gòu)建工藝知識庫。根據(jù)工藝數(shù)據(jù)的匹配需求，構(gòu)建典型工藝庫、工藝實例數(shù)據(jù)倉庫和工藝資源參數(shù)庫。

5.1 典型工藝庫

對于一些形狀特征、材料、技術(shù)要求相似的零件，其工藝路線往往相似，將這些零件歸為一類，并將有通用性的工藝規(guī)程保存下來，供工藝人員在工藝設(shè)計時使用。典型工藝庫可固化并重用典型工序、典型工序及典型工藝內(nèi)容。用于規(guī)范典型工藝、典型工序的積累、管理、查詢、應(yīng)用。能夠有效提高工藝設(shè)計工作與工藝文件的標(biāo)準(zhǔn)化，縮短工藝設(shè)計工作的周期。

通過對零件MBD數(shù)據(jù)元素編碼的匹配，向工藝員推送相對應(yīng)的典型工藝，根據(jù)具體零件的特征，對典型工藝進行少量的增刪改的修訂，從而快速的完成工藝文件的編制。典型工藝的構(gòu)建方式如下：

1）復(fù)合零件法，復(fù)合零件是指包含其零件族中所有幾何特征和工藝特征的零件。可以是零件族中最復(fù)雜的真實零件，也可以是包含上述全部特征的虛擬零件。

2）復(fù)合路線法，復(fù)合路線法是指對該零件族中所有零件全部工序進行匯總和梳理構(gòu)成的工藝路線。

5.2 工藝實例數(shù)據(jù)倉庫

當(dāng)在典型工藝庫中無法匹配到某一零件的工藝設(shè)計數(shù)據(jù)時，需要擴大搜索范圍到大量的歷史工藝文件中進行檢索。然而，如果在所有的歷史文件中進行檢索，給服務(wù)器帶來難以承擔(dān)的負(fù)載，而且速度和效率降低。因此，借鑒數(shù)據(jù)倉庫的思想，將具有一定代表性的零件工藝文件的實例，導(dǎo)入到工藝實例數(shù)據(jù)倉庫中。工藝實例數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)來源包括：

1） 歷史工藝文件中具有代表性的工藝設(shè)計成果；

2） 由主管工藝根據(jù)主營產(chǎn)品特點、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)情況整理的具有一定代表性的工藝文件；

3）工藝實例數(shù)據(jù)會隨著型號研制的增多進行積累，也包括基于知識化應(yīng)用新編制的具有代表性工藝實例。

利用工藝實例進行快速工藝生成的查詢效率雖然比典型工藝低，但是對于多品種、小批量的航空企業(yè)，不可能所有零件都可以匹配到典型工藝。應(yīng)用匹配工藝實例的方法再進行一定的增刪改的修訂，相比完全的人工編制，可以提高效率和質(zhì)量。

5.3 工藝資源參數(shù)庫

首先在工藝資源庫中，對工裝資源的數(shù)據(jù)進行梳理，不僅對管理信息進行維護，且通過動態(tài)建模的方式，對于各類工裝的特有的屬性進行維護。從而對其適用的工藝方法、加工特征等都可以進行結(jié)構(gòu)化管理，建議對工藝資源及其屬性也進行編碼，以便進行工序和工藝資源的推理與推薦。

圖10 工藝資源參數(shù)

6 工藝方案的匹配與推薦

以零件工藝為例，工藝的匹配和推薦是指利用零件結(jié)構(gòu)、材料等特征的相似性，判定零件工藝的相似性，進而為工藝員推薦可復(fù)用的工藝。主要考慮的因素包括：

1）零件結(jié)構(gòu)：形狀、尺寸、精度；

2）零件材料：材料種類、毛坯種類、熱處理、制造方式；

包括推薦工藝的工序順序、加工設(shè)備、工裝、注意事項等。

工藝文件的檢索技術(shù)已經(jīng)比較成熟，然而根據(jù)零件信息和已有的歷史數(shù)據(jù)中進行相似度的計算，推薦最優(yōu)典型工藝的過程相對比較復(fù)雜，需要一定的計算和推理，為了便于相似度的計算把零件特征編碼構(gòu)建成為特征矩陣，并對每個碼段設(shè)置權(quán)重。

圖11 工藝匹配與推進流程

通過工藝匹配與參數(shù)化規(guī)則推理主要實現(xiàn)：

1）車間分工路線的推薦，分工人員在進行工藝分工時，系統(tǒng)會根據(jù)零件的特征編碼推薦該零件的最優(yōu)車間分工路線，工藝分工人員可進行交互式的選用和調(diào)整。

2）工藝路線的推薦，工藝設(shè)計人員在進行零件的加工工藝路線設(shè)計時，系統(tǒng)可以根據(jù)零件的特征組編碼去匹配工藝路線供工藝設(shè)計人員選用。

3）典型工藝的推薦，工藝員在編制工藝時，在工藝文件編制工具根據(jù)零件的特征編碼進行相似度技術(shù)與查詢，向工藝員推薦適用于該零件的典型工藝，工藝員在此基礎(chǔ)上進行調(diào)整與修改，即完成了工藝的派生。

圖12 自動推薦適配的典型工藝供選擇

圖13 基于規(guī)則推理的工藝參數(shù)推薦

4）工藝參數(shù)的推導(dǎo)，基于基本的工藝路線與加工特征的要求，在規(guī)則庫中匹配規(guī)則，通過規(guī)則引擎推算加工工序的工藝參數(shù)?；谝?guī)則對MBD信息作為輸入推導(dǎo)工藝參數(shù)的過程是由事實驅(qū)動，不斷應(yīng)用規(guī)則得出結(jié)論的過程，這個過程為正向推理，也稱為演繹法。本文推薦應(yīng)用RETE算法進行事實與規(guī)則的匹配，RETE算法是一個高效的演繹法推理算法，其原理如下圖所示。首先構(gòu)建匹配網(wǎng)絡(luò)，通過遍歷工藝參數(shù)推理規(guī)則集，并將規(guī)則中的所有模式（條件）在Alpha網(wǎng)絡(luò)中建立節(jié)點，將Alpha網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點在Beta網(wǎng)絡(luò)中構(gòu)建合并節(jié)點，最后也將規(guī)則中的結(jié)果封裝成Beta網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點，形成完整規(guī)則。然后進行規(guī)則匹配與推理執(zhí)行，將事實集中的MBD信息、制造資源等事實數(shù)據(jù)對象沿著Alpha網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點進行判斷，直到Beta網(wǎng)絡(luò)中進行合并，最終到達終端節(jié)點，形成可執(zhí)行的規(guī)則集合，在進行規(guī)則的沖突解決后執(zhí)行規(guī)則，得出推理結(jié)果。原理如圖14所示。

5）工藝資源的推薦，工藝資源的推薦需要結(jié)合歷史工藝文件中的數(shù)據(jù)和工藝資源庫進行。一方面檢索相似零件所用工裝，確定應(yīng)用工裝的類別和范圍；另一方面通過建立工藝資源庫，并對工裝參數(shù)和工藝方法進行梳理和結(jié)構(gòu)化，然后根據(jù)所工藝路線與加工零件的特征參數(shù)基于規(guī)則進行推算，進而推薦所需的工藝資源。

例如對于某工步中所用刀具的推薦，其實現(xiàn)思路如下：

圖14 零件加工特征

工藝員根據(jù)推薦的典型工藝，確定工序內(nèi)容后，系統(tǒng)根據(jù)加工特征及工件材料、粗糙度要求等信息（體現(xiàn)在計算機系統(tǒng)中為特征矩陣），且刀具的選擇很大程度上取決于所選用的工藝，因此在進行匹配時還需對當(dāng)前工序內(nèi)容進行語義分析，然后根據(jù)這些信息進行匹配和推理，在工藝資源庫中檢索適合的刀具進行推送。如表1所示。

表1 刀具參數(shù)推薦示意

當(dāng)用戶在資源庫選擇刀具時，系統(tǒng)自動為針對工步匹配適合的刀具，縮小范圍。

圖15 推薦刀具

對于其他工藝資源可以采用相同的原理，模擬人工選配工裝的過程，基于歷史數(shù)據(jù)分析和工裝匹配規(guī)則輔助進行工藝資源的選擇，提高工藝編制過程中選擇工裝的準(zhǔn)確性和效率。

7 結(jié)語

在基于模型的定義技術(shù)支撐的研制體系下，應(yīng)用知識工程的一些技術(shù)，進行智能化的工藝設(shè)計是本文研究的重點。通過自動抽取MBD數(shù)據(jù)元素，并進行自動編碼，構(gòu)建零件特征矩陣進行相似性計算和規(guī)則推理的方式對工藝參數(shù)進行推理，從而智能化的輔助工藝人員進行快速工藝設(shè)計的技術(shù)。構(gòu)建支持推理和推送的智能化的工藝設(shè)計知識集成應(yīng)用系統(tǒng)還有大量的研究和開發(fā)工作需要做。本文提出如下建議：

1）對工藝資源數(shù)據(jù)建立模型化、標(biāo)準(zhǔn)化的管理方式，不但要結(jié)構(gòu)化其管理屬性，更有深究其適用范圍、加工參數(shù)、適用的工藝方法等內(nèi)容；

2）建立工藝術(shù)語庫，梳理工藝設(shè)計本體知識，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化的工藝表述體系，并且研究語義分析技術(shù)和高效率的匹配算法；

3）在系統(tǒng)建設(shè)開發(fā)時，要考慮工藝知識數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的擴展性，考慮知識庫、其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)、工具的集成應(yīng)用關(guān)系，避免形成數(shù)據(jù)“孤島”。