CN106528953A

CN106528953A - 面向飞机结构件工艺设计的工艺知识概念模型描述方法

Info

Publication number: CN106528953A
Application number: CN201610908108.XA
Authority: CN
Inventors: 闫光荣; 余丹
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2016-10-18
Filing date: 2016-10-18
Publication date: 2017-03-22

Abstract

本发明公开了一种面向飞机结构件工艺设计的工艺知识概念模型描述方法，属于航空宇航制造技术领域。所述的描述方法包括对工艺知识进行分类、确定各个知识单元之间的层次关系，将确定的层次关系映射到飞机结构件加工工艺，构建概念模型。本发明基于用户的视角，重新回归到概念模型的本质，将现有的飞机结构件加工设计的工艺知识与工厂实际加工场景流程相对应，研究飞机结构件加工工艺规划的思路，模仿工艺人员进行工艺规划的工作流程，确定概念模型的描述形式，更能充分发挥作为实现用户与数据库设计人员之间的无障碍交流的语言的作用，也更具有实用性。

Description

面向飞机结构件工艺设计的工艺知识概念模型描述方法

技术领域

本发明属于航空宇航制造技术领域，具体涉及一种面向飞机结构件工艺设计领域的工艺知识概念模型描述方法。

背景技术

概念模型，是面向用户和现实世界的、用于信息世界的数据模型，它与DBMS(数据库管理系统)无关，是现实世界到信息世界的第一层抽象，它的核心是对于现实世界的了解与描述的，通过它，实现用户与数据库设计人员之间的无障碍交流。

它主要用来描述一个单位的概念化结构，所以，一方面，概念模型需要具有比较强的语义表达能力，对应用中各种语义知识进行直接方便的表达；另一方面概念模型需要做到简单、清晰、易于用户理解。

对概念模型的深入研究始于美国国防部建模与仿真办公室(DMSO)，在1995年10月，DMSO发布的“建模与仿真主计划”中就把任务空间概念模型(CMMS)作为建模与仿真技术框架的三大技术标准之一。研究到现在，已有概念模型的构建可从总体上分为静态模型和动态模型两类。

其中，静态模型概念建模方法包括：

实体——关系(ER)方法(采用图形的描述方式，由实体、属性和关系构成。这种建模方式最初是作为数据库模型设计工具而提出的，它受到传统数据模型的局限，当分析较复杂问题时会带来不必要的、更大的复杂性。同时，这种方法也不符合人们的思维习惯，缺乏自然性和直接性。)

ORM(对象—角色)建模方法，它依照自然语言来表示模型，用角色来描述对象与对象之间的关系，并且可以在概念层和逻辑层之间进行映射，在建模思想上有重大的突破，把事物的属性分离出来作为建模研究的对象，强调表述的规范化，强调建模流程，所建的模型具有唯一约束性，稳定性强，在建模过程中使用自然语言描述来强调表达的规范，弥补图形的不足，并且能够从ORM模型中提取出ER信息模型。

静态模型概念建模方法是图形的描述方式，由实体、属性和关系构成。这种建模方式最初是作为数据库模型设计工具而提出的，它受到传统数据模型的局限，当分析较复杂问题时会带来不必要的、更大的复杂性。同时，这种方法也不符合人们的思维习惯，缺乏自然性和直接性。

动态模型概念建模方法包括：

面向功能的概念模型建模(建模方法主要由基于功能的建模方法所主导)。

面向过程的概念模型建模(面向过程的建模方法偏重于对系统动态特征如活动、状态等的描述，而对系统的静态特征如结构、功能方面描述能力较差，不能全面描述系统的特征)。

向对象的概念模型建模：面向对象的建模采用构造模型的观点。在模型的构建过程中，各个步骤的共同目标是构造一个问题域的模型，在分析阶段把业务系统分解成实体及其关系，建模阶段则是解决这些实体和关系如何实现的问题。

基于本体的概念模型建模(本体论研究的实体存在本质是独立于任何语言而存在的。人们从哲学中借用本体这一概念用于信息科学领域，通过对实体存在本质的研究为各种不同系统之间的知识(或资源)共享和互操作提供手段，达到知识表示、共享和重用的目的)。

动态模型概念建模方法以任务为中心，时效性较好，针对性强，但对问题域的定义不完整，忽略了对内涵(Inclusion)、结构(Structure)定义描述。程序跟知识的融合，随着复杂问题的不断涌现，导致用一个统一的算法模式解决所有问题的难度加大，同时出现问题知识与算法都需要进行更新修正，工作量大且难度较高。

概念模型的开发是一个充满主观色彩的工作，其具有特定领域适用性。对不同的领域进行研究，提炼出来的概念模型都不一样，大多数时候，并非现有的概念模型可用于照搬套用的，概念模型的确非常之重要，概念模型的质量对整个系统的影响至关紧要。一般来说，构建概念模型的过程与程序员的关系并不大。最适合进行这项活动的人，应该是那些对该领域工作流程熟悉的人。

在飞机结构件加工工艺设计领域，加工方法是最重要的东西，进行概念模型的构建，核心也在于此。比如壁板怎么加工通过这个概念模型如何表达出来，研究飞机结构件加工工艺规划的思路，模仿工艺人员进行工艺规划的工作流程，利用这一思路来建立概念模型，具体领域具体研究，上述现有的概念模型描述方法都是以数据为核心的表达方式，而在飞机结构件工艺设计领域工艺方法是以方法为核心的，现有的技术解决不了，因此有必要研究一种新的概念模型建模方法，扩展原有建模方法的描述方式，针对该领域需求根据现有的知识特点，研究提出一种新的描述方式，增强仿真模型描述的完整性，使得仿真应用更符合客观实际。

发明内容

本发明紧紧围绕飞机结构件加工工艺设计领域的要点即加工方法，提出了一种新的基于用户视角的面向飞机结构件工艺设计的工艺知识概念模型描述方法。

所述的描述方法包括如下步骤：

第一步，对工艺知识进行分类，包括分别为复合知识单元、原子知识单元、属性知识单元和决策知识单元。

第二步，确定各个知识单元之间的层次关系。

第三步，将确定的层次关系映射到飞机结构件加工工艺，构建概念模型。

本发明的优点或者有益效果在于：

(1)本发明技术方案紧紧围绕飞机结构件加工工艺设计领域的要点即加工方法，基于用户的视角，重新回归到概念模型的本质，即原生态知识或者数据的表示，确定概念模型的描述形式，更能充分发挥作为实现用户与数据库设计人员之间的无障碍交流的语言的作用，也更具有实用性。

(2)本发明技术方案结合工艺设计工作流程的线性特征，确定了概念模型描述的结构即层次结构，充分考虑与符合了飞机结构件工艺领域特点。

(3)本发明从"映射现实世界"的角度考虑，将现有的飞机结构件加工设计的工艺知识与工厂实际加工场景流程相对应，研究飞机结构件加工工艺规划的思路，模仿工艺人员进行工艺规划的工作流程，利用这一思路来建立概念模型，站在用户的视角，针对具体领域具体研究，提出工艺知识概念模型描述方法。

附图说明

图1是本发明提供的基于用户视角面向飞机结构件工艺设计的工艺知识概念模型描述方法流程图。

图2是数据库开发技术员作为用户使用本发明的描述方法进行工作的流程图。

图3是工厂加工工艺员作为用户使用本发明的描述方法进行工作的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供一种基于用户视角面向飞机结构件工艺设计的工艺知识概念模型描述方法，如图1所示流程，所述方法包括如下步骤：

第一步，对工艺知识进行分类。

飞机结构件零部件加工工艺知识，来源于行业领域专家的经验及实际操作加工经验，这些经验多以自然语言的形式存在，通过对这些经验的整理，得出自然语言表达的知识要点，将所述的知识要点分为四个知识单元类型，分别为复合知识单元、原子知识单元、属性知识单元和决策知识单元。所述的复合知识单元再向下分出的知识单元中包含复合知识单元、原子知识单元两种中至少一种的知识单元；所述的原子知识单元不可再向下分出复合知识单元或者原子知识单元的知识单元；所述的属性知识单元是指复合知识单元或者原子知识单元的对应的属性知识；所述的决策知识单元是指进行决策的经验规则类知识单元。

所述的复合知识单元如下：

1.工艺知识：包括工艺领域、属性知识、工艺方法集；

2.工艺资源：包括机床、刀具、毛坯；

3.工艺方法集：由工艺流程组成；

4.工艺流程：包括工艺产品、工序；

5.工艺产品：包括属性知识及加工特征；

6.工序：包括加工机床、夹具、工序内容、属性知识；

7.工序内容：由工步组成；

8.工步：包括加工刀具、属性知识、切削参数；

所述的原子知识单元如下：

1.工艺领域：飞机结构件加工工艺领域；

2.刀具(具有属性：刀具名称、刀具代号、前角、后角、螺旋角、齿数、材料、直径属性)；

3.机床：(具有属性机床类型、机床代号、工作精度表、技术参数表、主参数、主参数折算系数、第二主参数)；

4.毛坯(具有属性：毛坯名称、制造方法、毛坯材料)；

5.切削参数(具有属性：切削深度、进给速度、切削速度)；

6.加工特征(具有属性：特征名、特征类型、特征说明)；

7.切削液(具有属性：切削液类型、使用方法)；

8.夹具(具有属性：夹具编号、夹具名称)；

所述的属性知识单元具体为：

1.属性知识(工艺知识)：本方法面向飞机结构件工艺设计领域；

2.属性知识(刀具)：刀具名称、刀具代号、前角、后角、螺旋角、齿数、材料、直径；

3.属性知识(机床)：机床类型、机床代号、工作精度表、技术参数表、主参数、主参数折算系数、第二主参数；

4.属性知识(毛坯)：毛坯名称、制造方法、毛坯材料；

5.属性知识(工序)：工序编号、工序名称、工序草图；

6.属性知识(工艺产品)：工件名称、工件编号、工件类型；

7.属性知识(工步)：工步序号、工步内容等属性知识以及刀具、切削参数、切削液；

8.属性知识(切削参数)：切削深度、切削速度，进给速度；

所述的决策知识单元包括加工机床决策知识、夹具决策知识、加工刀具决策知识和切削参数决策知识。

所述的加工机床决策知识包括：

根据加工零件的结构形状、尺寸、精度、表面质量及所采用的工艺方案等来选择机床的类型和机床的精度；根据零件所选的定位基准、夹紧方式、夹具结构形式及尺寸、排屑情况、操作安全可靠程度、零件的重量、结构尺寸及材料性能来选择机床的规格、刚性及功率；根据零件的生产批量，所要求的生产率及生产周期来选择机床特性功能；选择机床还应注意到机床的利用率、机床的价格等；选择机床还应考虑到机床附件的功能，数控机床或者加工中心的选择更要全面考虑。

所述的夹具决策知识包括：加工整体壁板，选择真空平台装夹夹具或者专用真空夹具；加工生产批量较大的缘条类零件，并且机床类型是大型多主轴头机床，装夹夹具选液压夹具；加工肋类零件并且结构较复杂，装夹夹具选择专用夹具；加工批量相对不高的中小尺寸结构件并且结构较简单而且精度要求相对不高，选择孔系拼装夹具；

所述的加工刀具决策知识包括：如果加工类型为粗加工，刀具选择硬质合金刀具，较小后角刀具，取值范围：(α0＝40°～60°)；如果工件材料为铝合金，刀具选择较大前角刀具，刀具齿数2～3齿；如果工件材料为硬质合金，刀具选择较小前角、较大后角刀具；根据壁板几何结构尺寸，尽量选择较大的刀具直径，较短的刀具长度；如果工艺系统刚性差，刀具选择较小后角刀具；如果精度高，刀具选择较小后角刀具；

所述的切削参数决策知识包括：根据零件的加工余量来确定|粗加工时除留下必要的精铣余量外，在工艺系统刚性允许的条件下，尽可能一次或两次完成粗加工；切削深度选择后，根据机床、刀具、零件等工艺系统的刚性和断屑情况，尽可能选择较大的进给速度，但必须保证走刀抗力小于机床的最大允许值；一般铝合金粗加工每齿进给量为0.02～0.05mm|根据刀具的耐用度要求，针对不同的刀具材料和零件材料，选用合理的切削速度|精铣时应首先保证必要的加工精度和表面粗糙度；其次考虑刀具耐用度和生产效率|壁板类零件尺寸较大，连续加工的时间较长，为保证不因耐用度低而经常换刀，应根据刀具的耐用度来选择对应的切削用量。

第二步，确定各个知识单元之间的层次关系。

如图1所示，复合知识单元中的工艺知识作为第一个层次；

第二个层次包括复合知识单元中的工艺资源和工艺方法集以及工艺知识的属性知识。

工艺资源进一步包含有刀具、机床和毛坯，与工艺方法集下分的工艺流程一起，形成第三个层次。

工艺流程为复合知识单元，进一步又分为工序和工艺产品，与刀具属性知识、机床属性知识和毛坯属性知识一起，构成第四个层次。所述的机床属性知识包括机床代号、机床名称(如专业数控壁板铣床、三坐标数控铣床、四坐标数控铣床和五坐标数控铣床等)、机床类型、工作精度表、技术参数、主参数、主参数折算系数和第二主参数等。所述的刀具属性知识包括刀具代号、刀具名称、前角、后角、螺旋角、齿数、材料和直径等。

所述的工序和工艺产品均为复合知识单元，因此，工序下又分为加工机床、夹具、工序内容和工序属性知识。所述的工艺产品又分为工艺产品属性知识和加工特征，形成第五个层次。

所述的第五个层次中的工序内容为复合知识单元，又分为工步，与机床加工决策知识、夹具决策知识和加工特征属性知识一起形成第六个层次。

第六个层次中的工步又分为加工刀具、工步属性知识和切削参数，形成第七个层次。

加工刀具的决策知识、切削参数的决策知识和属性知识形成第八个层次。

至此，将飞机结构件加工工艺分为八个层次结构关系。

第三步，将第二步中的层次结构关系映射到飞机结构件加工工艺，构建面向飞机结构件工艺设计的的工艺知识概念模型描述方法，具体如下：

符号说明：

<A>::＝<B>，<C>，<D>：表示知识单元A由知识单元B、C、D组成。

(<>)：表示()内知识单元为复合知识单元，非(<>)的<>表示非复合知识单元。

<E>::＝<F>{，<F>})：表示E由一个或者多个F的组合构成。

，：表示知识单元的构成单元之间的并列关系。

|：表示或的关系，表示为扩大本方法的通用性范围，|表示并列的内容可选，加工非飞机结构件的简单工件时可以替换成相应的简单加工步骤。

……：表示省略，根据具体飞机结构件生产厂商的实际配备的加工资源种类的实际情况，可以进行针对性的补充和取舍，这里不一一进行列举，。

构建起的面向飞机结构件工艺设计的工艺知识概念模型描述方法如下：

<工艺知识>::＝<属性知识>，(<工艺资源>，<工艺方法集>)

<工艺知识属性知识>::＝面向飞机结构件工艺设计领域

<工艺资源>::＝<刀具>，<机床>，<毛坯>

<机床属性知识>::＝<机床代号>，<机床名称>，<机床类型>，<工作精度表>，<技术参数表>，<主参数>，<主参数折算系数>，<第二主参数>

<机床名称>::＝专业数控壁板铣床|三坐标数控铣床|四坐标数控铣床|五坐标数控铣床|……

<刀具属性知识>::＝<刀具代号>，<刀具名称>，<前角>，<后角>，<螺旋角>，<齿数>，<材料>，<直径>

<毛坯属性知识>::＝<毛坯编号>，<毛坯名称>，<制造方法>，<毛坯材料>

<毛坯名称>::＝预拉伸板材|……

<工艺方法集>::＝(<工艺流程>)

<工艺流程>::＝<工序>{，<工序>})，<工艺产品>

<工艺产品>::＝<属性知识>，<加工特征>{，<加工特征>})

<工艺产品属性知识>::＝<工件编号>，<工件名称>，<工件类型>

<加工特征属性知识>::＝<特征编号>，<特征名称>，<映射关系>，<结构图>

<工序>::＝<加工机床>，<夹具>，(<工序内容>)，<属性知识>

<夹具决策知识>::＝加工整体壁板，选择真空平台装夹夹具或者专用真空夹具|加工生产批量较大的缘条类零件，并且机床类型是大型多主轴头机床，装夹夹具选液压夹具|加工肋类零件并且结构较复杂，装夹夹具选择专用夹具|加工批量相对不高的中小尺寸结构件并且结构较简单而且精度要求相对不高，选择孔系拼装夹具|……

<工序属性知识>::＝<工序编号>，<工序名称>，<工序草图>

<夹具属性知识>::＝<夹具编号>，<夹具名称>，(<支承定位平面面积>，<抽气孔直径>，<抽气槽槽宽>，<密封圈尺寸>，<O形密封胶条直径>，<边缘压板螺栓孔尺寸>)

<夹具名称>::＝真空平台|专用真空夹具|……

<工序内容>::＝(<工步>{，<工步>})

<工步>::＝<属性知识>，<加工刀具>，<切削参数>

<工步属性知识>::＝<工步序号>，<工步名称>，<工步内容>

<切削参数>::＝<属性知识>，<决策知识>

<切削参数属性知识>::＝<切削深度>，<进给速度>，<切削速度>

对于本发明提供的基于用户视角面向飞机结构件工艺设计领域的工艺知识概念模型描述方法，通过如下两种用户类型给出实施例：

如果是工厂加工生产中数据库开发技术员作为用户，结合图2，新获得的专家及生产技术人员的工艺知识及经验的实际内容对应组成要点进行对应填充，进行工艺知识建模。将工艺知识概念模型语句一条条输入数据库，然后对数据库中的概念模型语句进行组成要点提取，依次将数据库开发技术员输入的语句比如：{工艺知识}＝({产品}，{工艺方法集}，{工艺资源})中的算子及组成要点进行提取识别，比如首先识别算符“＝”，则“＝”左侧算子即映射工艺知识“＝”右侧第一个算子映射产品，以此类推，便完成了某件飞机结构件进行工艺规划所必须的全部知识要点。而语句顺序及算子即实现了知识要点之间的逻辑关系，对应到实际加工中便是加工过程安排的先后次序，由此，数据库开发技术员便完成概念模型建模过程，顺利将该工艺方法模型入库。

与此对应，如果所述的用户为工厂加工工艺员，如图3，先向数据库输入某飞机结构件加工的要求与条件，由此从数据库中检索出与之匹配的工艺加工方法，利用所述的概念模型的描述方法对已知加工条件进行逐条概念模型描述，在数据库中检索出结果之后，数据库将检索出的结果采用概念模型的描述方法给出反馈，即以对应语句结构:如：{工艺知识}＝({产品}，{工艺方法集}，{工艺资源})这样的形式进行描述存在已知对应属性映射到对应的属性填充已知条件的加工工艺方法；通过提取出的对应概念模型，系统程序对语句进行要素提取核对存在的对应属性是否补充完全，即概念模型与用户输入的已知加工条件系统匹配是否成功，如果检索失败则反馈失败信息，此时工艺规划需要由工艺员进行手动制定加工方法(此方法可以作为数据库开发人员的新数据进行检验入库，将该方法入库作为新添概念模型)，若校验成功，则返回加工方法概念模型，供指导工艺人员的实际生产加工，或工艺人员参考或检验工艺方法设计是否正确。

Claims

1.一种面向飞机结构件工艺设计的工艺知识概念模型描述方法，其特征在于：包括如下步骤，

第一步，对工艺知识进行分类，包括分别为复合知识单元、原子知识单元、属性知识单元和决策知识单元；

第二步，确定各个知识单元之间的层次关系；

第三步，将确定的层次关系映射到飞机结构件加工工艺，构建概念模型的描述方法。

2.根据权利要求1所述的一种面向飞机结构件工艺设计的工艺知识概念模型描述方法，其特征在于：所述的复合知识单元包括：

(1).工艺知识：包括工艺领域、属性知识、工艺方法集；

(2).工艺资源：包括机床、刀具、毛坯；

(3).工艺方法集：由工艺流程组成；

(4).工艺流程：包括工艺产品、工序；

(5).工艺产品：包括属性知识及加工特征；

(6).工序：包括加工机床、夹具、工序内容、属性知识；

(7).工序内容：由工步组成；

(8).工步：包括加工刀具、属性知识、切削参数；

所述的原子知识单元包括工艺领域、刀具、机床、毛坯、切削参数、加工特征、切削液、夹具；

所述的属性知识单元具体包括工艺知识属性知识、刀具属性知识、机床属性知识、毛坯属性知识、工序属性知识、工艺产品属性知识、工步属性知识和切削参数属性知识；

3.根据权利要求1所述的一种面向飞机结构件工艺设计的工艺知识概念模型描述方法，其特征在于：所述的层次关系包括八个层次分别为：

复合知识单元中的工艺知识作为第一个层次；

第二个层次包括复合知识单元中的工艺资源和工艺方法集以及工艺知识的属性知识；

工艺资源进一步包含有刀具、机床和毛坯，与工艺方法集下分的工艺流程一起，形成第三个层次；

工艺流程为复合知识单元，进一步又分为工序和工艺产品，与刀具属性知识、机床属性知识和毛坯属性知识一起，构成第四个层次；

所述的工序和工艺产品均为复合知识单元，工序下又分为加工机床、夹具、工序内容和工序属性知识；所述的工艺产品又分为工艺产品属性知识和加工特征，形成第五个层次；

所述的第五个层次中的工序内容为复合知识单元，又分为工步，与机床加工决策知识、夹具决策知识和加工特征属性知识一起形成第六个层次；

第六个层次中的工步又分为加工刀具、工步属性知识和切削参数，形成第七个层次；

4.根据权利要求1所述的一种面向飞机结构件工艺设计的工艺知识概念模型描述方法，其特征在于：第三步所述的概念模型的描述方法如下：

符号说明：

<A>::＝<B>，<C>，<D>：表示知识单元A由知识单元B、C、D组成；

(<>)：表示()内知识单元为复合知识单元，非(<>)的<>表示非复合知识单元；

<E>::＝<F>{，<F>})：表示E由一个或者多个F的组合构成；

，：表示知识单元的构成单元之间的并列关系；

|：表示或的关系，|表示并列的内容可选，加工非飞机结构件的简单工件时替换成相应的简单加工步骤；

……：表示省略；