航空工业庆安在工艺设计中应用CATIA知识工程

洁心凯歌

中国航空报讯：随着航空工业庆安数字化制造技术的快速发展、产品任务的不断加大，工艺人员在工艺方案设计和数控编程阶段不同程度上进行着重复的工作，而通过知识工程的思想，在工艺设计过程中将原有工程制造经验、专家知识及标准规范融入到现有工艺设计中，通过知识的“再利用”实现了与CATIA系统的无缝连接，从而一定程度上减少工艺人员的重复工作，另外通过CATIA的Catalog功能，有效地将一些工程经验进行整理和存储，从而也使得专家知识可以得到高效利用。
知识工程是人工智能发展到新阶段必然产生的课题，是面向现代制造技术要求而产生并发展的新型智能制造方法的重要工具。知识工程是促进制造智能化的重要途径，它的任务是通过访问专家，了解他们的知识，将所得的信息由一些人（通常是知识工程师）编写成计算机内的表现形式。计算机可以类似人类进行推理和求解问题。知识工程被视为一种将知识从专家头脑中“提取”或“挖掘”出来并以可计算形式传送给机器的过程。通过知识工程的定义我们可以看出，知识工程主要是通过知识采集、知识聚集、知识管理、知识应用等流程将一些知识信息（包括专家经验知识，标准规范，原理公式等）通过计算机将这些推理和运用的范围显性化出来。一方面方便工程技术人员的快速调用，另一方面可以有效地对知识信息进行管理，在知识积累、管理和推广上，知识工程都有其不可替代的巨大优势。
知识工程适用范围很广，与制造技术、自动化技术、系统工程、信息化技术等学科相互渗透，知识工程适用于产品的全生命周期，笔者认为知识工程在一些已有多年经验沉淀的、以经验积累为主的传统制造行业中，作用尤为明显。比如在数控加工行业中，影响零件加工效率和质量的因素有很多，包含人、机、料、法、环等多个方面影响着加工过程，很难通过理论研究来寻求最佳的加工方案，一般都遵循一些原有的加工经验来进行现有零件的方案策划，而工艺设计的合理性很大程度上取决于工程技术人员经验丰富程度。理想状态下，企业肯定希望所有零件的加工方案是最优的，即集合了所有专家的经验和意见。虽然企业在策划方案前都进行风险分析和评估，可风险分析的全流程覆盖显然是很难实现的。而通过知识工程，尽可能地将所有专家知识进行整合，技术人员在策划阶段可快速调用专家知识，进而也保质保效地完成零件的工艺设计。
制造业经过一个世纪的发展，生产过程中有着大量的专家知识，也形成了很多标准和规范，随着计算机技术和CAD/CAM软件和数据库技术的快速发展，计算机可以将这些专家知识和标准规范建立和管理起来并传递给用户。以CATIA软件为例，CATIA软件中的知识工程专家模块，CATALOG模块就可以用来建立和管理专家知识，其主要是通过参数化设计，然后建立一些函数或规则来表达专家知识，并通过CATALOG对专家知识进行保存和层级管理。在当今数字化制造要深入发展，无论是工艺设计，还是数控编程都需要CAD/CAM软件的辅助。而在CAM软件中构建的完整的加工环境，应包含流程、部件和加工资源，而部件又包含零件、毛坯和夹具，如果从装配的维度来划分，一个包含零件、毛坯和夹具的组合称之为部件，即零件为部件的一部分，而零件是由许多特征构成，在CATIA环境下不同的层级要素其参数化设计的方法也不同，本文对于特征级的要素通过超级副本功能来建立，而对于零件级则通过公式、设计表等功能来实现。
近年来加工设备快速更新换代，壳体零件的加工工序也越来越集中，加工效率也在不断提高。通过近十年的探索和研究，壳体零件的加工流程也逐渐成组化和系列化，基本上形成了固定接口的装夹方式和四轴加五轴的加工思路，而接口形式也由原有的燕尾装夹逐步转变为稳定更好、重复定位精度更高的一面两销螺纹拉紧的方式，目前常用的接口形式有两个系列，每种系列下有几种固定的规格。另外，通过摸索，在壳体零件典型特征的加工方法上也不同程度积累了加工经验。在工艺设计阶段也逐步形成了固有的策划流程：确定接口形式及位置→构建加工环境→编制数控程序。所以如何快速调用和调整接口特征，快换工装以及编程方法一定程度上影响着工艺员的工作效率。而通过CATIA专家知识模块则很好地解决此类问题。
CATIA超级副本（Power Copy）功能是参数化设计技术的拓展，实质是参数化和“宏”的有机结合。即在交互式环境中输入“相似特征”的参数，宏调用输入的参数，通过修改参数，自动生成典型零件特征。由此可以看出，超级副本主要用于特征级的工程知识进行构建。
一般超级副本方式制作特征模板的流程，首先基于便于工艺设计调整的思路选择合适的外部输入特征，然后通过参数化建模创建接口特征，并且将用户需要自定义修改的特征进行发布，便于后期用户进行修改，最后通过CATALOG将特征进行保存管理，创建好之后，用户可以通过选取平面及点将特征与零件进行组合，组合完成后，还可根据零件的实际情况来快捷地调整特征的角向、位置等一系列参数，无需重复建模。
超级副本的调用是系统通过人机交互的方式完成，用户根据提示首先选取特征所在的平面和特征所在的位置，然后在参数对话框通过修改用户参数，来选取适合该零件合适的接口，如果需要调整位置，还可再输入对话框重新选取特征所在的平面和中心点。
通过参数化设计建立过渡板的标准件库。参数化设计一般是指对一些成组化标准化的零部件，用一组参数来约束构建零件特征的几何元素，通过参数、公式、设计表等要素来驱动零件，相似特征的零件通过输入不同的参数则构建出不同的零件。由此可以看出该方法主要用于零部件级标准化知识库的构建。
一般通过参数化设计建立标准件的流程，首先成组零件中某一零件通过参数化设计对零件进行建模，然后通过设计表将成组化零件导入。最后，通过CATALOG对成组零件进行保存管理。
通过数字化加工的积累，通过现场不断地实践和积累，对于一些特征选用的刀具，加工方法都有各自的标准规范，比如快进给刀具的开粗，堵杯孔的加工流程，端口的加工流程，但是由于规范查阅麻烦，信息不全，工艺人员水平不一导致这些加工经验很难快速并准确地传递到使用者身上，而通过CATIA知识工程可以有效地对典型特征的加工知识进行存储并管理，工艺在使用过程中则无需询问专家或查阅资料，在CATIA环境下就可通过交互的方式快速调用。
通过CATIA知识工程模块可以有效地对知识的进行存储和管理，一方面有效地减少工作中的“重复劳动”，另一方面也对企业知识进行了积累，可以使得新员工快速掌握公司积累的工程知识经验。本文只是知识工程运用的很小一部分，而知识工程的深层次运用则可以为日常工作带来更多的便利，相应的也需要投入更大的精力。

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谢谢楼主

zh980103373

谢谢楼主！！

似水流年

很棒，继续加油