基于知识的航天典型结构件加工工艺智能设计方法研究

发布时间：2020-09-01 18:36

　　典型结构件是航天产品的重要组成部分,主要包括:框环类、阀门类、支架类和焊接框架类四个大类。随着航天事业的发展,典型结构件的设计和生产任务越来越重。由于其多品种小批量的性质,典型结构件的工艺设计成为了一个瓶颈问题。所以,提高典型结构件的工艺设计水平成为了提高典型结构件生产能力乃至于提高航天产品发展速度的关键问题。随着知识工程的引入,航天典型结构件的设计与生产也朝着快速化、智能化的方向发展。基于历史的工艺文件及工艺设计经验,分析和归纳同类典型结构件特征及工艺的相似性及工艺文件的结构特点,形成结构化的零件特征库、工艺序列库和典型工艺库,据此实现工艺路线及各工序的工艺参数的智能推理。最终完成典型结构件的智能设计系统,辅助工艺人员高效完成典型结构件工艺编制工作。这就是本文的研究目标及应用价值。工艺路线设计是工艺设计的关键环节,传统的工艺路线编制是工艺人员以个人经验根据零件结构特征来完成的。为了实现工艺路线的智能推理,需要在大量历史工艺文件中找到工艺路线编制的一般规则。为此,首先采用XML对历史工艺文件中的工艺路线进行结构化表达,清晰地表示出各工艺路线的结构模型;进而,根据航天典型结构件工艺路线编制规则能够表示为关联规则形式的特点,建立关联规则模型,并采用APRIORI算法挖掘出典型工序序列,并对挖掘出来的典型工序序列进行分析,找出各工序及各个工序余量之间的关系,总结出工艺路线编制的一般规则及主要工序的常用余量序列,将工艺路线的设计问题转化为余量序列的确定问题;最后,采用改进粗糙集的方法找出加工余量和零件特征间的关系,并以此确定唯一工艺路线。在完成工艺路线设计的基础上,还需要对各工序的关键参数进行智能化推理,从而完成整个工艺智能设计。通过典型工序的分析,了解各工序需确认的工艺参数及其对应的特征条件,建立相应的BP神经网络模型。使用历史数据对网络进行训练,并验证其误差,将得到的网络用语后续的工艺推理中。最后,以某航天设备制造厂的典型结构件中的框环类零件为验证对象,讨论了相关技术的实际应用。从工艺部门的实际情况出发,开发了基于CAPP的航天典型结构件的工艺智能设计系统工具,介绍了系统的技术路线及体系结构,给出了系统的运用实例。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V46
【部分图文】：

流程图,航天产品,工艺设计,流程

图 1-1 传统航天产品工艺设计流程Fig.1-1 Process design process of traditional space products如图 1-1 所示，工艺设计人员完全依靠自身经验，参考以往的设计实例及工艺设计相关标准，完成整个工艺设计工作。在这个过程中存在以下几个问题：1. 对于工艺设计人员经验依赖过大，新的工艺人员需要较长时间的学习和实践才能够胜任工艺设计工作；2. 航天产品的工艺设计知识体系相对比较复杂，工艺设计人员很难完全掌握；3. 对于同一类型的零件工艺，本身结构特征相似，其工艺文件差别不大，但也需要重新编写，存在大量低级重复性劳动。1.2 研究的目的及意义

工艺信息模型,零件特征

图 2-5 基于 XML 的零件特征及工艺信息模型显示Fig.2-5 Part features and process information model display based on XML按该模型格式将框环类所有历史工艺文件进行结构化并存入数据库中，形成工艺实例库，便于后续研究的调用。2.5 本章小结目前，XML 的建模标准在各个工程领域都得到了广泛运用，本章结合航天典型结构件特征及工艺信息的特点，充分考虑模型的灵活性和可扩展性，完整全面地描述了零件特征及工艺的各方面信息，使得系统可以方便的提取所需要的信息，为后续的数据分析和推理奠定了基础。

序列,零件工艺路线,结构化

图 3-2：某框环零件工艺路线结构化Fig.3-2 Structured process route of a frame ring首先通过观察我们可以发现一些典型的工艺序列。比如“来料检验-探伤-预处理”和“来料检验-预处理”这里是准备阶段的两种典型工艺，由材料的性质来决定是否需要加入探伤。再如“钳工-表面处理-检验-入库”为主要加工完成后典型工艺序列，几乎每个框环类产品都是采用该序列。对于中间加工部分车削、铣削、检验和热处理之间的规则，我们通过采用 Apriori 算法进行发掘，取初始支持度和置信度阈值都为 0.3，支持度每次调整量为 0.01，共得到 2147 条规则，由于篇幅限制，只显示部分挖掘结果：

【参考文献】