基于典型零件的工艺知识库建设

伍佳荣

（湖南云箭科技有限公司，长沙410100）



基于典型零件的工艺知识库建设

伍佳荣

（湖南云箭科技有限公司，长沙410100）

摘要：工艺作为连接设计与生产的桥梁，作为纪录文件贯穿于从设计到生产的整个过程。本文在分析当前工艺编制现状、问题及工艺知识库类型的基础上，对典型零件加工工艺建立方法进行探讨，并就工艺知识库与信息化建设相结合进行分析。

关键词：工艺编制现状类型典型零件信息化

引言

工艺是现代制造型企业管理中的一项重要内容，是连接设计与生产的桥梁［1-2］。工艺水平的高低直接影响产品的设计。一个优秀的产品设计，若没有对应的工艺技术作保障，将无法或难以在生产中将设计图纸转化为实际产品。同时，工艺对组织生产起指导作用，直接影响加工成本、生产效率及生产周期等。一个优化的工艺方案、先进的工艺技术可极大缩短生产周期，降低生产成本，增强企业的竞争力［3］。因此，现代制造型企业的整体运行中，工艺工作贯穿于从设计到生产整个过程，发挥着特有的作用。当前，我国制造业企业从拥有几台设备的小作坊到年产值达上百亿元的大型企业并存，工艺编制手段从传统的手工纸质到三维数字化工艺均将长期存在，工艺技术水平千差万别，但工艺水平的提高对每个企业而言都迫在眉睫。本文从对基于典型零件的工艺知识库建设方面分析工艺水平的提升途径。

1 当前工艺编制现状及问题

一般认为，机械制造工艺学科是一门纯粹的经验性学科，缺乏系统的科学基础和良好的自动化理论来支撑工艺设计。在制造型企业中，工艺技术员的工艺知识多来自于多年的从业经验积累，难以具备精准的定义和建立合适的数学模型［4-6］。下面将从以下几个方面探讨工艺编制工作的现状及其存在的问题。

第一，随着计算机、相关设计软件等辅助手段的使用，工艺编制工作的质量整体、编制效率均有所提高。但计算机较难实现人脑经验重现，难以实现工艺合理有序自动生成。例如，确定合适工艺路线是工艺设计中的关键和难点，加工顺序排列需要考虑诸如生产批量、工人水平、设备精度、交货周期等，实际生产中可根据实际情况灵活处置［7］。因此，一般依赖工艺技术员的经验、习惯及专业素养完成工艺路线的确定［3］。

第二，市场环境的变化使产品由少品种、大批量向多品种、少批量模式转变［8］，产品结构模块化。同型号后续批次或后续相似型号产品使用前批次产品的相同零部件时［9］，仍需编制工艺，造成重复劳动，致使没有足够的时间用于工艺研究。

第三，多种原因造成企业人员存在一定程度流动，工艺经验未能留存与工艺部门。一方面随着老技术员退休，其累计的宝贵经验未能有效留存于企业，而新入职毕业生没能在继承前辈经验基础上，实现快速成长；另一方面，因工艺人员调职或跳槽等，其负责型号产品所累积的经验未能在工艺部门其他技术员中分享。

第四，因企业构架等原因，相关反馈机制未能有效建立或未能有效施行，后续设计和工艺未能及时根据已有产品的问题改进提高。一方面，传统组织结构下的设计与工艺部门独立，部门之间是翻墙式的文件传递。工艺部门在编制工艺时，没有将产品的可加工性、加工经济性等问题反馈至设计部门，设计部门对后续类似结构将沿用既有产品的结构，未进行改进优化。另一方面，相关工艺人员在工艺编制后现场跟产时，当事工艺员能对现场加工问题做到心中有数，优化改进后续工艺，但没有在工艺部门内部共享相关问题。其他工艺人员编制相似零部件时，参照已有工艺文件编制，但不清楚已生产零部件加工中的问题，致使已有工艺问题继续出现。

第五，对需经多专业加工的复杂产品，因各专业无有效衔接，产品总体要求难以保证。以某个需分体加工后通过焊接连接的产品为例，设计图对产品的整体位置度有要求。若机加工艺员与焊接工艺员未能有效沟通，机加时直接加工到位未留余量，而焊接专业只保证焊接质量，则整体位置度要求难以保证。可见，各专业之间协调沟通各工序之间关系极大影响着产品质量。

因以上等问题的出现，造成制造企业在工艺编制过程中，工艺重复性、一致性等较差［10］，产品工艺设计水平难以有效提升，设计图中相关技术要求难以得到保证。鉴于此，工艺知识库的建立对于企业工艺、设计部门水平提升、产品质量的保证显得尤为重要。

2 工艺知识库类型分析

工艺知识库指具体产品的工艺决策信息，是对工艺设计经验及知识的总结和存储。结合企业制造资源，建立符合企业自身情况的工艺知识库，实现自动化工艺设计，有效提高企业工艺设计质量和水平［11］。在后续产品工艺策划过程中，利用建立的企业工艺知识库，工艺人员可提取与产品特征相关的工艺知识进行辅助设计，方便工艺知识的重用和管理。当前，工艺知识库主要有以下几种。

（1）专家库型工艺知识库。传统的工艺设计过程中，工艺设计人员的知识以经验的形式保存在个人的大脑中，或者以一种非结构化的文档形式存在。因此，可以建立由经验丰富的技术人员组成的专家型工艺知识库。工艺知识留存于各个专家大脑中，专家对本专业业务精通熟悉，对上下游其他专业或其他企业也较为熟悉，零部件全程工艺过程的组织理解也较为到位。因此，专家能有效把控产品加工全过程。可见，对工艺总方案等关键技术文件的编制，专家型工艺知识库优势显著。然而，该类型工艺知识库未能将存储于大脑中的隐性知识转化成能有效分享的显性知识，导致其他工艺设计人员在设计过程中难以获取或者难以使用这些知识。只有少数设计人员能通过相互学习勉强完成该设计过程，且周期较长。

（2）分专业型工艺知识库。分专业型工艺知识库是按照制造过程中所涉及专业划分，分为普通加工（如车、铣、钳等）、热处理、焊接、表面处理等多个专业。每个专业根据自身特点编制工艺过程，如表面处理专业。对需表面喷漆的零部件，一般将磷化处理工序安排在机加工序完毕后喷漆工序之前，且喷漆前应根据表面平整情况刮腻子粉。焊接专业按各类待焊母材及相关情况确定适应每种材料的焊接方法、焊接参数等。建立分专业型工艺知识库，能有效保证各专业内的产品加工，对涉及专业较少的零部件加工有效，但各专业之间衔接较少；对加工过程中涉及多专业，且各专业之间存在一定衔接的产品，质量将难以保证。

图1 端盖零件结构示意图及立体图

（3）基于典型零件工艺知识库。基于典型零件的工艺知识库，是对企业产品中的典型零件（既包含跨专业较少的零部件也包含涉及多专业的零部件）设计工艺路线，编制典型零件加工工艺文件。后续加工相同或相似零部件时，只需将已定型典型零件的工艺路线调出，沿用或根据相似零件的实际情况进行修改。该种方法能有效保证不同工艺人员编制相同、相似零部件工艺或同一工艺人员不同时期编制相同零部件工艺的一致性。基于典型零件的工艺知识库建立方法适宜于产品类型、结构相似，零部件通用化高或零部件变异多样的制造类型企业。同时，该种工艺知识库是工艺知识经验的累计，有利于工艺部门、企业的发展。但建立过程较为繁琐，零部件加工的典型工艺路线需多次开会讨论通过，参与人员多，且耗时也较多。因而，它的难点是典型工艺管理，即根据同类零部件结构和尺寸的变化，设计出一种或几种经过优化的加工或装配工艺范例，进而帮助企业按照自身需求，通过工艺工作的标准化、规范化工作，实现典型工艺的提炼、存储、管理和使用［12-13］。

3 典型零件加工工艺建立方法

图1为某齿轮减速机上的端盖零件结构示意图及立体图。某批次加工量为10件，材料为45钢，加工后需镀锌镍合金，镀层厚度为0.006～0.012。

生产企业为一般制造型企业，既有普通设备（普通车、铣、钻等设备），也有数控设备（数控车床、数控铣床、五轴加工中心等），但不具备表面处理能力（阳极氧化、镀锌镍合金、磷化等）。其典型的加工工艺如表1所示。

表1 端盖机械加工工艺过程（单位：mm）

图2为由端盖零件根据实际产品衍变出的零件，因已有典型零件端盖的加工工艺，则上述三个零件工艺编制变得快捷方便。

图2 变形端盖零件

其中，图2（a）零件依据典型工艺中将数车中打点位置变化，数量更改为6，钳工序不用划线，去除普铣工序，即完成工艺编制。图2（b）零件依据典型工艺中将数车中加工出环形槽，打点位置变化，数量更改为6，钳工序不用划线，去除普铣工序，即完成工艺编制。图2（c）零件依据典型工艺，下料由钢管代用，将数车中打点位置变化，数量更改为8，钳工序省略，普铣工序加工两个槽，即完成工艺编制。

通过端盖零件及衍变出的端盖零件工艺策划及编制案例，可发现建立基于典型零件的加工工艺后，后续相似或相同结构零件能快速完成编制，确保相类似零件工艺一致性，保证工艺文件的严肃性。

4 工艺知识库与信息化建设相结合

随着制造型企业纷纷转型升级，信息化建设逐渐受到重视，越来越多企业逐步实行PDM/CAPP、三维工艺知识规划系统等。这些信息化系统的上线，可将企业既有及后续产品的工艺决策信息电子表格化，同时可利用其强大的搜索、归类能力在系统数据库中寻找所需数据。因此，企业可在该类系统落地时，定制相关工艺知识库模块或根据系统已有功能建立工艺知识库。通过工艺知识库与信息化建设相结合，逐步解决当前工艺编制中工艺重复性、一致性等问题，快速提升企业未来的工艺技术水平，保证产品加工的质量。

5 小结

本文在剖析当前工艺编制工作的现状及问题后，对专家型工艺知识库、分专业型工艺知识库、基于典型零件工艺知识库等进行分析，确认基于典型零件的工艺知识库是快速有效的工艺编制知识库，有利于工艺文件一致性，保证工艺文件严肃性，有利于工艺部门及企业长久发展的一种方法。同时，对该种工艺知识库的建立及与信息化建设相结合进行了分析探讨。

参考文献

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［13］丁丁，张旭，斯铁冬，等.三维工艺设计中基于加工特征的工序模型生成技术［J］.兵工自动化，2013，（6）：31-35.

To Investigate the Process of the Construction of Knowledge Base Based on Typical Parts

WU Jiarong
（Hunan vanguard technology Co., Changsha 410100）

Abstract:Technology as a bridge between design and manufacture, as a discipline document throughout the whole process from design to production. The analysis based on current current situation of process planning, problems and process knowledge base type, the typical parts and machining process establishment method are discussed and the process knowledge library and information construction combined were analyzed.

Key words:process, status quo, types, typical parts, information