模型与知识驱动的电缆加工工艺快速设计技术.pdf

30 兵工自动化 Ordnance Industry Automation2023-06 42(6)doi:10.7690/bgzdh.2023.06.007 模型与知识驱动的电缆加工工艺快速设计技术 邢香园，万 峰，李金柱，陈小弟，陈伟男，吴剑锋(上海卫星装备研究所总装中心，上海 200240)摘要：为解决航天电缆组件设计工艺数据协同效率低、工艺知识积累应用不足、工艺准备重复性工作量大且周期长等问题，提出一种模型与知识驱动的航天电缆组件加工工艺快速设计技术。分析基于 MBD 的电缆结构化设计信息提取、电缆结构化工艺设计知识库构建、基于知识的电缆加工工艺智能生成等关键技术；构建 B/S 架构的软件系统并实现型号工程应用验证。结果表明：该系统能实现电缆工艺快速设计，大幅提高电缆组件加工工艺设计效率，提升文件规范性和工艺设计过程知识化、智能化水平。关键词：航天电缆组件；模型；知识；工艺快速设计 中图分类号：TP202 文献标志码：A Model and Knowledge-driven Rapid Design Technology for Cable Processing Technology Xing Xiangyuan,Wan Feng,Li Jinzhu,Chen Xiaodi,Chen Weinan,Wu Jianfeng(Assembly Center,Shanghai Institute of Spacecraft Equipment,Shanghai 200240,China)Abstract:In order to solve the problems of low efficiency of process data collaboration,insufficient accumulation and application of process knowledge,large amount of repetitive work and long cycle of process preparation,a rapid process design technology for aerospace cable components driven by model and knowledge was proposed.The key technologies of MBD-based cable structured design information extraction,the construction of cable structured process design knowledge base,and the intelligent generation of knowledge-based cable processing technology are analyzed.The software system based on B/S architecture is constructed and the application verification of model engineering is realized.The results show that the system can realize the rapid design of cable process,greatly improve the efficiency of cable assembly processing process design,and enhance the standardization of documents and the level of knowledge and intelligence of process design process.Keywords:aerospace cable component;model;knowledge;rapid process design0 引言 电缆组件作为卫星等航天型号的重要组成，是实现各分系统及载荷设备间通信协作的“神经网络”，对型号功能性能和发射成败影响至关重要1。型号高强敏度研制、单件研制与组批生产并行等模式下，电缆组件高质、高效研制与配套需求日益迫切，对电缆设计制造协同与工艺准备能力提出了更高要求。电缆组件加工涉及的工艺方法相对固化2，通用性较强，但由于元器件/导线型号种类繁多，其工艺方法选用及工艺流程组合形式多样。当前，电缆组件加工已广泛采用结构化工艺设计模式3，并通过结构化知识建模与表达4、知识库的构建与应用，逐步实现工艺设计的模板化、知识化升级5-6。然而，现有工艺设计模式缺乏对电缆3 维数模的深化应用，工艺人员对非结构化设计文 档信息再提取、再组织、再利用效率低。同时，大量隐性决策规则知识缺乏深入应用，工艺方法组合、工艺参数选用等过程仍大量依赖人工决策，重复性工作量大且差错率高，工艺准备效率低、周期长，严重制约了电缆组件工艺准备效率的提升和工艺设计过程的知识化、智能化升级。针对上述问题，提出一种模型与知识驱动的航天电缆组件加工工艺快速设计技术，可有效提高电缆组件加工工艺设计效率与文件规范性，实现工艺设计模式的知识化、智能化升级。1 航天电缆组件加工工艺快速设计方法 1.1 航天电缆组件工艺准备业务过程及需求分析 航天电缆组件工艺准备过程主要包括设计工艺协同、工艺文件编制等主要环节：1)设计工艺协同环节，工艺师在线会签、接收 1 收稿日期：2023-02-07；修回日期：2023-03-05 作者简介：邢香园(1990)，男，河北人，硕士，高级工程师，从事航天产品数字化制造技术、制造执行系统 MES 研究。E-mail:xxy_bit_。31邢香园等：模型与知识驱动的电缆加工工艺快速设计技术第 6 期总体设计单位发放的电缆设计文档，包括电缆加工技术要求(含接点表、分支图、元器件/导线明细表等)及通用验收技术要求(含通用验收要求、关键指标要求、性能测试要求等)。2)工艺文件编制环节，工艺师对设计文档中的电缆设计配套信息、加工/检测/验收技术要求等信息进行再提取、再组织、再利用，进行放线表/配料卡/工时表等工艺报表的编制，并依据电缆元器件/导线设计配套，选用匹配的工艺方法及工艺参数，进行电工艺过程卡及检验记录附表等作业文件的编制、审批、受控与发放，并据此指导物资申领配套与电缆组件加工作业。针对当前非结构化设计文档信息协同、人工重复性工艺决策与卡/表文件编制带来的设计工艺数据协同效率低、工艺准备效率低且周期长等突出问 题，亟需开展以下研究与应用：1)以电缆 MBD 3 维数模为源头，提取模型结构化设计信息，降低工艺人员对非结构化设计信息再提取、再组织、再利用的重复性工作量，统一设计数据源，支撑工艺快速生成。2)基于现有流程模板、工序模板等显性知识，挖掘、固化电缆加工工艺智能决策规则等隐性知识，采用规则智能推理方法，实现电缆加工工艺方法自动选用、工艺流程与工艺内容自动生成，取代人工重复性工艺决策与文件编制工作，提升电缆工艺设计过程的知识化、智能化水平。1.2 模型与知识驱动的电缆加工工艺快速生成方法 为实现航天电缆组件工艺设计过程知识化、智能化升级，提出一种模型与知识驱动的航天电缆组件加工工艺快速设计方法，实现流程如图 1 所示。电缆 维模型 3设计信息模型产品对象结构化设计配套信息提取元器件配套：规格、等级、数量导线配套：型号规格、长度、等级电缆设计配套信息 决策规则集合工艺方法集合焊接压接火工品电缆加工方法自动选用 决策规则推理工艺方法判别工艺方法集合输出 工艺方法判别决策规则If:型号规格Then:工艺方法工艺流程重构决策规则If:工艺方法Then:工序集合电缆加工工序集合输出M1M3M8 M14M15 M16、电缆工艺设计知识库流程模板库标准工序全集最大流程包络工艺内容自动生成（作业指导书+结构化表格）SOP标准工序模板 模板自动引用 电缆加工流程实例工艺流程自动重构工序节点裁剪串并关系重组工序顺序更新结构化技术要求 技术要求聚合 M3 1天 M4 1天导线放线 脱分插电缆M1 2天 M2 1天 M17 1天 M5 1天 M18 1天 电连接器贴领、配料 脱分插连接 系列连J18脱分插导线技术要求导线配套 元件配套 图 1 模型与知识驱动的电缆加工工艺快速设计方法 该方法以电缆 MBD 3 维数模为源头，一是基于面向对象的电缆结构化设计信息模型，自动提取电缆结构化设计配套信息，作为电缆加工工艺设计的统一数据源；二是建立以电缆加工流程模板、工序模板、决策规则、技术要求为核心的电缆结构化工艺设计知识库，支撑智能化工艺设计；三是基于结构化设计数据源，采用决策规则推理方法，自动判别、选用电缆加工工艺方法，依据流程模板自动重构生成电缆加工工艺流程；四是以电缆加工工艺流程为骨架，聚合结构化工序模板、技术要求知识，实现电缆加工工艺与检验表格的知识化、智能化快速生成。2 基于 MBD 的电缆结构化设计信息提取 卫星电缆产品布局复杂、功能多样，但究其产品组成，通常由电连接器、尾罩、螺钉、焊片、插 针/插孔等各类元器件及各型导线通过复杂的节点对应关系加工而成。为实现电缆模型结构化设计信息自动提取，统一电缆制造全流程数据源，结合卫星电缆产品组成特点，构建了电缆 3 维结构化设计信息模型。以电缆 3 维模型组件对象为输入，单根电缆结构化设计信息模型可定义为如下四元组：Dinfo=Binfo,Cinfo,Winfo,Tinfo。Binfo电缆基础设计信息，定义为 Binfo=Index,Name,Code,Mdlinfo，包括电缆唯一标识 Index、电缆名称 Name、电缆代号 Code、所属型号 Mdlinfo等关键基础信息。Cinfo电缆元器件配套信息，定义为 Cinfo=Cindex,Ctype,Ccode,Cspecs,Qreq，包括元器件唯一标识 Cindex、类型 Ctype、代号 Ccode、规格 Cspecs、需求数量 Qreq。Winfo电缆导线配套信息，定义为 Winfo=Windex,Wmdl,Wspecs,Wbname,Lreq，包括导线唯一标识 Windex、32 兵工自动化第 42 卷导线型号 Wmdl、规格 Wspecs、所属分支名称 Wbname、设计长度 Lreq。Tinfo电 缆 加 工 技 术 要 求 信 息，定 义 为Tinfo=Tindex,Tcnt,Titem,Treq，包括技术要求条目唯一标识 Tindex、技术要求内容 Tcnt、记录项目 Titem、要求值 Treq等信息。综合运用面向对象的思想和数据库相关理论，建立了电缆结构化设计信息模型，如图 2 所示。+唯一标识+模型代号+模型名称+所属型号产品+版本号IndexDesignModelCodeDesignModelNameProductVersion电缆 维模型3+ExportAllCableInfo()11.n+唯一标识-电缆名称+电缆编号-所属型号IndexNameCodeProductModel电缆产品对象+GetCableBaselnfo()+ListComponentslnfo()+ListWireInfo()+ListTechincsReqInfo()111.n11.n1.n+唯一标识-类型-图号/代号-规格-数量+所属电缆IndexTypeCodeSpecsQuantityReqCableInfo元器件配套+GetCableInfo()+ListAllComponents()+JudgeTechnicslnfo()+唯一标识导线型号导线规格分支名称+所属电缆IndexWireModelWireSpecsBranchNameCableInfo-+GetCableInfo()+ListAllWireInfo()+JudgeTechnicslnfo()导线配套+唯一标识-技术要求内容-记录项目-要求值+所属电缆+所属工序