飞机数字化产品定义知识模型

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1、第9卷第12期2003年12月计算机集成制造系统CIMSComputerIntegratedManufacturingSystemsVol.9No.12Dec.2003文章编号:1006-5911(2003)12-1053-04飞机数字化产品定义知识模型蔡文沁1,姜寿山2(1.西北工业大学机电工程学院,陕西西安710072;2.西安工程科技学院,陕西西安710048)摘要:为描述飞机产品的复杂性,使数字化产品定义模型具有良好的可继承性和可扩展性,提出了飞机产品-过程-资源知识模型。该模型包含四个子模型,即产品模型、过程模型、资源模型和产品-过程-资源相互关联模型,采用统一建模语言建立了相应的语

2、义模型,并将该模型应用于某型飞机机翼数字化定义。应用结果表明,该模型能够为产品开发的整个生命周期提供单一的数据源,并具有良好的知识可扩展性和可继承性。关键词:产品-过程-资源;语义网络;数字化产品定义中图分类号:TH166;TP391文献标识码:A0引言飞机作为一种复杂产品,其复杂性主要表现在以下几个方面:零部件繁多,且其装配约束关系和层次关系复杂;飞机研制过程管理与协调复杂;研制过程所涉及的资源复杂;产品、过程、资源三者之间相互关联的关系复杂;飞机研制中积累和重用各种知识和经验复杂。飞机产品的这种复杂性,导致飞机产品各类知识的建模工作非常复杂。因为产品设计所产生的信息是产品整个开发周期中的源

3、头信息,对这个阶段的知识模型必须具有良好的可继承性和可扩展性,以满足产品开发后续阶段中知识继承和扩展的需要。在航空产品的设计阶段,目前已普遍使用数字化手段实现产品的数字化定义,产品的所有设计知识都积累在数字化产品模型中,因此,产品数字化定义知识模型的表示非常关键。目前,在数字化产品定义(DigitalProductDefinition,DPD)方面,文献1提出了五维空间模型;文献2建立了面向铁路机车车辆的数字化产品定义模型。为了描述飞机产品的复杂性,使数字化产品定收稿日期:2003-09-06;修订日期:2003-11-21。基金项目:航空基金资助项目(01H53067)。义模型具有良好的可继

4、承性和可扩展性,本文提出一种面向飞机产品的产品-过程-资源(Product-Process-Resource,PPR)核心知识模型,它包括产品模型、过程模型、资源模型和PPR相互关联模型,并将该核心模型在某型飞机机翼数字化定义中得到了应用。1产品-过程-资源核心知识模型产品-过程-资源核心知识模型是描述企业在整个产品生命周期中获取、共享和重用产品、过程、资源等企业知识的模型。产品本身可以与制造流程和资源需求一起集成于一个丰富的语义网络环境,和用于再利用企业知识的策略一致。PPR核心知识模型可以获取产品开发时的数据,对产品设计更改作出快速反应,这将解决因返工带来的工期延长问题。对于一个产品对象来

5、说,其研制过程包含了产品信息、过程知识、研制过程涉及的资源,以及产品-过程-资源之间的相互关联,因此,一个复杂产品的PPR核心知识模型PPR-KM可以表示为:PPR-KM=Prod,Proc,Res,Rel作者简介:蔡文沁(1964-),男,浙江省宁波市人,现为西北工业大学机电学院博士研究生,主要从事数字化产品开发技术、PDM技术等研究。E-mail:caiwq。© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.1054计算机集成制造系统CIMS第9卷其中,Prod表示产品对象的产品知识;

6、Proc表示产品对象研制的过程知识;Res表示产品对象在研制中所采用的资源组成的资源知识;Rel表示产品、过程和资源三者之间的相互关联知识。PPR-KM必须满足以下关系:(1)Prod“,Proc“,Res“,Rel“;(2)ProdProc=“,ProdRes=“。(a,b,A),表示装配单元a和b之间存在约束R,其属性值是A。装配单元之间的约束关系R,根据容差分析和综合的要求,分为定位关系和非定位关系,可以用公式表示为:P(C)Constraint(C)v(x)Subclass-of(C,x)(xorientation-constraint,non-orientation-constrai

7、nt)(2)2基于语义网络的PPR核心知识模型描述211产品语义模型飞机产品是由部件、段件、板件、组合件和零件212过程语义模型过程是一系列活动A以及活动之间的控制流C、信息流I、物流O和活动涉及的人员H的集合,可定义为五元组(A,C,I,O,H)3。图2表示过程语义等装配单元,按照一定的约束关系和层次关系装配形成的。图1表示飞机产品语义模型,可以用式子表示如下:P(P)Part(P)Subclass-of(P,Assembly-cell)v(prod2uct,component,Section,Board,Combination)Component-of(Prod2uct,P)Compone

8、nt-of(Component,P)Component-of(Section,P)模型。任何一项活动Ai都是在满足一定的控制条件下才产生,当活动由Ai转变为Ai+1时,该过程将伴随物流。每项活动Ai都对应产品处于与Ai相对应的产品状态Si,这种状态Si出现于某个特定的时间Ti。当状态由Si转变为Si+1时,该过程将伴随信息流。人员作为过程中的一个控制角色,控制产品在某个时期进行某项活动,使产品处于相应的状态。Component-of(Board,P)Component-of(Combination,P)(1)零件是最基本的装配单元,用Part(PartID)来表示,其中(PartID)是零件的

9、唯一标识符。特征是零件模型的核心,各类特征之间的联系反映特征间的语义关系,使特征成为构造零件的基本单元,具有高层次工程含义。零件的特征Feature=G-Feature,NG-Feature,其中,几何特征G-Feature=形状特征,位置特征,非几何特征NG-Feature=精度特征,技术特征,装配特征,材料特征,。装配单元之间的约束关系可表示为三元组R=213资源语义模型资源是被特定活动采用的对象。对同一产品而言,不同的过程可以激发其不同的资源及资源特性,以实现产品各阶段的信息需求。在产品的研制过程中,完成每一项活动都有相应的活动要求,活动要求对资源配置提出了相应的配置目标。根据该目标,将

10、相应的资源分配给相应的活动执行人员去完成相应的活动或任务。图3表示了资源语义模型。在飞机产品的研制过程中,资源=设计资源,制造资源,人力财力资源,计算机软硬件资源,维护资源,它伴随着产品全生命周期的每个阶段。© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.第12期蔡文沁等:飞机数字化产品定义知识模型10553实例分析某型机翼数字化产品定义的PPR知识模型DPD技术最初由美国波音(Boeing)公司提出,并在波音777等机型的研制中得到成功应用。其飞机零件的数字化产品定义采用CATIA系统

11、进行零件的三维建模,建立了100%的“数字化飞机”。所有零件的三维设计结果是唯一的权威性数据集,能够支持全生命周期内各个相关领域的操作,并实现集成化4。数字化产品定义作为产品研制的初始阶段,为支持飞机全生命周期内知识的扩展、共享,并实现知识的集成,必须建立具有开放结构的、能够集成和有效使用先验知识的模型。以某型机翼为例,建立了该机翼数字化产品定义的PPR知识模型,如图5所示。实践证明,该模型具有如下特点:(1)提供单一数据源所有的知识都基于同一个PPR数据结构,并存储为一个整体,允许用户在企业不同的部门、不同专业和不同位置共享同一数据,实现了数据的唯一性;(2)具有良好的可扩展性和可继承性对于

12、产品语义模型、过程语义模型、资源语义模型等子模型来说,当模型中需要增加一些知识时,只需要增加所增知识与原来知识之间的语义关系,就可以实现模型的扩展。对于PPR关联语义模型来说,也只需要增加所增加的产品、过程、资源之间的语义关系,以及这些产品、过程、资源和原214PPR相互关联语义模型对每一种产品的研制来说,其研制过程都是在相应的资源支持下完成的,因此,产品、资源、过程三者之间相互影响、相互联系,构成了一个有机的整体,其产品-过程-资源相互关联语义模型如图4所示。该模型由产品层、过程层、资源层组成,层与层之间具有一定的语义关系,如产品的某种属性在一定的时间内处于某种状态。© 1995-

13、2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.1056计算机集成制造系统CIMS第9卷来产品、过程、资源间的相互关系,就可以实现关系语义模型的扩展。因此,该模型具有良好的开放性和可扩展性,有利于支持全生命周期中的知识扩展。参考文献:1WUDan,WANGXiankui,WEIZhiqiang,etal.Researchonthetech2nologyofdistributeddigitalproductdefinitionandmanagementJ.ChineseJournalofMechanicalEng

14、ineering,2002,38(11):71-74(inChinese).吴丹,王先逵,魏志强,等.异地数字化产品定义2MIXiaozhen,LIUXiaobing.Productdefiningmodelinapplyingdigi2taldevelopmenttechnologyJ.ComputerIntegratedManufacturingSystemCIMS,2003,9(5):363-367(inChinese).米小珍,刘晓冰.数字化开发技术中产品定义模型研究J.计算机集成制造系统CIMS,2003,9(5):363-367.3LIUMin.Astudyofenterprise

15、informationsystemsupportingagilemanufacturingD.Xian:NorthwesternPolytechnicalUniversity,1999(inChinese).刘.支持敏捷制造的企业信息系统研究D.西安:西北工业大学,1999.4FANYuqing.ModernaircraftmanufacturingtechnologyM.Beijing:BeihangUniversityPress,2001(inChinese).范玉青.现代飞机制及管理的关键技术研究J.机械工程学报,2002,38(11):71-74.造技术M.北京:北京航空航天大学出版社

16、,2001.KnowledgeModelofDigitalProductDefinitionforAircraftCAIWen-qin,JIANGShou-shan12(1.Sch.ofMechanical&ElectricalEng.,NorthwesternPolytechnicalUniv.,Xian710072,China;2.XianUniv.ofEng.S&T,Xian710048,China)Abstract:InordertodescribethecomplexityofaircraftandmaketheDigitalProductDefinition(DPD

17、)modelhereditableandpatulous,aProduct-Process-Resource(PPR)KnowledgeModelforaircraftispresented.Themodelincludesfoursub-models:ProductModel,ProcessModel,ResourceModelandPPRRelationshipModel.ThePPRKnowledgeModelisappliedinDPDofanaircraftswing,anditsapplicationshowsthatwithpatuloushereditable,thismode

18、lcanprovidesingledata-sourceforproductdevelopmentduringproductlifecycle.Keywords:product-process-resource;semanticWeb;digitalproductdefinitionReceived06Sep.2003;accepted21Nov.2003.Foundationitem:ProjectsupportedbytheAviationFoundation,China(GrantNo.01H53067).(上接第1052页)ReviewofResearchonMassCustomiza

19、tionZHOUXiao-dong1,2,ZOUGuo-sheng,XIEJie-fei,ZHANGShuang-jie131(1.Sch.ofEconomics&Management,NanhuaUniv.,Hengyang421001,China;2.Coll.ofManagement,ZhejiangUniv.,Hangzhou310027,China;3.Inst.ofChemicalMachinery,ZhejingUniv.,Hangzhou310027,China)Abstract:Deemedtothenewmodeofproductionin21stcentury,theMassCustomizationhasarousedabroadattentionsintheoryandbusinesscircles.Intheory,thestu

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