【正文】 計和物理層上的制造資源選擇。在現(xiàn)在的很多制造企業(yè)當中，從邏輯層到工藝層的映射很大程度上是由企業(yè)長久以來形成的習(xí)慣和工藝員的經(jīng)驗實現(xiàn)的。在計算機輔助工藝設(shè)計系統(tǒng)中實現(xiàn)起來有很多不便之處。作者根據(jù)調(diào)研，在本文中提出了邏輯制造單元和物理制造單元的概念。下面給出了邏輯制造單元和物理制造單元的定義。邏輯制造單元：可以完成某類零件或產(chǎn)品的部分連續(xù)加工過程的邏輯意義上的功能單元。物理制造單元：一般由加工設(shè)備、工裝附件、計算機硬件等物理設(shè)備組成，設(shè)計時要考慮到各制造設(shè)備的運行狀態(tài)，制造車間、制造單元的生產(chǎn)能力、設(shè)備的利用率以及設(shè)備物理上的布局等要素。邏輯制造單元和物理制造單元不是獨立存在的。在制造過程中，邏輯制造單元和物理制造單元起到了聯(lián)系工藝和制造資源的橋梁的作用，邏輯制造單元和物理制造單元不僅僅相互聯(lián)系，而且它們分別是組成邏輯加工路線和可執(zhí)行加工路線的主要部分。邏輯加工路線是邏輯制造單元的有序組合。在設(shè)計邏輯加工路線的時候，不僅是選擇適當?shù)倪壿嬛圃靻卧?。因為邏輯制造單元是只是包含靜態(tài)的信息，而且是針對某個零件類的，當形成具體的零件邏輯加工路線的時候，就需要把零件的某一段加工的具體需求如加工時間、加工質(zhì)量、生產(chǎn)成本和特殊生產(chǎn)設(shè)備需求等信息作為邏輯制造單元的動態(tài)屬性和其靜態(tài)屬性一起組成零件的邏輯加工路線。然后在生成可執(zhí)行加工路線的時候，這些動態(tài)屬性都是使物理制造單元符合要求的約束條件。 邏輯制造單元邏輯制造單元首先面向某個零件類的，這個零件類，可以是粗的零件類，如回專體類、板件類；也可以是細的零件類別，如齒輪類。其次邏輯制造單元可以完成某部分加工功能，從這個角度上來理解，一部分加工功能也可以從不同的層次上理解，例如一條加工回轉(zhuǎn)體類零件工藝路線：下料——熱處理——粗加工——熱處理——精加工——成品。其中的各項都可以作為一個邏輯制造單元，以粗加工為例，邏輯制造單元可以這樣描述：“可以完成回轉(zhuǎn)體類零件粗加工過程的一個功能單元”。如果另外有一條加工路線：車——銑——刨——磨，是用來加工齒輪的，根據(jù)需要，可以是車為一個單元，也可是車、銑為一個單元，這是后，就可以這樣描述邏輯制造單元：“可以完成齒輪類零件的某段機加工序集合的功能單元”。總之，邏輯制造單元范圍可以很大也可以很小到具體的加工工序，如何設(shè)計邏輯制造單元要由工藝員來確定，但是有一條根本原則就是：邏輯制造單元必須對生產(chǎn)制造過程產(chǎn)生有利的、有指導(dǎo)意義的作用。設(shè)計適合生產(chǎn)制造需要的邏輯制造單元不僅依賴于工藝員的水平，一個優(yōu)秀的邏輯制造單元模型更是先決條件。雖然各個制造企業(yè)的實際情況各不相同，工藝水平高低也不一樣，還是可以從復(fù)雜多變的情況中提煉出共同點。作者認為邏輯制造單元的信息描述模型必須滿足如下的幾個要求：n 邏輯制造單元模型必須是動態(tài)可變的，這樣才能適應(yīng)在不同類型、規(guī)模的企業(yè)應(yīng)用的需要；n 因為邏輯制造單元直接為制造資源的選擇服務(wù)，所以邏輯制造單元模型必須與物理制造單元模型有相通之處；n 邏輯制造單元可大可小，必須允許工藝員設(shè)計出不同級別、作用不同的邏輯制造單元；n 包含零件和加工能力兩類信息。在基于知識的網(wǎng)絡(luò)化工藝規(guī)劃系統(tǒng)中，邏輯制造單元的描述信息如下：⑴零件類信息：{可加工零件類別、可加工最高精度等級、可加工主要形狀特征、可加工材料類型、可加工最大尺寸、可加工最大重量}。⑵加工功能類信息：{生產(chǎn)類型、加工類型、加工方法}?？杉庸ち慵悇e表示邏輯制造單元可加工什么形狀類別的零件，如：回轉(zhuǎn)體、杠件、箱體、板件、不規(guī)則體等等。生產(chǎn)類型表示該邏輯制造單元支持大批量生產(chǎn)還是中小批量或者單件生產(chǎn)。加工類型一般可以分為機械加工、鈑金、裝配、表面處理等大的加工類型。加工類型下分加工方法，如機械加工下分車、銑、刨、磨等加工方法。 物理制造單元制造單元是設(shè)備、物料、裝置的組合，物理制造單元就是從物理層描述一個制造單元，物理制造單元的范圍可大可小，可以大到一個小型的企業(yè)，也可以小到一個車間內(nèi)部完成一段加工的數(shù)臺設(shè)備的組合，但是不管物理制造單元的大小，和邏輯制造單元對應(yīng)，物理制造單元必須是可以組織生產(chǎn)的單位。在一般的大中型制造企業(yè)中，如果有分廠這一層，則分廠下的一個車間可以認為是一個物理制造單元；如果沒有分廠，則車間內(nèi)部的一個工段也可以視為一個物理制造單元，他們的共同點就是都是企業(yè)內(nèi)部組織生產(chǎn)的一級單位。作者在西安飛機工業(yè)公司調(diào)研的時候，發(fā)現(xiàn)西飛公司正在開始應(yīng)用物理制造單元的模式來生產(chǎn)。西飛公司正準備針對“緣條”類零件組建制造單元，他們對制造單元的定義是，“對于一類零件，從投入到產(chǎn)出所需的所有設(shè)備所組成的集合，設(shè)備在單元內(nèi)的布置是按照加工工藝的流程，使零件在加工過程中運輸距離最短，按照精益制造的思想選擇和布置設(shè)備” 。這種情況下組建的制造單元就是我們研究的物理制造單元，它是面向整個產(chǎn)品來組織生產(chǎn)和設(shè)備資源布局的。必然會打破原有的車間的界限，在全廠范圍內(nèi)進行組合，這肯定涉及到設(shè)備的搬遷和安裝，工作量會很大。因此，西飛公司目前只是準備先對緣條類零件進行試驗，組建制造單元，然后再根據(jù)實際運行的效果來決定是否在分廠、全廠范圍內(nèi)進行推廣使用。根據(jù)了解，國內(nèi)的制造企業(yè)中，按照制造單元進行生產(chǎn)的并不多見。西飛公司進行制造單元組建時，首先根據(jù)產(chǎn)品對象，依據(jù)工藝流程的相似性細分零件的工藝流程，在進行歸類劃分，最后根據(jù)相應(yīng)的工藝對設(shè)備的要求，選擇相應(yīng)的加工設(shè)備，然后組成制造單元。單元內(nèi)的設(shè)備很可能不在本車間，勢必涉及到設(shè)備的搬遷和安裝布置。一般的，在制造型企業(yè)中，如何安排其設(shè)施是非常有競爭性的策略。不正確的布置會產(chǎn)生生產(chǎn)流程不連續(xù)，甚至造成損失。在制造單元中，可以按照兩種模式來組織設(shè)備：一種是Flowline型，F(xiàn)lowline型物理制造單元是由不同功能的工作中心按照生產(chǎn)流程串聯(lián)在一起的生產(chǎn)方式，另一種是U型，在U型物理制造單元中，設(shè)備和工作中心的布局呈現(xiàn)一個U字的形狀，其好處是可以節(jié)省空間，各個節(jié)點的員工可以相互合作，提高生產(chǎn)效率?；谥R的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)工藝規(guī)劃系統(tǒng)中的制造資源的模型是分層模型：企業(yè)——車間——物理制造單元——工作中心——設(shè)備。工作中心是物理制造單元內(nèi)部可以完成同種加工的設(shè)備的集合。制造執(zhí)行系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中，進行設(shè)備調(diào)度的范圍就是工作中心。物理制造單元處于車間和工作中心的中間層，車間是企業(yè)管理的單位，而工作中心是車間資源調(diào)度的單位。物理制造單元的功能體現(xiàn)在兩個方面：一是承上啟下，在車間層和工作中心層起到連接的作用，二是物理制造單元和邏輯制造單元共同作為工藝和資源的接口。綜合考慮，對物理制造單元的信息描述應(yīng)該滿足如下要求：1. 物理制造單元作為車間的組成部分，應(yīng)該能反映車間的組織特征、加工能力等信息。2. 物理制造單元必須有部分信息與邏輯制造單元相通，它們之間如何相通以及映射關(guān)系，是系統(tǒng)的核心部分。3. 不同的企業(yè)對物理制造單元的理解不一樣，因此，物理制造單元信息描述應(yīng)該全面。4. 物理制造單元的信息描述應(yīng)該考慮到以后的工藝信息編制和制造的方便性。主要采用面向?qū)ο蟮姆椒ㄑ芯课锢碇圃靻卧男畔⒚枋觯⑽锢碇圃靻卧男畔⒛Ｐ?，從而建立制造資源庫。物理制造單元的信息模型應(yīng)該包括5個方面：物理制造單元的管理信息、物理制造單元的制造能力、物理制造單元的狀態(tài)、物理制造單元的歷史制造信息和物理制造單元的特殊設(shè)備和專用工裝。物理制造單元的管理信息是指制造單元的員工信息、位置信息、成本信息、生產(chǎn)計劃進度。物理制造單元的制造能力參數(shù)是指生產(chǎn)時制造單元可完成制造能力，主要包括生產(chǎn)周期信息、尺寸生產(chǎn)能力、加工精度的參數(shù)化信息；物理制造單元的狀態(tài)反映制造單元的運行狀況和負荷狀況，可作為制訂動態(tài)制訂工藝的參考信息。物理制造單元的歷史制造紀錄反映了物理制造單元曾經(jīng)加工過的產(chǎn)品零件和難加工的形狀特征以及加工過的邏輯制造單元。這些信息業(yè)作為物理制造單元的加工能力作為選擇物理制造單元的依據(jù)。物理制造單元的特殊設(shè)備和專用工裝記錄了一些特殊的設(shè)備如數(shù)控機床或者制造過程過必須用到的非通用的工藝裝備。物理制造單元的信息模型如圖43所示：圖43 物理制造單元信息模型物理制造單元歷史信息制造能力參數(shù)單元狀態(tài)特殊設(shè)備工裝基本信息生產(chǎn)技術(shù)已加工零件紀錄已加工邏輯制造單元已加工的典型工藝單元運行狀態(tài)單元負荷狀態(tài)位置信息特殊設(shè)備專用夾具專用量具專用刀具已加工典型形狀特征尺寸生產(chǎn)能力加工精度生產(chǎn)周期員工信息管理信息要完整的描述一個物理制造單元所需的信息量很大，在這里主要介紹一下物理制造單元的加工能力描述方法。物理制造單元的加工能力信息分成三個部分一部分就是物理制造單元下屬的設(shè)備的加工能力，主要突出物理制造單元的特殊設(shè)備和工裝，第二部分就是物理制造加工邏輯制造單元的能力，這個能力信息可以從物理制造單元的歷史加工紀錄里提取。所謂一個物理制造單元可以加工某個邏輯制造單元，指的是根據(jù)邏輯制造單元匹配物理制造單元的時候，該物理制造單元曾經(jīng)被匹配上，該邏輯制造單元也就作為物理制造單元的一項加工能力被記錄下來。第三項就是一般意義上的加工能力，如能加工零件尺寸、重量、零件種類等，這些信息與邏輯制造單元的信息相對應(yīng)，包括{可加工零件類別、最高精度等級、可加工形狀特征、最大加工尺寸、最大重量、適用生產(chǎn)類型、加工類型、加工方法、材料類型}。這些信息就是邏輯制造單元和物理制造單元匹配時的參數(shù)指標。 邏輯制造單元與物理制造單元的匹配邏輯制造單元和物理制造單元是工藝到制造資源的接口，前者代表工藝，后者代表資源，它們之間必然需要通過某種方式發(fā)生聯(lián)系。生成了零件的邏輯加工路線之后，邏輯制造單元的分為靜態(tài)和動態(tài)的兩類信息。靜態(tài)信息：{可加工零件類別、最高精度等級、可加工形狀特征、最大加工尺寸、最大重量、適用生產(chǎn)類型、加工類型、加工方法、材料類型}。動態(tài)信息：{單元加工成本要求、單元加工時間要求、單元加工質(zhì)量要求、特殊設(shè)備要求、特殊工裝要求}。從理論上講，邏輯制造單元和物理制造單元是多對多的關(guān)系，一個邏輯制造單元的要求可能有多個物理制造單元都可以實現(xiàn)，同時一個物理制造單元也有可能能夠同時滿足多個邏輯制造單元的需求。如何根據(jù)邏輯制造單元從制造單元庫中找到對應(yīng)的物理制造單元，也就是邏輯制造單元到物理制造單元的映射，可以分兩步：1． 根據(jù)物理制造單元的歷史加工記錄查詢該物理是否加工過該邏輯制造單元，若成功查找到這樣的物理制造單元，則結(jié)束查找。2． 根據(jù)邏輯制造單元和物理制造單元的共有屬性查詢：⑴ 查詢滿足特殊設(shè)備和特殊工裝要求的物理制造單元，形成物理制造單元集合V1。⑵ 在V1里面查詢滿足零件類別、加工類型要求的物理制造單元，結(jié)果為集合V2。如果V2為空，則結(jié)束查找，返回空集。⑶ 在V2種查找滿足生產(chǎn)類型、加工方法、材料類型三種需求的物理制造單元，結(jié)果為V3，若V3為空，則返回V2。⑷ 在V3中查找滿足可加工形狀特征、精度等級、尺寸、重量要求的物理制造單元，結(jié)果為V4，若V4為空，則返回V3，否則返回V4。處在V1,V2,V3,V4四個集合中的物理制造單元和邏輯制造單元的匹配程度由低到高。V4集合中的物理制造單元因為能夠完全滿足該邏輯制造單元的要求，所以可以認為該邏輯制造單元屬于物理制造單元的加工能力之內(nèi)。至于V2,V3集合中的物理制造單元由于不能完全滿足邏輯制造單元的需要，可以作為參考信息，由工藝員確定是否能夠適用于該邏輯制造單元。這里認為，特殊設(shè)備、特殊工裝、零件類別和加工類型四項要求是邏輯制造單元的基本要求，如果制造資源庫中沒有物理制造單元能夠滿足這四項要求，則認為查找過程失敗。167。 基于知識的邏輯加工路線設(shè)計CAPP發(fā)展到今天，智能化的工藝決策已經(jīng)成為研究的熱點。人工智能在CAPP中的應(yīng)用越來越多，成為了CAPP發(fā)展的一個必然趨勢。本節(jié)以邏輯加工的設(shè)計為例介紹了一下知識系統(tǒng)的原理、知識的表示、組織、獲取以及知識庫的管理維護。 專家系統(tǒng)和知識庫專家系統(tǒng)是屬于人工智能研究領(lǐng)域的一個分支，所謂專家系統(tǒng)就是一種在特定領(lǐng)域內(nèi)具有專家水平的計算機程序系統(tǒng)，它將人類專家的知識和經(jīng)驗以知識庫的形式存入計算機，并模擬人類專家解決問題的推理方式和思維過程，運用這些知識和經(jīng)驗對現(xiàn)實的問題做出判斷和決策。在專家系統(tǒng)中，最基本的知識單元就是規(guī)則，這也是為什么叫作“基于規(guī)則的專家系統(tǒng)”。一條規(guī)則就是一個“條件行為”組合，如果條件為真，則觸發(fā)行為。一個專家系統(tǒng)組成如圖44所示：專家用戶人機交互界面知識獲取模塊知識庫動態(tài)數(shù)據(jù)庫推理機解釋機構(gòu)系統(tǒng)核心圖44 專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖專家系統(tǒng)的最重要的組成部分是知識庫，其中存儲著從專家那得來的某個領(lǐng)域?qū)ｉT知識。另外一個重要組成部分是推理機，它具有進行推理的能力，能夠根據(jù)知識推導(dǎo)出結(jié)論，而不僅僅是簡單的去搜索現(xiàn)成的答案。此外推理機還應(yīng)具有和使用者進行對話的能力，這稱為問題解答。一個專家系統(tǒng)的性能和效率一方面取決于知識庫中是否具有解決實際問題的知識，另一方面也取決于知識的表達與組織，以及知識庫的管理和維護。就機械加工工藝設(shè)計而言，由于適應(yīng)所有制造環(huán)境、覆蓋全部種類零件的萬能系統(tǒng)是不存在的，所以為了真正實現(xiàn)CAPP專家系統(tǒng)的實用化和通用化，就必須要求知識庫具有開放性、透明性和靈活性，以便讓用戶可以根據(jù)企業(yè)的制造條件、零件類型和工藝習(xí)慣來構(gòu)造知識庫，從而滿足不同企業(yè)的實際需要。這樣，知識的表達、組織、管理和維護就顯得特別重要。 邏輯加工路線設(shè)計的知識的表示知識表示就是研究知識的存儲形式。所謂表示就是為描述而做的一種約定，即把知識符號化的過程。知識的表示與知識的獲取、管理、處理、解釋等有直接的關(guān)系，對于問題能否求解，以及問題求解的效率有重大的影響，一個恰當?shù)闹R表示可以使復(fù)雜的問題迎刃而解。一般對知識表示要考慮如下要求：表示能力、可理解性、可擴充性與可訪問性。人工智能領(lǐng)域內(nèi)常下幾種知識表示方法：(1)邏輯表示法采用一階謂詞邏輯表示知識；(2)語義網(wǎng)絡(luò)采用結(jié)點與結(jié)點之間的弧表示對象、概念及其相互之間的關(guān)系；(3)產(chǎn)生式規(guī)則將知識表示為“模式—動作—否則”對，也稱為基于規(guī)則的表示法