CAD/CAPP/CAM/MPM技术的应用现状与挑战

3 制造过程信息建模

    数字化制造的核心是制造信息的生成、表达与传递。由于三维建模技术在航空航天产品设计中的广泛发展与应用，应用三维模型已成为工艺设计必然要求，但三维模型应用与数字化工艺设计相结合具有新的特点和要求，使得三维产品模型利用、数字化工艺设计决策方法、三维数字化工艺文档的生成、工艺数据库和工艺知识库的建立等问题都有待深入研究。由此来看，制造过程信息生成技术（即工艺设计技术）已成为提高制造企业生产智能化和自动化综合水平的瓶颈，亟待改进与提高。

    制造过程信息对制造资源组织、作业计划制定、制造过程的控制以及供应链的安排等都将产生影响。它是与过程相关的信息，具有时间属性，包括：产品、工件几何及质量要求；资源要求（设备、工装等）；加工控制参数设定（如切削用量等）；制造管理信息（工时定额，工人等级，工作属性等）；其它物料需求（原材料，消耗辅料，能源，消耗性工具等）。从信息属性的角度看，产品的设计信息是一种静态信息，它只是产品最终状态的描述。而工艺信息是动态的过程信息，它不仅有产品几何形状和属性的描述，更重要的是它描述了从毛坯到最终产品的变化过程。

    同一个产品/零件的制造过程中，加工活动的不同顺序或者制造资源的不同选择都会产生不同的工艺路线，这些不同的工艺路线形成了产品/零件的多工艺路线。多工艺路线的形成可以归纳为工序替换、工序顺序无关及资源替换三种因素：

    1）工序替换是指一个或一组工序可以被具有相同加工能力的另一个或一组工序替换，这些工序共同构成了工艺过程中的可选择替代的工序方案；

    2）工序顺序无关是指相互之间没有先后顺序约束的一组工序，生产调度中可以根据需要调换这些工序的先后顺序；

    3）制造资源替换是指同一个工序中，可以相互替换的制造资源。

    工艺过程信息模型的构建应当具有一致性、正确性、完整性以及通用性的特点，可采用由本体表达、本体建模、逻辑建模及物理建模四个步骤组成的系统化建模方法，图4为工艺过程关系信息的本体定义与表达示例，图5为在工艺过程信息模型基础上的一个实现装配仿真建模与协同决策的应用场景实例。

    图4 工序关联关系

    图5 装配仿真建模与协同决策应用实例