基于工艺过程构成要素和本体的潜在装配工艺失效模式的推理识别.pdf

第2 9卷第8期计算机集成制造系统V o l.2 9N o.82023年8月C o m p u t e r I n t e g r a t e dM a n u f a c t u r i n gS y s t e m sA u g.2 0 2 3D O I:1 0.1 3 1 9 6/j.c i m s.2 0 2 3.0 8.0 1 2收稿日期:2 0 2 2-0 7-1 3;修订日期:2 0 2 2-1 2-0 8。R e c e i v e d1 3J u l y2 0 2 2;a c c e p t e d0 8D e c.2 0 2 2.基金项目:国家自然科学基金资助项目(7 1 6 6 1 0 2 3)。F o u n d a t i o ni t e m:P r o j e c ts u p p o r t e db yt h eN a t i o n a lN a t u r a lS c i e n c eF o u n d a t i o n,C h i n a(N o.7 1 6 6 1 0 2 3).基于工艺过程构成要素和本体的潜在装配工艺失效模式的推理识别吴中义1,2,李振振3,陈 韦4,易 元5,郑伟杰3,刘卫东1+(1.南昌大学 先进制造学院,江西 南昌 3 3 0 0 3 1;2.南昌工程学院 机械工程学院,江西 南昌 3 3 0 0 9 9;3.南昌航空大学 航空制造工程学院,江西 南昌 3 3 0 0 6 3;4.航空工业江西洪都航空工业集团有限责任公司,江西 南昌 3 3 0 0 0 0;5.航空工业成都飞机工业集团有限责任公司,四川 成都 6 1 0 0 0 0)摘 要:高效和准确地识别出所有潜在工艺失效模式是开展装配过程失效模式及影响分析的基础性工作。为构建具有普适性地潜在装配过程失效模式的识别方法,创新性地提出了一种基于工艺过程构成要素和本体相结合的潜在工艺失效模式的推理识别模型。首先,以装配工步为单元,通过过程构成要素系统全面地描述了工步单元的信息,并运用A p r i o r i算法挖掘各过程构成要素内容的表述方式。据此,从工步过程构成要素的具体内容和表述方式两个维度对工步指令提出规范化的编写要求;其次,通过本体的表示方式构建规范的装配工艺知识库,结合潜在工艺失效模式的判据分析各要素失效的具体表现形式及组成每类要素信息的语法成分;然后,采用语义对立分析及其互补技术和语义W e b规则语言(SWR L)编写各过程构成要素到相应的潜在工艺失效模式的推理规则,以D r o o l s规则引擎实现潜在工艺失效模式的推理识别;最后,以某型飞机的3个部装工艺过程为例验证了所提方法的可行性和有效性。关键词:过程失效模式及影响分析;潜在工艺失效模式;推理识别;过程构成要素;本体;语义W e b规则语言中图分类号:F 4 0 6.3 文献标识码:AM a c h i n e i d e n t i f i c a t i o no fp o t e n t i a l a s s e m b l yp r o c e s s f a i l u r em o d e sb a s e do np r o c e s s c o n s t i t u e n t e l e m e n t sa n do n t o l o g yWUZ h o n g y i1,2,L IZ h e n z h e n3,CHEN W e i4,Y IY u a n5,ZHENG W e i j i e3,L I U W e i d o n g1+(1.S h o o l o fA d v a n c e dM a n u f a c t u r i n g,N a n c h a n gU n i v e r s i t y,N a n c h a n g3 3 0 0 3 1,C h i n a;2.S c h o o l o fM e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g,N a n c h a n gI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y,N a n c h a n g3 3 0 0 9 9,C h i n a;3.S c h o o l o fA e r o n a u t i c a lM a n u f a c t u r i n gE n g i n e e r i n g,N a n c h a n gH a n g k o n gU n i v e r s i t y,N a n c h a n g3 3 0 0 6 3,C h i n a;4.AV I CJ i a n g x iH o n g d uA v i a t i o nI n d u s t r yC o.,L t d.,N a n c h a n g3 3 0 0 0 0,C h i n a;5.AV I CC h e n g d uA i r c r a f t I n d u s t r i a lC o.,L t d.,C h e n g d u6 1 0 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:T h e e f f i c i e n t a n da c c u r a t e i d e n t i f i c a t i o no f a l l p o t e n t i a l p r o c e s s f a i l u r em o d e s i s f u n d a m e n t a l t o t h ed e v e l o p-m e n to f a na s s e m b l yP r o c e s sF a i l u r eM o d ea n dE f f e c t sA n a l y s i s(P FME A).T oc o n s t r u c tau n i v e r s a l i d e n t i f i c a t i o nm e t h o df o rp o t e n t i a l a s s e m b l yp r o c e s s f a i l u r em o d e s,am o d e l f o r r e a s o n i n ga n d i d e n t i f y i n gp o t e n t i a l p r o c e s s f a i l u r em o d e sb a s e do na c o m b i n a t i o no f p r o c e s s c o n s t i t u e n t e l e m e n t s a n do n t o l o g yw a sp r o p o s e d.T h e i n f o r m a t i o no f t h eu-n i tw a ss y s t e m a t i c a l l ya n dc o m p r e h e n s i v e l yd e s c r i b e db yt h ep r o c e s sc o n s t i t u e n te l e m e n t sw i t ht h ea s s e m b l yw o r ks t e pa s t h eu n i t,a n d t h eA p r i o r i a l g o r i t h mw a s a p p l i e d t om i n e t h e e x p r e s s i o no f t h e c o n t e n t o f e a c hp r o c e s s c o n s t i t-u e n t e l e m e n t.A c c o r d i n g l y,t h es t a n d a r d i z e dr e q u i r e m e n t sf o rw r i t i n gw o r k-s t e pi n s t r u c t i o n sw e r ep r o p o s e di nt w o第8期吴中义 等:基于工艺过程构成要素和本体的潜在装配工艺失效模式的推理识别d i m e n s i o n s:t h e s p e c i f i c c o n t e n t s o ft h e w o r k-s t e p p r o c e s s c o n s t i t u e n te l e m e n t s a n d t h e i r e x p r e s s i o n s.As t a n d a r d i z e da s s e m b l yp r o c e s sk n o w l e d g eb a s e w a sc o n s t r u c t e db y m e a n so fo n t o l o g yr e p r e s e n t a t i o n,a n dt h es p e c i f i cm a n i f e s t a t i o n so f f a i l u r eo f e a c hp r o c e s s c o n s t i t u e n t e l e m e n t sw e r e a n a l y z e db yc o m b i n i n g t h e c r i t e r i a f o rd e-t e r m i n i n gp o t e n t i a l p r o c e s s f a i l u r em o d e s,a sw e l l a s t h e s y n t a c t i c c o m p o n e n t s t h a tm a d eu p t h e i n f o r m a t i o no f e a c ht y p eo fp r o c e s sc o n s t i t u e n t e l e m e n t s.T h e n,s e m a n t i co p p o s i t i o na n a l y s i sa n d i t sc o m p l e m e n t a r yt e c h n i q u e sa n dS e-m a n t i cW e bR u l eL a n g u a g ew e r ee m p l o y e dt ow r i t e r e a s o n i n gr u l e s f o re a c hp r o c e s sc o n s t i t u e n t e l e m e n t t ot h ec o r-r e s p o n d i n gp o t e n t i a lp r o c e s s f a i l u r em o d e s,a n dt h er e a s o n i n gi d e n t i f i c a t i o no fp o t e n t i a lp r o c e s sf a i l u r em o d e sw a sr e a l i z e dw i t ht h eD r o o l sr u l ee n g i n e.T h e f e a s i b i l i t ya n de f f e c t i v e n e s so f t h ep r o p o s e dm e t h o dw e r ev e r i f i e db yu s i n gt h ea s s e m b l yo f s e v e r a l f i n a l a s s e m b l i e so f ac e r t a i nt y p eo f a i r c r a f t a sa ne x a m p l e.K e y w o r d s:p r o c e s s f a i l u r em o d e a n de f f e c t s a n a l y s i s;p o t e n t i a l p r o c e s s f a i l u r em o d e;r e a s o n i n g i d e n t i f i c a t i o n;p r o c e s sc o n s t i t u e n t e l e m e n t s;o n t o l o g y;s e m a n t i cW e br u l e l a n g u a g e1 问题的提出装配是产品制造过程中的关键环节,其工作量占整个产品制造工作量的2 0%7 0%1。为有效预防装配环节出现过程质量问题,可对装配过程开展过程失效模式及影响分析(P r o c e s sF a i l u r eM o d ea n dE f f e c t sA n a l y s i s,P FME A),及早确定过程工艺装配的薄弱环节并针对性地采取预防或控制措施,进而提高制造过程的可靠性2。P FME A的首要工作任务是识别出过程中所有的潜在工艺失效模式。随着制造业转型升级,尤其是客户需求呈现多样性和个性化的发展趋势,导致小批量生产方式在市场中的地位日渐凸显。在此模式下,产品规格和品种日益繁多、工艺流程频繁调整、自动化程度相对较低等问题均易造成生产过程的不稳定,对产品装配过程质量采取有效地管控措施同样离不开P FME A工具。相比传统大批量生产模式,过去的经验和相似产品的相关(试验)信息的缺失,导致在小批量生产模式下开展P FME A的潜在工艺失效模式的识别研究主要是依据制造过程文件。而装配工艺作为一种约束性和指导性的技术文件,它不仅描述和确定了装配过程的主要内容,而且可以有效地指导装配人员进行合理的过程操作。面对复杂的装配活动,以传统的装配工艺文件为基础开展高效的潜在工艺失效模式识别工作面临着一些主要问题:装配工艺信息中包含着众多潜在过程信息,这种隐含的信息若不能有效地分析与挖掘,会直接造成一些重要信息的丢失,使得过程活动中的潜在工艺失效模式识别缺乏完备性;装配工艺信息主要通过自然语言创建,但同时受到语义和语法的约束,是一种典型的非结构化语言,不易计算机对其信息的智能处理;传统依靠人力穷举识别装配过程中的潜在工艺失效模式的方法,不仅工作量大、耗时、投入的成本高,而且容易在识别过程中受人的主观性影响而造成一些错误决策。为高效开展潜在工艺失效模式的机器识别的研究工作,需要对装配工艺信息进行深入分析与规范,进而构建合理高效地智能识别模型,故拟对当前的装配工艺信息规范和潜在工艺失效模式的识别进行全面、准确地概述。(1)装配工艺信息规范对于复杂的机械系统的装配活动,其工艺的设计与编制通常由多位工艺人员参与并完成。它是人脑对知识主观加工处理活动,因人而异,编制质量一致性较差。对于同一个企业生产而言,需要统一的工艺计划以确保有效的质量控制。R E NU等3指出应用自然语言处理技术来分析装配作业指导书之前,必须采取预处理的措施使组装工艺指导语法完整;KON E RU4使用了S t a n f o r dp a r s e r系统对装配过程中的工作指令进行全面的解析,形成了由动词组成的标准词汇表,用以指导受控语言的标准化结构编写;B AU C KHAG E等5提出了使用句法分析方法对机械装配类别进行建模,从而导出规律性句法结构,使 得这类程序 集的表示变 得规范紧凑;R Y CHT Y C KY J等6介绍了福特汽车公司内部编写汽车装配工艺指令的标准格式,通过定义一组文档的语法,词典和文档样式,以减少所创建文本的歧义和复杂性;R Y CHT Y C KY J等6还强调标准语言句子必须以完整语法结构形式编写,必须包含动词短语和用作动词宾语的名词性短语,副词、介词短语、量词等均可以选择性加入句中用来表述句子的详细程度7。因此,给出科学性、严谨性和规律性的装配工艺信息规范方法是开展潜在装配工艺失效模式识别的关键。7462计算机集成制造系统第2 9卷(2)潜在工艺失效模式识别一直有学者对P FME A中的潜在工艺失效模式的识别问题进行了相关的研究。如:李全兵8对系统所发生的失效,采用头脑风暴法、鱼骨图等多种技术工具,进行潜在失效模式及失效原因的枚举;YOU S E F I N E Z HA D I等9通过焦点小组讨论收集了重症监护病房涉及的详细活动中的潜在故障模式,并通过改进的P FME A进行分析、确认了关键故障模式;S T AV R OU等1 0通过经验知识穷举产品从一艘船转移到另一艘船的过程中存在的潜在工艺失效模式,在此基础上进一步做了相应的风险评估;冯辅周等1 1针对传统FME A识别潜在工艺失效模式能力较弱等问题,提出了基于系统功能结构故障理论模型分析、定义了新的故障机理、模式及影响,实现了对传统FME A在潜在故障模式识别上的有效改进;CH I N等1 2使用基于群组的证据推理(E v i d e n t i a lR e a s o n i n g,E R)与FME A相结合的方法,对渔船的2 1种故障模式进行了识别;B L U-V B AN D等1 3认为专家小组的头脑风暴会议缺乏完备性,容易导致失效模式的遗漏,故在失效定义基础上,提出了1 0种故障模式的清单作为头脑风暴法识别失效模式的补充;魏丽等1 4为了能够很好利用企业中的知识和经验以及方便技术人员协同工作,构建了一个集成的工艺失效知识库管理系统,并利用FME A技术进行工艺改进和关键特性的识别;L OGANATHAN等1 5开发了一种基于结构建模的方法,采用基于有向图模型的矩阵方法分析生产系统结构,进而对其进行故障评估和分析;CHE N等1 6和ME NG等1 7分别使用了W a r d的凝聚方法和K-m e a n s方法从维护文本数据集中自动提取组件(软件)故障模式的方法;R A J P ATHAK1 8提出在复杂系统故障的诊断过程中,运用自然语言处理技术处理与组件相关的文本故障失效信息,并结合保修故障数据实现系统的故障分析与预测。上述研究关注的焦点是对系统中关键的失效模式的识别,聚类算法所划分的失效类型和失效模式也十分有限。尽可能地识别装配过程中的所有潜在工艺失效模式是将P FME A技术有效应用在装配环节的重要基础。而装配过程的潜在工艺失效模式不仅与装配工艺文件直接相关,还涉及到过程中所使用的设备与工具、工作环境、管理水平与装配参数等信息,失效模式地识别需要充分考虑这些多源信息。目前,虽然头脑风暴法是一种常见的装配过程潜在失效模式识别方法,但专家讨论的过程缺乏系统性与完备性,容易造成关键失效模式的遗漏。进一步研究更为系统、高效的失效模式识别方法是工程实践的迫切需求,对理论方法的完善也具有指导意义。本文拟以装配过程为研究对象,以装配工艺文件为基础,创新性地提出一种基于过程构成要素模型和本体相结合的潜在工艺失效模式智能推理识别的方法。如图1所示为本文研究的主要技术路线图。首先,将制造工步单元抽象为由环境(E n v i r o n-m e n t,E)、资源(R e s o u r c e,R)、输入(I n p u t,I)、加工活动(V a l u a b l e-a d d e d,V)、输出(O u t p u t,O)、过程控制与检验(C o n t r o l&I n s p e c t i o n,C I)6个要素构成的工艺过程模型1 9。然后,分析工步过程构成要素的具体内容和表述特征,通过数据挖掘的方法逐个找出每个维度过程构成要素工艺指令的典型表述结构。再以本体的表示方法构建过程构成要素及其语义分析的结果,并通过语义W e b规则语言(S e-m a n t i cW e bR u l eL a n g u a g e,SWR L)构建失效判定准则和过程构成要素之间的推理机制,从而实现装配过程的潜在工艺失效模式的推理识别,最后,通过某型飞机的部装过程验证了本文方法的有效性。2 工艺过程构成要素的分析与规范工艺过程构成要素系统地描述了工艺单元的所有活动。其中:输入规定了制造工艺过程应达成的目标及为达成目标应开展的具体活动与要求;输出是工艺过程产生的结果,反映预定目标达成的程度及状态。要实现制造工艺过程从输入到输出的转化,需要在一定的环境下,运用相应资源,通过一系8462第8期吴中义 等:基于工艺过程构成要素和本体的潜在装配工艺失效模式的推理识别列具有增值要求、时序进行的加工活动来完成。为确保输出满足输入的要求即制造过程的质量要求,需对输入、输出、资源、环境和加工活动进行必要的过程控制与检验。由于在产品实际制造工艺过程中,通常将工艺进一步分解为若干工步,而作为组成工艺过程基本单元的工步,其设备的工作规范、工艺性质、使用设备工具和连接表面都不变。以工步为单元,可以清晰地描述每个工步过程构成要素的信息,从自然语言处理的角度看,制造工艺元素的表述方式可以采用句子,也可以采用语块或短语。表1给出了工步的各过程构成要素所描述的具体内容及其制造工艺元素的属性特征。表1 工步过程构成要素及其制造工艺元素的属性特征序号要素名称具体内容元素属性特征1输入工步过程的技术要求及技术属性等语句2输出完成工步过程后实际达到的目标语句3资源制造工艺对象、制造设备、辅助工装等词或语块4加工活动实现输入要求的产品价值增值的具体转化活动语句5环境工步过程所处物理环境环境,包括自然环境和特殊工艺要求的特殊环境语句6过程检验与控制工步过程需实施的质量检验和控制活动与程序语句2.1 制造工艺元素工步的具体过程构成要素又由若干个制造工艺元素组成,工艺指令编制就是用语言文字逐个工步、逐个构成要素地规范表述这些制造元素。描述确定工步过程各构成要素具体内容的制造工艺元素是以各类型的具体专业术词汇和语块为基础。在此,以俞琳等2 0的研究为基础,将制造工艺元素概括划分为环境元素、制造标准元素、制造设备元素、检验设备元素、制造对象元素、制造操作元素、辅助描述元素共7大类,表述各类元素的具体专业词汇和语块,以及用于表述某一工步过程构成要素具体内容的可能工艺元素如图2所示。在环境元素、辅助工具元素、制造设备元素、制造操作元素、制造对象元素中,一般的制造工艺元素均由专有的表示物理环境、零部件、工具、设备的固有的基本词语组成,它们是组成元素的最小基本单元,如车床、量尺等,将此类工艺元素定义为以描述模式x所描述的工艺元素。但有时为了强调一些制造工艺元素的特征、功能和属性,常在x模式前加上其表示特殊功能、特征或属性的修饰词来表述该工艺元素的特性,形成词与词组合的语块,如语块“显式游标卡尺”中,“游标卡尺”为x模式描述的基本工艺元素,但为了强调数字显示测量示值的长度,加上“显式”这个形容词来描述其特有的功能,将此类工艺元素定义为y+x模式描述的工艺元素,此类模式是由词和词组成的语块,也视为基本的制造工艺元素组成单元。而由工艺指令形成的工步过程构成要素指令库,可以通过哈尔滨工业大学社会计算与信息检索研究 中 心 研 制 的 语 言 技 术 平 台(L a n g u a g eT e c h n o l o g yP l a t f o r m,L T P)对其各要素指令库进行分词、词性标注、停用词过滤等自然语言处理分析9462计算机集成制造系统第2 9卷后,便可得到该要素各制造工艺元素的具体类型。制造工艺元素具有领域属性,一般依据特定的技术标准或要求进行规范表述。因此,在工艺过程分解为工步过程并明确构成工步过程各要素的具体内容后,工艺指令的编制过程就转化为准确地应用具体制造工艺元素,以规范化的语句结构描述构成工步过程各要素具体内容的过程。1.2 工艺指令规范化模型基于制造工艺过程构成要素模型的工艺指令编写过程,工艺指令的规范化要求即为描述工步过程构成要素具体内容的制造工艺元素和语句结构的规范化要求,图3给出了一个由i(i=1,2,n)个工步过程构成的工艺指令规范化的框架模型。设制造过程的工步指令可以用Si(i=1,2,n)表示,则6个工步过程构成要素指令内容可用Sj i(j=I,R,V,E,C I,O)表示,Sj i=0表示该过程要素指令的具体内容为空。从工步过程构成要素中又可以提炼出制造工艺元素用Sh j i(h=1,2,f)表示,则满足以下关系:Si=S1i,SR i,SO i,Sj i=S1j i,S2j i,Sf j i。其中Sh j i包括x模式表述的工艺元素与y+x模式表述的工艺元素,规定此时y+x描述的工艺元素为该工艺元素的专有语块,不能拆开进行表述,从而实现工艺元素的规范化。工步过程构成要素指令不仅包含明确的制造工艺元素,而且制造工艺元素之间具有关联性较强的内在逻辑联系。为了寻找工步过程构成要素指令中工艺元素之间的语句结构关系,可采用数据挖掘算法挖掘工步过程构成要素指令中各工艺元素之间的语句结构关系。由于待加工制造的零部件、使用的加工制造工具及需满足的要求标准种类繁杂,直接对工步过程构成要素指令进行挖掘,必然造成挖掘结果不理想,如零部件的铭牌号、颜色、型号、数量都属于零部件属性这一工艺元素参数类型的实例,因此需要对各工步过程构成要素指令库中的工艺元素进行工艺元素类型泛化,得到k om=km1,km2,kmt-1,kmt。(1)式中:k om为泛化后的工艺元素类型,如零部件属性;kmtkmt为具体的工艺元素实例,如铭牌号、颜色、型号、数量等。则每条工步过程构成要素指令可表示为:Pj i=k o1,k o2,k om-1,k om。(2)式中:i=1,2,n;j=I,R,V,E,C I,O。最后,对参数类型泛化后的各过程构成要素指令库Pj i采用指令规范挖掘的方法,得到各工步过程构成要素指令典型的表述结构,可以进一步提出制造工步过程构 成要素的规 范 性 的 普 适 性 表 述要求。1.3 基于F P-G r o w t h算法的典型语句结构挖掘在确定工步过程构成要素语句中的制造工艺要素内容及其参数类型后,为发现隐藏在工艺指令数据集中的强关联特征,可应用数据挖掘算法中的A p r i o r i关联挖掘算法对工步过程构成要素语句进行数据挖掘,以得到表述各构成要素的典型语句结构。构建工步过程构成要素指令挖掘文本库。对某一确定领域的任意制造工艺过程,按照工步过程构成要素的定义编制相应的指令,并根据工步过程构成要素类别将要素指令有序的分为输入、输出、增值加工活动、环境、资源、过程检验与控制等6个独立维度的指令文本库,并用x标记,其中x=1,2,6。挖掘采用的A p r i o r i算法是对6个维度的工步过程构成要素逐个开展的,图4描述了对工步过程各构成要素指令文本库进行频繁项集的挖掘流程。0562第8期吴中义 等:基于工艺过程构成要素和本体的潜在装配工艺失效模式的推理识别2 工艺本体知识库在规范的工步过程构成要素的基础上,基于每个过程构成要素的实例构建完整有效的案例集。从分析案例的语义关系角度出发,引入本体构建知识的表示方法,使得其结构特征更加凸显,易于计算机程序化,从而奠定潜在工艺失效模式推理识别的基础。2.1 基于本体的知识表示对工艺类知识进行概念和关系提取,则基于过程构成要素的装配工艺本体知识表示为:Op=Cp,Acp,Rp,ARp,Ip,Xp。(3)式中:Cp=Cp i=Cp z,Cp S,Cp X,Cp B,Cp E 表示制造工艺概念提取后的集合,其中Cp z,Cp S,Cp X,Cp B,Cp E分别表示总装、部装、工序、工步、过程构成要素的概念集;ACp表示上述概念的属性集;Rp表示制造工艺中关系提取的集合,且Rp=Rp ORp D,Rp O为制造工艺的对象属性关系的集合,Rp D 为其数据属性关系的集合;ARp表示定义在制造工艺概念集合上的关系的属性集合;Ip表示实例集;Xp表示公理集,用于限制类和实例的取值范围。基于过程构成要素的制造工艺本体知识的6元结构部分内容如表2所示。其中x,y为实例集Ip各要素的个例。表2 基于过程构成要素的制造工艺本体知识的部分内容对象属性(O P)定义域值域关系描述i s P a r t O fi s P a r t O f(Cp S,Cp Z)有工序总装工序有工序(x,y)有工步工序工步有工步(x,y)有输入工步输入有输入(x,y)有环境工步环境有环境(x,y)2.2 基于语义分析的制造工艺本体知识表示在计算机语言学研究中,根据句子成分分析法2 1,将规范后的工艺指令分成6大文法的表达方式,分别是主语、谓语、宾语、定语、状语、补语。在制造领域中状语又分为结果状语、程度状语、方式状语、位置状语和其他状语,补语分为状态补语、程度补语、结果补语以及其他补语。装配工艺指令句法成分对应的内容如表3所示。表3 工艺指令句子成分所对应的内容句法成分对应描述的内容句法成分对应描述的内容主语所要表达、描述的制造对象谓语说明主语从事了什么制造动作或处在什么状态宾语制造动作的对象或受事者状语说明制造对象或制造动作发生的时间、地点、条件或伴随情况等的词定语描述制造对象的名词或名词性短语的性质、特征范围等情况的词补语补充说明制造对象或制造动作的结果、程度、趋向以及状态 以增值加工活动元素为例,对其可能存在的语义结构进行描述,其可能的语义结构如表4所示。在增值加工活动过程要素中,典型的制造动词有检查、目测、清除、安装等具有实体动作的动词,在句子中充当谓语成分。情况1表明制造工艺文件中由于动作的实施者大部分是操作员或技术员工,习惯性将其省略,形成了部分缺乏主语的祈使句;情况2的语义结构中的主语成分主要由介宾短语担任,即介词与制造对象的组合;在情况4和情况5中,位状状语指的是位置状语,由介词与表示制造位置的宾语组成。程状状语指的是程度状语,用于修饰谓语性动词,通常由“均匀地”、“缓缓地”等修饰制造动作程度的副词组成;在情况6和情况7中,方状状语常表示制造方式,并由介词与制造工具或制造方法组成。常见的方状状语包括“用布带”、“用卷尺”、“用游标卡尺”、“按图样尺寸”等制造工艺语义元。1562计算机集成制造系统第2 9卷表4 增值加工活动的语义结构情况语义结构案例1谓+定+宾检查/舱门的/灵活性2主+谓+宾对连接件/进行/定力3谓+宾目测/板材4位状+谓+宾在舱内/撒上/滑石粉5位状+程状+谓+宾在舱内/均匀地/撒上/滑石粉6方状+谓+宾用布带/绑扎/软油箱7方状+谓+定+宾用卷尺/检查/锁环与锁钩/间隙利用依存句法分析对语句或短语进行概念与关系的提取与定义,则基于语义结构的制造工艺本体知识表示为:Os=Cs,AC,RS,ARS,Is,Xs。(4)式中:Cs=Cs i=Cs I,Cs D,Cs Y,Cs I,Cs D,Cs Y分别表示句法成分、短语、语义结构的概念集合Cs Y=S=Si;AsC表示上述概念的属性集;Rs表示句子成分语义关系提取的集合,且Rs=Rs ORs D,Rs O、Rs D 分别表示语义关系的对象属性与数据属性的关系集合。基于句法分析的制造工艺本体知识部分内容如表5所示x,y是实例集Is的个例,a为数据属性的变量值。表5 基于句法分析的制造工艺本体知识的部分内容对象属性(O P)关系描述数据属性(D P)关系描述有主语有主语(x,y)主语主语(x,a)有谓语有谓语(x,y)谓语谓语(x,a)有宾语有宾语(x,y)宾语宾语(x,a)有方式状语有方式状语(x,y)语义对立语义对立(x,a)P r o t g 5.5.0是基于J a v a语言开发的知识本体化应用程序,通过大量知识模型的架构创建语义网络中的本体,提供了本体中概念类、关系、属性和实例的构建,以树形结构展现类、子类、实例等之间的关系,便于用户在概念层次上进行领域本体模型的构建。故在制造工艺本体知识库构建中,利用p r o t g 5.5.0软件将基于过程构成要素的制造工艺与其语义分析的制造工艺本体知识集成于一体,从而构建综合的制造工艺本体知识库。根据上述的综合制造工艺本体知识表示模型,以某型飞机装配与调试的相关内容的工步及其所提取的过程构成要素进行规范性描述,选取方向舵舵机安装、起落架安装和软油箱安装为例,对其2 2个总装部分工序(1 4条,其中方向舵舵机安装下4条工序)、3 1条工步和5 3 1条过程构成要素进行概念、关系提取,并 利 用 语 言 技 术 平 台(L a n g u a g e T e c h n o l o g yP l a t f o r m,L T P)对其进行自然语言处理分析,得到装配工艺语义元,并进行实例集填充,其中属性关系共4 1个,公理共18 6 3个。最后通过p r o t g 5.5.0工具构建基于过程构成要素和句法分析的航空装配工艺本体知识库,并进行一致性检验。如图5所示为p r o t g 中综合装配工艺本体的部分类和实例以及属性。在 图5中,紫 色 区 域 是 对 实 例 的 描 述,i n d i v i d u a l s表示实例集中的实例,T y p e下的内容为实例类别属性,P r o p e r t ya s s e r t i o n s主要是对实例通过对象属性以及数据属性进行关系的描述,进而实现语义之间的关联性表达。以工步“检查锁”为例,其语义网如图6所示,其中不同颜色的连接线表示不同的对象属性关系。2562第8期吴中义 等:基于工艺过程构成要素和本体的潜在装配工艺失效模式的推理识别3 潜在工艺失效模式的生成规则工艺失效的具体表现形式称为工艺失效模式,所谓潜在工艺失效模式是指工艺可能发生不满足过程要求或设计意图的形式,是对某具体工艺单元不符合要求的描述。通过过程构成要素对工艺过程进行系统性的描述,将复杂的潜在工艺失效模式的识别问题转化为该工艺单元下的过程构成要素各项内容是否满足要求的评价问题。具体是通过各过程构成要素的内容与给定的1 3条失效判定准则(产品的功能、特性的影响或对下道工序的影响或对最终用户的影响三个角度)1 9进行逐一比对,进而确定此过程单元所可能存在的潜在工艺失效模式。基于过程构成要素的潜在工艺失效模式的生成,根据1 3条失效判据,具体过程构成要素失效模式的描述可以通过语义信息转换为某种文法表达方式,并呈现出四种对立的情感倾向关系:有程度限定关系的对立,如“全部”和“部分”;语义的对立,如“清洁”和“肮脏”;限定关系的对立,如“专用工具”和“专用工具缺失”;肯定与否定关系的对立,如“不允许”和“允许”。语义对立分析不仅可以建立在谓语成分中,也可以是方式状语,状态补语等带有情感倾向的其他句子成分中。根据 信息处理用现代汉语词类标记规范 规定,将工步过程构成要素的具体内容从词类、词性、句法结构3个不同角度分析带有情感倾向的语义单元或词组,如表6所示。表6 不同角度影响句子情感倾向的分析分析角度情感倾向内涵备注词类形容词、动词、副词和名词词性不同语境不同词性的名词在句中充当主语和宾语具有情感极性的动词在句中主语充当谓语形容词充当谓语、定语、状语、补语副词充当状语、补语3562计算机集成制造系统第2 9卷句法结构副词与情感词或情感词短语的组合存在状中结构(A D V)或动补结构(CMP)中,当副词为程度副词和否定副词时,将会影响情感词或情感短语的情感倾向名词与情感词或情感词短语的组合出现在定中关系(AT T)、主谓关系(S B V)或动宾关系(VO B)中动词与情感词或情感词短语的组合存在连动结构(VV)、动宾关系(VO B)、动 补结构(CMP)中形容词与情感词或情感词短语的组合出现在并列关系(C OO)、状中结构(A D V)、动补结构(CMP)中 语义对立分析主要是针对装配工艺语句中有情感倾向的过程构成要素指令语句,而资源过程构成要素作为独立的短语形式存在,和其它类句子形式的