刘其冬，梁 佩，丁 晓，张世炯

（成都飞机工业(集团)有限责任公司，成都 610091）

0 引言

总装资源是企业总体装配过程中重要的装配资源，尤其是在飞机总装过程中，各种类型、品种及规格的标准和非标准资源并存，资源数量巨大，资源使用信息繁多，业务过程复杂，现场自制及资源共用情况普遍存在，导致资源管理困难。总装资源的精细化的管理直接影响生产计划任务的执行效率以及产品加工的成本和质量[1]。

目前飞机总装资源的管理主要依靠线下人工进行管理，仅少量资源的部分管理功能采用信息化系统进行管理，但管理范围有限，数据共享程度不高。现有的资源管理方式已经出现诸多不适应之处，如资源出入库信息容易错乱、资源汇总分析费时费力且容易出错、资源数据无法得到共享、数据管理不能满足精益化生产的要求等。随着总装厂的装配资源管理业务的持续优化，提出了对总装资源能力评估、资源价值管理、等新的需求，由于现有管理方式不能准确地提供资源的数据信息，也不能有效的与其它信息化系统和设备进行集成，严重影响了总装厂装配业务的改进和优化。随着航空工业的多年发展，飞机装配过程的各个环节积淀了大量装配资源和三维模型，经过多年信息系统的建设和应用，部分航空制造企业根据自身情况建立了针对性的装配资源库，但从总体应用情况来看，目前总装资源库仍存在诸如装配资源库构建不完善，装配资源分类不全面、无法可视化展示、检索和使用不便等问题。

目前，针对资源管理系统及相关技术的研究主要集中在资源系统构建、资源数据表示、资源应用等方面。在资源系统构建方面，目前主要有基于知识元和领域本体[2,3]等构建方法。在资源数据表示方面，目前有基于本体[4]、基于多层流模型[5]、基于概念层次网络[6]、可拓规则[7]、基于直觉模糊Petri网[8]等表示方法。其中，基于本体的资源表示是主流方法。在资源应用方面主要有基于抽象关系、智能算法等的资源管理[9]、资源检索[10]、资源推送[11]、资源共享[12]等方法。

针对总装资源管理存在的问题，总结和归纳飞机总装环节所涉及到的各类装配资源，构建三维装配资源分类描述描述模型，基于本体实现了对装配资源知识的表示，从而构建面向飞机装配的三维装配资源库，实现总装资源信息的精细化管理，保障总装生产的顺利进行和装配成本的持续优化。

1 三维资源管理系统框架构建

三维装配资源管理系统要求数据冗余度小。应避免部分数据在多个子系统中出现，尤其是修改，以保证系统的安全性、可靠性和数据一致性；功能划分应能满足目前和今后管理上的需求，功能应齐全，操作要方便且为后续可扩展留有接口，结合这一需求构建的飞机总装三维资源管理系统框架如图1所示。

1）三维装配资源管理

三维装配资源是总装资源管理系统的核心，包括装配设备资源管理、检测设备资源管理、物流设备资源管理，以及测试设备资源管理四个模块。各类资源又包括多种资源实例。首先需要对三维装配资源进行分类建模，并对各类进行结构化描述，接着基于本体表示方法，对资源对象的属性进行表示与存储。另外，资源管理系统同时对资源的三维模型进行存储和管理。

2）系统功能管理

总装资源管理系统需要具备资源参数查询、资源使用频次统计、维修保养频次统计、完好率统计、资源能力统计等功能，满足飞机总装过程对资源的入库和借用管理。同时具备用户管理、资源入库和应用流程管理等功能。

3）资源应用与集成管理

图1 总装三维资源管理系统框架

图2 三维装配资源分类模型

总装资源三维管理系统需要与企业ERP系统、生产现场进行数据交互，实现资源的应用和入库管理。通过系统集成实现总装资源三维管理系统与企业ERP系统的数据交互，通过条码技术实现资源入库和出库的信息交互。

3 三维装配资源分类建模与描述

3.1 三维装配资源分类模型构建

装配资源总结与分类描述过程具有相似性和重复性，是一项任务量大、且需要长期积累的工作。在对飞机总装环节各装配资源分析统计的基础上，从装配资源对象之间的关联性与相似性出发，结合三维装配资源特点和成组技术思想建立分级、分层的装配资源分类模型。最终将装配资源数据划分为第一分类层、第二分类层和装配资源对象三个层次。这种分类模型基本涵盖了飞机总装环节中涉及到的主要装配资源，符合行业的基本分类习惯。飞机总装三维资源分类模型如图2所示。

三维装配资源知识AK是由装配设备、测试设备、检测设备和物流设备构成，可表示为：

式中，AQ表示装配设备；HQ表示测试设备；MQ表示检测设备；LQ表示物流设备。

装配设备由装配型架、辅助装配设备、辅助支撑设备、专用装配工具、二次装配工具等组成，可以表示为：

式中，AFi表示装配型架中的第i个实例资源知识，如总装型架等；AAQi表示辅助装配设备中的第i个实例资源知识，如保型架等；ASQi表示辅助支撑设备中的第i个实例资源知识，如千斤顶等；SATi表示辅助支撑设备中的第i个实例资源知识，如拧紧工具等；Seci表示二次装配工具中的第i个实例资源知识，如冲头等。

测试设备由供电测试设备ADQi、机电测试设备RIQi、无线电测试设备SMQi、组成，可以表示为：

检测设备由数字化测量设备DMQi、自动检测设备ATQi、检具CFi组成，可以表示为：

物流设备由物流运输设备LTQi、起重设备LFQi、物料存储设备MSQi组成，可以表示为：

在对飞机装配三维资源知识分类模型构建的基础上，下面进一步研究两给分类层和资源对象知识的描述方法。

3.2 三维装配资源知识描述

飞机装配资源分类层次多，资源众多且表示多样，因此知识工程师需要对获取到的资源知识进行描述，以便进行分类存储和管理。基于图2所述的三维装配资源的分类模型，对第一分类层和第二类层次知识，以及第三层资源对象知识的进行类描述。

第一分类层和第二类层属于资源知识类，可用分类名称、分类编号和分类属性来进行描述。每个类的可表示为：

式中，Classi表示第i个类；Namei，Numi，Rai表示第i个类对应的名称，编号和属性。

第三层属于资源对象知识，可用资源对象的名称、资源对象的编号、资源对象的属性、资源对象的三维模型进行描述。每个资源对象可描述为：

式中，Objectj表示第j个资源对象；ObNamej，ObNumj，ObRaj，ObModelj表示第j个资源对象的名称，编号、属性和对应的三维模型信息。

其中，资源对象的名称、编号、属性和三维模型信息的具体定义如下：

1）装配资源名称定义

装配资源的名称应符合行业标准、企业标准、军用标准等的相关规定或符合当前的使用习惯，同一类装配资源对象不允许有两种及以上的名称表达，为避免歧义不同类装配资源对象的名称也必须不同。

2）装配资源编号定义

装配资源编号作为其唯一识别信息，在生产过程中唯一标识，根据规范和标准确定代号的命名规则，在整理装配资源时要确保当前对象的代号准确无误且处于使用状态。

3）装配资源属性定义

装配资源的属性指其特有的、与其他对象不同的性质，同类型装配资源的属性具有相似性和继承性，而不同类型装配资源的属性差别可能很大，在总结装配资源数据时要注意归纳和区分各类装配资源的属性，如装配型架的尺寸、精度等。描述AGV运输车的属性有外形尺寸（长×宽×高）、额定负载、转弯半径、运行速度等。

4）装配资源三维模型

三维装配资源库的主要特点是包含了装配资源的三维模型，能够在资源出入库或资源查询时提供形象、直观的模型展示，大多装配资源如装配型架等工艺装备都应具有三维模型，部分刀具、夹具等装配资源，以及自动检测设备、系统测试等设备可不需要三维模型。

4 基于本体的三维装配资源知识表示

三维装配资源知识获取主要是从书籍手册、设备手册等获取各装配资源的参数数据；从其它信息化系统获取装配资源三维模型；从专家处获取当前常用的装配资源信息。考虑到当前飞机总装企业的实际情况，采用被动式的资源知识获取方式，即由知识工程师通过查询现场装配资源、标准手册及咨询专家等方式获取和总结装配资源知识。装配资源知识获取的过程如图3所示。

图3 三维装配资源知识的获取过程

在三维装配资源分类描述的基础上将三维装配资源知识本体化，形成三维装配资源本体，并将其抽象为概念、关系、属性、个体等信息的集合，建立三维装配资源本体类层次结构。通过定义类的属性来表达各个类的内部关系，对领域本体所包含的概念、关系、属性等进行规范化表示。

针对三维装配资源知识概括性高、易于结构化、不含过程性数据的特点，采用框架表示法表示三维装配资源本体，建立基于本体的三维装配资源知识表示模型，如图4所示。三维装配资源数据主要包含了装配资源名称、装配资源编号、三维模型、属性等内容。属性包含了描述对象来源、归属、备注等的一般属性，描述对象材料、重量、尺寸等的物理属性，描述对象运行速度、负载能力、定位精度等的性能属性。因此应将装配资源名称作为框架名，而装配资源编号、三维模型、资源属性分别作为槽，资源属性包含多个不同的具体属性侧面。此外所有装配资源对象应能够继承上级资源的具体属性，最终可得到描述某类或某个具体装配资源知识的通用框架。

图4 基于本体的三维装配资源知识表示

通过上述本体方法来表示装配资源知识，既可以完全表示装配资源知识所包含的内容，又能够通过框架的继承，使得下层框架从上层框架继承资源属性和值，减少了数据冗余，同时体现了对象之间的层级关系，表达清晰、符合需求。

5 系统设计与实现

5.1 系统设计与构建

基于某飞机总装对装配资源管理系统的需求，以及本文研究的装配资源知识分类描述模型及本体表示方法，采用SSM框架的B/S结构构建了总装三维装配资源管理系统。总装三维装配资源管理系统分为数据访问层、业务逻辑层、界面显示层，系统设计如图5所示。

图5 总装三维装配资源管理系统设计

1）数据访问层：为业务逻辑层或界面显示层提供数据服务，它的各个函数主要完成各个对数据文件的操作，专门跟数据库进行交互，执行数据的新增、修改、删除和查询等。本系统采用Mybatis框架（JDBC驱动）技术进行数据访问，它包含一组与数据库管理系统进行通信和数据交换的类。

2）业务逻辑层：包含满足业务逻辑约束的程序逻辑，主要负责对数据访问层的操作，把一些数据访问层的操作进行组合，包括保障资源的物料编码、到货接收入库、借用/领用出库、资源归还入库、维修保养、资源返修、资源丢失、资源报废、资源预警、资源位置等业务功能；

3）界面显示层：与用户进行交互，为终端用户提供用户界面。用于数据录入、数据显示等。用户应用层根据用户的不同角色和权限，显示不同的界面，使用户只能根据其权限执行相应的功能。

5.2 系统应用分析

开发的飞机总装三维装配资源管理系统功能较多，下面以资源查询为例介绍系统功能的应用过程。

资源查询信息包括资源物料的编码信息、基本信息，以及其他信息。其中基本信息区域又分为编码信息，物料信息，工具信息3个子区域。这三大区域及基本信息子区域均可通过点击区域右上方蓝色展开按钮展开或折叠，如图6所示。

图6 资源查询功能

展开资源物流编码如图7所示。该区域左侧为物料分类树，用于选择物料编码所属分类。选择分类后会在右下方物料编码区域列出所选分类下所有物料编码。右侧上方为编码筛选条件区域。上方为物料编码通用属性筛选条件区域，可选择物料编码通用属性，可多选，不选则不作为筛选条件。下方为物料属性参数筛选条件区域，列出所选物料分类所有参数属性，选择/填写对应属性后，点击右上角筛选按钮，可对分类下物料编码进一步筛选。在物料编码区域表格中选取要查询的编码，点击物料编码区域右上角确定，则选中编码将被填写至基本信息区域物料编码中，实现对资源的编码。

图7 资源编码功能

6 结语

针对飞机总装资源管理存在的数据共享困难，资源出入库管理混乱等问题，研究了飞机总装三维资源管理系统的设计与实现方法。构建的飞机总装三维资源管理系统对大量的总装资源进行了存储和管理，满足了总装作业过程对装配资源出入库、资源能力统计、装配资源查询等业务的需求，提高了总装资源的利用率和企业资源的精益化管理水平。