民机材料工艺知识库系统构建的研究

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摘 要：针对中国民用飞机设计工作中材料和工艺的选用过程，提出用信息化的方法将材料工艺知识结构化，建立知识库系统以辅助选用决策。研究了提取民机材料和工艺知识的方法和思想，关键数据库结构的设计和系统的开发框架与总体功能。采用Java-web技术开发了民机材料工艺知识库系统，帮助提高设计员工作效率。

关键词：民用飞机 材料工艺 知识库 信息化

中图分类号：v262 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）03（a）-0008-02

飞机结构设计是复杂程度高且知识密集型的活动。其中，材料和工艺的选择是设计的重要组成部分[1]。民用飞机的材料和工艺是个庞大且复杂的体系，正确且快速地选用对设计员的知识和经验要求很高，随着生产速率加快，在超差处置中保证材料、工艺的快速、正确、合理选用显得至关重要。

随着信息化技术和知识工程技术在国内航空企业中的普及，越来越多企业开始研究或已经落实利用知识工程技术辅助工程工作的方法。将知识库的思想和信息化的方法应用到民机材料工艺的选取过程中，将材料的分类、性能、工艺的特点、选用的准则和规定，以及设计经验，经过关联、聚合、组织和结构化后表示成知识并存储在数据库中，形成工程知识库。从而辅助设计人员进行材料工艺快速、准确地选用，进而大大提高设计效率和设计质量。

1 知识库的结构形式

1.1 知识的获取与组织

民机材料工艺知识来源机结构设计过程中设计员需要参考的所有航空材料通用标准、材料规范、公司内部选用目录和设计准t、飞机设计手册、已有的工艺规范，以及设计员的经验和专家的建议[2]。不同类别材料需关注的关键信息不同，在整理这些信息时，需依靠扎实的设计经验来确定关键信息，以达到信息结构化的目的。关键信息应能全面、准确地表达出材料的性能。表1总结了民机常用材料信息结构化的关键信息。

1.2 数据库设计

使用开源且功能强大的MySql关系数据库存储知识。设计结构合理的数据表是实现系统功能的重要前提。对于民机材料工艺数据库，要收录的材料信息涉及面广、结构多样，所以数据表的设计就要考虑灵活性和易扩展性。

采用动态扩建表字段的思想设计存储材料和工艺的数据表结构，核心表结构及关系如图1所示。设计material_type表存储材料或工艺的分类，并使用father_id实现父子继承关系。设计property表存储某材料或工艺分类的结构化字段名称，即表1所述的“关键信息”名称，用外键关联material_type表。material表存储具体材料或工艺的名称，使用material_type_id标识材料或工艺归属的分类。除了存储材料工艺名称，还需存储其所属分类指定的关键信息字段设计item表。item表以property_id和material_id做外键，分别关联其所属的property和material，其value字段的值表示某材料或工艺的关键信息字段的值。

2 系统总体设计

2.1 系统的软件框架设计

民机材料工艺知识库系统的框架结构如图2所示。系统采用B/S网络结构模式，即浏览器/服务器模式，以适应企业信息化的要求。开发技术采用当前主流的Jave-Web开发框架J2EE，使用如图2所示的高性能、高安全、易扩展且成熟度高的开源技术搭建MVC结构的软件框架。

2.2 系统的核心功能模块设计

如图2所示，系统主要有两个功能模块，即知识库维护模块和知识库应用模块。知识库的维护主要依赖知识创建与升级两项功能。结构化的数据以字段的形式存储进数据库中，而文件则以文件编号和存储路径为关键字段存储进数据库。为管理文件需提供文件上传功能。为实现知识的升级，需为知识定义版次，提供版次管理功能。

知识库的应用是系统的核心功能。知识库应用模块主要提供知识检索和知识评价功能。知识检索是知识库价值发挥的通道，通过关键词检索和全文检索两个途径将知识快速查找出来，以相关度高低为序展现给用户。知识评价是用户对检索出来的知识通过打星的方式进行评价，打星越多，说明知识价值越高，系统为该条知识标注的“价值度”越高。知识库管理人员分析“价值度”高的知识，可得到用户关注的知识分布，进而改进知识库的内容和组织。

3 系统的实现

基于以上研究与设计，采用Java-web技术开发出“材料工艺知识库系统”。系统从模块上分为首页和选用建议、案例库、视频库三个板块，不同模块面向不同的业务和知识类型。“选用建议”模块提供民机常用材料的种类和性质、工艺的选用准则和结构设计的规定等知识。“案例库”模块提供典型结构的材料与工艺选用案例，为用户提供经验参考。视频库模块提供常用工艺的视频讲解，方便用户对工艺的了解。系统提供模块内的关键词检索和知识库范围内的全文检索，支持用户从结构化数据和文本数据中检索知识。

4 结语

民机材料工艺知识库系统面向民机结构设计过程中的材料与工艺选用，使用信息化的理论和方法，将分散的知识聚集并结构化，将典型案例经验化，为民机设计员提供了得力的选用决策辅助平台，提高了设计员的工作效率，为公司建立了宝贵的知识仓库。

参考文献

[1] 《飞机设计手册》总编委会.飞机设计手册第3册：材料[M].北京：航空工业出版社，1997.

[2] 梅中义，张丽华，范玉清.飞机复合材料构件设计知识库的研究[J].制造业自动化，2006，2（2）：21-26.