制造业信息化是推进制造业发展的重要举措,是实现智能制造的技术保证。设计制造数字化是制造业信息化的一项重要内容,产品数字化设计制造过程中,人员、过程、知识以及产品相互交融,设计主体需要使用大量知识,通过设计主体的创新活动又产生大量新的知识并将应用到下次产品开发过程中。因此,如何将四者有效的集成是提升产品设计效率和质量的关键问题。然而,目前在数控机床设计过程中,普遍存在设计效率低,设计过程依赖人工控制,数字化设计分析手段薄弱,设计资源、设计知识分散难以应用等问题。针对上述问题,本文提出了一种面向数控机床数字化设计过程的知识集成方法,并应用于数控机床的开发过程中,该方法围绕支持数控机床数字化设计过程中的两大核心要素——"过程"和"知识"展开研究,从理论和方法层面系统性地研究数控机床数字化过程知识集成应用系统体系结构、设计知识表示方法、数字化设计知识与过程集成技术、设计知识检索以及设计知识推送等关键技术,实现了数字化设计过程中产品、过程、知识以及人员之间的有效集成,可以进一步提升数控机床数字化设计水平和设计效率。论文的主要研究内容包括如下几个方面:(1)"面向数控机床数字化设计过程的知识集成方法"及"数控机床数字化过程知识集成应用系统"体系结构研究。详细分析了当前数控机床设计过程并剖析了数控机床设计过程中所存在的问题,提出了一种集"过程"和"知识"的数控机床数字化设计过程的知识集成新方法,以实现"知识数字化"、"过程数字化"、"工具数字化"以及"知识集成"、"过程集成"、"应用集成"。在此基础上,构建了"数控机床数字化过程知识集成应用系统"体系结构,阐述了该体系结构各层的内容及相互关系,分析了实现该系统的关键技术。该研究内容为论文的研究提供了总体框架。(2)数控机床数字化设计知识模型研究。在详细阐述知识定义、分类以及特点的基础上,针对当前数控机床数字化设计过程中需要使用的知识,对数控机床数字化设计进行了知识分析,提出了基于本体的知识表示模型,为知识的重用奠定了基础。(3)数控机床数字化设计知识与设计过程集成方法研究。为了有效地将过程、知识、产品、人员等业务过程中的所有因素相集成,在详细分析数控机床数字化设计知识与设计过程集成建模要求的基础上,提出了设计知识与业务过程集成方法,构建了集成模型——PPKO(Product,Process,Knowledge,Organization)。该集成模型包括产品模型、过程模型、知识模型、以及组织模型,它体现了执行业务过程的人员利用知识对业务对象(产品)进行操作,完成业务活动同时又创造出新的知识。在该集成模型的基础上,探讨了业务过程与知识的相互关系,提出了基于"知识、业务过程"的知识重用方式,包括"拉式"的知识资源检索和多维度知识资源浏览以及"推式"的知识推送。(4)数控机床数字化设计过程知识资源检索技术研究。针对数控机床数字化设计过程中知识难获取问题,本文提出了基于本体的语义个性化检索和多维度动态浏览两种检索模式。提出的基于本体的语义个性化检索技术区别于一般的信息检索,它充分考虑数控机床数字化设计知识检索具有鲜明的工程特色,知识资源具有多个维度等特点,围绕产品、设计过程展开,是一种面向工程领域的知识检索方法。该方法通过用户知识需求处理、运用查询语义扩展策略与语义相似度计算方法,利用用户轮廓和业务轮廓,准确地向用户反馈相关结果。实验表明,该方法能够提高知识检索的准确率和查全率。多维度动态浏览从多个角度向用户展示了知识,并以主题图方式直观的进行知识导航,帮助用户理解知识。(5)数控机床数字化设计过程知识推送方法研究。为了在业务过程的驱动下有效地组织和重用已有的知识,避免知识迷航的问题,提出了基于"PPKO"的知识推送方法。首先,在已建立的产品、过程、知识以及组织的集成模型(PPKO)基础上,提出了基于业务过程和基于组织的两种推送方式,并建立了知识推送框架。基于业务过程的知识推送是一种面向业务过程执行的、感知业务情境的知识推送技术,利用过程管理实例化模型对设计人员当前执行的业务活动进行相关信息的感知与识别,利用语义相似和历史情境相似两种匹配方法,给予用户恰当的知识推荐。基于组织的知识推送则是根据智力主体,以人员自身的知识偏好来获取知识以及通过相似人员的知识来发现知识。实践表明,两种推送方式很好地满足了不同用户的推送需求。(6)在上述研究成果的基础上,作为上述研究成果的工程实践,自主设计和开发了数控机床数字化设计过程知识集成应用系统(MTDDKIS)。简要介绍了 MTDDKIS、MTDDKIS的功能模块以及开发和运行环境。以大连机床(数控)股份有限公司的立式加工中心VDL600E的数字化设计过程对MTDDKIS进行实例应用,验证了系统的可行性、所用理论的正确性与提出方法的有效性。实践表明,自主设计开发的MTDDKIS可以有效地对数控机床数字化设计过程以及知识进行管控,并以个性化的方式向设计人员提供了知识检索、知识多维度浏览以及知识推送等知识服务功能,支持设计主体快速、便捷的获取知识资源,开展创新活动,从而显著地提高设计水平和设计效率。