基于数据驱动的飞机部件制造成本分析方法研究

Smart manufacturing is able to realize a sustainable and economic development of aviation industry. To improve the intelligence in aircraft design and manufacturing is regarded as a significant trend for aviation industrial revolution. It is essential to use cost as a key indicator in aircraft component design and manufacturing processes and thus improving the economic efficiency. Revealing the influence mechanism of aircraft component design and manufacturing on the cost is therefore important for an accurate cost model development. This proposal aims at establishing the aircraft component manufacturing cost analysis mechanism using data-driven approach. First, the core data and knowledge ontological architecture of aircraft component manufacturing will be established. Subsequently, the knowledge dased engineering approach will be employed to extract the manufacturing rules and fabrication experiences so that to automatically generate aircraft manufacturing process. Through machine learning, the mapping relationship between cost drivers, include design and manufacturing parameters, and the cost performance will be trained via the database and knowledge base. Following with the establishment of the influence mechanism and the cost model. The output will be utilized in the aircraft component manufacturing, and provide theoretical and technical support for aircraft smart manufacturing strategy development, and contribute to the economic development of aviation industry in China.

随着智能制造的提出，通过产业智能化提高生产效率，形成可持续的经济发展模式，成为航空制造产业发展的重要方向。以成本为目标导向指导飞机部件设计和制造流程是提高航空产业经济性的必要手段。因此，系统性地研究飞机部件设计及其制造过程对成本的影响机制，构建准确的成本分析方法和模型具有重要的科学意义和应用价值。本项目首先利用本体论模型构建飞机部件和制造流程的核心数据知识架构；随后，采用基于知识工程的技术提取飞机部件制造过程各步骤间的逻辑关系和生产经验，形成飞机部件制造流程自动生成技术；借助机器学习的手段通过数据库和知识库对部件成本分析进行训练和验证，以建立设计参数、制造参数与成本之间的相互影响机制，形成数据驱动的飞机部件成本分析模型。研究成果以期推进智能化数据驱动的部件制造成本分析在航空制造产业中的应用，为我国航空产业实现高经济性目标提供技术支持和决策依据。

随着智能制造的提出，通过产业智能化提高生产效率，形成可持续的经济发展模式，成为航空制造产业发展的重要方向。以成本为目标导向指导飞机部件设计和制造流程是提高航空产业经济性的必要手段。本项目以飞机部件制造成本为研究对象，系统性地研究了飞机部件设计及其制造过程对成本的影响机制，构建准确的成本分析方法和模型。研究成果有望推进智能化数据驱动的部件制造成本分析在航空制造产业中的应用，为我国航空产业实现高经济性目标提供技术支持和决策依据。项目的主要研究内容和结果有：(1)建立了飞机部件制造过程的核心数据知识架构。通过提取设计、制造及成本中所涉及到的几何、制造工艺、设备、仪器、工时、材料成本、劳动力成本等特征属性，利用“本体论”思想建立飞机部件制造过程中的“类”和“属性”，探讨了其特定语义及相互关系，形成针对飞机制造过程结构化的数据知识架构，该架构可作为数据存储协调和信息交互的核心，为飞机部件制造流程自动化生成和成本分析平台提供框架基础。(2)利用基于知识工程的思想捕捉了系统中可重复使用的产品及相关过程的工程知识，在此基础上通过数据知识库的推理机制和自动推理，实现了设计制造中重复工作和非创造性工作的信息化和自动化，完成了飞机部件制造流程的自动生成。(3)通过运用径向基神经网络模型对部件设计-制造-成本数据集进行训练和验证，利用数据驱动的建模方式，实现了飞机部件制造成本的预测。本项目在发展的核心数据知识架构下，通过国际合作数据共享的方式，获得了供研究使用的飞机部件设计和制造数据，基于知识图谱识别驱动部件成本的特征参数(如几何、材料、制造工艺等)，通过监督式机器学习算法对飞机部件的制造成本进行分析，获得设计和制造特性对成本的影响机制，实现了飞机部件的制造成本的分析和预测模型的构建。此外，项目在执行过程中与国内外高校以及航空工业建立了良好的国内外科研合作关系与合作机制。