面向工裝的可定制柔性編碼技術(shù)研究

□ 王仰堅(jiān) □ 胡善剛 □ 吳競(jìng)峰

中國(guó)航天科工集團(tuán) 第九總體設(shè)計(jì)部 武漢 430040

工藝裝備 （簡(jiǎn)稱(chēng)工裝）是指企業(yè)在產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)工藝規(guī)程的要求而采用的各種工具和附加裝備的總稱(chēng)，主要包括刀具、夾具、量具、模具、輔具、檢具、鉗工工具和工位器具等。航天企業(yè)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，在企業(yè)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中，積累了大量的工裝設(shè)備資源。隨著航天現(xiàn)代化的發(fā)展，航天企業(yè)的生產(chǎn)模式已從多品種、小批量生產(chǎn)向批產(chǎn)模式快速轉(zhuǎn)換。利用編碼技術(shù)對(duì)現(xiàn)有工裝進(jìn)行編碼，使工裝設(shè)備得到更好的利用，降低工藝成本，提高工作效率，從而克服生產(chǎn)過(guò)程中工裝數(shù)據(jù)管理的瓶頸。

目前國(guó)內(nèi)外有很多零件編碼系統(tǒng)，如德國(guó)的OPITZ編碼系統(tǒng)、日本的KK_3編碼系統(tǒng)和我國(guó)的JLBM一1零件分類(lèi)編碼系統(tǒng)等，但這些編碼系統(tǒng)主要針對(duì)的是零件，而零件與工裝存在以下幾點(diǎn)的區(qū)別：①種類(lèi)層次結(jié)構(gòu)不同。工裝設(shè)備種類(lèi)明確，可歸納性強(qiáng)（即可歸納為刀具、夾具等），層次簡(jiǎn)單；但零件種類(lèi)多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，不便于具體的歸納。②編碼針對(duì)特征不同。零件編碼主要針對(duì)零件的工藝、結(jié)構(gòu)、加工面等形狀特征［1］；工裝編碼針對(duì)工裝的類(lèi)型、用途、外形尺寸等。③參數(shù)定制化難度不同。工裝設(shè)備相對(duì)零件加工特征少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外形尺寸少，通過(guò)編碼技術(shù)完成編碼參數(shù)化的難度較低。

由于每個(gè)企業(yè)自身特點(diǎn)以及產(chǎn)品的不同，企業(yè)的分類(lèi)習(xí)慣及編碼規(guī)則都不一樣，因此需建立一種可定制柔性編碼技術(shù)。企業(yè)通過(guò)定制編碼體系和規(guī)則，完成對(duì)工裝的組織、分類(lèi)，計(jì)算機(jī)通過(guò)編碼識(shí)別工裝設(shè)備，方便有效地獲取工裝數(shù)據(jù)信息，從而使工裝信息集成于在航天制造企業(yè)中廣泛應(yīng)用的CAD、CAPP、PDM等信息化系統(tǒng)［2］。

1 可定制柔性工裝編碼技術(shù)分析

1．1 航天企業(yè)工裝編碼需求分析

由于各航天企業(yè)的管理方式、生產(chǎn)條件和加工零件的種類(lèi)以及復(fù)雜程度有很大差別，各企業(yè)對(duì)工裝編碼的需要存在以下幾點(diǎn)不同之處：①編碼碼位數(shù)不同。有些工廠，工裝種類(lèi)少，較簡(jiǎn)單，可能使用幾個(gè)碼位已足夠，而另一些工廠，工裝種類(lèi)多，差別大，可能使用15位的碼來(lái)分類(lèi)尚嫌不足。②編碼分類(lèi)規(guī)則不同。各企業(yè)管理規(guī)范和工裝設(shè)備分類(lèi)差距較大，難以用統(tǒng)一分類(lèi)原則適應(yīng)不同企業(yè)。

由此可分析出企業(yè)對(duì)工裝編碼系統(tǒng)有如下幾點(diǎn)需求：①編碼體系的可定制化。它形成了具有企業(yè)特色的編碼規(guī)則、編碼應(yīng)用模式和管理體系，為后續(xù)的編碼擴(kuò)充和規(guī)范管理積累經(jīng)驗(yàn)和奠定基礎(chǔ)。②編碼結(jié)構(gòu)的柔性化。編碼的碼段個(gè)數(shù)和橫向碼位長(zhǎng)度可以根據(jù)描述對(duì)象的復(fù)雜程度而變化。③工裝特征參數(shù)化?？赏ㄟ^(guò)定制的字符參數(shù)表示工裝特征結(jié)構(gòu)和外形尺寸，便于工裝的有效管理和快速檢索。

1．2 可定制柔性編碼體系定義

在企業(yè)的實(shí)際編碼應(yīng)用中，針對(duì)不同的產(chǎn)品數(shù)據(jù)對(duì)象，常常應(yīng)用不同的編碼規(guī)則，采用多種類(lèi)型的編碼系統(tǒng)，因而要求編碼系統(tǒng)能夠具有很好的柔性，留給企業(yè)用戶足夠大的自定義空間，才能對(duì)企業(yè)中的編碼資源做到統(tǒng)一管理、靈活配置，滿足企業(yè)對(duì)編碼系統(tǒng)的個(gè)性化需求［3］。可定制的柔性編碼體系如圖1所示，主要由編碼分段、編碼碼位、編碼碼值、碼位分組、碼位規(guī)則、碼值分組等組成。

（1）編碼體系。針對(duì)特定編碼對(duì)象的編碼總體描述，可描述為 CS={CSTR,DR,SN,DN}。

CSTR為編碼實(shí)例總體結(jié)構(gòu)的定義，編碼總體結(jié)構(gòu)分為整體式和分段式兩種；DR是碼位關(guān)系，分為樹(shù)式、鏈?zhǔn)?、混合式?］；SN 是分段數(shù)，如果是分段式結(jié)構(gòu)，則此屬性給出分段數(shù)；DN為碼位數(shù)，指編碼總長(zhǎng)度，如果是柔性碼或者參數(shù)碼，則可能會(huì)不固定，這里只給出最長(zhǎng)長(zhǎng)度，其中參數(shù)碼無(wú)論多長(zhǎng)，只算作一位。

▲圖1 編碼體系組成

（2）編碼分段。說(shuō)明所有的碼位應(yīng)該分為幾大部分，各部分碼段有特殊的含義，可描述為CSEC={CS,BP,LP,CST}。

CS為編碼分段所屬的編碼體系；BP為分段開(kāi)始碼位；LP為分段結(jié)束碼位；CST為分段類(lèi)型，有分類(lèi)碼段、參數(shù)碼段、分割碼段、流水碼段、自定義碼段。

（3）編碼碼位是在一個(gè)特定位置上的編碼信息，是編碼體系的基本組成單元，可描述為DC={CSEC,DP,CC,MAX，MIN}。

CSEC為編碼碼位所屬的編碼分段；DP為當(dāng)前編碼所在位置，即第幾位碼；CC為碼位符號(hào)，包括二進(jìn)制、八進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制、小寫(xiě)字母、大寫(xiě)字母、定制等；MAX表示碼位最大長(zhǎng)度，最大為128；MIN表示碼位的最小長(zhǎng)度，最小為1。

（4）碼位碼值表示碼位中每一個(gè)具體的碼值及其含義，參數(shù)碼位無(wú)碼值，可描述為={DG,CV,SP}。

DG表示所屬分組；CV表示當(dāng)前編碼的值，如A、1；SP表示碼值子組。

（5）編碼體系中碼位碼值并不是簡(jiǎn)單的羅列，組成分類(lèi)碼段的碼位碼值之間存在多種關(guān)系，關(guān)系可分為{編碼規(guī)則，碼值分組，碼位分組}。

編碼規(guī)則用于說(shuō)明當(dāng)前碼位的編碼應(yīng)該遵循的規(guī)則，如數(shù)字的排序規(guī)則、字符的遞增規(guī)則、工裝參數(shù)碼編制規(guī)則等；碼值分組表示分組規(guī)則中每一個(gè)碼位中的碼值是如何被分成不同的組，碼值分組的類(lèi)型分為特征位、碼域位、忽略位，特征位表示每一個(gè)碼值均要相同才認(rèn)為是屬于同一分組，碼域位表示只要碼值在同一值域中就認(rèn)為屬于同一分組，忽略位表示此位碼值在分組時(shí)忽略不計(jì)；碼位分組表示當(dāng)前碼位基于前一碼位的碼值進(jìn)行分組。

（6）工裝編碼是基于編碼體系而形成的對(duì)象編碼，工裝編碼的可定制柔性主要體現(xiàn)為：①編碼體系可定制?？赏ㄟ^(guò)編碼體系定義工裝編碼采用層次結(jié)構(gòu)、鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)或混合機(jī)構(gòu)，允許自定義碼段數(shù)量及其類(lèi)型，允許自定義編碼各個(gè)碼段之間的分隔符以及碼段的排序，允許自定義碼位碼值及碼位長(zhǎng)度等信息。②編碼體系柔性化。表現(xiàn)在描述不同類(lèi)別的事物時(shí)，在碼位數(shù)和層次數(shù)上具有柔性，實(shí)現(xiàn)對(duì)編碼管理的動(dòng)態(tài)映射，即編碼管理的柔性化。伴隨企業(yè)自主定義編碼規(guī)則，動(dòng)態(tài)構(gòu)建企業(yè)信息分類(lèi)編碼體系，即編碼體系的柔性化。

1．3 柔性工裝編碼

通過(guò)編碼體系的定義可以完成各企業(yè)工裝編碼的個(gè)性化定制，定義符合企業(yè)實(shí)際需求的柔性工裝編碼結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)介紹一種面向特征的、分層次的柔性工裝編碼，該編碼模型由一級(jí)碼、二級(jí)碼和三級(jí)碼構(gòu)成，如圖2所示。

▲圖2 柔性工裝編碼模型組成

（1）一級(jí)碼。一級(jí)碼是編碼體系的分類(lèi)碼，用于描述信息資源的分類(lèi)。

（2）二級(jí)碼。二級(jí)碼如圖3所示，是編碼信息對(duì)象事物所屬的特征編碼，描述了信息實(shí)體的詳細(xì)特征。該事物特征碼依賴于其具體所屬的信息大類(lèi)，即前一碼段的分類(lèi)碼，并按照信息特征的功能和屬性相應(yīng)完成分層描述。事物特征碼分層主要取決于信息實(shí)體的特征及其可分層性，即特征項(xiàng)、節(jié)、目。二級(jí)碼是否采用流水碼段［4］有以下兩種情況：如通過(guò)特征編碼可以完成詳細(xì)區(qū)分，則可省略附加流水號(hào)；如需要通過(guò)附加流水號(hào)才能準(zhǔn)確標(biāo)識(shí)信息對(duì)象，則需增加流水碼段。流水號(hào)的位數(shù)一般設(shè)置為4位，通常為0000～9999，即可滿足使用要求。

（3）三級(jí)碼。三級(jí)碼為信息對(duì)象參數(shù)碼，用以存放用數(shù)字編碼不能全面表達(dá)的編碼對(duì)象的信息。表1和表2規(guī)定了部分工裝編碼共用和專(zhuān)業(yè)的功能參數(shù)字符參數(shù)碼。

如需表示上下公差，例如被測(cè)尺寸φ100-0．01mm，參數(shù)碼為D10/0/-0．01，如工裝材料為硬質(zhì)合金鋼的，參數(shù)碼為M/硬質(zhì)合金鋼。表1和表2中只規(guī)定了部分共用和專(zhuān)用的參數(shù)，各企業(yè)可根據(jù)實(shí)際需求自由定義各字符參數(shù)的含義和所需的共用、專(zhuān)業(yè)參數(shù)字符。

▲圖3 層次化定義

表 工裝編碼共用參數(shù)字符

表2 工裝編碼專(zhuān)用參數(shù)字符

工裝編碼的三級(jí)碼主要體現(xiàn)可定制柔性的特點(diǎn)，所以參數(shù)碼也被定義為柔性碼。由于編碼對(duì)象信息需要編制參數(shù)的長(zhǎng)短不一致，相應(yīng)的編碼結(jié)構(gòu)必須能夠支撐靈活可變的碼位數(shù)設(shè)計(jì)。參數(shù)碼段的字符組成也較為復(fù)雜，一般是由數(shù)字、字母、字符等形成便于理解的一組字符串，這給編碼使用人員帶來(lái)了便利，但增加了編碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的難度，所以系統(tǒng)必須有完善的參數(shù)編碼規(guī)則與解析方法，才能保證其正常運(yùn)行。

2 工裝編碼解析流程

編碼規(guī)則解析是工裝編碼生成的逆向過(guò)程，是指將編碼碼值與相關(guān)定義的編碼解析規(guī)則進(jìn)行對(duì)照比較，對(duì)編碼碼值進(jìn)行分段區(qū)分，得到碼值每個(gè)組成部分所對(duì)應(yīng)的含義，最終直觀明了地呈現(xiàn)給用戶，讓用戶能夠了解編碼所蘊(yùn)含的相關(guān)信息［5］。編碼規(guī)則解析過(guò)程如圖4所示。

（1）分析碼值解析可行性。通過(guò)以下兩個(gè)方面進(jìn)行判斷：長(zhǎng)度判斷、關(guān)鍵字符判斷，若長(zhǎng)度不一致或關(guān)鍵字符不一致，則可認(rèn)定該碼值是無(wú)效的，不符合解析條件。

（2）碼值分類(lèi)碼篩選。將編碼與對(duì)應(yīng)規(guī)則結(jié)構(gòu)比較，獲取體現(xiàn)對(duì)象信息屬性的分類(lèi)碼，并對(duì)其進(jìn)行分析。

（3）碼值解析。重點(diǎn)分析特征碼、參數(shù)碼對(duì)應(yīng)編碼，并進(jìn)行對(duì)照比較，得到碼值所對(duì)應(yīng)的標(biāo)識(shí)號(hào)，從而獲取相關(guān)解釋信息，將結(jié)果集中表示。

（4）參數(shù)碼解析。在參數(shù)碼解析過(guò)程中，需要遍歷參數(shù)碼段，先提取共用字符，然后根據(jù)分類(lèi)碼段提取專(zhuān)用參數(shù)字符，在解析過(guò)程中遇到特殊字符（分隔符、規(guī)格符等），需對(duì)特殊字符后的數(shù)據(jù)類(lèi)型進(jìn)行判別，根據(jù)數(shù)據(jù)類(lèi)型的不同進(jìn)一步分解解析的過(guò)程。

3 編碼系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

（1）刀具的編碼實(shí)例如圖5所示，通過(guò)類(lèi)、項(xiàng)、節(jié)、目來(lái)對(duì)刀具進(jìn)行多層次的分類(lèi)，并結(jié)合參數(shù)碼位中的各項(xiàng)參數(shù)來(lái)詳細(xì)描述刀具的結(jié)構(gòu)外形尺寸。

（2）輔具的編碼實(shí)例如圖6所示，通過(guò)分類(lèi)碼來(lái)對(duì)輔具進(jìn)行多層次的分類(lèi)，并附加流水碼段來(lái)詳細(xì)區(qū)分，通過(guò)參數(shù)碼段中的各項(xiàng)參數(shù)來(lái)詳細(xì)描述套筒的結(jié)構(gòu)外形尺寸及型號(hào)規(guī)格。

▲圖5 刀具編碼實(shí)例

▲圖6 套筒編碼實(shí)例

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著工業(yè)信息化技術(shù)的深入推廣和應(yīng)用，人們對(duì)工裝設(shè)備信息分類(lèi)編碼技術(shù)的需求也越來(lái)越迫切。但鑒于現(xiàn)階段的生產(chǎn)水平，各企業(yè)采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的編碼方法還不現(xiàn)實(shí)。本文在編碼體系定義的基礎(chǔ)上，結(jié)合企業(yè)個(gè)性化需求，建立了適用于工裝設(shè)備管理的多層次、結(jié)構(gòu)柔性的事物編碼方法，能夠在不同企業(yè)編碼環(huán)境下，對(duì)工裝設(shè)備采取靈活、有效的編碼策略，在企業(yè)實(shí)際應(yīng)用中有較強(qiáng)的實(shí)用性。

［1］ 劉持平，文門(mén)照．基于特征的箱體零件自動(dòng)編碼分類(lèi)系統(tǒng)研究［J］．制造業(yè)自動(dòng)化，2009，32（4）：96-99．

［2］ 丁秀華，閻 艷，寧汝新．面向裝配工裝設(shè)計(jì)編碼方法的研究［J］．航空制造技術(shù)，2006(12)：86-90．

［3］ 趙韓，許肇云，柳吉慶，等．可定制柔性編碼系統(tǒng)模型的研究與實(shí)現(xiàn)［J］．機(jī)床與液壓，2009，37（10）：64-66．

［4］ 趙韓，柳吉慶，董玉德，等．面向PDM系統(tǒng)柔性事物編碼模型的研究［J］．工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2010（5）：34-38．

［5］ Dusan N Sormaz,Behrokh Khoshnevis． Modeling of Manufacturing Feature Interactions for Automated Process Planning ［J］．Journal of Manufacturing System,2000,19(1):28-45．

［6］ 黃利江，許建新，田錫天．基于特征模型的零件柔性編碼研究［J］．機(jī)床與液壓，2007，35（11）：11-13．