基于成組技術(shù)的零件分類與編碼

楊 筍

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基于成組技術(shù)的零件分類與編碼

楊 筍

(河南省經(jīng)濟管理學(xué)校 機械工程系 河南南陽 473009)

為有效整合企業(yè)管理，結(jié)合企業(yè)內(nèi)部的管理體制和工作方式，介紹了成組技術(shù)的應(yīng)用。成組技術(shù)是合理組織中小批量生產(chǎn)的系統(tǒng)方法，主要用于對零件進行分類與編碼。詳細(xì)介紹了采用成組技術(shù)對典型零件進行分類編碼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和借助計算機進行自動分類的方法，對實踐有一定的指導(dǎo)意義。

成組技術(shù) 分類編碼系統(tǒng) 計算機輔助編碼

成組技術(shù)是一項現(xiàn)代組織管理技術(shù)，也是一門生成技術(shù)科學(xué)。成組技術(shù)是將多種零件按其工藝的相似性進行分離并形成零件組，把在同一零件組中生產(chǎn)量小的零件匯集成生產(chǎn)量大的組，從而使小批量生產(chǎn)獲得接近于大批量生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。

按一定的相似性標(biāo)準(zhǔn)將有關(guān)事務(wù)歸類成組是實施成組技術(shù)的基礎(chǔ)。過去，整理識別這些相似性工作需要人工完成，這不僅要求工作人員有豐富的實踐經(jīng)驗，而且成本很高，工作效率也低，準(zhǔn)確度差。目前，成組技術(shù)中的許多工作都可以借助計算機來完成。

1 分類編碼系統(tǒng)

零件分類編碼系統(tǒng)是將零件進行分類編碼的一種工具，是成組技術(shù)的重要組成部分，也是實施成組技術(shù)的重要手段。只有首先建立相應(yīng)的零件分類編碼系統(tǒng)，應(yīng)用這個編碼系統(tǒng)使零件的有關(guān)信息代碼化，根據(jù)代碼對零件進行分類分組，才能以成組的方式組織生產(chǎn)[1]。

1.1 零件分類編碼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

零件分類編碼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由一系列分類環(huán)節(jié)和分類標(biāo)志所組成。在表格式分類系統(tǒng)中，分類環(huán)節(jié)可進一步分為橫向環(huán)節(jié)(粗分環(huán)節(jié)或碼位)和縱向環(huán)節(jié)(細(xì)分環(huán)節(jié))。每一個橫向環(huán)節(jié)都有相應(yīng)的一串縱向環(huán)節(jié)，即每一個縱向環(huán)節(jié)總是屬于某個橫向環(huán)節(jié)[2]。

在安排橫向環(huán)節(jié)分類標(biāo)志的順序時，先安排與設(shè)計檢索有關(guān)的，再安排與工藝有關(guān)的。在安排與工藝有關(guān)的分類標(biāo)志時，應(yīng)考慮加工的先后順序?？v向分類環(huán)節(jié)標(biāo)志一般遵循由簡到繁、由一般到特殊的原則，如圖1所示。

圖1 橫向環(huán)節(jié)與縱向環(huán)節(jié)相互關(guān)系

分類編碼系統(tǒng)各碼位之間的結(jié)構(gòu)有鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)、樹式結(jié)構(gòu)和混合式結(jié)構(gòu)3種。

1.2 典型的分類編碼系統(tǒng)

1)奧匹茲分類編碼系統(tǒng)(OPITZ)

該編碼系統(tǒng)是德國亞琛工業(yè)大學(xué)機床與生產(chǎn)工程實驗室在奧匹茲教授指導(dǎo)下制定的一種通用零件分類系統(tǒng)。

2)JLBM-1系統(tǒng)

該編碼系統(tǒng)是我國機械工業(yè)部門為在機械加工中推行成組技術(shù)而開發(fā)的一種零件編碼系統(tǒng)。JLBM-1系統(tǒng)是一個十進制十五位代碼的混合結(jié)構(gòu)分類編碼系統(tǒng)。

JLBM-1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基本上和奧匹茲系統(tǒng)相同，只是為了彌補奧匹茲系統(tǒng)的不足，將其形狀加工碼予以擴充。把奧匹茲系統(tǒng)的零件類別碼改為零件功能名稱碼，把熱處理標(biāo)志從奧匹茲系統(tǒng)中的材料熱處理碼中獨立出來，主要尺寸碼也由原來的一個環(huán)節(jié)擴大為兩個環(huán)節(jié)。

2 零件分類成組

2.1 零件分類標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用

按照分類編碼系統(tǒng)可以將零件按照一定的相似性特征分成為設(shè)計族、加工族、數(shù)控族和管理族[3]。零件分類標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用見表1。

表1 零件族特征及應(yīng)用

零件族類型相似性特征應(yīng) 用 設(shè)計族零件功能、幾何形狀、材料、成形方法及加工特點等零件圖樣檢索，設(shè)計合理化及標(biāo)準(zhǔn)化 加工族零件幾何形狀、加工工藝材料、毛坯類型、加工尺寸、加工設(shè)備及工藝設(shè)備成組加工、設(shè)備布置、成組工藝過程設(shè)計、CAM等 數(shù)控族按數(shù)控加工相似性分類，相似特征與加工族相同NC機床使用合理化，簡化數(shù)控編程工作，限制程序設(shè)計的多樣性，減少加工刀具的種類 管理族批量、制造指令停留時間，工裝種類信復(fù)雜程序，制造加工復(fù)雜程度等合理安排作用計劃和載荷的調(diào)整、補償，擬定指令的替換方案，建立計算機輔助管理系統(tǒng)

2.2 編碼分類法

1)特征碼位法

按編碼分類時，若把編碼完全相同的零件歸屬為一個零件組，就要求同組零件有更多的特征屬性相似，會使零件組數(shù)過多，而每組零件種類卻很少，可能出現(xiàn)的組數(shù)最大值Gmax=10N(N為碼位)。圖2表示特征碼位法的零件分類。特征碼位取1、2、6、7，其規(guī)定的代碼相應(yīng)的取0、4、3、0，凡零件的相應(yīng)代碼與其相同的均歸屬同一零件組。

(a)特征碼位

(b)零件簡圖及編碼

圖2 特征碼位法

2)碼域法

適當(dāng)放寬每一碼位相似特征方面的范圍，允許編碼不同，但具有一定特征相似性的零件仍可歸屬同一零件組，即適當(dāng)擴大成組的零件種數(shù)。

采用相似性特征矩陣，在矩陣內(nèi)規(guī)定每一碼位的碼域。當(dāng)零件編碼的每一碼位代碼都包括在相應(yīng)的碼域內(nèi)，則稱該零件與此特征矩陣相匹配，符合相似性標(biāo)準(zhǔn)，歸屬一個零件族。

圖3所示的3種零件，雖然編碼各不相同，可能出現(xiàn)的零件編碼數(shù)Fmax=Zi(Zi為第i碼位的相似性碼域值)。若按全碼位分類，每個零件組只有一種零件碼，而按此法分類卻可包括2 560種編碼，大大提高了零件族的零件數(shù)。

(a) 零件簡圖及編碼

(b) 零件族特征矩陣

圖3 碼域法

3)特征位碼域法

特征位碼域法是上述兩種方法的綜合，既抓住零件分類的主要特征方面，又適當(dāng)放寬其相似性要求。圖4所示的零件族特征矩陣只注意1、2、6、7碼位的特征相似性，因此將允許有更多的零件種數(shù)進入零件族[4]。

3 計算機輔助編碼和分類

3.1 計算機輔助編碼

計算機輔助編碼一般分為4種形式：

1)問答式

一種人機對話方式。計算機根據(jù)預(yù)先提供的程序軟件在顯示屏上提出問題，編碼人員通過鍵盤回答“是”或“否”，直到計算機認(rèn)為回答滿意為止。然后計算機根據(jù)全部答復(fù)自動打印出編號的零件代碼。這種方式的主要缺點是對話時間較長。

2)選擇式

一種人機對話方式。計算機在屏幕上用菜單方式顯示出一組提示，要求操作人員從中挑選一項，并將選定的項目輸入計算機。只要順次逐個碼位提問，即能編出零件代碼。這種方式的對話時間較少，但編輯的準(zhǔn)確率往往與操作人員對分析特征項定義的熟練程度有關(guān)。

3)組合式

上述兩種方式結(jié)合的人機對話方式。

4)光電圖象識別式

利用攝像機和計算機相結(jié)合的光電識別法對零件圖進行掃描，攝像機將攝得的幾何圖形信號送入計算機進行處理和編碼。

3.2 計算機輔助分類

為了利用計算機進行自動分類，在確定了各類零件的相似性特性矩陣表后，必須把矩陣表轉(zhuǎn)換成計算機能識別的形式。例如將矩陣特征的每一列作為一個字符來處理。如圖4所示，第一列可記為0110000000，第2列可記為1111000000，而非特征碼就不予考慮。這樣，有幾個特征碼位就有幾個字符串(或二進制數(shù))，然后將這些字符串作為文件存入磁盤供使用。在進行零件分類時，先調(diào)用一個矩陣依次與所需分類的零件代碼進行比較，若零件的有關(guān)碼位都符合該特征矩陣，就說明該零件屬于這類零件組。待全部零件與該矩陣比較后，就能將屬于這個零件組的全部零件打印輸出，直到全部零件或所有矩陣都比較完為止。

圖4 特征位碼域法

4 結(jié)語

成組技術(shù)是計算機輔助制造的基礎(chǔ)，將成組理念用于設(shè)計、制造和管理等整個生產(chǎn)系統(tǒng)，能夠獲得最大的經(jīng)濟效益。全面采用成組技術(shù)會從根本上影響企業(yè)內(nèi)部的管理體制和工作方式，提高標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化和自動化程度。

[1] 張培忠.柔性制造系統(tǒng)[M].北京:機械工業(yè)出版社,1998.

[2] 周宏明,周余慶,陳亞絨,付培紅.面向多品種變批量生產(chǎn)的制造單元生成方法[J].計算機集成制造系統(tǒng),2010(12):2589-2595.

[3] 李少帥,喬立紅.成組夾具參數(shù)化設(shè)計方法研究[J].成組技術(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)代化,2010(3):18-23.

[4] 張新杰.注塑模具分類編碼系統(tǒng)的設(shè)計[J].青島農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2010(3):244-247.