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(jì)管理學(xué)校 機(jī)械工程系 河南南陽(yáng) 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(duì)零件進(jìn)行分類與編碼。詳細(xì)介紹了采用成組技術(shù)對(duì)典型零件進(jìn)行分類編碼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)分類的方法，對(duì)實(shí)踐有一定的指導(dǎo)意義。

成組技術(shù) 分類編碼系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)輔助編碼

成組技術(shù)是一項(xiàng)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(jìn)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(jì)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(shí)施成組技術(shù)的基礎(chǔ)。過(guò)去，整理識(shí)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，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(jì)算機(jī)來(lái)完成。

1 分類編碼系統(tǒng)

零件分類編碼系統(tǒng)是將零件進(jìn)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(shí)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(gè)編碼系統(tǒng)使零件的有關(guān)信息代碼化，根據(jù)代碼對(duì)零件進(jìn)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(jìn)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(gè)橫向環(huán)節(jié)都有相應(yīng)的一串縱向環(huán)節(jié)，即每一個(gè)縱向環(huán)節(jié)總是屬于某個(gè)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(shí)，先安排與設(shè)計(jì)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(shí)，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(jiǎn)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(shù)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(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)機(jī)床與生產(chǎn)工程實(shí)驗(yàn)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(guó)機(jī)械工業(yè)部門為在機(jī)械加工中推行成組技術(shù)而開(kāi)發(fā)的一種零件編碼系統(tǒng)。JLBM-1系統(tǒng)是一個(gè)十進(jìn)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(bǔ)奧匹茲系統(tǒng)的不足，將其形狀加工碼予以擴(kuò)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(dú)立出來(lái)，主要尺寸碼也由原來(lái)的一個(gè)環(huán)節(jié)擴(kuò)大為兩個(gè)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(jì)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(jiàn)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(jì)族零件功能、幾何形狀、材料、成形方法及加工特點(diǎn)等零件圖樣檢索，設(shè)計(jì)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(guò)程設(shè)計(jì)、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(jī)床使用合理化，簡(jiǎn)化數(shù)控編程工作，限制程序設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)劃和載荷的調(diào)整、補(bǔ)償，擬定指令的替換方案，建立計(jì)算機(jī)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(shí)，若把編碼完全相同的零件歸屬為一個(gè)零件組，就要求同組零件有更多的特征屬性相似，會(huì)使零件組數(shù)過(guò)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(jiǎn)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(kuò)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(gè)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(gè)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(jiǎn)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(jìn)入零件族[4]。

3 計(jì)算機(jī)輔助編碼和分類

3.1 計(jì)算機(jī)輔助編碼

計(jì)算機(jī)輔助編碼一般分為4種形式：

1)問(wèn)答式

一種人機(jī)對(duì)話方式。計(jì)算機(jī)根據(jù)預(yù)先提供的程序軟件在顯示屏上提出問(wèn)題，編碼人員通過(guò)鍵盤(pán)回答“是”或“否”，直到計(jì)算機(jī)認(rèn)為回答滿意為止。然后計(jì)算機(jī)根據(jù)全部答復(fù)自動(dòng)打印出編號(hào)的零件代碼。這種方式的主要缺點(diǎn)是對(duì)話時(shí)間較長(zhǎng)。

2)選擇式

一種人機(jī)對(duì)話方式。計(jì)算機(jī)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(xiàng)，并將選定的項(xiàng)目輸入計(jì)算機(jī)。只要順次逐個(gè)碼位提問(wèn)，即能編出零件代碼。這種方式的對(duì)話時(shí)間較少，但編輯的準(zhǔn)確率往往與操作人員對(duì)分析特征項(xiàng)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(jī)對(duì)話方式。

4)光電圖象識(shí)別式

利用攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)相結(jié)合的光電識(shí)別法對(duì)零件圖進(jìn)行掃描，攝像機(jī)將攝得的幾何圖形信號(hào)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和編碼。

3.2 計(jì)算機(jī)輔助分類

為了利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)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(jì)算機(jī)能識(shí)別的形式。例如將矩陣特征的每一列作為一個(gè)字符來(lái)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(gè)特征碼位就有幾個(gè)字符串(或二進(jìn)制數(shù))，然后將這些字符串作為文件存入磁盤(pán)供使用。在進(jìn)行零件分類時(shí)，先調(diào)用一個(gè)矩陣依次與所需分類的零件代碼進(jìn)行比較，若零件的有關(guān)碼位都符合該特征矩陣，就說(shuō)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(gè)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(yǔ)

成組技術(shù)是計(jì)算機(jī)輔助制造的基礎(chǔ)，將成組理念用于設(shè)計(jì)、制造和管理等整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)，能夠獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。全面采用成組技術(shù)會(huì)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(dòng)化程度。

[1] 張培忠.柔性制造系統(tǒng)[M].北京:機(jī)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(jì)算機(jī)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(jì)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(jì)[J].青島農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2010(3):244-247.