鄧應(yīng)蘭，姚凱學(xué)

(貴州大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，貴州貴陽 550025)

基于滑閥組件的高精度配套系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

鄧應(yīng)蘭，姚凱學(xué)

(貴州大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，貴州貴陽 550025)

滑閥組件通常是將工藝不同的孔軸零件按照一定的配套規(guī)則組合而成。文中研究的滑閥組件具有較高的配合精度，然而，精度越高配套難度越大。為了解決人工配套方式存在的低效率問題，詳細(xì)研究了滑閥組件的工藝規(guī)程，并設(shè)計(jì)出了符合生產(chǎn)線實(shí)際要求的基于零件復(fù)用次數(shù)的配套算法。然后詳細(xì)分析了用戶需求，并采用.NET技術(shù)、SQL Server數(shù)據(jù)庫技術(shù)和三層架構(gòu)模式來構(gòu)建基于滑閥組件的高精度配套系統(tǒng)，旨在通過系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)零組件入庫、配套、統(tǒng)計(jì)和出庫等相關(guān)操作，方便管理并提高了生產(chǎn)效率。通過錄入某工廠的零件歷史測量數(shù)據(jù)，對該系統(tǒng)進(jìn)行了功能和性能測試。結(jié)果表明，該系統(tǒng)不僅能夠減輕工作量，而且在配套效率、數(shù)量和精確度上也有很大的提高和改善。

滑閥組件;配套算法;配套系統(tǒng);三層架構(gòu)

0 引言

滑閥組件通常是以孔軸之間的公差為配套組合依據(jù)，按照一定的配套規(guī)則組合而成。文中研究的滑閥組件其配套類型有1∶1、2∶1和1∶n三種，每種配套類型均可用樹形結(jié)構(gòu)描述。這種零組件之間的層次關(guān)系常見于裝配制造業(yè)中的產(chǎn)品裝配。

在產(chǎn)品裝配的研究上，文獻(xiàn)［1］結(jié)合樹和圖的特點(diǎn)，以多叉樹描述裝配體，提出了基于虛鍵(virtual link)的層次結(jié)構(gòu)裝配模型。該模型以根節(jié)點(diǎn)表示裝配體和子裝配體，葉子節(jié)點(diǎn)表示零件，虛鏈表達(dá)各級裝配體、子裝配體中各部件間的關(guān)系，并可根據(jù)裝配關(guān)系生成零件的位置變換矩陣。文獻(xiàn)［2］改進(jìn)了此結(jié)構(gòu)，將節(jié)點(diǎn)分為一般零件和連接件，并采用增量特征識別法，在保持模型原有特征不變的情況下通過修改其幾何模型增加新的或改進(jìn)的特征。文獻(xiàn)［3］從最底層零件間的優(yōu)先關(guān)系矩陣出發(fā)，研究了串聯(lián)、并聯(lián)子裝配體的識別和檢驗(yàn)算法、高層裝配體間的優(yōu)先關(guān)系收縮矩陣算法以及裝配系列的自動(dòng)生成算法。配套結(jié)構(gòu)的構(gòu)成元件之間存在嚴(yán)格的關(guān)聯(lián)關(guān)系，文獻(xiàn)［4］基于配套結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，提出了虛配件的概念，并給出了其形式化定義及表示，在此基礎(chǔ)上研究了配套結(jié)構(gòu)自動(dòng)建模原理及其算法。文獻(xiàn)［5］在設(shè)計(jì)裝配圖和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的基礎(chǔ)上，充分考慮裝配過程的動(dòng)態(tài)性，提出了面向裝配過程的機(jī)械產(chǎn)品“裝配樹”的概念，建立了機(jī)械產(chǎn)品裝配樹模型，給出了構(gòu)建裝配樹的方法和步驟。

相比于大型的裝配產(chǎn)品，文中研究的滑閥組件具有較少的裝配層次和零件數(shù)量，但是該滑閥組件對其精度要求極高，孔軸零件的極限值均精確到萬分位，在如此高精度的要求下，勢必增加配套的難度。文中研究的目的在于根據(jù)滑閥組件預(yù)設(shè)的公差范圍，設(shè)計(jì)出符合生產(chǎn)線實(shí)際要求的配套算法，并根據(jù)配套算法實(shí)現(xiàn)功能齊全、易于操作的配套系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，通過物料清單(Bill of Material，BOM)詳細(xì)表述零組件之間的層次關(guān)系［6-8］;在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，采用三層架構(gòu)來降低層與層之間的依賴，提高系統(tǒng)的安全性，增強(qiáng)系統(tǒng)的擴(kuò)展性［9-11］。

1 工藝規(guī)程描述

模具零件的公差配合分為過盈配合、過渡配合以及間隙配合三種。過盈配合用于模具工作時(shí)其零件之間沒有相對運(yùn)動(dòng)且又不經(jīng)常拆裝的零件;過渡配合用于模具工作時(shí)其零件之間沒有相對運(yùn)動(dòng)但需要經(jīng)常拆裝的零件;間隙配合用于模具工作時(shí)需要相對運(yùn)動(dòng)的零件。顯然組成滑閥組件的孔軸零件之間的公差配合屬于間隙配合。

直觀上平滑筆直的零件，實(shí)際上有微小的粗糙彎曲?？纵S零件的數(shù)據(jù)屬性一般包括:最大值、最小值、圓柱度和粗糙度。最大值是指被測量零件的最大直徑，最小值是指被測量零件的最小直徑，實(shí)際測量時(shí)通過多點(diǎn)采集的方式確定。生產(chǎn)過程中根據(jù)零件數(shù)據(jù)屬性的數(shù)值來判斷零件是否合格。

滑閥組件由工藝不同的孔軸零件組合而成，其配套的公差依據(jù)如下［12-14］:

(1)孔軸間隙max=孔內(nèi)圓直徑max-軸外圓直徑min

(2)孔軸間隙min=孔內(nèi)圓直徑min-軸外圓直徑max

(3)滑閥組件誤差min≤孔軸間隙min＜孔軸間隙max≤滑閥組件誤差max

為了提高配套率，工藝規(guī)定，針對1:1配套類型的滑閥組件可以固定孔的尺寸，適當(dāng)放大或縮小軸的尺寸，使其滿足誤差范圍，軸的尺寸是在實(shí)際測量值上進(jìn)行理論調(diào)整。

2 配套算法描述

一種按要求選擇零件進(jìn)行配套組合的方法，其特征在于:先分別定義待配套的孔零件和軸零件的數(shù)據(jù)列表，并分別將孔零件和軸零件的數(shù)據(jù)列表中的數(shù)據(jù)按照零件尺寸從大到小進(jìn)行排序，然后從孔零件的數(shù)據(jù)列表中選擇第一個(gè)零件，從軸零件的數(shù)據(jù)列表中利用計(jì)算機(jī)按照孔零件與軸零件的配套要求挑選出一個(gè)最合適的軸零件與該孔零件組合，完成一組配套，重復(fù)上述步驟即可完成所有零件的配套組合。基本配套算法流程圖如圖1所示。

在批量生產(chǎn)中，往往會(huì)出現(xiàn)一個(gè)孔零件能夠與多個(gè)軸零件進(jìn)行配套組合，同時(shí)一個(gè)軸零件也能夠與多個(gè)孔零件進(jìn)行配套組合的情形，為了盡可能增加配套數(shù)量，可以優(yōu)先配套組合復(fù)用次數(shù)最小的零件。根據(jù)這個(gè)原理可以在配套成功的基礎(chǔ)上做一些改進(jìn)，改進(jìn)的配套算法要點(diǎn)如下:

(1)讀取組件所有在庫的構(gòu)件零件，按預(yù)先設(shè)定的配套規(guī)則(配套類型、誤差范圍等)，通過計(jì)算機(jī)列出所有滿足配套要求的孔、軸零件信息，統(tǒng)計(jì)每條孔、軸零件的復(fù)用次數(shù)。

(2)讀取一條復(fù)用次數(shù)最小的孔零件，記錄其復(fù)用次數(shù)后，修改復(fù)用次數(shù)為-1，根據(jù)該孔零件的復(fù)用次數(shù)查找與之配套的軸零件集。

(3)遍歷該軸零件集，記錄復(fù)用次數(shù)最小的軸零件及其復(fù)用次數(shù)，同時(shí)將每條軸零件的復(fù)用次數(shù)減1，遍歷結(jié)束后將最小的復(fù)用次數(shù)修改為-1。

(4)挑選的復(fù)用次數(shù)最小的孔零件和軸零件完成一組配套，根據(jù)完成配套的軸零件復(fù)用次數(shù)，查找與之配套的孔零件集，將孔零件集中每條孔零件的復(fù)用次數(shù)減1。

(5)刪除所有復(fù)用次數(shù)小于等于0的孔軸零件信息，重復(fù)上述步驟即可完成所有零件的配套組合。

改進(jìn)的配套算法流程圖如圖2所示［15］。

3 系統(tǒng)業(yè)務(wù)分析

首先由配套人員根據(jù)工藝要求錄入零組件基本信息、零組件數(shù)據(jù)信息和組件配套規(guī)則。零組件基本信息定義了每種零組件共有的信息屬性，由這些信息屬性來唯一標(biāo)識每一種零組件。零組件數(shù)據(jù)信息定義了每種零組件共有的數(shù)據(jù)信息，由這些數(shù)據(jù)屬性來確定每種零組件合格的數(shù)據(jù)范圍。組件配套規(guī)則定義了每種組件的構(gòu)件信息、配套類型和誤差范圍。

其次由配套人員根據(jù)測量人員遞交的零件數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、配套、打印和出庫。輸入操作是按零件類型分類，輸入或?qū)朊總€(gè)零件的測量數(shù)據(jù)。配套操作是根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，對零件進(jìn)行配套，該系統(tǒng)支持不同的配套類型，實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)對用戶透明。出庫操作是把配套好的零件進(jìn)行出庫管理，并打印出庫單、配套單和剩余零件信息。

最后是零件配套統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)和查詢配套管理中所有的零件信息和配套信息以及出庫信息。

系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程分析如圖3所示。

4 系統(tǒng)主要功能模塊設(shè)計(jì)

該配套系統(tǒng)主要包括四個(gè)功能模塊:基本信息維護(hù)、庫存管理、配套管理和配套數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。詳細(xì)的模塊劃分如圖4所示。

4.1 基本信息維護(hù)功能

基本信息維護(hù)包括零組件基本信息維護(hù)和配套維護(hù)。零組件基本信息維護(hù)需要配套人員錄入每種零組件的編號、名稱和類型等基本屬性，同時(shí)還需錄入每種零組件對應(yīng)的信息組屬性，如信息組編號、名稱、最大粗糙度、最大圓柱度、極限大值、極限小值等信息屬性。配套維護(hù)需要配套人員錄入每種組件的配套規(guī)則，如所需構(gòu)件的零組件編號、信息組編號、數(shù)量、最大誤差、最小誤差等信息。添加配套算法的功能是根據(jù)每種組件錄入的配套規(guī)則，自動(dòng)創(chuàng)建該組件對應(yīng)的視圖，視圖數(shù)據(jù)包含所有在庫的能夠合成該組件的孔軸零件信息。

4.2 庫存管理功能

庫存管理包括零件庫存管理和組件庫存管理。該功能模塊需要配套人員錄入生產(chǎn)線生產(chǎn)的每個(gè)零件的相關(guān)信息，如零件編號、批次號、狀態(tài)(在庫、配套、出庫等)、入庫日期等信息。

導(dǎo)入數(shù)據(jù)功能是按一定的格式要求導(dǎo)入合格的零件數(shù)據(jù)，免去配套人員繁瑣地錄入零件庫存信息。

導(dǎo)出數(shù)據(jù)功能是導(dǎo)出零件庫存信息，如零件編號、批次號、信息組名、最大值、最小值、狀態(tài)等。庫存表可以給現(xiàn)場加工人員提供一些實(shí)時(shí)有效的參考。

零件操作除了添加、修改零件信息外，還包括零件報(bào)廢、轉(zhuǎn)為備用、啟用零件等操作。零件數(shù)據(jù)操作包括添加、修改、刪除零件的數(shù)據(jù)信息，如最大值、最小值、圓柱度、粗糙度等。

組件的導(dǎo)入導(dǎo)出數(shù)據(jù)與零件的導(dǎo)入導(dǎo)出數(shù)據(jù)功能一致。組件庫存管理的組件列表都是中間組件編號，組件操作只包含修改組件功能，即將組件的狀態(tài)由配套出庫改為在庫，組件數(shù)據(jù)操作包括添加、修改、刪除組件的數(shù)據(jù)信息，作為中間組件需要繼承構(gòu)件的數(shù)據(jù)信息，再根據(jù)此數(shù)據(jù)信息與其他的零組件進(jìn)行組合，組成滑閥組件的部件或成品。

4.3 配套管理功能

配套管理可細(xì)分為組件結(jié)構(gòu)樹、配套設(shè)置、構(gòu)件查詢和組件庫存管理四個(gè)功能模塊。組件結(jié)構(gòu)樹列出了所有配套組合的組件編號及其構(gòu)件的零組件編號。配套設(shè)置模塊，用戶只需選中組件結(jié)構(gòu)樹中需要配套的組件編號，輸入配套數(shù)量，單擊配套按鈕即可，配套流程如圖5所示。選中組件編號，可看查看其構(gòu)件的庫存情況，如果構(gòu)件是中間組件，還可打印該中間組件的配套單。組件庫存管理可以將已出庫組件做退庫處理，退庫的原因有客戶退庫、內(nèi)部退庫和現(xiàn)場退庫三種。退庫的組件可以通過一些有效措施使其配套出庫，也可以在誤操作之后做撤銷退庫處理。

4.4 配套數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能

配套數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能是統(tǒng)計(jì)和查詢配套管理中所有的零件信息、配套信息以及出庫信息。一方面可以直觀地呈現(xiàn)出配套情況和配套率，另一方面可以通過查看統(tǒng)計(jì)信息，為后續(xù)工作提供一些改進(jìn)的參考意見。例如，當(dāng)某個(gè)組件的配套率很低時(shí)，可以通過查看工藝、調(diào)整機(jī)床、檢查測量儀器等措施提高配套率，同時(shí)每個(gè)工序的錄入均落實(shí)到人，人為因素也能有效排查。

5 運(yùn)行結(jié)果與分析

文中研究的配套系統(tǒng)是在貴州紅林機(jī)械有限公司外貿(mào)事業(yè)部的生產(chǎn)管理系統(tǒng)上開發(fā)的一個(gè)功能獨(dú)立的子系統(tǒng)。以Microsoft.NET為實(shí)現(xiàn)平臺，展示在實(shí)際環(huán)境中的運(yùn)行結(jié)果。

用戶運(yùn)行生產(chǎn)管理系統(tǒng)，輸入用戶名和密碼，系統(tǒng)驗(yàn)證后方可進(jìn)入系統(tǒng)用戶界面，選擇配套管理，進(jìn)入配套管理子系統(tǒng)。

配套關(guān)系管理模塊是基本信息維護(hù)模塊，在該模塊用戶需要錄入每種零組件的工藝要求以及每種組件的配套規(guī)則。

庫存管理模塊包含零件庫存管理模塊和組件庫存管理模塊，在該模塊用戶需要錄入或?qū)肷a(chǎn)線生產(chǎn)的每個(gè)零組件的數(shù)據(jù)信息。

配套管理模塊是配套人員進(jìn)行組件配套的核心部分，界面設(shè)計(jì)簡單，方便用戶操作，很多復(fù)雜繁瑣的細(xì)節(jié)對用戶透明，配套管理界面如圖6所示。

配套數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊是查看庫存統(tǒng)計(jì)、配套統(tǒng)計(jì)和配套率統(tǒng)計(jì)的模塊，在該模塊顯示的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以為管理層開展后續(xù)工作提供一定的參考。

該配套系統(tǒng)模塊清晰，易于操作，不僅能自動(dòng)配套出滿足配套規(guī)則的高精度滑閥組件，還能將零組件重要的數(shù)據(jù)信息備份到數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)指導(dǎo)生產(chǎn)工作，完整實(shí)現(xiàn)了所設(shè)計(jì)的功能。

由上述內(nèi)容可見，該配套系統(tǒng)相比之前的人工配套有以下優(yōu)勢:

(1)工作效率:人工配套情況下，是將孔軸數(shù)據(jù)錄入Excel表格，相減得出公差值，再根據(jù)誤差范圍進(jìn)行篩選，該配套方式效率低，容易出錯(cuò);而配套系統(tǒng)只需將孔軸數(shù)據(jù)錄入或?qū)胂到y(tǒng)，由系統(tǒng)自動(dòng)篩選出滿足條件的滑閥組件，該配套方式效率高，在正確錄入數(shù)據(jù)信息后，出錯(cuò)率極低。

(2)配套率:人工配套情況下，對于庫存中存留的未配套零組件，不能及時(shí)有效地與現(xiàn)場加工的零組件進(jìn)行配套，同時(shí)對于退庫處理或返修的零組件也不能實(shí)時(shí)有效地跟蹤配套，該配套方式的配套率低，同時(shí)還會(huì)影響生產(chǎn)效率;而配套系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)備份庫存信息，根據(jù)未配套的零部件信息打印反配單，給現(xiàn)場加工提供實(shí)時(shí)有效的參考，該配套方式效率高，同時(shí)也極大地提高了生產(chǎn)效率。

(3)管理參考:人工配套情況下，不能有效地管理配套數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)工作繁瑣且容易出錯(cuò)，管理層看不到實(shí)時(shí)有效的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，就難以為提高生產(chǎn)效率做進(jìn)一步的改進(jìn);而配套系統(tǒng)則根據(jù)數(shù)據(jù)備份和計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算功能很好地解決了這一問題。

6 結(jié)束語

基于滑閥組件的高精度配套系統(tǒng)，以工藝規(guī)程為基礎(chǔ)，配套算法為核心，結(jié)合.NET三層架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了組件配套的智能化操作，不僅減輕了配套人員的工作負(fù)荷，還有利于生產(chǎn)率的提高，同時(shí)對于裝配制造業(yè)中的配套管理也具有一定的參考價(jià)值。

［1］ Ko H，Lee K.Automatic assembling procedure generation from mating conditions［J］.Computer-Aided Design，1987，19(1): 3-10.

［2］ Laakko M，Mantyla M.Feature modelling byincremental feature recognition［J］.Computer-Aided Design，1993，25(8):479-492.

［3］ 王武榮，陳關(guān)龍，林忠欽.層狀裝配系統(tǒng)的自動(dòng)裝配規(guī)劃研究［J］.中國機(jī)械工程，2005，16(23):2157-2161.

［4］ 曹 巍，鄭國磊，邱 益.飛機(jī)制造工裝中典型配套結(jié)構(gòu)自動(dòng)建模技術(shù)［J］.北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，40(5):668 -674.

［5］ 王 波，唐曉青，耿如軍.機(jī)械產(chǎn)品裝配關(guān)系建模［J］.北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，36(1):71-76.

［6］ 魏志強(qiáng)，王先逵，吳 丹，等.基于單一數(shù)據(jù)源的產(chǎn)品BOM多視圖映射技術(shù)［J］.清華大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2002，42 (6):802-805.

［7］ 蔣 輝，范玉青.基于單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源的BOM管理［J］.北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，29(5):447-450.

［8］ Kalagnanam J，Singh M，Verma S，et al.A system for automated mapping of bill-of-materials part numbers［C］//Proc of 10th ACM SIGKDD international conference on knowledge discovery and data mining.New York，NY，USA:ACM，2004: 805-810.

［9］ 柴天佑，金以慧，任德祥，等.基于三層結(jié)構(gòu)的流程工業(yè)現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)［J］.控制工程，2002，9(3):1-6.

［10］高 揚(yáng).基于.NET平臺的三層架構(gòu)軟件框架的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2011，21(2):77-80.

［11］金雯婷.基于.NET平臺與三層架構(gòu)的CRM系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)［D］.上海:華東師范大學(xué)，2010.

［12］李 巖.機(jī)械裝配過程自動(dòng)化淺析［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012(11):109-109.

［13］楊 濤.五軸機(jī)床復(fù)合式轉(zhuǎn)臺平衡機(jī)構(gòu)的研究［D］.北京:北京交通大學(xué)，2009.

［14］嚴(yán)智遠(yuǎn).基于UG的零件輔助制圖系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)［D］.沈陽:東北大學(xué)，2011.

［15］Cormen T H，Leiserson C E，Rivest R L，et al.Introduction to algorithms［M］.［s.l.］:The MIT Press，2009:396-419.

Study and Implementation of High Precision Matching System Based on Slide Valve Components

DENG Ying-lan，YAO Kai-xue
(College of Computer Science＆Technology，Guizhou University，Guiyang 550025，China)

Slide valve assembly are made up by the hole and axis parts of different craft regulation.The studied slide valve assembly has a high fitting accuracy，however，the higher the accuracy，the greater the difficulty of selective assembly.In order to solve the problem of the low efficiency by artificially selective assembly，the procedure of slide valve is researched in detail，and the matching algorithm based on reused number meeting the requirements of actual production line is designed.Then after detailed analysis of user needs，constructs a high -precision matching system based on the slide valve assembly by.NET，SQL Server database and the three-tier architecture model to implement the parts warehousing，selective assembly，statistics，delivery and so on.It’s convenient to manage and improve the production efficiency.Tested the system for function and performance by typing historical data of a factory，the results show that this system can not only reduce the workload，but also improve the matching efficiency，quantity，and accuracy greatly.

slide valve assembly;matching algorithm;matching system;three-tier architecture

TP399

A

1673-629X(2016)09-0016-05

10.3969/j.issn.1673-629X.2016.09.004

2015-07-08< class="emphasis_bold">修回日期:2

2015-11-19< class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間:

時(shí)間:2016-08-23

貴陽市重大專項(xiàng)項(xiàng)目(［2010］筑科工合同字第6-01號)

鄧應(yīng)蘭(1990-)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)測控技術(shù);姚凱學(xué)，教授，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)測控技術(shù)與嵌入式技術(shù)。

http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1450.tp.20160823.1112.016.html