馬玉瓊，李世杰，王 偉，鄭紅偉，張艷蕊，王鐵成

（河北工業(yè)大學(xué) 實驗實訓(xùn)中心，天津 300401）

基于BOM的板筋類零部件CAPP系統(tǒng)研究

馬玉瓊，李世杰，王 偉，鄭紅偉，張艷蕊，王鐵成

（河北工業(yè)大學(xué) 實驗實訓(xùn)中心，天津 300401）

針對傳統(tǒng)制造企業(yè)計算機輔助工藝設(shè)計CAPP系統(tǒng)難以形成體系化的商業(yè)軟件和智能化的工藝路線，在分析板筋類零部件的加工方法與工藝要求的基礎(chǔ)上，提出了一種基于特征的零件信息編碼方法，采用集成化物料清單BOM，利用XML技術(shù)建立了專用計算機輔助工藝設(shè)計系統(tǒng)的各工藝數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了該類零部件的工藝設(shè)計與管理，設(shè)計出適于企業(yè)工藝設(shè)計管理的集成化CAPP專家系統(tǒng)．經(jīng)企業(yè)試用，取得了良好的效果，且驗證了人機交互生成板筋類零件工藝方法的可行性，提高了零部件工藝文件的編制質(zhì)量和效率．

BOM；板筋類零部件；CAPP系統(tǒng)；工藝設(shè)計

目前，國內(nèi)外CAPP系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展在其結(jié)構(gòu)決策方法方面取得了很大突破，但由于它所涉及問題的復(fù)雜性及對環(huán)境的依賴性，使得該系統(tǒng)生成的工藝信息較難共享，通用性和實用性較差[1-3]，不具備流程重構(gòu)、面向產(chǎn)品制造全過程[4]工藝設(shè)計的能力．本文利用集成化物料清單BOM，設(shè)計出具有靈活、標(biāo)準(zhǔn)的CAPP專家系統(tǒng)，通過本系統(tǒng)的應(yīng)用實現(xiàn)了企業(yè)面向全生命周期[5]的工藝設(shè)計與管理，提高工藝文件的編制質(zhì)量和效率．

BOM表是CAD，CAPP系統(tǒng)的重要接口，是各模塊系統(tǒng)集成的關(guān)鍵．它主要用于工藝設(shè)計和生產(chǎn)制造管理，使用它可以明確了解零件間的制造關(guān)系，跟蹤零件制造過程，定義零件結(jié)構(gòu)，確定子母零件的從屬關(guān)系等[6]，是制造業(yè)的核心數(shù)據(jù)．它的正確性、完整性會對企業(yè)的各種生產(chǎn)活動產(chǎn)生很大影響[7]．

1 零件信息特征編碼的實現(xiàn)

“零件類別碼+形狀加工碼+輔助碼”編碼系統(tǒng)[8-9]是一種十進(jìn)制的9位碼混合結(jié)構(gòu)分類編碼系統(tǒng)，該系統(tǒng)雖然考慮了精度的問題，但其形狀特征和精度要求不能一一對應(yīng)，具體精度也沒有細(xì)化和分類．本系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上增加了精度分類環(huán)節(jié)．工藝查詢時在每一個形狀特征后面加一個與其對應(yīng)的精度環(huán)節(jié)，以補充零件編碼系統(tǒng)中零件工藝信息的不足．

板筋類零部件所涉及的編碼規(guī)則，是在該編碼系統(tǒng)的基礎(chǔ)上添加了4個精度環(huán)節(jié)，每個精度環(huán)節(jié)與它前一位形狀特征碼一起表示了該形狀特征及其精度要求．這樣就彌補了原有編碼系統(tǒng)中零件精度信息不足的缺陷，更有利于零件工藝特征表述．

對于加入的零件精度環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)把常用的零件加工精度等級和零件表面加工質(zhì)量相結(jié)合，分成10個等級范圍，用0～9十位數(shù)字表示．各個數(shù)字表示的具體意義如表1所示：

表1 精度等級編碼Tab.1 The precision grade coding

因為“零件類別碼+形狀加工碼+輔助碼”編碼系統(tǒng)中的第Ⅰ位分類碼是零件的總體分類，所以后面不接零件精度碼，而從第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ各形狀碼后面緊跟該零件對應(yīng)形狀的精度碼，表示該形狀位置的最高零件精度要求．同時該編碼系統(tǒng)的第Ⅸ精度碼位被去除，其他各位不變，這樣改進(jìn)后的編碼系統(tǒng)由9位分類編碼變成12位分類編碼，如表2所示．增加了精度環(huán)節(jié)的編碼系統(tǒng)可使零件的特征約束更加具體、準(zhǔn)確，標(biāo)準(zhǔn)零件庫的零件數(shù)據(jù)更加完善，更有利于工件后續(xù)的生產(chǎn)加工．

表2 改進(jìn)后的編碼系統(tǒng)Tab.2 The improved coding system

以上編碼規(guī)則可滿足本系統(tǒng)對板筋類零部件的形狀加工特征描述的要求，使零件的基本特征獲得良好的信息描述．

2 基于集成化BOM樹的工藝設(shè)計系統(tǒng)

集成化 BOM不僅是產(chǎn)品用料及其數(shù)量的結(jié)構(gòu)清單，而且還是工藝文件設(shè)計和工藝數(shù)據(jù)集成的數(shù)據(jù)庫．從集成化 BOM中，可以簡捷地獲取與工藝信息相關(guān)的計劃文件．比如：產(chǎn)品或零部件所對應(yīng)的工藝決策、工藝流程、工藝方案、工藝路線、工藝規(guī)程等工藝信息[9]，可增強各系統(tǒng)的集成性．

2.1 集成化BOM樹的技術(shù)實現(xiàn)

集成化BOM樹不僅是搭建CAPP系統(tǒng)各工藝文件數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)，也是表達(dá)各零部件工藝文件信息層次結(jié)構(gòu)的主要形式．采用多層次的BOM樹結(jié)構(gòu)可以清晰的將相關(guān)的工藝數(shù)據(jù)與工藝設(shè)計過程聯(lián)系起來，形成集工藝設(shè)計與工藝管理功能為一體的系統(tǒng)．多層次BOM樹結(jié)構(gòu)如圖1所示．

圖1 多層BOM樹結(jié)構(gòu)Fig.1 Themulti-layer BOM trees

因為BOM樹的可視化設(shè)計是該系統(tǒng)實現(xiàn)的一大難點，因此可根據(jù)建立好的BOM樹結(jié)構(gòu)，將各BOM數(shù)據(jù)以XML（XMLSchema）文檔的形式存儲在數(shù)據(jù)集Dataset中，從而實現(xiàn)集成化BOM的可視化顯示[10-11]．

使用XML模式定義BOM的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，就是為了確保BOM數(shù)據(jù)能以XML格式準(zhǔn)確的存儲，使用戶可以方便快捷的定義簡單或復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型，在一定的程度上驗證了它的有效性和正確性．BOM樹簡化的XML文檔格式為BOM.xm l．調(diào)用XML文件的程序代碼如下所示：

程序代碼中的每個子節(jié)點必須以＜treenode＞形式排列，這樣樹形控件才可以識別調(diào)入的TEXT文本．設(shè)置空間屬性TreeNodeSrc=“BOM.xm l”，專用計算機工藝制造設(shè)計PBOM的樹形結(jié)構(gòu)便會顯示在標(biāo)題欄中，其他的BOM信息，比如：零件特征編碼、工序號、工序名稱、工藝裝備等根據(jù)要求以清單列表的形式顯示出來．通過對BOM進(jìn)行編輯修改，利用ASP.Net所提供的API函數(shù)可方便快捷的更改BOM樹的節(jié)點層次結(jié)構(gòu)和屬性．

2.2 基于集成化BOM樹的工藝設(shè)計

利用集成化物料清單的BOM技術(shù)，人工智能技術(shù)，構(gòu)建一套人機交互的板筋類零部件 CAPP系統(tǒng)．該軟件系統(tǒng)分為5個主要模塊：系統(tǒng)主控模塊、零件特征設(shè)計模塊、工藝數(shù)據(jù)庫處理模塊、工藝決策模塊和工藝文件處理模塊．各模塊的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示．

圖2 CAPP系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Themodule structureof CAPPsystem

2.2.1 基于集成化BOM的工藝文件數(shù)據(jù)庫建立

工藝文件數(shù)據(jù)庫是存儲零件工藝設(shè)計過程中所產(chǎn)生的所有工藝信息數(shù)據(jù)的．本系統(tǒng)利用OLEDBADO對象訪問所建立的BOM數(shù)據(jù)庫，它允許用戶自定義各種格式工藝文件的不同類型模板，將工藝文件模板中的表格與BOM數(shù)據(jù)庫表中的字段相對應(yīng)，建立工藝文件模板與工藝文件數(shù)據(jù)庫表（BOM表）以及工藝文件類型之間的關(guān)系，最后將所有的對應(yīng)關(guān)系、工藝數(shù)據(jù)通過工藝數(shù)據(jù)庫處理模塊存儲起來．

本系統(tǒng)調(diào)用工藝文件數(shù)據(jù)庫時，首先輸入該零件的信息特征編碼，查詢庫中是否有典型工藝文件，若有則工藝設(shè)計人員調(diào)出相似工藝文件數(shù)據(jù)并在圖3工藝查詢與修改對話框中進(jìn)行編輯、修改，并將之存儲到工藝文件數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)工藝庫中．若無則根據(jù)該零件信息特征生成工藝．

圖4所示的典型工藝庫操作界面和標(biāo)準(zhǔn)工藝庫操作界面基本相同，都包含有對零件信息和零件加工信息的描述、零件圖的管理以及資源設(shè)備的選擇等功能．不同之處則是典型工藝庫增加了“添加新零件工藝”的功能．該功能可在典型工藝庫中添加新零件工藝數(shù)據(jù)，并將其保存至系統(tǒng)的工藝文件數(shù)據(jù)庫中．

2.2.2 基于集成化BOM的工藝知識數(shù)據(jù)庫建立

本系統(tǒng)基于工藝決策樹的推理規(guī)則，采用集成化BOM建立板筋類零件的工藝決策數(shù)據(jù)庫和設(shè)備資源知識數(shù)據(jù)庫．將所定義的數(shù)據(jù)庫采用OLEDBADO對象連接訪問．

圖3 工藝查詢與修改對話框Fig.3 The dialog box of processquery andmodify

圖4 標(biāo)準(zhǔn)工藝庫和典型工藝庫Fig.4 Standard process library and typicalprocess library

下面以設(shè)備資源數(shù)據(jù)庫中機床的分類銑床為例簡單介紹該系統(tǒng)中設(shè)備資源數(shù)據(jù)庫的功能．

從圖5銑床數(shù)據(jù)規(guī)格可以看出設(shè)備資源數(shù)據(jù)庫涵蓋了設(shè)備的種類、型號，加工范圍、加工精度，壽命，工作的時間等．技術(shù)人員可在操作界面上輸入設(shè)備的某個相關(guān)數(shù)據(jù)就能對設(shè)備的整體數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，修改．當(dāng)需要添加新的設(shè)備資源數(shù)據(jù)時，只需在操作界面進(jìn)行編輯，系統(tǒng)便將新數(shù)據(jù)保存至原有數(shù)據(jù)庫中．

圖5 銑床數(shù)據(jù)規(guī)格Fig.5 Them illingmachine data specification

3 零件工藝文件的生成

采用集成化物料清單BOM及零件信息特征編碼技術(shù)，經(jīng)人機交互進(jìn)行編輯修改，可得到板筋類零部件的工藝文件并以工藝卡片形式輸出．以板筋類零件小面板為例，輸入其零件特征碼，根據(jù)圖3工藝查詢與修改對話框顯示的數(shù)據(jù)并通過“相似工藝調(diào)入”按鈕，調(diào)出工藝文件數(shù)據(jù)庫中以BOM表結(jié)構(gòu)儲存的與小面板相似零件的工序內(nèi)容，再根據(jù)本零件所需工序，對相似零件工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，則可以得到小面板的加工工藝數(shù)據(jù)，工序內(nèi)容．最后點擊該對話框中的打印按鈕，可輸出小面板的工藝過程卡片如下圖6所示．

圖6 小面板工藝文件Fig.6 The smaller panelprocess information

該系統(tǒng)經(jīng)某企業(yè)生產(chǎn)加工車間試運行，讓使用者能夠方便快捷的生成板筋類零部件的工藝文件．不僅提高了企業(yè)單位的生產(chǎn)效率，也降低了技術(shù)人員的勞動強度，并對零件的工藝方案、工藝路線、工藝規(guī)程等工藝信息進(jìn)行了有效的統(tǒng)籌管理．

4 結(jié)論

本文利用了改進(jìn)后的零件特征編碼系統(tǒng)，通過探索研究集成化物料清單BOM，設(shè)計出具有針對性的CAPP一體化開發(fā)平臺系統(tǒng)．該CAPP系統(tǒng)利用人工智能對零件工藝進(jìn)行檢索，能對工藝文件進(jìn)行編輯管理，并實現(xiàn)相似工藝的查詢和修改，實現(xiàn)工藝文件的生成和重用，減少工藝人員的勞動強度．經(jīng)企業(yè)生產(chǎn)加工部試運行，證明了該系統(tǒng)是可行的，可用于指導(dǎo)實際生產(chǎn)．

[1]趙海兵．基于Web的CAPP技術(shù)及其發(fā)展的探討 [J]．機械制造，2014，52（547）：78-79．

[2]吳嘉，王媛．CAPP發(fā)展現(xiàn)狀及展望綜述 [J]．機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2010，23（2）：82-83．

[3]劉保華，喬愛科．CAPP系統(tǒng)類型及關(guān)鍵技術(shù)研究 [J]．機械設(shè)計與制造，2009（8）：62-64．

[4]袁永建，許建新．基于BOM的飛機制造工藝業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)研究 [J]．機械制造，2010，48（548）：63-66．

[5]胡偉，謝小柱，黃平等．面向全生命周期的刀具管理系統(tǒng)研究 [J]．工具技術(shù)，2008，42（3）：48-51．

[6]溫淑鴻，肖放．CAPP系統(tǒng)中面向產(chǎn)品的零件信息管理與實現(xiàn) [J]．天津紡織工學(xué)院學(xué)報，1998，17（5）：46-49．

[7]曾富東，曾富鴻，唐業(yè)，等．PDM中BOM實現(xiàn)技術(shù)研究 [J]．機械設(shè)計與制造，2001（4）：94-95．

[8]于紅艷，邢建國，王新建．基于實例檢索的回轉(zhuǎn)體零件CAPP方法研究 [J]．機械，2012，39（1）：42-45．

[9]路春光，孟麗麗．基于工作流和集成化物料清單樹的CAPP系統(tǒng) [J]．計算機集成制造系統(tǒng)，2005，11（11）：1593-1598，1608．

[10]陳開，魏坤，竺長安，等．基于XML的BOM生成系統(tǒng) [J]．計算機工程，2008，34（22）：34-36．

[11]孟麗麗，路春光，張萌，等．產(chǎn)品物料清單BOM的XML實現(xiàn)方法研究 [J]．工程圖學(xué)學(xué)報，2007（3）：163-168．

[責(zé)任編輯 田 豐 夏紅梅]

Research on BOM-based CAPPsystem for plate parts

MA Yuqiong，LIShijie，WANGWei，ZHENG Hongwei，ZHANG Yanrui，WANG Tiecheng

(Experimental Training Center,HebeiUniversity of Technology,Tianjin 300401,China)

The system ization of commercial software and intelligent technology is difficult to be formed w ith the traditionalCAPP(ComputerAided ProcessPlanning)system.By analyzing theprocessingmethod and requirement forplate parts,the partinformation encodingwayswasproposed about their feature.The integrated BOM(BillofMateriel)and XML(X ExtensibleMarkup Language)technologywasused toestablish theprocessdatabaseof thededicated CAPPsystem.Theywerealso used to design andmanage process planning forplate parts.Integrated CAPPexpertsystem wasdesigned to settle forprocessdesign andmanagementofmanufactureenterprises.A fter the testing useby an enterprise,the processmethod based on the human-computer interaction is feasible.The efficiency and quality of the process fileswere improved.

BOM;plate parts;CAPPsystem;process design

TH164

A

1007-2373(2016)02-0028-05

10.14081/j.cnki.hgdxb.2016.02.005

2015-05-05

河北省自然科學(xué)基金（E2013202286）

馬玉瓊（1987-），女（漢族），助理實驗師．通訊作者：李世杰（1957-），男（漢族），教授，博士．

數(shù)字出版日期：2016-04-26 數(shù)字出版網(wǎng)址：http://www.cnki.net/kcms/detail/13.1208.T.20160426.0952.018.htm l