刮板輸送機配置系統(tǒng)的軟件開發(fā)

趙海賢

ZHAO Hai-xian

（承德石油高等?？茖W(xué)校 機械工程系，承德 067000）

0 引言

刮板輸送機是煤礦采煤工作面的關(guān)鍵設(shè)備之一，由于刮板輸送機使用環(huán)境特殊且須滿足與其他設(shè)備的配套性要求，因此它是典型的定制產(chǎn)品。在定制過程中由于刮板輸送機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，參加配置的技術(shù)人員很難對本企業(yè)的所有產(chǎn)品參數(shù)了解很詳細，會出現(xiàn)不必要的變型產(chǎn)品，產(chǎn)品型號增多，對產(chǎn)品類型和結(jié)構(gòu)的管理就會出現(xiàn)混亂，出現(xiàn)重復(fù)設(shè)計和借用混亂的情況。為縮短產(chǎn)品設(shè)計周期，提高效率，對刮板輸送機配置系統(tǒng)進行軟件開發(fā)有著重要的意義。

國內(nèi)的一些大型煤機制造企業(yè)實施“甩圖板”工程較早，圖紙有計算機文檔，雖然產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理不完善，但有實施的技術(shù)力量和硬件設(shè)施，為配置系統(tǒng)產(chǎn)品平臺的設(shè)計和軟件開發(fā)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

1 刮板輸送機配置方法[1～3]

目前產(chǎn)品配置方法可分為基于模塊化產(chǎn)品配置和基于產(chǎn)品族和產(chǎn)品平臺的配置，刮板輸送機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計和配置受外界環(huán)境影響很大，其模塊化程度不高，因此基于模塊化的配置方法不適合；基于產(chǎn)品族的配置方法是通過對每一層的節(jié)點的選擇來進行配置的，其過程相對復(fù)雜。對基于產(chǎn)品族的配置方法改進，提出基于產(chǎn)品平臺的產(chǎn)品配置方法，通過識別客戶需求，尋找客戶所需的產(chǎn)品平臺，利用此平臺進行產(chǎn)品的配置。由于產(chǎn)品平臺借助其輔助參數(shù)可以基本決定產(chǎn)品不變的結(jié)構(gòu)，而經(jīng)常變型的結(jié)構(gòu)通過重新設(shè)計或變型設(shè)計可隨之確定，其過程相對簡單，提高工作效率。

由文獻[4]，在分析已有刮板輸送機產(chǎn)品類型的基礎(chǔ)上，通過產(chǎn)品平臺參數(shù)提取和映射，建立了相應(yīng)產(chǎn)品平臺及結(jié)構(gòu)樹。將刮板輸送機的結(jié)構(gòu)分為三部分，一部分是屬于產(chǎn)品平臺的零部件，產(chǎn)品平臺是一系列產(chǎn)品共享的零部件或模塊，一部分是借助輔助參數(shù)確定的零部件，另一部分是經(jīng)常變型的零部件，因此刮板輸送機結(jié)構(gòu)的配置也相應(yīng)分為三部分。

1.1 刮板輸送機平臺結(jié)構(gòu)的配置

由于每一個產(chǎn)品系列對應(yīng)的結(jié)構(gòu)樹中，平臺部分都已經(jīng)確定，因此只要打開其結(jié)構(gòu)樹，相應(yīng)的不變零部件的型號就可確定，直接輸出進行生產(chǎn)即可。例如刮板的型號、圖號以及中部槽型號等相應(yīng)的平臺零部件型號都已確定，直接將其圖紙輸出，經(jīng)過生產(chǎn)調(diào)度，送到生產(chǎn)部直接進行生產(chǎn)加工。

1.2 借助輔助參數(shù)結(jié)構(gòu)的配置

需要借助輔助參數(shù)才能確定的結(jié)構(gòu)，它只能由一部分特征參數(shù)決定，還需結(jié)合客戶需求確定的輔助參數(shù)來確定其結(jié)構(gòu)，例如 “電動機”，只需知道輔助參數(shù)“電機功率”就能決定其型號，其型號也可隨之確定。

1.3 刮板輸送機變型結(jié)構(gòu)的配置

產(chǎn)品中定制的部分，它隨客戶需求的不同而不同。定制結(jié)構(gòu)一般采用變型設(shè)計或重新設(shè)計。如果部件的各部分結(jié)構(gòu)受環(huán)境影響很大，或者是各部分結(jié)構(gòu)尺寸變形很多的情況，就可以通過重新設(shè)計來得到客戶所需的結(jié)構(gòu)；而對于部件的某一部分經(jīng)常變形的情況，則可以使用變型設(shè)計的方法。

對于定制零部件的配置設(shè)計，一般采用提取零部件特征屬性作為識別相似件的標準，對于特征屬性的概念,許多專家學(xué)者們針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域給出了不同的定義。最有影響的首推Pratt&Wilson 的定義：特征是一個零件的表面上有意義的區(qū)域，共分為通道特征、凹陷特征、凸起特征、過渡域特征和變形特征等六類特征。這種基于形狀特征分類的定義也被 STEP 標準所采用[5]。當零部件的屬性特征被提取后，零部件的變型設(shè)計就變得很簡單，只需輸入該零部件的屬性特征，利用模糊模式識別方法，即可得到最接近的客戶需求的零部件，在此零部件對應(yīng)的CAD圖中進行相應(yīng)的變型設(shè)計就很容易實現(xiàn)。

2 刮板輸送機配置系統(tǒng)的軟件開發(fā)過程

產(chǎn)品配置的核心是產(chǎn)品配置系統(tǒng)，它能協(xié)助設(shè)計人員完成配置任務(wù)，一般由存儲產(chǎn)品模型的知識庫和可視化的開發(fā)環(huán)境工具所組成。在進行軟件開發(fā)之前，首先要清除企業(yè)中存在的一些障礙，例如圖號編碼不統(tǒng)一，每一個設(shè)計人員之間沒有溝通，個人的CAD圖存在個人電腦中，沒有共享，成為一個個信息孤島。因此在建立數(shù)據(jù)庫之前，首先要統(tǒng)一圖號編碼，便于產(chǎn)品查詢和產(chǎn)品配置。

2.1 刮板輸送機數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫是信息系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)，把信息系統(tǒng)中大量的數(shù)據(jù)按一定的模型組織起來，提供存儲、維護、檢索數(shù)據(jù)的功能，為支持產(chǎn)品配置功能，我們采用SQL Server2000作后臺數(shù)據(jù)庫。在數(shù)據(jù)庫設(shè)計中，我們可以通過不變型部件和零件中的parent_code形成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹中平臺結(jié)構(gòu)樹結(jié)構(gòu)；變型部件和零件中的parent_code形成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹中變型結(jié)構(gòu)樹結(jié)構(gòu)，通過零部件中的ConfID指針來存儲有關(guān)零部件配置的一系列信息，再根據(jù)配置項中配置變量的輸入，與配置信息進行匹配，從而實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的快速配置[6]。

2.2 刮板輸送機可視化開發(fā)與運行環(huán)境的選擇

開發(fā)與運行環(huán)境的選擇會影響到數(shù)據(jù)庫設(shè)計，本例的刮板輸送機配置系統(tǒng)是在windows xp中完成系統(tǒng)開發(fā)任務(wù)的，并使用Visual Basic開發(fā)系統(tǒng)程序，使用SQL Server 2000作為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。在系統(tǒng)實現(xiàn)過程中，首先要根據(jù)對系統(tǒng)功能的分析設(shè)計出需要的數(shù)據(jù)庫，包括各個數(shù)據(jù)表和數(shù)據(jù)關(guān)系圖的詳細結(jié)構(gòu)。

3 刮板輸送機配置系統(tǒng)實現(xiàn)的功能及過程

刮板輸送機產(chǎn)品的配置軟件的結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

軟件實現(xiàn)過程：

步驟1：首先分析客戶需求，并做適當引導(dǎo)，讓顧客用最精確的語言表達他的定制需求。將客戶描述產(chǎn)品的功能和屬性轉(zhuǎn)化成結(jié)構(gòu)參數(shù)，提取出產(chǎn)品的特征參數(shù)和輔助參數(shù)。

步驟2：輸入客戶所需產(chǎn)品特征參數(shù)，利用模糊模式識別方法，在所有產(chǎn)品平臺中找到最符合客戶需求的產(chǎn)品平臺序號。

步驟3：根據(jù)步驟2得到的平臺序號，打開其相應(yīng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，由于結(jié)構(gòu)樹中的零部件分為三類，因此產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的配置也分為三部分：對于屬于平臺的部分，即不變的零部件，其零部件的編號已經(jīng)確定，這部分零部件可直接輸出進行生產(chǎn)加工；對于借助輔助參數(shù)確定的零部件，要求輸入輔助參數(shù)，當此部件結(jié)構(gòu)確定后，再根據(jù)配置約束和配置規(guī)則，確定與其相關(guān)的零部件；對于經(jīng)常變型的零部件，則需輸入此零部件的關(guān)鍵尺寸，根據(jù)此關(guān)鍵尺寸利用模糊模式識別的方法，找到一個最接近的零部件，打開相應(yīng)的CAD圖進行修改，直至滿足客戶需求。

步驟4：當步驟3的各部分結(jié)構(gòu)都確定后，即整體結(jié)構(gòu)都確定后，利用沖突約束進行檢驗，若存在沖突，則需返回到步驟3，進行重新配置；若不存在沖突，則提取各零部件的具體信息， 最后輸出產(chǎn)品的物料清單即BOM表和相應(yīng)的價格。此軟件實現(xiàn)過程如圖2所示。

4 結(jié)束語

基于產(chǎn)品平臺的產(chǎn)品配置方法，通過找到客戶所需的平臺來實現(xiàn)其具體的配置，由于產(chǎn)品的特征參數(shù)可以完全確定產(chǎn)品的零部件結(jié)構(gòu)，或借助輔助參數(shù)及約束決定產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，這部分結(jié)構(gòu)或模塊就可以直接進行生產(chǎn)制造，這樣就縮短了產(chǎn)品開發(fā)時間，提高了工作效率。此方法已應(yīng)用到刮板輸送機的具體實踐中，其軟件的開發(fā)實現(xiàn)提高了企業(yè)對客戶需求的響應(yīng)速度，取得了良好的經(jīng)濟效益。

[1] 王海軍. 面向大規(guī)模定制的產(chǎn)品模塊化若干設(shè)計方法研究[D]. 大連理工大學(xué),2005.

[2] 祁國寧,楊青海,黃哲人,等.面向大規(guī)模定制的產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計方法研究[J]. 中國機械工程,2004,15(19)： 1697-1701.

[3] Tseng M M,Jiao J.Design for Mass Customization.Annals of the CIRP,1996,45(1)：153-156.

[4] 李國平,趙海賢,張換高,檀潤華. 刮板輸送機產(chǎn)品平臺建立及配置方法研究[J]. 計算機集成制造系統(tǒng). 2008,14(2)： 241-247.

[5] 劉華偉. 基于自定義特征的零部件設(shè)計系統(tǒng)研究與開發(fā)[D]. 華中科技大學(xué),2004.

[6] 范斌. PDM中產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理的開發(fā)與研究[D]. 武漢理工大學(xué),2005.