基于滑閥組件的高精度配套系統的研究與實現

鄧應蘭，姚凱學

(貴州大學計算機科學與技術學院，貴州貴陽 550025)

基于滑閥組件的高精度配套系統的研究與實現

鄧應蘭，姚凱學

(貴州大學計算機科學與技術學院，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，詳細研究了滑閥組件的工藝規程，并設計出了符合生產線實際要求的基于零件復用次數的配套算法。然后詳細分析了用戶需求，并采用.NET技術、SQL Server數據庫技術和三層架構模式來構建基于滑閥組件的高精度配套系統，旨在通過系統來實現零組件入庫、配套、統計和出庫等相關操作，方便管理并提高了生產效率。通過錄入某工廠的零件歷史測量數據，對該系統進行了功能和性能測試。結果表明，該系統不僅能夠減輕工作量，而且在配套效率、數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;三層架構

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，按照一定的配套規則組合而成。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構描述。這種零組件之間的層次關系常見于裝配制造業中的產品裝配。

在產品裝配的研究上，文獻［1］結合樹和圖的特點，以多叉樹描述裝配體，提出了基于虛鍵(virtual link)的層次結構裝配模型。該模型以根節點表示裝配體和子裝配體，葉子節點表示零件，虛鏈表達各級裝配體、子裝配體中各部件間的關系，并可根據裝配關系生成零件的位置變換矩陣。文獻［2］改進了此結構，將節點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的特征。文獻［3］從最底層零件間的優先關系矩陣出發，研究了串聯、并聯子裝配體的識別和檢驗算法、高層裝配體間的優先關系收縮矩陣算法以及裝配系列的自動生成算法。配套結構的構成元件之間存在嚴格的關聯關系，文獻［4］基于配套結構的特點，提出了虛配件的概念，并給出了其形式化定義及表示，在此基礎上研究了配套結構自動建模原理及其算法。文獻［5］在設計裝配圖和產品結構樹的基礎上，充分考慮裝配過程的動態性，提出了面向裝配過程的機械產品“裝配樹”的概念，建立了機械產品裝配樹模型，給出了構建裝配樹的方法和步驟。

相比于大型的裝配產品，文中研究的滑閥組件具有較少的裝配層次和零件數量，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滑閥組件預設的公差范圍，設計出符合生產線實際要求的配套算法，并根據配套算法實現功能齊全、易于操作的配套系統。在數據存儲方面，通過物料清單(Bill of Material，BOM)詳細表述零組件之間的層次關系［6-8］;在系統設計方面，采用三層架構來降低層與層之間的依賴，提高系統的安全性，增強系統的擴展性［9-11］。

1 工藝規程描述

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其零件之間沒有相對運動且又不經常拆裝的零件;過渡配合用于模具工作時其零件之間沒有相對運動但需要經常拆裝的零件;間隙配合用于模具工作時需要相對運動的零件。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，實際上有微小的粗糙彎曲。孔軸零件的數據屬性一般包括: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，實際測量時通過多點采集的方式確定。生產過程中根據零件數據屬性的數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，其配套的公差依據如下［12-14］:

(1)孔軸間隙max=孔內圓直徑max-軸外圓直徑min

(2)孔軸間隙min=孔內圓直徑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，工藝規定，針對1:1配套類型的滑閥組件可以固定孔的尺寸，適當放大或縮小軸的尺寸，使其滿足誤差范圍，軸的尺寸是在實際測量值上進行理論調整。

2 配套算法描述

一種按要求選擇零件進行配套組合的方法，其特征在于:先分別定義待配套的孔零件和軸零件的數據列表，并分別將孔零件和軸零件的數據列表中的數據按照零件尺寸從大到小進行排序，然后從孔零件的數據列表中選擇第一個零件，從軸零件的數據列表中利用計算機按照孔零件與軸零件的配套要求挑選出一個最合適的軸零件與該孔零件組合，完成一組配套，重復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。

在批量生產中，往往會出現一個孔零件能夠與多個軸零件進行配套組合，同時一個軸零件也能夠與多個孔零件進行配套組合的情形，為了盡可能增加配套數量，可以優先配套組合復用次數最小的零件。根據這個原理可以在配套成功的基礎上做一些改進，改進的配套算法要點如下:

(1)讀取組件所有在庫的構件零件，按預先設定的配套規則(配套類型、誤差范圍等)，通過計算機列出所有滿足配套要求的孔、軸零件信息，統計每條孔、軸零件的復用次數。

(2)讀取一條復用次數最小的孔零件，記錄其復用次數后，修改復用次數為-1，根據該孔零件的復用次數查找與之配套的軸零件集。

(3)遍歷該軸零件集，記錄復用次數最小的軸零件及其復用次數，同時將每條軸零件的復用次數減1，遍歷結束后將最小的復用次數修改為-1。

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

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

改進的配套算法流程圖如圖2所示［15］。

3 系統業務分析

首先由配套人員根據工藝要求錄入零組件基本信息、零組件數據信息和組件配套規則。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識每一種零組件。零組件數據信息定義了每種零組件共有的數據信息，由這些數據屬性來確定每種零組件合格的數據范圍。組件配套規則定義了每種組件的構件信息、配套類型和誤差范圍。

其次由配套人員根據測量人員遞交的零件數據進行輸入、配套、打印和出庫。輸入操作是按零件類型分類，輸入或導入每個零件的測量數據。配套操作是根據生產任務，對零件進行配套，該系統支持不同的配套類型，實現細節對用戶透明。出庫操作是把配套好的零件進行出庫管理，并打印出庫單、配套單和剩余零件信息。

最后是零件配套統計，統計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。

系統業務流程分析如圖3所示。

4 系統主要功能模塊設計

該配套系統主要包括四個功能模塊:基本信息維護、庫存管理、配套管理和配套數據統計。詳細的模塊劃分如圖4所示。

4.1 基本信息維護功能

基本信息維護包括零組件基本信息維護和配套維護。零組件基本信息維護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，同時還需錄入每種零組件對應的信息組屬性，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。配套維護需要配套人員錄入每種組件的配套規則，如所需構件的零組件編號、信息組編號、數量、最大誤差、最小誤差等信息。添加配套算法的功能是根據每種組件錄入的配套規則，自動創建該組件對應的視圖，視圖數據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線生產的每個零件的相關信息，如零件編號、批次號、狀態(在庫、配套、出庫等)、入庫日期等信息。

導入數據功能是按一定的格式要求導入合格的零件數據，免去配套人員繁瑣地錄入零件庫存信息。

導出數據功能是導出零件庫存信息，如零件編號、批次號、信息組名、最大值、最小值、狀態等。庫存表可以給現場加工人員提供一些實時有效的參考。

零件操作除了添加、修改零件信息外，還包括零件報廢、轉為備用、啟用零件等操作。零件數據操作包括添加、修改、刪除零件的數據信息，如最大值、最小值、圓柱度、粗糙度等。

組件的導入導出數據與零件的導入導出數據功能一致。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，即將組件的狀態由配套出庫改為在庫，組件數據操作包括添加、修改、刪除組件的數據信息，作為中間組件需要繼承構件的數據信息，再根據此數據信息與其他的零組件進行組合，組成滑閥組件的部件或成品。

4.3 配套管理功能

配套管理可細分為組件結構樹、配套設置、構件查詢和組件庫存管理四個功能模塊。組件結構樹列出了所有配套組合的組件編號及其構件的零組件編號。配套設置模塊，用戶只需選中組件結構樹中需要配套的組件編號，輸入配套數量，單擊配套按鈕即可，配套流程如圖5所示。選中組件編號，可看查看其構件的庫存情況，如果構件是中間組件，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、內部退庫和現場退庫三種。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 配套數據統計功能

配套數據統計功能是統計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出配套情況和配套率，另一方面可以通過查看統計信息，為后續工作提供一些改進的參考意見。例如，當某個組件的配套率很低時，可以通過查看工藝、調整機床、檢查測量儀器等措施提高配套率，同時每個工序的錄入均落實到人，人為因素也能有效排查。

5 運行結果與分析

文中研究的配套系統是在貴州紅林機械有限公司外貿事業部的生產管理系統上開發的一個功能獨立的子系統。以Microsoft.NET為實現平臺，展示在實際環境中的運行結果。

用戶運行生產管理系統，輸入用戶名和密碼，系統驗證后方可進入系統用戶界面，選擇配套管理，進入配套管理子系統。

配套關系管理模塊是基本信息維護模塊，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導入生產線生產的每個零組件的數據信息。

配套管理模塊是配套人員進行組件配套的核心部分，界面設計簡單，方便用戶操作，很多復雜繁瑣的細節對用戶透明，配套管理界面如圖6所示。

配套數據統計模塊是查看庫存統計、配套統計和配套率統計的模塊，在該模塊顯示的統計結果可以為管理層開展后續工作提供一定的參考。

該配套系統模塊清晰，易于操作，不僅能自動配套出滿足配套規則的高精度滑閥組件，還能將零組件重要的數據信息備份到數據庫，通過數據統計指導生產工作，完整實現了所設計的功能。

由上述內容可見，該配套系統相比之前的人工配套有以下優勢:

(1)工作效率:人工配套情況下，是將孔軸數據錄入Excel表格，相減得出公差值，再根據誤差范圍進行篩選，該配套方式效率低，容易出錯;而配套系統只需將孔軸數據錄入或導入系統，由系統自動篩選出滿足條件的滑閥組件，該配套方式效率高，在正確錄入數據信息后，出錯率極低。

(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，不能及時有效地與現場加工的零組件進行配套，同時對于退庫處理或返修的零組件也不能實時有效地跟蹤配套，該配套方式的配套率低，同時還會影響生產效率;而配套系統能夠實時備份庫存信息，根據未配套的零部件信息打印反配單，給現場加工提供實時有效的參考，該配套方式效率高，同時也極大地提高了生產效率。

(3)管理參考:人工配套情況下，不能有效地管理配套數據，統計工作繁瑣且容易出錯，管理層看不到實時有效的統計數據，就難以為提高生產效率做進一步的改進;而配套系統則根據數據備份和計算機強大的計算功能很好地解決了這一問題。

6 結束語

基于滑閥組件的高精度配套系統，以工藝規程為基礎，配套算法為核心，結合.NET三層架構實現了組件配套的智能化操作，不僅減輕了配套人員的工作負荷，還有利于生產率的提高，同時對于裝配制造業中的配套管理也具有一定的參考價值。

［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，陳關龍，林忠欽.層狀裝配系統的自動裝配規劃研究［J］.中國機械工程，2005，16(23):2157-2161.

［4］ 曹 巍，鄭國磊，邱 益.飛機制造工裝中典型配套結構自動建模技術［J］.北京航空航天大學學報，2014，40(5):668 -674.

［5］ 王 波，唐曉青，耿如軍.機械產品裝配關系建模［J］.北京航空航天大學學報，2010，36(1):71-76.

［6］ 魏志強，王先逵，吳 丹，等.基于單一數據源的產品BOM多視圖映射技術［J］.清華大學學報:自然科學版，2002，42 (6):802-805.

［7］ 蔣 輝，范玉青.基于單一產品數據源的BOM管理［J］.北京航空航天大學學報，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.基于三層結構的流程工業現代集成制造系統［J］.控制工程，2002，9(3):1-6.

［10］高 揚.基于.NET平臺的三層架構軟件框架的設計與實現［J］.計算機技術與發展，2011，21(2):77-80.

［11］金雯婷.基于.NET平臺與三層架構的CRM系統的研究與實現［D］.上海:華東師范大學，2010.

［12］李 巖.機械裝配過程自動化淺析［J］.中國新技術新產品，2012(11):109-109.

［13］楊 濤.五軸機床復合式轉臺平衡機構的研究［D］.北京:北京交通大學，2009.

［14］嚴智遠.基于UG的零件輔助制圖系統研究與實現［D］.沈陽:東北大學，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">網絡出版時間:

時間:2016-08-23

貴陽市重大專項項目(［2010］筑科工合同字第6-01號)

鄧應蘭(1990-)，女，碩士研究生，研究方向為計算機測控技術;姚凱學，教授，碩士研究生導師，研究方向為計算機測控技術與嵌入式技術。

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