計算機集成產品工程(computer integrated product engineering，CIPE)是縮短定制產品開發(fā)設計周期、提高產品質量的新哲理和方法。它從業(yè)務過程重組、產品結構重組和信息技術重組出發(fā)，在先進信息技術的支持下，通過建立可變型的產品模型，滿足新產品開發(fā)和變型產品設計的需要。CIPE哲理的核心是減少零部件的種類以實現(xiàn)下游各環(huán)節(jié)及各種技術文檔的簡化和合理化。優(yōu)秀設計人員的“創(chuàng)造性”不在于其能“發(fā)明”新零件，而在于能夠用盡可能少的零部件資源快速、低成本、高質量地設計出滿足市場需要的新產品。企業(yè)中產品資源的標準化和規(guī)范化是實現(xiàn)上述目標的重要環(huán)節(jié)。
產品的標準化是指產品構成內容的標準定義，產品構成相關資源的標準定義；規(guī)范化是指規(guī)范產品定義的過程與內容，以有效地控制由于設計的隨意性而造成的產品構成的多樣性。在CIPE的理論體系中，標準化與規(guī)范化是不可分割的。
由于產品是由零件和部件組成的，所以在本文中將對產品標準化與規(guī)范化的研究歸結為零部件標準化與規(guī)范化的研究，通過零部件的標準化與規(guī)范化最終實現(xiàn)產品的標準化與規(guī)范化。
1 產品標準化與規(guī)范化的內容
產品標準化和規(guī)范化的內容見圖1。
圖1 產品標準化和規(guī)范化的內容
由圖1可見，產品標準化與規(guī)范化包括建立完善的編碼體系、零部件的ABC分析、零部件分類、零部件名稱分析、零部件功能分析、零部件幾何形狀分析、零部件參數(shù)分析和建立事物特性表8個方面的工作。這8個方面，既是標準化與規(guī)范化的內容，又是操作性很強的實施步驟。
2 產品標準化與規(guī)范化的步驟
2.1 建立完善的編碼體系
建立完善的編碼體系是產品標準化與規(guī)范化中最重要的工作。
2.2 零部件的ABC分析
通常情況下，可以將機械工廠的零部件按其特性分成A、B、C3類。C類零部件是標準件和外購件，一般約占產品零部件總數(shù)的50%，成本的10%。B類零部件為典型的變型零部件，可以用參數(shù)化設計的方法從原先已有的零部件中派生出來，因而開發(fā)設計的工作量比較小，加工方面的標準化程度也比較高。B類零部件一般占產品零部件總數(shù)的40%，成本的20%。A類零部件是與用戶需求有關的特殊零部件，必須根據(jù)用戶的特殊要求進行開發(fā)設計和加工。A類零部件的數(shù)量很少(<10%)，所占成本比例卻較高(70%)。
零部件ABC分析的目的是了解零部件的分布情況，將B類零部件盡可能變?yōu)镃類零部件，將A類零部件盡可能變?yōu)锽類零部件，從而降低產品成本。
進行零部件ABC分析的具體做法如下：①分析現(xiàn)存的所有零部件，將其中的標準件和外購、外協(xié)件歸并為C類零部件，并進行分類編碼。②對系列產品的零部件進行分析，確認常用的模塊，將能夠通過標準模塊變型設計或組合設計得到的零部件進行分類和編碼，形成B類件；對與用戶需求相關的特殊部件進行分解與分析，找出可以分解為B類件的零部件，將它們也歸并入B類零部件。③將那些不能由B、C類零部件經過組合或變型設計得到的，與用戶具體要求密切相關的特殊零部件歸入A類零部件。
2.3 零部件分類
根據(jù)DIN4000標準，基于事物特性表編碼體系技術，采用層次結構實現(xiàn)零部件的分類。其目標是縮短零部件的查找時間、增加重復件的使用、系統(tǒng)地對零件進行管理。零部件分類的層次結構與部件構成表(BOM)相結合，向開發(fā)設計人員提供了有效的設計檢索手段。
圖2為DIN4000標準中對標準件分類的層次結構。
圖2 DIN4000標準中對標準件分類的層次結構
2.4 零部件名稱分析
進行零部件名稱分析是為了建立統(tǒng)一、無冗余的零部件名稱字典。對零部件名稱的正確分析與命名可以支持PDM系統(tǒng)的有效應用。
在企業(yè)實際工作過程中，由于各個業(yè)務部門相對獨立以及零部件的命名體系或標準的多樣化，導致零部件的名稱比較混亂，這給企業(yè)的產品開發(fā)和其它相關工作帶來嚴重影響，因此，必須規(guī)范零部件命名，建立統(tǒng)一的、無冗余零部件名稱的數(shù)據(jù)字典，為產品及其開發(fā)過程的計算機管理提供支持。傳統(tǒng)的面向功能的命名方法存在二義性，如一個六角螺釘，按照功能可以起聯(lián)接作用、緊固作用或調節(jié)作用等，不同的設計人員會對該零部件進行不同的命名，如聯(lián)接螺釘、緊固螺釘或調節(jié)螺釘?shù)取Ｔ贑IPE中，應盡可能采用面向零部件幾何形狀的命名方法，將其命名為六角螺釘。在統(tǒng)一采用面向零部件幾何形狀的命名后，可以大大減少零部件命名混亂的狀況。
2.5 零部件功能分析
通過對零部件的功能分析，可以在功能、解原理及實現(xiàn)結構之間建立一種映射關系，在進行幾何形狀分析和參數(shù)分析時可以有據(jù)可循，保留或改進與特定功能對應的結構，去掉與實現(xiàn)功能無關、由于設計人員隨意性而增加的結構，例如，通過對數(shù)控鉆床主軸的分析，得出主軸具有傳遞運動、承受軸向載荷、實現(xiàn)刀柄裝夾等功能，對應這些功能，可以整理出實現(xiàn)這些功能的解原理及典型結構，為進行產品結構重組奠定基礎。
2.6 零部件幾何形狀分析
零部件幾何形狀分析的目的是減少零部件種類，建立變型設計系統(tǒng)，用盡量少的零部件組成部件和產品，達到成本優(yōu)化和提高產品質量的目的。企業(yè)在長期的設計活動中，由于技術和管理方面的種種原因，往往對實現(xiàn)類似功能的零部件有多種多樣相似的設計，形成幾何形狀相似的零部件族。CIPE通過對零部件的幾何形狀分析，發(fā)現(xiàn)這些幾何上相似的零部件族，在對零部件的功能分析、約束分析的基礎上，提出具有代表性的零部件幾何模型，使得該模型能滿足零部件的功能要求和約束要求，為產品建模提供圖形基礎。圖3中方案1～方案6，從幾何結構和功能上完全可以用圖中所示的替代方案代替。
圖3 零部件幾何形狀分析
2.7 零部件參數(shù)分析
零部件參數(shù)分析的目的是減少零部件參數(shù)，進而減少工具、夾具種類，簡化加工過程，為建立零部件的變型設計系統(tǒng)做好準備工作。
一個零件或部件的參數(shù)有多種類型。進行零部件參數(shù)分析時，首先對參數(shù)的類型進行分類，初步確認參數(shù)是否是工藝參數(shù)，如倒角、圓角、拔模斜度等；其次確認參數(shù)是變動參數(shù)還是不變參數(shù)，并根據(jù)設計中的約束限制，如強度約束、穩(wěn)定性約束等條件，進一步找出變動參數(shù)中可以不變的參數(shù)集合，歸并到不變參數(shù)集合中。如圖4中，尺寸D1、D4、L3、W1、R1等可根據(jù)情況確定為不變尺寸，通孔尺寸D7也可以在滿足約束條件的前提下采用同一尺寸，這樣做盡管單個零部件不是最優(yōu)，但通過減少加工工具、工裝設備等，降低了加工成本，簡化了管理，實現(xiàn)了整體的優(yōu)化。
圖4 零部件參數(shù)分析
2.8 建立事物特性表
建立事物特性表的目的是建立能進行尺寸變型的積木塊系統(tǒng)，支持有效的檢索和變型設計。事物特性表對零部件規(guī)定了從對象組中表征和區(qū)分一對象的決定性特性及特性數(shù)據(jù)的表示格式，使零部件的特性數(shù)據(jù)能在不同的系統(tǒng)間交換，它是建立產品數(shù)據(jù)庫的基礎。零部件事物特性表的建立，要基于企業(yè)中標準化和規(guī)范化的零部件資源，歸類并選擇零部件的事物特性參數(shù)(如基本特性、幾何特性、補充特性、功能特性及算法特性等)，將特性參數(shù)以不同的代碼加以表示，按事物特性技術構造出事物特性表。
零部件事物特性參數(shù)的選擇遵循原則如下：①表中特征參數(shù)應能全面而清楚地描述零部件的特性；②特征參數(shù)的數(shù)量應盡可能少，但能區(qū)分出2個不同的零部件；③只須將變型設計所必需的可變參數(shù)放入表中；④零件事物特性的選擇側重于幾何尺寸、精度及材料等信息；部件事物特性的選擇側重于裝配尺寸、配合精度等信息。
圖5為一個零件事物特性表的實例。
圖5 零件事物特性表
3 結論
產品的標準化與規(guī)范化是CIPE實施過程中重要的基礎工作，只有做好了標準化與規(guī)范化工作，才能夠順利地建立可變型的產品模型，CIPE中的信息技術才可以更充分地發(fā)揮作用。本文論述了CIPE中產品標準化與規(guī)范化工作的內容和實施步驟。
CIPE中產品的標準化與規(guī)范化技術，以統(tǒng)一、簡潔、完善的編碼系統(tǒng)為基礎，通過對企業(yè)中已有產品、零部件的ABC分析了解零部件的分布情況，通過層次結構對零部件進行分類，通過名稱分析、功能分析、幾何形狀和參數(shù)分析，最終建立零部件的事物特性表，為變型設計系統(tǒng)的建立打下堅實的基礎。進行產品標準化與規(guī)范化工作，是充分利用企業(yè)的資源，快速進行產品開發(fā)設計的前提，是順利實施CIPE的根本保證！
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本文標題：產品標準化與規(guī)范化技術的研究
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