賈遨宇，張琳娜，趙鳳霞

（鄭州大學 機械工程學院，鄭州450001）

引 言

線性尺寸作為產品幾何特征中最基礎、最常用的要求，在新一代GPS中占有很重要的地位。根據第一代GPS規(guī)范要求，傳統的線性尺寸規(guī)范在設計圖樣的表達上，只是給出產品的公差要求，并不給出加工、測量和評定規(guī)范，這必然會導致定義不明確，規(guī)范不到位，加工、測量隨意性大等問題[1]。新一代GPS中關于線性尺寸的規(guī)范（ISO14405）則要求設計師應根據產品的功能要求，給出一整套的從加工、測量到評定的規(guī)范和方法。實現產品從功能要求、規(guī)范設計到計量認證的有機統一，明確清晰[2]。

目前國內對于新一代產品幾何技術規(guī)范（GPS）中線性尺寸的研究大多停留在理論階段。鄭州大學精密工程研究中心的周鑫等人基于新一代GPS采用VB為開發(fā)平臺建立了幾何精度查詢系統，實現了幾何精度的智能化設計和查詢，對于線性尺寸智能化的設計有著十分重要的推進作用。

本文基于新一代GPS對線性尺寸的規(guī)范，以Microsoft Visual Studio 2008為開發(fā)平臺，采用嵌入式技術以及數據庫技術開發(fā)了基于新一代GPS的線性尺寸查詢及標注應用系統。

1 新一代GPS的線性尺寸規(guī)范

1.1 線性尺寸的定義、分類規(guī)范

ISO/TC 213針對第一代GPS在線性尺寸規(guī)范上所存在的問題，基于“系統、規(guī)范、科學、實用”的基本思想，建立了新一代GPS標準體系。新一代GPS從系統規(guī)范的角度統籌考慮[3-4]，根據從產品功能（function）要求、規(guī)范（specification）設計到檢驗/認證（verification）的整個過程，拓展了線性尺寸的規(guī)范和定義。ISO14450給出了關于線性尺寸的定義，尺寸定義分為默認定義和特殊定義兩種。尺寸類型主要有局部尺寸、全局尺寸、計算尺寸和統計尺寸。

①局部尺寸（local size）指兩點之間的距離或某一范圍內定義的線性尺寸[5]，包括兩點尺寸、截面尺寸、部分尺寸、球面尺寸。

②全局尺寸（global size）是對提取要素通過擬合操作所得到擬合要素的本質特征值[6]。擬合操作使用的準則包括最小二乘準則、最大內接準則、最小外接準則。根據擬合操作所使用準則的不同，可以得到最小二乘尺寸、最大內接尺寸、最小外接尺寸。

③計算尺寸（calculated size）指利用數學計算公式得到的尺寸。數學計算公式是用來表達一個要素的本質特征（如圓柱的直徑）和其他一些具有相同要素的特征（如圓周的周長、圓柱面的面積）之間關系的。

④統計尺寸（rank-order size）指對相同類型的一系列局部或計算尺寸使用數學統計方法獲得的尺寸，包括最大統計尺寸、最小統計尺寸、平均統計尺寸。

新一代GPS充分考慮到實際的需要，對線性尺寸的分類更具體、更全面。在規(guī)范設計階段，根據各線性尺寸類型的特點及適用場合，考慮工件的功能和特征要求，規(guī)范設計不同的尺寸類型。

1.2 線性尺寸的圖樣表達規(guī)范

新一代GPS線性尺寸的缺省定義是兩點尺寸，擬合操作的缺省準則是最小二乘準則。各尺寸類型的標注代號如表1所列。

表1 線性尺寸的類型及標注代號

當默認定義不能滿足產品的功能和特征要求時，需要在產品圖紙中標注應用于尺寸要素的尺寸類型，圖樣標注如圖1所示。在有些情況下，要求必須同時控制極限尺寸和最大形狀誤差，此時需要用局部尺寸和全局尺寸共同控制，圖樣標注如圖2所示。

圖1 應用最大內接尺寸的標注實例

圖2 同時應用局部尺寸最小外接尺寸的標注實例

2 基于嵌入式技術的線性尺寸查詢及標注

嵌入式系統可以稱為后PC時代和后網絡的新型技術。與傳統的通用計算機和數字產品相比，基于嵌入式智能化的精度設計系統具有集成度高、軟件執(zhí)行速度快、運行速度快、人機界面的控制和設計十分靈活等優(yōu)點。

2.1 線性尺寸公差信息查詢及管理技術

基于新一代GPS的線性尺寸查詢及標注系統在設計時，要查詢大量信息。單獨在程序中一一編寫，不僅工作繁瑣，而且會造成程序內容過多，因此可以通過建立數據庫，方便對其管理。

目前，WinCE系統下比較常用的嵌入式數據庫為SQLCE。SQLCE數據庫全稱為 Microsoft SQL 2000 Windows CE Edition，是微軟推出的適于移動設備（手機、平板電腦等）上的小型數據庫，是SQL Server的精簡產品，可以支持WinCE，也可以在普通Windows中使用。系統采用SQLCE建立一個小型的嵌入式數據庫管理系統。數據庫基本語句包括創(chuàng)建數據表Create、插入數據Insert、修改數據Update、刪除數據Delete、查詢數據Select等基本數據操作語句。

在Microsoft Visual Studio 2008環(huán)境中實現數據庫調用的具體過程為：首先，在編寫C＃程序中進行數據庫的調用時，要在所創(chuàng)建的WinCE智能設備項目中添加System.Data.SQLCE.dll引用，然后在代碼程序中創(chuàng)建SQLCE 的 using 指 令，即 using System.Data.SqlServerCe，之后即可進行數據庫的調用。

在本設計中，將組建好的數據庫存入計算機某一位置，在使用C＃編寫程序時，將數據庫調用出來即可。調用數據庫的程序為：

private static string connStr＝ ＠"data source＝＼Program Files＼gongche.sdf"

調用完數據庫之后，在程序段中編寫dr.Close（）；conn.Close（），完成數據庫的調用，關閉數據庫。

2.2 新一代GPS標準下線性尺寸查詢及標注

本系統是在Microsoft Visual Studio 2008環(huán)境下用C＃語言編寫開發(fā)的嵌入式系統。C＃相對C＋＋來說，在嵌入式系統的界面和多窗口設計方面有著很大優(yōu)勢。用C＃設計的界面比用C＋＋設計的界面更加美觀、簡潔和方便。但是，在 Microsoft Visual Studio 2008環(huán)境中的WinCE，只是設備中控件的屬性比較簡單，并不能完成豐富的界面設計。為了美化用戶的操作界面，需要在創(chuàng)建的項目中添加 Open NETCF.Windiws.Forms.dll引用，可以對用戶控件的屬性和方法作較大補充。系統的主界面如圖3所示。

圖3 智能化系統主界面

本系統主要由3個模塊構成，分別是用戶輸入、圖文輔助界面和結果顯示。每個模塊下分若干個按鈕，分別實現對應的功能。使用戶在操作系統就能夠清晰明了、簡單方便地使用。

為了實現需要的功能，程序的編寫是非常重要的。在系統中為了使用戶能夠選擇零件合適的尺寸類型，系統將所有的尺寸類型表示在界面上。用戶選中某一尺寸類型時，界面便會出現對應的圖像和文字解釋，這樣使用戶能夠更加清楚、快捷地選出合適的尺寸類型。例如，用戶如果想了解局部線性尺寸中兩點尺寸的含義，即可先單擊局部線性尺寸，然后單擊兩點尺寸的按鈕，系統便會顯示出兩點尺寸的圖像和文字解釋。實現該功能的主要代碼如下：

textBox2.Text＝ "兩點尺寸指兩點之間的距離，圖樣標注代號是LP，即要素（工件）上兩點之間的實際距離，比如用兩點法測量時的測得值"；｝

新一代GPS標準下公差設計的步驟如圖4所示。

①設計人機交互界面：在Microsoft Visual Studio 2008編程環(huán)境下，設計規(guī)劃出整個界面。

②規(guī)劃各模塊功能：根據界面上每個控件所能實現的功能，對控件進行程序的編制。

③與用戶進行交互：通過與用戶的交互，輸入零件的基本尺寸、偏差代號、精度等級、尺寸類型等已知參數，進行零件的公差設計。

④查詢SQL數據庫：通過查詢SQL數據庫，針對輸入的零件信息，查出相應的數據。

⑤將結果顯示在界面：根據查詢的數據，通過系統所編的計算程序得到最后結果，并將結果顯示到界面上。

圖5和圖6分別是系統的設計界面和運行界面。

圖4 查詢系統設計步驟

圖5 系統設計界面

圖6 系統運行界面

系統對于數據的處理過程是：

①將所輸入的零件線性尺寸代入數據庫，從而得到相應的數據信息。

②將得到的數據通過系統所編的運算程序，最后得到所測零件的各種尺寸信息。

③對每個零件的公稱尺寸都進行尺寸類型的標注，以體現新一代GPS標準下線性尺寸的標注。通過系統界面的圖文描述，協助用戶選擇合適的尺寸類型。

通過上述設計，實現了實際加工中檢驗操作的規(guī)范統一，減少了測量結果的隨意性和不一致性。

3 應用實例

下面以一個孔類零件的公差計算為例對系統的公差查詢板塊進行說明。假設已知孔的公稱尺寸為50 mm，孔的基本偏差代號為H，精度等級為IT7，根據用戶需要查詢零件的尺寸特征，顯示出查詢結果，如圖7所示。

圖7 應用實例的界面

操作步驟如下：用戶首先將零件的已知信息輸入到界面中，針對用戶需要輸入尺寸類型。通過界面右方的圖形及文字介紹，根據用戶需要查詢零件的特征為用戶推薦合適的尺寸類型。用戶選擇合適的尺寸類型之后，根據系統的編寫程序讀取用戶輸入的零件參數，然后進行分類判斷。最后，通過數據庫的查詢、提取，將得到的結果顯示在界面上，供用戶參考。

在該例中，假設用戶選擇的尺寸類型是統計尺寸中的最大統計尺寸（SX），單擊“顯示結果”按鈕，系統運行后將自動顯示出孔的數據。在本例中，孔公差為0.025 0 mm，上偏差為0.025 0 mm，下偏差為0.000 0 mm。

結 語

嵌入式智能化幾何精度設計系統，在系統性、集成性和操作的規(guī)范性方面有突出的特點，使線性尺寸在數字化表達、操作和控制方面有了質的飛躍。實驗表明，該系統操作簡單，能夠快速、正確地進行零件的尺寸公差設計，能將基于新一代GPS標準的線性尺寸查詢信息直觀地展現出來，具有較高的實用價值。

[1]孫立平，張琳娜，趙鳳霞，等.GPS操作技術在線性尺寸規(guī)范設計中的應用研究[J].機械設計與制造，2007（4）：37-39.

[2]張琳娜.精度設計及質量控制基礎[M].3版.北京：中國質檢出版社，2011.

[3]張琳娜，趙鳳霞，李曉沛，等.現代產品幾何技術規(guī)范（GPS）系的理論基礎及關鍵技術研究[J].機械強度，2004，27（5）：547-551.

[4]ISO 14405 Geometrical product specifications（GPS）-Geometrical tolerancing-Linear size[S].

[5]ISO14660-2：1999 Geometrical product specification （GPS）-Geometrical features：-Extracted median line of a cylinder and a cone，extracted median surface，local size of extracted feature[S].

[6]ISO/TS 17450-1：2000（E）Geometrical product specifications（GPS）-General concepts-Part 2：Model for geometrical specification and verification[S].