劉臻子 宋海勇 楊 峰 李建偉

（北京航星機器制造有限公司，北京，100013）

數(shù)字化條件下標準實施方式研究

劉臻子 宋海勇 楊 峰 李建偉

（北京航星機器制造有限公司，北京，100013）

文摘：簡述數(shù)字化與標準化工作的結(jié)合方式（建立標準數(shù)據(jù)庫、標準的嵌入式開發(fā)）及各自特點，研究標準嵌入式開發(fā)的基本條件和方法（模板式開發(fā)和實例庫），介紹兩種方法的應(yīng)用實例與應(yīng)用效果。

數(shù)字化；模板；嵌入式開發(fā)；標準嵌入。

標準化工作落實難的問題主要體現(xiàn)在兩方面：一是由于標準化培訓(xùn)工作不到位，使用人員對標準不了解、不熟悉、不能熟練掌握；二是在于同一領(lǐng)域涉及的標準數(shù)量確實較多，要想全面熟悉和掌握如此眾多的標準存在較大困難。因此，除強制性標準外，大量推薦性標準很難在使用人員中全面推廣，更多的同志仍憑借經(jīng)驗和習(xí)慣開展工作[1-2]。歸根結(jié)底都是因為我們的標準目前仍是落實在紙面上的條款，這些條款又需要依靠人的知識和經(jīng)驗去執(zhí)行，一旦人的知識與經(jīng)驗水平不足，那么標準化工作的落實便會出現(xiàn)明顯的“瓶頸”?，F(xiàn)代制造業(yè)已經(jīng)邁入數(shù)字化的門檻，數(shù)字技術(shù)中模板化、自動化、智能化的新理念為我們解決這一問題提供了新的思路和方法。本文結(jié)合實例對數(shù)字化條件下標準實施方式進行分析研究，為同業(yè)人員提供參考。

1 數(shù)字化技術(shù)與標準化的結(jié)合方式

將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用到標準化中有兩種結(jié)合思路：建立標準數(shù)據(jù)庫；標準的嵌入式開發(fā)。

國家、集團公司及我院在多年前便開展了標準數(shù)據(jù)庫的相關(guān)工作，并且已經(jīng)形成了具備一定規(guī)模、涵蓋多個行業(yè)的電子標準數(shù)據(jù)庫。以機械加工行業(yè)為例，目前國家標準、機械行業(yè)標準、航天行業(yè)標準和院級企業(yè)標準均已具備了比較完備的數(shù)據(jù)庫。在飛航網(wǎng)上，技術(shù)人員可隨時對標準進行快速檢索，極大地便利了工藝工作的開展[3]。然而，這種方式僅能解決標準數(shù)量多、不便于查詢的問題，無法解決人員對標準的知悉、識別、理解和認知等方面的問題。

對標準的嵌入式開發(fā)需要將各類標準固化到現(xiàn)有的數(shù)字化系統(tǒng)中，使用者在使用數(shù)字化系統(tǒng)進行工作時，強制性標準會被自動固定到系統(tǒng)中強制執(zhí)行，推薦性標準則通過推薦的方式提供給使用者作為備選與參考。該方法可大幅度提高標準化知識的利用率、降低使用者的工作量，同時有效保障標準的實施，為使用者提供最大的便利條件。這種方式，實際上做到了將標準置于各項工作之中，讓標準化的精華時時處處體現(xiàn)在工作中。在數(shù)字化日益滲透到我們工作各個環(huán)節(jié)的今天，這種對于標準的嵌入式開發(fā)將在標準化工作中發(fā)揮越來越重要的作用。

從目前的發(fā)展現(xiàn)狀來看，標準數(shù)據(jù)庫工作在行業(yè)內(nèi)已基本成熟并已在實際生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大作用，想要進一步提升標準化工作的管理水平及落實程度，我們必須逐漸向標準的嵌入式開發(fā)方向發(fā)展。標準實際上就是人們對工作經(jīng)驗最精華的總結(jié)與提煉，將標準通過數(shù)字化手段滲透到我們的日常工作中。實際上，就是讓我們掌握更高效、更準確、更可靠的工作方法，這對于提高工作水平、工作質(zhì)量和工作效率將起到至關(guān)重要的作用。

2 標準嵌入式開發(fā)的基本條件和方法

2.1 嵌入式開發(fā)需要具備三個方面的能力

a）對本領(lǐng)域標準的綜合應(yīng)用能力。想要將標準嵌入到系統(tǒng)中，首先需要開發(fā)者對自身工作領(lǐng)域中的相關(guān)標準具有相當高水平的認知和應(yīng)用能力，必須是相應(yīng)的專家，這是因為對標準進行嵌入式開發(fā)與建立標準數(shù)據(jù)庫有著重要不同。建立標準數(shù)據(jù)庫只需要將各類標準完全電子化并分類即可，重在全面、細致。而嵌入式開發(fā)需要工作人員根據(jù)系統(tǒng)本身的功能，對標準進行選取、消化、理解和應(yīng)用，是非常復(fù)雜的技術(shù)工作，有很強的實踐性和經(jīng)驗性。進行標準的嵌入式開發(fā)，最常見的誤區(qū)就是照本宣科，將各類標準羅列到系統(tǒng)中，這種方式實際上沒有理解開發(fā)的真正目的，也無法實現(xiàn)實用化的功能。

b）對應(yīng)用軟件本身的熟練應(yīng)用與深刻理解的能力。我們?nèi)粘９ぷ髦袘?yīng)用的各類軟件均有其特性，在使用過程中各自都有優(yōu)點與劣勢，將標準嵌入其中的前提必須是對軟件本身具有充分的應(yīng)用經(jīng)驗和深入理解，只有深入理解軟件的功能，才能正確選擇標準、應(yīng)用標準。在這方面常見的誤區(qū)是將開發(fā)工作完全交給軟件開發(fā)商去完成，由于軟件開發(fā)商對于系統(tǒng)的使用本身了解很少，對專業(yè)知識欠缺，因此嵌入式開發(fā)后的系統(tǒng)很可能不便于實際應(yīng)用，造成后續(xù)落地難的問題。

c）軟件開發(fā)的能力。目前，成熟的商業(yè)軟件均具有一定的標準功能供企業(yè)進行標準化定制，這種情況下企業(yè)應(yīng)具有一定的定制開發(fā)能力，并有效實現(xiàn)系統(tǒng)與實際工作的結(jié)合。對于未提供定制接口的軟件，如由軟件開發(fā)商進行開發(fā)，本企業(yè)的具體專業(yè)人員必須介入其中的開發(fā)工作，提出具體、明確和細致的方案，并且必須進行反復(fù)測試與試應(yīng)用。

上述三方面需求是決定標準嵌入式開發(fā)的關(guān)鍵，任何一方面的缺失都可能直接導(dǎo)致標準嵌入式開發(fā)的失敗。尤其是專業(yè)人員對軟件開發(fā)的介入環(huán)節(jié)，必須深入細致，力爭將開發(fā)手段掌握在自己手中，確實無法具備開發(fā)能力時，應(yīng)確保開發(fā)由專業(yè)人員主導(dǎo)而不是由軟件開發(fā)商主導(dǎo)。

2.2 基本方法

將標準嵌入系統(tǒng)的最基本方法包括模板式開發(fā)和實例庫。

模板式開發(fā)方法是指將具體工作劃分為若干基本模塊[4]，對每個模塊中涉及標準化的內(nèi)容根據(jù)規(guī)定及經(jīng)驗進行固化，從而形成一系列可直接調(diào)用、使用的基本模板。用戶使用時，只要對模板中個別內(nèi)容進行局部修改[5]，即可應(yīng)用，在提高工作效率的同時可以有效地提高標準化程度。

實例庫是對系統(tǒng)中可重復(fù)使用的標準化單元進行建庫管理，形成系列化的實例庫，用戶在使用時可直接調(diào)用其中的標準化內(nèi)容。

模板式開發(fā)方法相對于實例庫更加靈活，使用面更廣，但開發(fā)難度更大、要求開發(fā)者對實際使用的各個環(huán)節(jié)必須十分了解。同時，模板式開發(fā)中也包含了大量經(jīng)驗式的內(nèi)容，涵蓋了對標準的優(yōu)選，因此對使用者也有一定要求。

實例庫應(yīng)用便捷，使用效率非常高，但數(shù)據(jù)量大，需要系列化的開發(fā)，開發(fā)周期相對較長，且靈活性相對較弱。

除上述兩種方法外，智能化標準嵌入式開發(fā)也是未來重要的發(fā)展方向。該方式可為用戶提供智能化的標準設(shè)定，對復(fù)雜標準及實際問題進行智能分析。但該方法對計算機技術(shù)要求非常高，目前尚未進入實際應(yīng)用階段。

3 模板式開發(fā)和實例庫的應(yīng)用

3.1 模板式開發(fā)應(yīng)用

3.1.1 UG軟件中后置處理系統(tǒng)的開發(fā)

使用UG軟件進行數(shù)控編程，需要一個后置處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)將數(shù)控源代碼轉(zhuǎn)換成機床可識別的NC代碼。機床根據(jù)NC代碼才可以進行加工動作。由于不同數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)、機床結(jié)構(gòu)、功能特點的不同，一個后置處理系統(tǒng)無法適用于所有機床的指令標準，然而如果針對每臺機床都在UG軟件中進行后置處理系統(tǒng)的開發(fā)，那么工作量非常大，且后續(xù)修改極為困難。在這種情況下，我們采用了模板式開發(fā)的方法。

我們采用模板化標準開發(fā)的思路，對西門子（SIEMENS）、發(fā)那科（FANUC）、海德漢（HEIDENHAIN）、新新那提（CINCINNATI）和飛利浦（PHILIPS）等5種數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)其標準進行后置處理系統(tǒng)的開發(fā)，形成系統(tǒng)級模板，然后再將各機床的具體廠家標準寫入機床級模板。后置處理系統(tǒng)運行時，先調(diào)用系統(tǒng)模板，再調(diào)用機床模板，二者疊加，就形成了某一特定機床具體后置處理系統(tǒng)，從而輸出標準化的NC代碼，如圖1所示。

經(jīng)過10余年的技術(shù)積累，我們已經(jīng)開發(fā)出了覆蓋我單位全部數(shù)控加工中心的系列化后置處理模塊，并陸續(xù)更新版本300多次。在功能上涵蓋了西門子、海德漢等多種數(shù)控系統(tǒng)標準指令格式，支持三軸、四軸、五軸、六軸等多軸加工功能，適用于立式、臥式、立臥轉(zhuǎn)換式、龍門式、轉(zhuǎn)臺式、擺臺式、多軸線切割等多種機床形式，具備線性優(yōu)化、五軸宏程序參數(shù)化鉆孔、3+2軸坐標系自動轉(zhuǎn)換、參數(shù)化多級進給量設(shè)定、五軸防過切自動抬刀等多項高級優(yōu)化功能。該方法一方面極大地滿足了指令標準化的需求，使數(shù)控指令標準與實際機床一一對應(yīng)；另一方面非常便于后續(xù)機床功能的增加與完善，幾乎達到了一勞永逸的效果。

3.1.2 UG軟件中制圖模板的開發(fā)

使用UG軟件將三維模型轉(zhuǎn)化為二維圖樣涉及大量的標準化工作。按照廠標及院標，二維圖需要進行大量圖框繪制、線型設(shè)置、線條設(shè)置、字體調(diào)整等工作，一張復(fù)雜A0圖樣往往需要3天至5天才能基本完成，工作效率很低，非常不利于推廣應(yīng)用。為解決這一問題，我們進行了模板式開發(fā)，開發(fā)出了一套適用的二維制圖模板，如圖2所示。該模板不但能替代人工實現(xiàn)全自動的標準化線型設(shè)置、標準化字體設(shè)置、標準化圖框繪制等工作，甚至還能夠自動提取三維模型的材料、件號、名稱和熱處理等信息，連三維模型的標注都能夠以標準化格式自動提取到二維圖里。過去一個熟練技術(shù)人員三五天的工作量，現(xiàn)在一個新手大概用不了1天就能完成，為制圖標準的實施發(fā)揮了重要作用。

3.2 工藝實例庫的開發(fā)

在我單位的工裝加工過程中，大量標準件、典型件需要編制工藝文件指導(dǎo)實際生產(chǎn)。但事實上，標準件、典型件有標準化的工藝方法，重復(fù)編制工藝文件造成了很大的人力浪費，并且對于青年工藝人員，還可能由于對標準件的加工方法不了解，導(dǎo)致新編工藝出現(xiàn)錯誤，造成產(chǎn)品報廢。

為解決這一問題，我們開發(fā)了標準件的加工工藝實例庫，包含了工裝用的定位銷、插銷、鉆套、襯套、螺釘、螺母、墊片等標準件的標準化工藝文件。該文件可直接用于標準件的生產(chǎn)加工，工藝人員不再需要進行重復(fù)性的操作，減少工作量的同時，提高了標準件的工藝標準化水平。

標準化工作的落實不能只靠制度約束，想要從根本上解決問題，必須在技術(shù)保障上下大工夫。在數(shù)字化條件下，模板式開發(fā)與實例化開發(fā)給標準化的應(yīng)用帶來了新的思路。我們的實踐表明，靈活運用這兩種方式，可以使標準化工作邁上一個新的臺階。

［1］朱明新．關(guān)于航天型號標準化工作幾點思考［J］．航天標準化，2007（3）．

［2］李大南．大型航天企業(yè)集團標準化體系工程探討［J］．航天標準化，2010（2）．

［3］張冬婷．淺析航天標準化工作的“四大任務(wù)”［J］．航天標準化，2008（2）．

［4］錢楊林，錢春華．UG編程模板、刀庫模板及CNC加工中心模板高效統(tǒng)一方法研究［J］．機械工程師，2013（7）．

［5］周代忠，胡曉松．UG編程模板在航空發(fā)動機加工上的應(yīng)用與管理［J］．管理觀察，2011（27）．

劉臻子（1981年—），男，碩士研究生，機械加工部，高級工程師，主要研究方向為機械加工及數(shù)控技術(shù)，現(xiàn)從事航天類產(chǎn)品的低變形工藝研究、高效數(shù)控編程技術(shù)研究。