張小粉 劉 雯 白 瑀

(①咸陽職業(yè)技術(shù)學院機電(技師)學院，陜西 咸陽 712000；②西安工業(yè)大學機電工程學院，陜西 西安 710000)

編碼作為一種信息對象標識方法，采用分類和符號數(shù)據(jù)描述事物特性。實施編碼規(guī)范后會帶來兩個問題：(1)運行編碼規(guī)范一段時間后，編碼空間面臨不足，而編碼規(guī)范是預(yù)先設(shè)定的，難以修改；(2)碼位過于專業(yè)化，只有專業(yè)人員才明白代碼串的具體代表含義，信息標準化人員對編碼認知不足，阻礙了管理。

柔性編碼系統(tǒng)是代碼結(jié)構(gòu)可調(diào)、碼段長度可變以及碼段內(nèi)容可擴充的編碼系統(tǒng)?？梢暬嵝跃幋a采用可視化技術(shù)定制編碼規(guī)則，以避免上述問題。編碼規(guī)范以可視化的表格或操作界面定制，形成軟件可識別的編碼規(guī)則文件，同時編制碼位填寫軟件，專業(yè)人員在軟件輔助指導(dǎo)下編碼，效率高且不易出錯，最后進行分發(fā)和更新。柔性編碼系統(tǒng)則結(jié)合了計算機高效處理和手工處理靈活的優(yōu)點，具有實際應(yīng)用價值。

1 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀

姜迎春敘述了傳統(tǒng)人工編碼的弊端，提出用樹形目錄編碼方案解決物料編碼，排除MIS系統(tǒng)實施的障礙[1]。郭安東開發(fā)種面向制造業(yè)信息化的分類編碼系統(tǒng)，碼位有順序碼、分類碼、結(jié)構(gòu)碼和組合碼4種，解決企業(yè)編碼碼位不等、碼值不能得到充分利用問題[2]。鄭建鑫在成組技術(shù)(GT)的基礎(chǔ)上,研究零件編碼的含義，提出零件編碼及分類，應(yīng)用到工裝夾具制造中，保證工藝繼承與優(yōu)化[3]。張旭輝分析了面向多視圖的柔性編碼系統(tǒng)，支持5種碼段的建立，驅(qū)動事物編碼的自動生成[4]。何云峰提出柔性編碼系統(tǒng)是產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的重要組成部分，實現(xiàn)通用可視化柔性編碼規(guī)則系統(tǒng)[5]。王素提出適用于汽車制造企業(yè)的編碼算法,并設(shè)計物料編碼系統(tǒng)的模型以及與PDM系統(tǒng)的集成方案[6]。白瑀提出刀具可視化輔助編碼系統(tǒng)以完成多品種小批量制造模式企業(yè)加工刀具管理[7]。以上研究成果推動編碼技術(shù)從人工走向計算機輔助設(shè)計，并逐步成為ERP、PDM系統(tǒng)中信息集成的重要技術(shù)。

從目前ERP、PDM等自帶的編碼模塊來看，其柔性編碼效果不佳，其主要問題集中在：(1)代碼結(jié)構(gòu)設(shè)計比較復(fù)雜。代碼結(jié)構(gòu)指組成代碼之間的碼段的相互依賴關(guān)系，由于企業(yè)希望利用盡量短的代碼長度表達大量編碼信息，故在代碼前幾位設(shè)計很復(fù)雜的層次碼，后面的代碼內(nèi)容依賴前面層次碼的輸入，根據(jù)排列組合原理，最終形成復(fù)雜的編碼邏輯結(jié)構(gòu)，目前依然是企業(yè)人員建立編碼結(jié)構(gòu)最大阻礙。(2)代碼中碼位內(nèi)容設(shè)計經(jīng)常需要調(diào)整。代碼結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后需要對碼位內(nèi)容進行設(shè)計，此時由于編碼規(guī)范還沒有在企業(yè)實施，碼位內(nèi)容不能很精確地預(yù)設(shè)，需要在生產(chǎn)實踐運行中完善和調(diào)整，由于生產(chǎn)的緊迫性，此時要求有快速響應(yīng)的設(shè)計工具滿足此需求。

2 需求分析與開發(fā)平臺選型

2.1 需求分析

在切削刀具企業(yè)產(chǎn)品應(yīng)用中，可視化柔性編碼系統(tǒng)有以下需求：

(1)碼段的描述方式要簡單直觀，有交互圖形界面，適合于非計算機編程知識人員使用(實用性)。

(2)可以直觀、快速地建立編碼規(guī)則(可視化)，編碼規(guī)則文件采用獨立格式存儲，而不是用數(shù)據(jù)庫字段存儲，可以脫離本機解析和分發(fā)(實用性)。

(3)編碼結(jié)構(gòu)與編碼長度可以隨時調(diào)整，碼段的合成可以靈活配置(柔性)。

(4)碼段之間的關(guān)系可以用邏輯規(guī)則加以描述(強大、靈活性)。

(5)各個碼段的取值彈出相應(yīng)界面或者在頁面中切換，統(tǒng)一界面，方便用戶操作(易操作性)。

(6)編碼期間要有各個碼段的提示，有編輯和刪除輸入字符的功能，編碼完成能存入數(shù)據(jù)庫(易操作性)。

(7)編碼數(shù)據(jù)庫需要有按照碼段查詢的功能，支持復(fù)合或多次查詢(靈活性)。

(8)簡單的編碼庫管理功能，包括修改、刪除編碼(完整性)。

通過以上分析和實際工廠調(diào)查，代碼設(shè)計主要由信息化標準人員實現(xiàn)并發(fā)布代碼編制規(guī)范，工程技術(shù)人員在實際生產(chǎn)過程中不斷提出代碼內(nèi)容調(diào)整需求，信息化標準人員根據(jù)需求不斷完善規(guī)范。代碼使用方法以及設(shè)計、應(yīng)用流程如圖1～2。

2.2 開發(fā)平臺選型

數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具雖然能夠方便地對碼段數(shù)據(jù)進行存儲，但是在編碼規(guī)則知識表達上有很多缺陷，比如可擴充性差、難以定制通用解析器、不能脫機發(fā)布以及碼段之間結(jié)構(gòu)難以描述等，故柔性編碼系統(tǒng)不適合采用數(shù)據(jù)庫編程工具，只能采用高級語言如VC、Java等，采用強大的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和靈活的定制界面來實現(xiàn)特定功能，其缺點是開發(fā)工作量較大。對比分析后，本文采用Visual C作為開發(fā)工具，涉及數(shù)據(jù)庫相關(guān)編程采用ODBC標準接口，數(shù)據(jù)庫選型Sqlite，操作則利用SQL語言實現(xiàn)。

2.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

采用XML文件描述代碼結(jié)構(gòu)與碼段詳細信息具有可擴充性。本文采用的XML格式如圖3，其規(guī)則如下：

(1)編碼規(guī)則的結(jié)構(gòu)信息和碼段內(nèi)容信息都采用XML文件描述。圖3a為編碼規(guī)則的結(jié)構(gòu)信息，圖3b為碼段內(nèi)容詳細信息。

(2)在編碼規(guī)則的結(jié)構(gòu)信息描述中，采用XML格式中標識“編碼節(jié)點”的父節(jié)點、子節(jié)點分層結(jié)構(gòu)對應(yīng)編碼規(guī)則分層結(jié)構(gòu)(圖3a)。

(3)碼段內(nèi)容詳細信息存儲在標識“編碼節(jié)點”節(jié)點的屬性里，特定內(nèi)容存儲在子節(jié)點標識“編碼數(shù)據(jù)”里(圖3b)，其特點包括：①編碼規(guī)則節(jié)點的特定內(nèi)容存儲在標識為“編碼數(shù)據(jù)”的子節(jié)點里，不同類型的節(jié)點有不同的格式與數(shù)據(jù)。②采用枚舉法描述碼段信息，該碼段可以兼容數(shù)字0～9，字母a～z，希臘字符、中文字符等，也便于以后修改和擴充碼段信息。③采用層次結(jié)構(gòu)來描述碼段相鄰位之間的關(guān)系，以“節(jié)點”為關(guān)鍵字的節(jié)點建立了層次關(guān)系，最頂層節(jié)點代表第1位，次層節(jié)點對應(yīng)第2位，以此類推，這種描述方式的優(yōu)點是實現(xiàn)了變長碼段。④將碼段每種信息都分成2個屬性加以存儲，分別是“字符”和“含義”，代表用戶可以輸入的字符和相關(guān)含義。

3 代碼結(jié)構(gòu)可視化設(shè)計與基于有限狀態(tài)機的實現(xiàn)

3.1 代碼結(jié)構(gòu)描述與可視化建模

如圖4所示，本文采用可視化建模實現(xiàn)編碼結(jié)構(gòu)設(shè)計。對于編碼結(jié)構(gòu)信息采用以下定義：

(1)開始節(jié)點。表示開始編碼，用戶從此起點進行編碼，有向圖中用空心圓圈標識。

(2)結(jié)束節(jié)點。表示結(jié)束編碼，代碼編制過程結(jié)束，有向圖中用實心圓圈標識。

(3)碼段節(jié)點。 包含有層次碼段、層次碼段、固定碼段、流水碼段等，有向圖中用矩形方框標識。

(4)邏輯節(jié)點。代表對用戶輸入字符進行邏輯判斷，有向圖中用藍色邏輯表達式標識。

(5)跳轉(zhuǎn)節(jié)點。當編碼過程比較復(fù)雜時，將子代碼結(jié)構(gòu)以包形式整體處理，有向圖中用點劃線矩形方框標識。

(6)跳轉(zhuǎn)開始節(jié)點。子代碼結(jié)構(gòu)的開始節(jié)點，有向圖中用綠色矩形方框標識。

(7)關(guān)聯(lián)。即有向連線。

對于代碼結(jié)構(gòu)信息，采用圖形方式交互式建立邏輯結(jié)構(gòu)有向圖，分為3步：

(1)用戶在繪圖區(qū)域繪制各種節(jié)點。

(2)填寫節(jié)點內(nèi)容。對于碼段節(jié)點，輸入碼段名稱與變量標識，對于邏輯節(jié)點，輸入邏輯判斷表達式。對于碼段節(jié)點可以定義狀態(tài)，用戶輸入字符即使該碼段狀態(tài)，變量標識是狀態(tài)的標示符，參與邏輯判斷。邏輯表達式中不帶變量標識時允許采用簡化表達，即省略“=”符號。當邏輯表達式中有變量標識時，利用狀態(tài)變量參與邏輯判斷，否則利用前驅(qū)節(jié)點狀態(tài)進行邏輯判斷。

(3)在節(jié)點之間進行關(guān)聯(lián)。當對碼段節(jié)點(前)與邏輯節(jié)點(后)進行關(guān)聯(lián)時，表示對該碼段中用戶輸入字符進行邏輯判斷，根據(jù)使用習慣，邏輯判斷值在右邊，有向圖中用虛線標識。當對碼段節(jié)點或邏輯節(jié)點(前)與碼段節(jié)點(后)進行關(guān)聯(lián)時，表示對后面代碼段進行編碼，有向圖中用帶箭頭連線標識。

圖4建立起山高整體硬質(zhì)合金刀具編碼規(guī)范，包含產(chǎn)品類型、系列、槽型、直徑、形狀、長度、刀尖形狀、刀桿類型、刃數(shù)、分屑槽和鍍層11個碼位信息，建立代碼結(jié)構(gòu)邏輯模型。

3.2 有限狀態(tài)機與有向圖解析

有限狀態(tài)機被用作設(shè)計和實現(xiàn)事件驅(qū)動的程序內(nèi)部復(fù)雜行為的組織原則。有限狀態(tài)機包含事件、事件、狀態(tài)、轉(zhuǎn)移、動作與變量等內(nèi)容。有限狀態(tài)機的兩種常見表示為：二維表與方向圖。在方向圖中，圓圈代表狀態(tài)，箭頭線代表轉(zhuǎn)移，標以事件和動作。二維表的行和列代表事件和狀態(tài)，單元格內(nèi)包含動作和轉(zhuǎn)移。這兩種表示是等價的，分別側(cè)重于設(shè)計的不同方面。

建立代碼結(jié)構(gòu)有向圖后，需要對有向圖進行解析以達到實用目的，本文結(jié)合有限狀態(tài)機與有向圖遍歷將解析過程分成2步操作：

第1步，計算所有編碼路徑。其操作是利用對有向圖拓撲排序。有向圖的第1個節(jié)點為開始節(jié)點，最后節(jié)點為結(jié)束節(jié)點。按照以下步驟進行排序：

(1)從有向圖中選擇開始節(jié)點作為起始定點，作為沒有前驅(qū)(即入度為0)的頂點并且輸出。從有向圖中刪去該頂點,并且刪去該頂點出發(fā)的所有向邊。

(2)重復(fù)上述步驟，直到圖中不再存在沒有前趨的頂點為止。

(3)記錄每次輸出的頂點，形成路徑。當步驟(1)中有多個頂點可選擇時，形成一組新的路徑。

第2步，編碼路徑判斷。根據(jù)有向圖節(jié)點的定義以及編碼路徑產(chǎn)生的過程可知，將用戶輸入作為編碼節(jié)點的狀態(tài)，可與邏輯節(jié)點進行判斷，用戶輸入編碼的過程就是最長可達路徑。對每條路徑進行以下操作并選擇最長可達路徑：

(1)選擇路徑中第1個碼段節(jié)點作為當前節(jié)點進行用戶輸入，輸入結(jié)果保存為該碼段節(jié)點狀態(tài)。

(2)提取當前節(jié)點的后續(xù)節(jié)點，并分為4種情況判斷：①如果該碼段后續(xù)節(jié)點是結(jié)束節(jié)點，則本次編碼結(jié)束。順序的碼段節(jié)點狀態(tài)就構(gòu)成用戶輸入代碼。②如果該碼段后續(xù)節(jié)點是碼段節(jié)點，則將后續(xù)碼段節(jié)點作為當前節(jié)點進行用戶輸入，重復(fù)步驟(2)。③如果該碼段節(jié)點后續(xù)節(jié)點為邏輯節(jié)點，將該碼段節(jié)點狀態(tài)與邏輯節(jié)點進行判斷。如果判斷結(jié)果為真，路徑長度增加1，以后續(xù)節(jié)點作為當前節(jié)點重復(fù)本步驟。④如果該碼段節(jié)點后續(xù)節(jié)點為跳轉(zhuǎn)節(jié)點，則進入子有向圖操作，直到退出子有向圖為止。

從上述過程可知，從有向圖產(chǎn)生編碼路徑與編碼路徑的選擇都是遞歸的操作過程，當有向圖中存在環(huán)時，上述操作可能失敗，由于代碼結(jié)構(gòu)有線分類、面分類和混合分類組成，實踐中不存在反復(fù)循環(huán)的分類編碼過程，故有向圖可以有效、可靠地表達代碼結(jié)構(gòu)邏輯。

根據(jù)以上敘述，實現(xiàn)軟件運行界面如圖5所示。

4 結(jié)語

本文通過對編碼需求的分析，將代碼規(guī)范設(shè)計分成結(jié)構(gòu)設(shè)計、碼段內(nèi)容設(shè)計兩部分，利用XML文件格式實現(xiàn)可擴充的編碼規(guī)范描述。通過將代碼結(jié)構(gòu)信息設(shè)計成各種圖形節(jié)點和連線實現(xiàn)結(jié)構(gòu)可視化建模，結(jié)合有限狀態(tài)機理論和有向圖的遍歷算法實現(xiàn)有效、可靠的代碼結(jié)構(gòu)解析與用戶輸入代碼過程相對應(yīng)，實現(xiàn)了代碼結(jié)構(gòu)與代碼內(nèi)容的分離，為將代碼設(shè)計分成2個階段提供可能，避免了用戶編寫程序工作量與建立、測試編碼規(guī)范過程，最大限度地實現(xiàn)了刀具編碼規(guī)范柔性化。