基于柔性制造系统(FMS)的刀具编码研究

本文研究了刀具柔性编码系统的编制原则和研制理论；提出了刀其编码系统代码的基本构成和实现方法。该编码系统解决了传统编码系统在描述时出现的多义性问题，可以快捷、详尽而准确地完成信息描述。

    1 前言

    FMS针对的是中小批量、多品种零件的加工，除了不同种类的零件要求有不同种类的刀具之外，还要配有防止刀具磨损、突然受到破坏的备用刀具。从现场的加工情况分析，同一种类、同一尺寸的刀具至少要有3把:一把用于目前机床的切削加工；一把用于刀具磨损和突然受到损坏的备用:另外一把作为刀具库房的备用。为了确保整个系统刀具的供给，一般都备有4-5把刀具，所以，实际上对一条FMS来说，其刀具的数量是相当大的。据统计，在一条有5一10台机床组成的FMS里多于1000把刀具是不足为奇的。

    刀具数量的庞大增加了刀具管理的难度。采用刀具数据库对这些信息进行管理，首先就要实现刀具的代码编制，使之转换为计算机可识别的信息。刀具编码系统发展至今有很多种，但它们大都是采用纯数字式编码。这种编码方式简洁，易于计算机存储，但是不够直观，在识别和使用上差错率较高。本论文在原有的编码基础上采用数字与字母作为固定码，扩展校验码为柔性码的方法对刀具进行统一编码，可以简单高效地实现刀具信息化。

    2 刀具编码系统的设计原理与组成模式

    2.1 柔性编码系统

    柔性分类编码是相对传统的刚性分类编码概念提出来的。它既要克服刚性编码系统描述的多义性以及不能完整、详尽地描述零件特征的缺点，又要继承刚性编码简单明了、便于记忆、检索和识别的优点。刀具的柔性编码结构模型由固定码和柔性码构成。固定码用于描述零件的综合信息，如类别、总体尺寸和材料等，与传统编码系统相似；柔性码主要用于描述零什各部分详细信息，如形面的尺寸精度、形位公差等。

    2.2 刀具管理信息分类

    2.2.1 刀具信息分类的基本原则

    刀具信息的分类要遵循CIMS系统约定的分类原则和方法，按照信息的内涵、性质及管理的要求，将所有信息按一定的结构体系分门别类加以综合，从而使得每个信息在相应的分类体系中都有一个对应位置。

    分类的基本原则一般可归纳为:科学性、系统性、可延性和兼容性。

    科学性即稳定性。为了获得一个稳定的分类体系，至关重要的是要在确定分类对象时，选准信息的最稳定的本质属性作为分类的基础和依据。作为刀具通常可选择的属性有:刀具类别、主要形状、形状要素、材料和精度等。分类时一般选定刀具的类别、材料、精度作为本质属性，因为这些都是刀具的永久性特征。系统性即合理的顺序排列，可延性即具有足够的空位，兼容性即相关的信息分类体系间的协调性。

    2.2.2 刀具分类的方法

    刀具的分类一般采用混合分类法，即线分类法和面分类法相结合的形式。一般先分面，再分线。面分类法是将给定的分类对象，依据其本身固有的各种属性，分成相互之间没有隶属关系的面，每个面中都包含了一组类目。线分类法也称层级分类法，它是将初始化的分类对象，按照选定的属性作为划分基础，逐次地分为相应的若千个层次类目，并排列成一个有层次的、逐级展开的分类体系。一般把不同的切削加工方法作为面进行粗分类；把刀具的一些具体结构和功能作为线进行更详细的分类。

    2.3 代码编制

    正确的信息编码是计算机辅助技术的基础，为使刀具的标识和分类经济而有效地适应FMS的需要，就必须建立一个科学的、完整的刀具分类编码系统，应做到:

    1) 建立刀具准确可靠的规范和标准，提高刀具使用率。

    2) 有利于刀具的计划供应和储存保管，减少刀具的库存和投资，提高经济性。

    3) 改善各部门之间信息的交换和沟通，保证刀具信息的畅通交流。nextpage

    CIMS信息管理系统的代码结构一般采用复合码。复合码是一种应用较广有含义的代码，它是由两个或两个以上完整独立的代码组合而成。刀具代码的复合码是将分类编码对象的代码构成分为分类部分和标识部分两段:分类部分表示分类编码对象的属性或特征的层次及隶属关系:标识部分起着分类编码对象注册号(即登记号)的作用。

    采用特征或属性分类使代码结构具有一定的柔性，它能比较简单地增加分类面的个数，必要时还可以更换个别的面，而不影响其分类面的代码，这种代码适合机器处理信息。同时，使用时可采用全部代码，也可采用部分代码，根据面的特征及面内的代码符号，便可确定分类编码对象的特性。对各面代码顺序要根据使用者的习惯和要求，以及有关的需要来排列。一般来说，永久的固定的属性放在前面，非永久的非固定的属性故在后面。除此之外，常常根据人们认识事物的一般规律排列，先主后次，先粗后精，先宏观后微观，将分类对象的从属、层次关系作为排列顺序，将代码分为若干层级，并与分类对象的分类层级相对应。

    3 刀具编码系统的实现

    刀具编码系统采用的结构为混合式，即将链式编码串接在树状编码中，兼有树状和链式的优点，具有灵活的表达式。代码分为主码、副码、辅码三部分。主、副码采用刚性编码系统，即码位数一定，辅码采用柔性编码系统。

    第一层为主码，主要描述刀具类型，粗分为单刀类、辅具类、组件类、量具类。代码由刀具粗类、细类和特征项三部分组成，采用树状结构。第二层为副码，主要描述与刀具相关的特征，采用链式结构为主，如刀具材料、精度等级等。第三层为辅码，主要描述标识特征。如刀具行业标准、生产厂家，着重反映数控刀具和加工中心刀具的自动识别问题。

    刀具代码由十一个部分组成。第一部分至第四部分为粗分类，为系统的固定码部分，用字母表示。第一部分中，D表示单刀类，F表示辅具类，Z表示组件类。第二部分表示刀具加工种类，如X表示铣刀，C表示车刀，T表示铿刀等。第三部分表示刀片材料，如CBN表示立方氮化硼，PCD表示聚晶金刚石，TC表示陶瓷等。第四部分表示刀具的加工精度。第五部分至第十部分是刀具的特征码，为刀具的柔性码部分，用数字表示。第五部分表示刀具的外径或规格。第六部分表示刀具的工作特性。第七部分表示刀具的工作长度。第八部分表示刀具设计的依据属于哪一部门标准，如ISO(国际标准)，GB(国内标准),JB(部门标准)，柯(工厂标准)或FB(非标准刀具)等。第九部分表示生产厂家。第十部分表示同类刀具的顺序码。第十一部分为校验码。

    例如某刀具编码为DXCBNLX5016352001025，其中D表示单刀类；X表示铣刀；CBN表示刀具材料为立方氮化硼；LX表示立铣刀；501635表明刀具外径为50，工作头连接端外径为16，工作长度为35；2表示GB(国内标准)；001表示哈尔滨量具刃具集团；02表示同类刀具的顺序码；5为校验码。

    4 信息编码的检错方法

    编码作为信息系统的处理对象，其正确性直接影响到整个信息系统的工作质量，为了防止在输人、转换等过程中发生错误，固定码可采用逐字比较法，类似于编译方法的词法分析；柔性码可设置校验码位。校验码是在编码结构设计的基础上，通过事先规定好的数学方法计算出来的。校验码为一位，附在原编码的后面，与原编码一起构成编码对象的编码。

    1)系统的校验码产生方法的计算步骤如下:

    2)加权求和:如果编码为C1,C2,C3…Cn，加权因子为PI ,P2,P3…Pn，则S=r，加权因子可选为算术级数1,2

    3)以模除和得余数，即R二SmodM，其中R为余数，M为模，可取为l10。

    将模和余数之差作为校验码，附加在原编码之后，即Cn+1 =R，或Cn+l =M-S，其中Cn+1为校验码。

    例如 : 原编码为DXCBNLX501635200102；权为1,2,……,12；模为10；加权和为S=r=125，则校验码R=S Mod M=5,带校验码的编码为DXCBNLX5016352001025。编码为C1,C2,C3 .. .Cn,Cn+1，其中Cn+1为校验码，输人时，对编码的每一位乘以它原来的权，其中校验码的权为1，用所得和除以模得余数，既T=(S=r十Cn十1) Mod M，如果T=0，则编码正确；否则，表示编码出错。

    5 结论

    采用柔性编码系统，可以克服传统编码系统在描述时出现的多义性，可以快捷、详尽准确的完成信息描述。系统采用柔性编码不仅在刀具信息传播中起到重要作用，同时为建立CIMS公用数据库打下了基础。采用柔性编码系统进行编码后，使得柔性制造系统(FMS)的刀具管理更加准确而高效，对于提高FMS的加工柔性和生产效率具有重要的意义，同时对CIMS各个分系统的信息集成也具有重要的参考价值。