淺析裝配樹(shù)柔性層級(jí)模式的BOM統(tǒng)計(jì)算法論文
0 引言
設(shè)備的物料清單(簡(jiǎn)稱：BOM)是以數(shù)據(jù)格式來(lái)描述產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的技術(shù)文件，是識(shí)別物料、編制計(jì)劃、制造過(guò)程、成本計(jì)算等的依據(jù)。BOM按照用途分為設(shè)計(jì)BOM，計(jì)劃BOM，制造BOM，成本BOM，維修BOM，其中設(shè)計(jì)BOM(即設(shè)計(jì)裝配樹(shù)BOM)是其他類型的BOM的源頭。常規(guī)BOM統(tǒng)計(jì)，主要包括單級(jí)展開(kāi)、多級(jí)展開(kāi)、縮行展開(kāi)、匯總展開(kāi)、單層跟蹤、匯總跟蹤、縮行跟蹤等算法。
由于統(tǒng)計(jì)類型的多樣性，統(tǒng)計(jì)內(nèi)容的復(fù)雜性，統(tǒng)計(jì)階段的關(guān)聯(lián)性，國(guó)內(nèi)有很多學(xué)者針對(duì)BOM統(tǒng)計(jì)的抽象模型、統(tǒng)計(jì)效率和精度方面作了很多研究。饒上榮等提出了一種以面向?qū)ο蟮姆绞浇M織數(shù)據(jù)和進(jìn)行模板設(shè)計(jì)的強(qiáng)有力方法，根據(jù)對(duì)象模型來(lái)設(shè)計(jì)規(guī)則，可以充分利用面向?qū)ο蟮睦^承和多態(tài)的特性，簡(jiǎn)化規(guī)則設(shè)計(jì)并增強(qiáng)設(shè)計(jì)功能。張亞勤等設(shè)計(jì)了一種基于實(shí)體裝配模型的裝配BOM的自動(dòng)生成的算法，能夠?qū)ρb配關(guān)系進(jìn)行遍歷、組織和顯示，并實(shí)現(xiàn)裝配建模CAD與裝配工藝設(shè)計(jì)CAPP的有效集成。葉紅朝等提出了一種基于雙階分離式BOM的物料需求計(jì)劃的算法，即將單一BOM分解成產(chǎn)品BOM和部件BOM，直接讀取部件BOM 并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，能提高物料需求計(jì)劃運(yùn)算的速度和精度，使計(jì)劃的經(jīng)常性變更成為可能。黃崢等運(yùn)用面向?qū)ο蟮膶哟文０寮夹g(shù)設(shè)計(jì)CAD材料統(tǒng)計(jì)表，增強(qiáng)了表格靈活性并避免了重復(fù)工作。邱勝海等設(shè)計(jì)了一種基于增強(qiáng)型合成模式的統(tǒng)一BOM管理組件模型架構(gòu)和統(tǒng)計(jì)算法，來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)PDM與ERP的集成。另外，針對(duì)某些具體的產(chǎn)品的BOM也作了一些研究，比如洪鑫華等針對(duì)具體的鐵塔產(chǎn)品，采用基于存儲(chǔ)過(guò)程的BOM遍歷算法中的分層遍歷算法進(jìn)行鐵塔的遍歷，實(shí)現(xiàn)了鐵塔零件BOM表的生成。朱安慶等通過(guò)對(duì)TRIBON 中自動(dòng)生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來(lái)實(shí)現(xiàn)造船生產(chǎn)設(shè)計(jì)中的BOM表自動(dòng)生成。程好秋等根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品與客戶動(dòng)態(tài)的需求構(gòu)建相關(guān)度矩陣，利用效用函數(shù)求解新的BOM模型。王魁生等通過(guò)兩種常用BOM結(jié)構(gòu)及通用算法提出了一種石油鉆井的BOM結(jié)構(gòu)樹(shù)生成方法。以上研究均基于裝配樹(shù)下的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有確切的統(tǒng)計(jì)物理意義的假設(shè)來(lái)進(jìn)行的，比如某個(gè)樹(shù)節(jié)點(diǎn)代表著某個(gè)獨(dú)立加工完成的零件，或者代表著某個(gè)制造單元、采購(gòu)單元或者具有獨(dú)立功能模塊的部件，然而實(shí)際設(shè)計(jì)實(shí)踐并非如此。
1 裝配體結(jié)構(gòu)
設(shè)備(裝配體)由各個(gè)部件和零件構(gòu)成，部件又包含子部件和零件，最后直至分解到各個(gè)最小單元(即零件)，如圖1所示。因此從微觀上看，設(shè)備可認(rèn)為由零件按一定順序裝配而成，而部件僅為某些零部件的組合。為表達(dá)方便，依據(jù)是否具有確切統(tǒng)計(jì)意義和是否屬于本設(shè)備的一部分的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)引入常規(guī)部件、形式部件、參考部件和耦合引用的概念。
1.1 常規(guī)部件
定義1(常規(guī)部件)指由于模塊化設(shè)計(jì)、獨(dú)立功能以及加工裝配采購(gòu)的需要而設(shè)置的零件組合。常規(guī)部件即通常統(tǒng)計(jì)意義上的部件，作為設(shè)備的一部分，其本身也是組織生產(chǎn)、進(jìn)行裝配或采購(gòu)的工作單元。如液壓缸、電機(jī)或減速器即可認(rèn)為是常規(guī)部件。
1.2 形式部件
定義2(形式部件)不滿足模塊化設(shè)計(jì)、獨(dú)立功能或加工裝配采購(gòu)需要的零部件組合。設(shè)計(jì)師在三維設(shè)計(jì)中，由于主流的三維設(shè)計(jì)軟件在解析裝配體的時(shí)候，一般只計(jì)算到頂下一層(即第二層)的配合約束關(guān)系，因?yàn)槿绻闅v計(jì)算到設(shè)備的每個(gè)零件配合約束，將產(chǎn)生巨大的計(jì)算和儲(chǔ)存資源消耗，使得三維設(shè)計(jì)過(guò)程非常緩慢并變得很不穩(wěn)定，影響設(shè)備三維設(shè)計(jì)的普及和效率。因此三維裝配體設(shè)計(jì)一般采用“多設(shè)部件，分而治之”的策略，盡可能降低頂下一層(即第二層)的配合約束數(shù)量;因此必須將那些裝配重復(fù)數(shù)量大的，但又沒(méi)有常規(guī)意義的零件組合起來(lái)構(gòu)成形式部件。形式部件與常規(guī)部件在表達(dá)方式上是一樣的，只是無(wú)法表達(dá)某一具體意義。比如幾顆螺栓、鏈輪的組合。但是形式部件的確是設(shè)備的一部分。
1.3 參考部件
定義3(參考部件)它是相對(duì)某個(gè)具體設(shè)備而言的，在針對(duì)該設(shè)備進(jìn)行外部關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)時(shí)，事實(shí)上不屬于該設(shè)備但又被引入到該設(shè)備模型空間的部件。參考部件與該設(shè)備具有比較強(qiáng)的空間幾何、運(yùn)動(dòng)姿態(tài)或者功能銜接的關(guān)聯(lián)性。它不能計(jì)入該設(shè)備的BOM統(tǒng)計(jì)，否則將造成重復(fù)統(tǒng)計(jì)。如圖2中虛框中的部件A1，引入進(jìn)來(lái)僅起參考作用，方便其他零部件的幾何引用。這種在生產(chǎn)線設(shè)備設(shè)計(jì)(比如冶金軋制和運(yùn)輸設(shè)備)上十分常見(jiàn)。
2 柔性層級(jí)模式
2.1 柔性層級(jí)
定義5(柔性層級(jí))即模糊裝配樹(shù)上下級(jí)層級(jí)界限的層級(jí)模式，此時(shí)上層部件可自由降解為下層零部件，從而造成下層零部件自動(dòng)升級(jí)。
2.2 柔性原理
常規(guī)處理原則為：第一、若統(tǒng)計(jì)部件，則其統(tǒng)計(jì)下層零部件;第二、若統(tǒng)計(jì)某部件的下層零部件，則該部件不能統(tǒng)計(jì)。該原則無(wú)法處理形式部件和參考部件。柔性層級(jí)模式可以根據(jù)部件的不同類型確定其是否列入設(shè)備的BOM中，即柔性決定裝配樹(shù)上某個(gè)特定層級(jí)的零部件被記入明細(xì)表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。它將原本不能被計(jì)算機(jī)區(qū)分的常規(guī)部件、形式部件和參考部件，根據(jù)各自特點(diǎn)進(jìn)行了相應(yīng)的處理，比如對(duì)照表1，若其需要被BOM統(tǒng)計(jì)則為常規(guī)部件，若其不被BOM統(tǒng)計(jì)則應(yīng)為形式部件或參考部件。
3 BOM統(tǒng)計(jì)卷積算法
BOM統(tǒng)計(jì)的原則就是“不漏項(xiàng)，不重復(fù)”。而對(duì)任何節(jié)點(diǎn)，包括設(shè)計(jì)師、材料、質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)號(hào)等多維度的信息項(xiàng)均被包含在節(jié)點(diǎn)內(nèi)部，容易取得;因而最重要的需要統(tǒng)計(jì)的信息就是節(jié)點(diǎn)在整個(gè)模型中的數(shù)量信息。
在柔性模式中，形式部件的.釋放，會(huì)讓其下的零部件與別的層級(jí)的零部件做合并統(tǒng)計(jì)處理。比如圖2中部件A1是形式部件，則在統(tǒng)計(jì)它的時(shí)候，只能統(tǒng)計(jì)部件A4和零件P1，而與部件A1同級(jí)的也存在部件P1，則部件P1要做合并計(jì)數(shù)處理。由于形式部件的存在和零部件相互耦合引用的緣故，需要一種BOM統(tǒng)計(jì)卷積算法，統(tǒng)計(jì)模型被引用的次數(shù)以及解決相同零部件被耦合引用的合并統(tǒng)計(jì)問(wèn)題。
4 算法結(jié)果
本算法歷經(jīng)多次非標(biāo)設(shè)備的設(shè)計(jì)的工程應(yīng)用考驗(yàn)，體現(xiàn)了其工程價(jià)值。現(xiàn)為了使結(jié)果表達(dá)清晰，現(xiàn)僅以圖2中的裝配樹(shù)層級(jí)結(jié)構(gòu)來(lái)完成算法測(cè)試。如圖2的設(shè)備裝配樹(shù)結(jié)構(gòu)，當(dāng)所有層級(jí)節(jié)點(diǎn)被上級(jí)節(jié)點(diǎn)引用的數(shù)量均為1，同時(shí)部件A1為“參考部件”，部件A2和A3為形式部件，則BOM被統(tǒng)計(jì)的結(jié)果如圖6所示，圖中部件A1沒(méi)有被統(tǒng)計(jì)，零件P3由于其上級(jí)形式部件緣故，計(jì)入統(tǒng)計(jì);同時(shí)部件A4和零件P4分別在兩處上級(jí)形式部件均被引用，則累加為2個(gè)。最后增加代號(hào)、材料、質(zhì)量等信息項(xiàng)。
5 結(jié)論
1)基于柔性層級(jí)提出了BOM卷積統(tǒng)計(jì)算法解決了針對(duì)三維設(shè)計(jì)實(shí)踐中的形式部件和參考部件導(dǎo)致的BOM統(tǒng)計(jì)的邏輯混亂問(wèn)題。
2)該算法實(shí)際上也適用于設(shè)備裝配樹(shù)結(jié)構(gòu)變型的多樣性統(tǒng)計(jì)需求。無(wú)論何種類似需求，均能通過(guò)柔性模式自動(dòng)展開(kāi)或刪除某些部件，將該部件里面的零部件暴露出來(lái)，并通過(guò)統(tǒng)計(jì)卷積算法將耦合引用的不同層級(jí)零部件合并加入到設(shè)備的BOM統(tǒng)計(jì)，從而形成特定需求的BOM報(bào)表，以供ERP管理或其他需要。
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