数字化条件下标准实施方式研究

刘臻子 宋海勇 杨 峰 李建伟

（北京航星机器制造有限公司，北京，100013）

数字化条件下标准实施方式研究

刘臻子 宋海勇 杨 峰 李建伟

（北京航星机器制造有限公司，北京，100013）

文摘：简述数字化与标准化工作的结合方式（建立标准数据库、标准的嵌入式开发）及各自特点，研究标准嵌入式开发的基本条件和方法（模板式开发和实例库），介绍两种方法的应用实例与应用效果。

数字化；模板；嵌入式开发；标准嵌入。

标准化工作落实难的问题主要体现在两方面：一是由于标准化培训工作不到位，使用人员对标准不了解、不熟悉、不能熟练掌握；二是在于同一领域涉及的标准数量确实较多，要想全面熟悉和掌握如此众多的标准存在较大困难。因此，除强制性标准外，大量推荐性标准很难在使用人员中全面推广，更多的同志仍凭借经验和习惯开展工作[1-2]。归根结底都是因为我们的标准目前仍是落实在纸面上的条款，这些条款又需要依靠人的知识和经验去执行，一旦人的知识与经验水平不足，那么标准化工作的落实便会出现明显的“瓶颈”。现代制造业已经迈入数字化的门槛，数字技术中模板化、自动化、智能化的新理念为我们解决这一问题提供了新的思路和方法。本文结合实例对数字化条件下标准实施方式进行分析研究，为同业人员提供参考。

1 数字化技术与标准化的结合方式

将数字化技术应用到标准化中有两种结合思路：建立标准数据库；标准的嵌入式开发。

国家、集团公司及我院在多年前便开展了标准数据库的相关工作，并且已经形成了具备一定规模、涵盖多个行业的电子标准数据库。以机械加工行业为例，目前国家标准、机械行业标准、航天行业标准和院级企业标准均已具备了比较完备的数据库。在飞航网上，技术人员可随时对标准进行快速检索，极大地便利了工艺工作的开展[3]。然而，这种方式仅能解决标准数量多、不便于查询的问题，无法解决人员对标准的知悉、识别、理解和认知等方面的问题。

对标准的嵌入式开发需要将各类标准固化到现有的数字化系统中，使用者在使用数字化系统进行工作时，强制性标准会被自动固定到系统中强制执行，推荐性标准则通过推荐的方式提供给使用者作为备选与参考。该方法可大幅度提高标准化知识的利用率、降低使用者的工作量，同时有效保障标准的实施，为使用者提供最大的便利条件。这种方式，实际上做到了将标准置于各项工作之中，让标准化的精华时时处处体现在工作中。在数字化日益渗透到我们工作各个环节的今天，这种对于标准的嵌入式开发将在标准化工作中发挥越来越重要的作用。

从目前的发展现状来看，标准数据库工作在行业内已基本成熟并已在实际生产中发挥了巨大作用，想要进一步提升标准化工作的管理水平及落实程度，我们必须逐渐向标准的嵌入式开发方向发展。标准实际上就是人们对工作经验最精华的总结与提炼，将标准通过数字化手段渗透到我们的日常工作中。实际上，就是让我们掌握更高效、更准确、更可靠的工作方法，这对于提高工作水平、工作质量和工作效率将起到至关重要的作用。

2 标准嵌入式开发的基本条件和方法

2.1 嵌入式开发需要具备三个方面的能力

a）对本领域标准的综合应用能力。想要将标准嵌入到系统中，首先需要开发者对自身工作领域中的相关标准具有相当高水平的认知和应用能力，必须是相应的专家，这是因为对标准进行嵌入式开发与建立标准数据库有着重要不同。建立标准数据库只需要将各类标准完全电子化并分类即可，重在全面、细致。而嵌入式开发需要工作人员根据系统本身的功能，对标准进行选取、消化、理解和应用，是非常复杂的技术工作，有很强的实践性和经验性。进行标准的嵌入式开发，最常见的误区就是照本宣科，将各类标准罗列到系统中，这种方式实际上没有理解开发的真正目的，也无法实现实用化的功能。

b）对应用软件本身的熟练应用与深刻理解的能力。我们日常工作中应用的各类软件均有其特性，在使用过程中各自都有优点与劣势，将标准嵌入其中的前提必须是对软件本身具有充分的应用经验和深入理解，只有深入理解软件的功能，才能正确选择标准、应用标准。在这方面常见的误区是将开发工作完全交给软件开发商去完成，由于软件开发商对于系统的使用本身了解很少，对专业知识欠缺，因此嵌入式开发后的系统很可能不便于实际应用，造成后续落地难的问题。

c）软件开发的能力。目前，成熟的商业软件均具有一定的标准功能供企业进行标准化定制，这种情况下企业应具有一定的定制开发能力，并有效实现系统与实际工作的结合。对于未提供定制接口的软件，如由软件开发商进行开发，本企业的具体专业人员必须介入其中的开发工作，提出具体、明确和细致的方案，并且必须进行反复测试与试应用。

上述三方面需求是决定标准嵌入式开发的关键，任何一方面的缺失都可能直接导致标准嵌入式开发的失败。尤其是专业人员对软件开发的介入环节，必须深入细致，力争将开发手段掌握在自己手中，确实无法具备开发能力时，应确保开发由专业人员主导而不是由软件开发商主导。

2.2 基本方法

将标准嵌入系统的最基本方法包括模板式开发和实例库。

模板式开发方法是指将具体工作划分为若干基本模块[4]，对每个模块中涉及标准化的内容根据规定及经验进行固化，从而形成一系列可直接调用、使用的基本模板。用户使用时，只要对模板中个别内容进行局部修改[5]，即可应用，在提高工作效率的同时可以有效地提高标准化程度。

实例库是对系统中可重复使用的标准化单元进行建库管理，形成系列化的实例库，用户在使用时可直接调用其中的标准化内容。

模板式开发方法相对于实例库更加灵活，使用面更广，但开发难度更大、要求开发者对实际使用的各个环节必须十分了解。同时，模板式开发中也包含了大量经验式的内容，涵盖了对标准的优选，因此对使用者也有一定要求。

实例库应用便捷，使用效率非常高，但数据量大，需要系列化的开发，开发周期相对较长，且灵活性相对较弱。

除上述两种方法外，智能化标准嵌入式开发也是未来重要的发展方向。该方式可为用户提供智能化的标准设定，对复杂标准及实际问题进行智能分析。但该方法对计算机技术要求非常高，目前尚未进入实际应用阶段。

3 模板式开发和实例库的应用

3.1 模板式开发应用

3.1.1 UG软件中后置处理系统的开发

使用UG软件进行数控编程，需要一个后置处理系统，该系统将数控源代码转换成机床可识别的NC代码。机床根据NC代码才可以进行加工动作。由于不同数控机床的数控系统、机床结构、功能特点的不同，一个后置处理系统无法适用于所有机床的指令标准，然而如果针对每台机床都在UG软件中进行后置处理系统的开发，那么工作量非常大，且后续修改极为困难。在这种情况下，我们采用了模板式开发的方法。

我们采用模板化标准开发的思路，对西门子（SIEMENS）、发那科（FANUC）、海德汉（HEIDENHAIN）、新新那提（CINCINNATI）和飞利浦（PHILIPS）等5种数控系统根据其标准进行后置处理系统的开发，形成系统级模板，然后再将各机床的具体厂家标准写入机床级模板。后置处理系统运行时，先调用系统模板，再调用机床模板，二者叠加，就形成了某一特定机床具体后置处理系统，从而输出标准化的NC代码，如图1所示。

经过10余年的技术积累，我们已经开发出了覆盖我单位全部数控加工中心的系列化后置处理模块，并陆续更新版本300多次。在功能上涵盖了西门子、海德汉等多种数控系统标准指令格式，支持三轴、四轴、五轴、六轴等多轴加工功能，适用于立式、卧式、立卧转换式、龙门式、转台式、摆台式、多轴线切割等多种机床形式，具备线性优化、五轴宏程序参数化钻孔、3+2轴坐标系自动转换、参数化多级进给量设定、五轴防过切自动抬刀等多项高级优化功能。该方法一方面极大地满足了指令标准化的需求，使数控指令标准与实际机床一一对应；另一方面非常便于后续机床功能的增加与完善，几乎达到了一劳永逸的效果。

3.1.2 UG软件中制图模板的开发

使用UG软件将三维模型转化为二维图样涉及大量的标准化工作。按照厂标及院标，二维图需要进行大量图框绘制、线型设置、线条设置、字体调整等工作，一张复杂A0图样往往需要3天至5天才能基本完成，工作效率很低，非常不利于推广应用。为解决这一问题，我们进行了模板式开发，开发出了一套适用的二维制图模板，如图2所示。该模板不但能替代人工实现全自动的标准化线型设置、标准化字体设置、标准化图框绘制等工作，甚至还能够自动提取三维模型的材料、件号、名称和热处理等信息，连三维模型的标注都能够以标准化格式自动提取到二维图里。过去一个熟练技术人员三五天的工作量，现在一个新手大概用不了1天就能完成，为制图标准的实施发挥了重要作用。

3.2 工艺实例库的开发

在我单位的工装加工过程中，大量标准件、典型件需要编制工艺文件指导实际生产。但事实上，标准件、典型件有标准化的工艺方法，重复编制工艺文件造成了很大的人力浪费，并且对于青年工艺人员，还可能由于对标准件的加工方法不了解，导致新编工艺出现错误，造成产品报废。

为解决这一问题，我们开发了标准件的加工工艺实例库，包含了工装用的定位销、插销、钻套、衬套、螺钉、螺母、垫片等标准件的标准化工艺文件。该文件可直接用于标准件的生产加工，工艺人员不再需要进行重复性的操作，减少工作量的同时，提高了标准件的工艺标准化水平。

标准化工作的落实不能只靠制度约束，想要从根本上解决问题，必须在技术保障上下大工夫。在数字化条件下，模板式开发与实例化开发给标准化的应用带来了新的思路。我们的实践表明，灵活运用这两种方式，可以使标准化工作迈上一个新的台阶。

［1］朱明新．关于航天型号标准化工作几点思考［J］．航天标准化，2007（3）．

［2］李大南．大型航天企业集团标准化体系工程探讨［J］．航天标准化，2010（2）．

［3］张冬婷．浅析航天标准化工作的“四大任务”［J］．航天标准化，2008（2）．

［4］钱杨林，钱春华．UG编程模板、刀库模板及CNC加工中心模板高效统一方法研究［J］．机械工程师，2013（7）．

［5］周代忠，胡晓松．UG编程模板在航空发动机加工上的应用与管理［J］．管理观察，2011（27）．

刘臻子（1981年—），男，硕士研究生，机械加工部，高级工程师，主要研究方向为机械加工及数控技术，现从事航天类产品的低变形工艺研究、高效数控编程技术研究。