计算机集成产品工程(computer integrated product engineering，CIPE)是缩短定制产品开发设计周期、提高产品质量的新哲理和方法。它从业务过程重组、产品结构重组和信息技术重组出发，在先进信息技术的支持下，通过建立可变型的产品模型，满足新产品开发和变型产品设计的需要。CIPE哲理的核心是减少零部件的种类以实现下游各环节及各种技术文档的简化和合理化。优秀设计人员的“创造性”不在于其能“发明”新零件，而在于能够用尽可能少的零部件资源快速、低成本、高质量地设计出满足市场需要的新产品。企业中产品资源的标准化和规范化是实现上述目标的重要环节。
产品的标准化是指产品构成内容的标准定义，产品构成相关资源的标准定义；规范化是指规范产品定义的过程与内容，以有效地控制由于设计的随意性而造成的产品构成的多样性。在CIPE的理论体系中，标准化与规范化是不可分割的。
由于产品是由零件和部件组成的，所以在本文中将对产品标准化与规范化的研究归结为零部件标准化与规范化的研究，通过零部件的标准化与规范化最终实现产品的标准化与规范化。
1 产品标准化与规范化的内容
产品标准化和规范化的内容见图1。
图1 产品标准化和规范化的内容
由图1可见，产品标准化与规范化包括建立完善的编码体系、零部件的ABC分析、零部件分类、零部件名称分析、零部件功能分析、零部件几何形状分析、零部件参数分析和建立事物特性表8个方面的工作。这8个方面，既是标准化与规范化的内容，又是操作性很强的实施步骤。
2 产品标准化与规范化的步骤
2.1 建立完善的编码体系
建立完善的编码体系是产品标准化与规范化中最重要的工作。
2.2 零部件的ABC分析
通常情况下，可以将机械工厂的零部件按其特性分成A、B、C3类。C类零部件是标准件和外购件，一般约占产品零部件总数的50%，成本的10%。B类零部件为典型的变型零部件，可以用参数化设计的方法从原先已有的零部件中派生出来，因而开发设计的工作量比较小，加工方面的标准化程度也比较高。B类零部件一般占产品零部件总数的40%，成本的20%。A类零部件是与用户需求有关的特殊零部件，必须根据用户的特殊要求进行开发设计和加工。A类零部件的数量很少(<10%)，所占成本比例却较高(70%)。
零部件ABC分析的目的是了解零部件的分布情况，将B类零部件尽可能变为C类零部件，将A类零部件尽可能变为B类零部件，从而降低产品成本。
进行零部件ABC分析的具体做法如下：①分析现存的所有零部件，将其中的标准件和外购、外协件归并为C类零部件，并进行分类编码。②对系列产品的零部件进行分析，确认常用的模块，将能够通过标准模块变型设计或组合设计得到的零部件进行分类和编码，形成B类件；对与用户需求相关的特殊部件进行分解与分析，找出可以分解为B类件的零部件，将它们也归并入B类零部件。③将那些不能由B、C类零部件经过组合或变型设计得到的，与用户具体要求密切相关的特殊零部件归入A类零部件。
2.3 零部件分类
根据DIN4000标准，基于事物特性表编码体系技术，采用层次结构实现零部件的分类。其目标是缩短零部件的查找时间、增加重复件的使用、系统地对零件进行管理。零部件分类的层次结构与部件构成表(BOM)相结合，向开发设计人员提供了有效的设计检索手段。
图2为DIN4000标准中对标准件分类的层次结构。
图2 DIN4000标准中对标准件分类的层次结构
2.4 零部件名称分析
进行零部件名称分析是为了建立统一、无冗余的零部件名称字典。对零部件名称的正确分析与命名可以支持PDM系统的有效应用。
在企业实际工作过程中，由于各个业务部门相对独立以及零部件的命名体系或标准的多样化，导致零部件的名称比较混乱，这给企业的产品开发和其它相关工作带来严重影响，因此，必须规范零部件命名，建立统一的、无冗余零部件名称的数据字典，为产品及其开发过程的计算机管理提供支持。传统的面向功能的命名方法存在二义性，如一个六角螺钉，按照功能可以起联接作用、紧固作用或调节作用等，不同的设计人员会对该零部件进行不同的命名，如联接螺钉、紧固螺钉或调节螺钉等。在CIPE中，应尽可能采用面向零部件几何形状的命名方法，将其命名为六角螺钉。在统一采用面向零部件几何形状的命名后，可以大大减少零部件命名混乱的状况。
2.5 零部件功能分析
通过对零部件的功能分析，可以在功能、解原理及实现结构之间建立一种映射关系，在进行几何形状分析和参数分析时可以有据可循，保留或改进与特定功能对应的结构，去掉与实现功能无关、由于设计人员随意性而增加的结构，例如，通过对数控钻床主轴的分析，得出主轴具有传递运动、承受轴向载荷、实现刀柄装夹等功能，对应这些功能，可以整理出实现这些功能的解原理及典型结构，为进行产品结构重组奠定基础。
2.6 零部件几何形状分析
零部件几何形状分析的目的是减少零部件种类，建立变型设计系统，用尽量少的零部件组成部件和产品，达到成本优化和提高产品质量的目的。企业在长期的设计活动中，由于技术和管理方面的种种原因，往往对实现类似功能的零部件有多种多样相似的设计，形成几何形状相似的零部件族。CIPE通过对零部件的几何形状分析，发现这些几何上相似的零部件族，在对零部件的功能分析、约束分析的基础上，提出具有代表性的零部件几何模型，使得该模型能满足零部件的功能要求和约束要求，为产品建模提供图形基础。图3中方案1～方案6，从几何结构和功能上完全可以用图中所示的替代方案代替。
图3 零部件几何形状分析
2.7 零部件参数分析
零部件参数分析的目的是减少零部件参数，进而减少工具、夹具种类，简化加工过程，为建立零部件的变型设计系统做好准备工作。
一个零件或部件的参数有多种类型。进行零部件参数分析时，首先对参数的类型进行分类，初步确认参数是否是工艺参数，如倒角、圆角、拔模斜度等；其次确认参数是变动参数还是不变参数，并根据设计中的约束限制，如强度约束、稳定性约束等条件，进一步找出变动参数中可以不变的参数集合，归并到不变参数集合中。如图4中，尺寸D1、D4、L3、W1、R1等可根据情况确定为不变尺寸，通孔尺寸D7也可以在满足约束条件的前提下采用同一尺寸，这样做尽管单个零部件不是最优，但通过减少加工工具、工装设备等，降低了加工成本，简化了管理，实现了整体的优化。
图4 零部件参数分析
2.8 建立事物特性表
建立事物特性表的目的是建立能进行尺寸变型的积木块系统，支持有效的检索和变型设计。事物特性表对零部件规定了从对象组中表征和区分一对象的决定性特性及特性数据的表示格式，使零部件的特性数据能在不同的系统间交换，它是建立产品数据库的基础。零部件事物特性表的建立，要基于企业中标准化和规范化的零部件资源，归类并选择零部件的事物特性参数(如基本特性、几何特性、补充特性、功能特性及算法特性等)，将特性参数以不同的代码加以表示，按事物特性技术构造出事物特性表。
零部件事物特性参数的选择遵循原则如下：①表中特征参数应能全面而清楚地描述零部件的特性；②特征参数的数量应尽可能少，但能区分出2个不同的零部件；③只须将变型设计所必需的可变参数放入表中；④零件事物特性的选择侧重于几何尺寸、精度及材料等信息；部件事物特性的选择侧重于装配尺寸、配合精度等信息。
图5为一个零件事物特性表的实例。
图5 零件事物特性表
3 结论
产品的标准化与规范化是CIPE实施过程中重要的基础工作，只有做好了标准化与规范化工作，才能够顺利地建立可变型的产品模型，CIPE中的信息技术才可以更充分地发挥作用。本文论述了CIPE中产品标准化与规范化工作的内容和实施步骤。
CIPE中产品的标准化与规范化技术，以统一、简洁、完善的编码系统为基础，通过对企业中已有产品、零部件的ABC分析了解零部件的分布情况，通过层次结构对零部件进行分类，通过名称分析、功能分析、几何形状和参数分析，最终建立零部件的事物特性表，为变型设计系统的建立打下坚实的基础。进行产品标准化与规范化工作，是充分利用企业的资源，快速进行产品开发设计的前提，是顺利实施CIPE的根本保证！
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本文标题：产品标准化与规范化技术的研究
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