基于全生命周期的數(shù)控機(jī)床軸承數(shù)據(jù)模型研究

楊曉英　徐嚴(yán)冬　隋　新　馬　偉

河南科技大學(xué)，洛陽(yáng)， 471003

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基于全生命周期的數(shù)控機(jī)床軸承數(shù)據(jù)模型研究

楊曉英徐嚴(yán)冬隋新馬偉

河南科技大學(xué)，洛陽(yáng)， 471003

摘要：針對(duì)數(shù)控機(jī)床軸承的全生命周期數(shù)據(jù)管理缺少統(tǒng)一模型的問題，分析了數(shù)控機(jī)床軸承全生命周期數(shù)據(jù)關(guān)系和集成管理需求，建立了全生命周期數(shù)據(jù)管理模式；應(yīng)用多維度建模方法，從數(shù)據(jù)屬性、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、組織約束和操作機(jī)制等方面構(gòu)建了軸承集成設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行維護(hù)三個(gè)階段的多維度數(shù)據(jù)模型，并結(jié)合實(shí)例應(yīng)用，設(shè)計(jì)了數(shù)控機(jī)床軸承全生命數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期效果，為實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床軸承全生命周期數(shù)據(jù)集成管理系統(tǒng)研發(fā)奠定了理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：軸承；數(shù)據(jù)模型；全生命周期；數(shù)控機(jī)床

0引言

數(shù)控機(jī)床軸承是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件，直接關(guān)系到主軸的精度和速度，對(duì)其進(jìn)行全生命周期數(shù)據(jù)管理研究對(duì)提高數(shù)控機(jī)床的性能、質(zhì)量和可靠性具有重要意義。數(shù)控機(jī)床軸承全生命周期數(shù)據(jù)管理是指對(duì)軸承設(shè)計(jì)、制造與運(yùn)行維護(hù)三個(gè)階段所有數(shù)據(jù)的集成和整合[1-2]。

目前，我國(guó)數(shù)控機(jī)床軸承全生命周期管理還處于初級(jí)階段，雖然實(shí)現(xiàn)了部分?jǐn)?shù)據(jù)采集分析功能，但數(shù)據(jù)還處于孤島狀態(tài)，設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營(yíng)服務(wù)的數(shù)據(jù)不能實(shí)現(xiàn)信息共享，不利于軸承的優(yōu)化設(shè)計(jì)和制造服務(wù)。這也使數(shù)控機(jī)床的軸承選型、故障預(yù)測(cè)、綠色制造得不到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的支撐[3]。因此，對(duì)軸承全生命周期數(shù)據(jù)進(jìn)行管理有助于實(shí)現(xiàn)軸承的優(yōu)化設(shè)計(jì)和綠色制造，有助于推動(dòng)軸承制造業(yè)工業(yè)化與信息化的深度融合。軸承全生命周期數(shù)據(jù)模型是軸承數(shù)據(jù)管理信息化的理論基礎(chǔ)，對(duì)其進(jìn)行研究具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

當(dāng)前，針對(duì)數(shù)控機(jī)床軸承的全生命周期數(shù)據(jù)統(tǒng)一模型還缺少研究。Stark[4]對(duì)全生命周期管理進(jìn)行了闡釋，說明了產(chǎn)品全生命周期管理(product life-cycle management, PLM)對(duì)制造企業(yè)的重要性；Srinivasan[5]分析了全生命周期管理的集成框架，將集成概念運(yùn)用于企業(yè)管理中；許承東等[6]借助于互聯(lián)網(wǎng)的PLMS體系結(jié)構(gòu)對(duì)產(chǎn)品全生命周期的各個(gè)階段進(jìn)行層次設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了層次中各生命階段數(shù)據(jù)的共享；趙曉莉等[7]以BOM為主線來貫穿全生命周期的各個(gè)階段，并通過BOM實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營(yíng)服務(wù)階段的信息交互；馬明旭等[8]基于生產(chǎn)產(chǎn)品的自身結(jié)構(gòu)對(duì)其全生命周期進(jìn)行分析，完成了全生命周期模型的建立和對(duì)各個(gè)產(chǎn)品生命階段的分析；江偉光等[9]通過建立產(chǎn)品元模型對(duì)全生命周期數(shù)據(jù)進(jìn)行多層次分析，構(gòu)建產(chǎn)品全生命周期信息模型。以上研究成果對(duì)建立數(shù)控機(jī)床軸承的全生命周期數(shù)據(jù)集成模型具有一定的借鑒意義。

鑒于以上背景和研究現(xiàn)狀，本文采用系統(tǒng)集成理念對(duì)數(shù)控機(jī)床軸承全生命周期數(shù)據(jù)管理模型進(jìn)行研究，運(yùn)用多維度建模方法，從數(shù)據(jù)屬性、結(jié)構(gòu)、組織約束和操作機(jī)制等方面構(gòu)建軸承集成設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行維護(hù)三個(gè)階段的多維度數(shù)據(jù)模型。

1數(shù)控機(jī)床軸承數(shù)據(jù)管理需求分析

1.1數(shù)控機(jī)床軸承概述

數(shù)控機(jī)床軸承作為數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)件，包含軸承內(nèi)圈、軸承外圈、保持架、滾動(dòng)體等基本結(jié)構(gòu)。

數(shù)控機(jī)床系列軸承可涵蓋典型數(shù)控車床主軸軸承、高速銑床主軸軸承、高速精密磨床主軸軸承、精密鏜銑加工中心主軸軸承、高速車銑加工中心主軸軸承、重型數(shù)控立車工作轉(zhuǎn)臺(tái)或臥車主軸軸承、數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)精密分度圓軸承、數(shù)控機(jī)床滾珠絲杠支撐軸承、數(shù)控磨齒機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)軸承及高速精密數(shù)控機(jī)床電主軸軸承。軸承主要型號(hào)包括雙列圓柱滾子軸承、雙向推力角接觸球軸承、角接觸球軸承、圓錐滾子軸承、大型推力滾子軸承、大型角接觸球軸承、大型圓柱滾子軸承、精密交叉圓錐滾子軸承、精密交叉圓柱滾子軸承等。

隨著精密制造業(yè)的發(fā)展，高速精密數(shù)控機(jī)床軸承已經(jīng)成為數(shù)控機(jī)床軸承的主流，反映其高速性能的dmN值(軸承節(jié)圓直徑×旋轉(zhuǎn)速度)達(dá)100萬(mm·r/min)以上，對(duì)其全生命周期數(shù)據(jù)進(jìn)行集成管理并實(shí)現(xiàn)各階段數(shù)據(jù)交互，有助于高速精密數(shù)控機(jī)床軸承的優(yōu)化設(shè)計(jì)和工藝改進(jìn)，也有助于提高制造的可靠性、減少產(chǎn)品廢品率。

1.2數(shù)控機(jī)床軸承全生命周期數(shù)據(jù)需求

數(shù)控機(jī)床軸承全生命周期管理可分為設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行維護(hù)三個(gè)階段，各司其職地完成對(duì)軸承全生命過程的狀態(tài)監(jiān)督、過程控制和數(shù)據(jù)信息搜集的功能。數(shù)控機(jī)床軸承的全生命周期數(shù)據(jù)管理，需要實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)階段、制造階段、運(yùn)行維護(hù)階段的數(shù)據(jù)集成管理和信息共享。

(1)設(shè)計(jì)階段數(shù)據(jù)包括軸承基本信息、軸承設(shè)計(jì)信息等。該階段數(shù)據(jù)可以通過對(duì)軸承設(shè)計(jì)BOM的整合分析進(jìn)行采集，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)后期階段的行為提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，設(shè)計(jì)階段數(shù)據(jù)多為靜態(tài)數(shù)據(jù)。該階段數(shù)據(jù)決定了產(chǎn)品性能、成本和制造難度等。

(2)制造階段數(shù)據(jù)包括制造基本信息(物料、工藝、設(shè)備、人員)和質(zhì)量信息等。制造基本數(shù)據(jù)多為靜態(tài)數(shù)據(jù)，制造質(zhì)量信息需要實(shí)時(shí)采集，及時(shí)反饋，所以制造質(zhì)量信息為動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。該階段數(shù)據(jù)反映了產(chǎn)品制造過程與質(zhì)量控制狀況等。

(3)運(yùn)行維護(hù)階段數(shù)據(jù)包括軸承使用基本信息、軸承使用狀態(tài)信息、軸承故障信息。運(yùn)行維護(hù)階段的數(shù)據(jù)要實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)傳輸與存儲(chǔ)，為設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和制造數(shù)據(jù)提供最新的依據(jù)，所以運(yùn)行維護(hù)階段信息以動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)為主。該階段數(shù)據(jù)反映了軸承運(yùn)行狀態(tài)，為數(shù)控機(jī)床維護(hù)提供依據(jù)等。

軸承各階段數(shù)據(jù)整合與管理是實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)和可靠性制造的重要基礎(chǔ)，其數(shù)據(jù)管理模式如圖1所示。

圖1　軸承全生命周期數(shù)據(jù)管理模式

2多維度軸承全生命周期數(shù)據(jù)模型

多維度模型是一種立體思維設(shè)計(jì)，是解決問題的一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。它類似于一個(gè)多維數(shù)據(jù)壓縮包，是以某個(gè)事物為切入點(diǎn)建立起來的囊括與其相關(guān)聯(lián)的多種維度考量的結(jié)構(gòu)性思維框架，是將多維度設(shè)計(jì)思路、各自運(yùn)作機(jī)制相互影響的關(guān)系整合起來的一種設(shè)計(jì)思維的框架結(jié)構(gòu)，它反映了多維度系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和因果關(guān)系以及系統(tǒng)各個(gè)變量之間的關(guān)系[10]。

目前，一般的多維度數(shù)據(jù)模型大多應(yīng)用于數(shù)據(jù)評(píng)估方面，很少在制造企業(yè)的全生命周期中得以應(yīng)用，本文基于數(shù)控機(jī)床軸承數(shù)據(jù)構(gòu)建了一個(gè)三維度數(shù)據(jù)模型，以實(shí)現(xiàn)軸承全生命周期數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集成和共享。

2.1軸承數(shù)據(jù)分析

本文采用三維度模型的方法來建立數(shù)控機(jī)床軸承的多維數(shù)據(jù)模型，三維數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)包括軸承對(duì)象、周期活動(dòng)、數(shù)據(jù)粒度。

2.1.1軸承對(duì)象

對(duì)數(shù)控機(jī)床軸承進(jìn)行拆解分析，并研究軸承主體和各個(gè)部件。軸承對(duì)象分為對(duì)象1：數(shù)控機(jī)床軸承；對(duì)象2：軸承內(nèi)圈、軸承外圈、保持架、滾動(dòng)體、中隔圈、密封裝置；對(duì)象3：……。

2.1.2周期活動(dòng)

周期活動(dòng)分為設(shè)計(jì)階段、制造階段、運(yùn)行維護(hù)階段的信息數(shù)據(jù)集。設(shè)計(jì)階段部分信息包括軸承代號(hào)、原代號(hào)、軸承名稱、基本尺寸、額定載荷、極限轉(zhuǎn)速、原始游隙、安裝相關(guān)尺寸、質(zhì)量、潤(rùn)滑方式、溫升范圍、保持架等。例如，額定載荷包括徑向基本額定動(dòng)負(fù)荷(Cr)、徑向基本額定靜負(fù)荷(Cor)、軸向基本額定動(dòng)載荷(Ca)、軸向基本額定靜載荷(Coa)；原始游隙包括徑向游隙(ur)、軸向游隙(ua)、角游隙(uangle)；保持架包括保持架內(nèi)徑(Dcin)、保持架外徑(Dcout)、保持架寬度(Bc)、保持架板厚(S)、材質(zhì)(CZ)等。

制造階段部分信息包括軸承代號(hào)、原代碼、軸承名稱、制造商、制造日期、尺寸精度、表面粗糙度、旋轉(zhuǎn)精度、材質(zhì)、精度等級(jí)、安裝游隙等。例如，尺寸精度包括套圈寬度變動(dòng)量、兩端面平行度、直徑變動(dòng)量、外徑圓形偏差、平面度、錐度、圓度、裝配角、壁厚差、平行差、垂直差；旋轉(zhuǎn)精度包括內(nèi)圈徑向跳動(dòng)(Kia)、外圈徑向跳動(dòng)(Kea)、內(nèi)圈軸向跳動(dòng)(Sia)、外圈軸向跳動(dòng)(Sea)、內(nèi)圈端面對(duì)內(nèi)孔的垂直度(Sd)、外圈表面對(duì)端面的垂直度(SD)、同軸度(Kia)。安裝游隙包括：徑向游隙(ur)、軸向游隙(ua)、角游隙等。

運(yùn)行維護(hù)階段部分信息包括軸承代號(hào)、原代號(hào)、軸承名稱、工作游隙、跳動(dòng)(mm)、振動(dòng)頻率、振動(dòng)加速度(位移)、轉(zhuǎn)速、溫升(T)、失效形式、安裝設(shè)備、使用年限等。例如，工作游隙包括徑向游隙(ur)、軸向游隙(ua)、角游隙(uangle)；跳動(dòng)包括徑向跳動(dòng)、軸向跳動(dòng)等。

2.1.3數(shù)據(jù)粒度

數(shù)據(jù)粒度是指數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中數(shù)據(jù)的細(xì)化和綜合程度。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的數(shù)據(jù)單位中保存數(shù)據(jù)的細(xì)化程度越高，粒度級(jí)就越?。幌喾?，細(xì)化程度越低，粒度級(jí)就越大。數(shù)據(jù)集成環(huán)境中粒度是主要的設(shè)計(jì)問題，因?yàn)樗绊懘娣旁跀?shù)據(jù)集成系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)量的大小，同時(shí)影響數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)所能回答的查詢類型。粒度的大小需要在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)時(shí)在數(shù)據(jù)量大小與查詢的詳細(xì)程度之間作出權(quán)衡[11]。

對(duì)于多維度軸承全生命周期數(shù)據(jù)模型，可將數(shù)據(jù)粒度劃分為屬性集、方法集、消息集，通過對(duì)這三方面的聯(lián)系和約束的分析和理解，可以促進(jìn)整個(gè)數(shù)據(jù)模型的綜合程度和層次化表達(dá)。

屬性集是軸承全生命周期數(shù)據(jù)中產(chǎn)品本身所固有的若干個(gè)特性集合，如軸承名稱、原始尺寸、質(zhì)量、原始游隙等，該集合可以實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的基本刻畫。

方法集是軸承的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行維護(hù)各階段數(shù)據(jù)對(duì)象的若干個(gè)行為集合。

消息集是在軸承全生命周期數(shù)據(jù)之間進(jìn)行交互作用和通信的若干個(gè)數(shù)據(jù)信息的集合，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)象行為的表達(dá)及所有數(shù)據(jù)對(duì)象之間可能的信息交互。

2.2數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)

模型結(jié)構(gòu)為三維度數(shù)據(jù)模型，表示為j軸、k軸、i軸，分別代表不同的維度數(shù)據(jù)，形成一個(gè)完整的立體集合模型。

j軸維度數(shù)據(jù)為對(duì)象維度，是該三維度數(shù)據(jù)模型所針對(duì)的主體對(duì)象及其主體分層的n層次對(duì)象。

k軸維度數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)粒度維，主要研究的是該數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)的綜合程度和層次化表達(dá)，可以用于分析模型中數(shù)據(jù)的集合狀況。

i軸維度數(shù)據(jù)為全生命周期階段活動(dòng)維，主要分析的是全生命周期的過程演進(jìn)，以及各階段的信息、信息之間的約束和聯(lián)系。

j、k、i軸數(shù)據(jù)維形成一個(gè)較完整的數(shù)據(jù)庫(kù)，為企業(yè)以及最終用戶提供數(shù)據(jù)。一般的數(shù)據(jù)模型專注于特定的主題域、特定的部門或特定的業(yè)務(wù)功能需要，而三維度數(shù)據(jù)模型在某些方面與一般數(shù)據(jù)模型不同，該數(shù)據(jù)模型專注于建立一個(gè)集成的產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)模型，以滿足整個(gè)產(chǎn)品各個(gè)階段的業(yè)務(wù)需求。

2.3數(shù)據(jù)模型搭建

基于對(duì)數(shù)控機(jī)床軸承全生命周期數(shù)據(jù)的總結(jié)，提出從對(duì)象維、全生命周期階段活動(dòng)維和數(shù)據(jù)粒度維三個(gè)維度來構(gòu)建多維度軸承數(shù)據(jù)模型，它集軸承對(duì)象分析、軸承生命周期信息過程化和多層次信息表達(dá)為一體，形成一個(gè)模型集成的三維狀態(tài)空間，如圖2所示。

該三維狀態(tài)空間可表示為

BDM ∷=BDM(ST,O,G)=

其中，ST、O、G分別表示全生命周期階段活動(dòng)維、對(duì)象維和數(shù)據(jù)粒度維的劃分，BDM(sti,oj,gk)表示全命周期階段活動(dòng)i的第j個(gè)對(duì)象k粒度上的單元子模型。對(duì)象維和全生命周期階段活動(dòng)維主要用于描述軸承對(duì)象與全生命周期過程特性，粒度維是利用面向?qū)ο蠼Ｋ枷霕?gòu)建軸承全生命周期信息的層級(jí)化表達(dá)、存儲(chǔ)和擴(kuò)展[12]。

該模型以數(shù)控機(jī)床軸承的基本構(gòu)造為基礎(chǔ)，分析了數(shù)控機(jī)床軸承的全生命周期的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行維護(hù)階段的信息，并使得三個(gè)階段的信息相互交流、匯聚，在統(tǒng)一的規(guī)則約束下，實(shí)現(xiàn)三個(gè)階段信息層的集成與共享。

2.4模型組織約束

圖2　數(shù)控機(jī)床軸承多維度數(shù)據(jù)模型

三維度信息模型，數(shù)據(jù)信息隨全生命周期階段活動(dòng)的不斷演進(jìn)反映其管理數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，數(shù)據(jù)信息隨軸承的不斷分解反映數(shù)據(jù)信息的過程特性。為更好地組織數(shù)控機(jī)床軸承數(shù)據(jù)信息層相關(guān)信息，構(gòu)建了以全生命周期階段活動(dòng)為核心的組織結(jié)構(gòu)，其表示方式如圖2橢圓中的信息層組織模式所示，軸承數(shù)據(jù)信息層結(jié)構(gòu)BLS可抽象為

BLS ∷={Des,Nodes,Rules}

其中，Des是對(duì)象維的具體描述，如信息層所屬對(duì)象命名規(guī)則以及數(shù)據(jù)；Nodes是信息集中全生命周期活動(dòng)階段信息描述；Rules是信息集中的規(guī)則約束集。三方面內(nèi)容體現(xiàn)于一個(gè)維度平面中，相互聯(lián)系、相互制約，將各個(gè)數(shù)據(jù)層集合成一個(gè)整體系統(tǒng)。

規(guī)則Rules表示作用于全生命周期階段活動(dòng)信息層的規(guī)則、約束集，是用以描述信息層中與業(yè)務(wù)邏輯密切相關(guān)的各種動(dòng)態(tài)不確定性條件、規(guī)則、判斷準(zhǔn)則或事件。

在多維度軸承全生命周期數(shù)據(jù)模型中，規(guī)則約束主要建立于全生命周期階段活動(dòng)維度和對(duì)象維度中，表示為

主鍵約束rulespr在全生命周期階段活動(dòng)維中，設(shè)置軸承代碼、軸承名稱為主鍵約束，因軸承代碼和軸承名稱必須出現(xiàn)在每個(gè)生命周期階段活動(dòng)中，且不能為空，否則活動(dòng)維度數(shù)據(jù)將不能運(yùn)用，所以將軸承代碼、軸承名稱設(shè)置為主鍵約束。

唯一約束rulesun在設(shè)計(jì)階段活動(dòng)維中，設(shè)置基本尺寸為唯一約束；在制造階段活動(dòng)維中不存在唯一約束；在運(yùn)行維護(hù)階段活動(dòng)維中，設(shè)置失效形式為唯一約束。因唯一約束只隨主鍵約束的改變而改變，不受其他表中行列的改變而改變，故設(shè)置基本尺寸及失效形式為唯一約束。

檢查約束rulesch在全生命周期階段活動(dòng)維中，設(shè)置制造出廠日期和使用期限為檢查約束，以制造出廠日期為準(zhǔn)，以使用期限為標(biāo)尺，超出期限則視為報(bào)廢，不再進(jìn)入全生命周期活動(dòng)。

2.5模型操作機(jī)制

圖3　數(shù)控機(jī)床軸承模型用例圖

多維度軸承數(shù)據(jù)模型主要是通過對(duì)象維和生命階段活動(dòng)維的關(guān)系來實(shí)現(xiàn)模型運(yùn)作，粒度維用于描述階段數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)粒度，由于階段數(shù)據(jù)信息本身的多樣與復(fù)雜性且其在不斷演進(jìn)過程中需要并產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，所以其數(shù)據(jù)表達(dá)能力、容納能力以及擴(kuò)展能力是軸承數(shù)據(jù)模型的關(guān)鍵。為滿足該需求，需要利用基于“對(duì)象-生命周期階段”的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的構(gòu)建和交互、集成信息的保留與跟蹤來滿足演進(jìn)過程中階段相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)象的修訂、增添與屬性擴(kuò)展等各方面的需求，如圖3所示。由圖3可知，根據(jù)“對(duì)象-生命周期階段”的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式，可以實(shí)現(xiàn)全生命周期數(shù)據(jù)的系統(tǒng)集成操作，完成數(shù)據(jù)的修訂、增添，數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、導(dǎo)出及分類查詢和綜合查詢操作，為數(shù)控機(jī)床軸承全生命周期數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的搭建提供了依據(jù)。

3應(yīng)用實(shí)例及評(píng)價(jià)

3.1實(shí)例模型構(gòu)建

某數(shù)控機(jī)床軸承的三維模型構(gòu)建主要以設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行維護(hù)為主線，分為階段i1、階段i2、階段i3，分別代表軸承設(shè)計(jì)階段信息、制造階段信息、運(yùn)行維護(hù)階段信息，它們之間可實(shí)現(xiàn)信息的完整交互和集成，同時(shí)軸承產(chǎn)品v及零件分解v1、v2，…分別存在于全生命周期的各個(gè)階段，最終建立一個(gè)數(shù)控機(jī)床軸承全生命周期集成系統(tǒng)，如圖4所示。

圖4　某數(shù)控機(jī)床軸承模型

以上數(shù)控機(jī)床軸承模型是多維度軸承數(shù)據(jù)模型的平面體現(xiàn)，它使數(shù)控機(jī)床軸承設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行維護(hù)階段的信息實(shí)現(xiàn)共享，互通有無。同時(shí)軸承主體及零件信息也分別集成于全生命周期的各個(gè)階段，便于信息分析和處理。集成信息最終匯入數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)，形成軸承全生命周期的完整集成。

3.2實(shí)例應(yīng)用——數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)

根據(jù)多維度軸承數(shù)據(jù)模型，對(duì)某企業(yè)的軸承全生命周期數(shù)據(jù)集成管理系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，如圖5所示。其中軸承BOM、基本信息及設(shè)計(jì)信息可以從企業(yè)PDM或PLM軟件中直接導(dǎo)入。軸承全生命周期數(shù)據(jù)集成管理系統(tǒng)可根據(jù)多維度軸承數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理、設(shè)計(jì)階段信息管理、制造階段信息管理、運(yùn)行維護(hù)階段信息管理以及用戶查詢統(tǒng)一信息共享，是一個(gè)統(tǒng)一數(shù)據(jù)化管理、信息共享、數(shù)據(jù)集成的軸承全生命周期管理系統(tǒng)。

在系統(tǒng)總體規(guī)劃與設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要完成了參數(shù)設(shè)計(jì)、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、概念模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和物理模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)類型劃分，在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范理論和異構(gòu)數(shù)據(jù)映射模型的基礎(chǔ)上，建立了基于SQL Server 2008的數(shù)據(jù)庫(kù)，使用Visual Studio 2010和SQL Server 2008，按照三層開發(fā)模式，完成了高速精密數(shù)控機(jī)床軸承全生命周期數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)BLDMS的設(shè)計(jì)。其登錄界面如圖6所示。

操作員認(rèn)證成功后進(jìn)入BLDMS主窗體，主窗體不僅是軸承數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的基本架構(gòu)，還是用戶與子系統(tǒng)的溝通橋梁。BLDMS系統(tǒng)共包括系統(tǒng)管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、軸承設(shè)計(jì)信息、軸承生產(chǎn)信息、軸承運(yùn)行信息、軸承故障信息以及幫助等一系列子系統(tǒng)。操作員在授權(quán)范圍內(nèi)操作業(yè)務(wù)。

為了使系統(tǒng)各窗體管理起來更方便，使用開發(fā)工具進(jìn)行MDI(multiple-document interface)多文檔窗體開發(fā)，子菜單的窗體在主窗體內(nèi)部打開而不會(huì)溢出主窗體。

3.3效果評(píng)價(jià)

圖5　數(shù)控機(jī)床軸承全生命周期數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖6　BLDMS登陸界面

軸承全生命周期數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)是一個(gè)以多維度軸承數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)的集成系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)軸承的概念設(shè)計(jì)、產(chǎn)品工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備和制造、售后服務(wù)等整個(gè)過程的產(chǎn)品全生命周期的管理，具體如下：①實(shí)現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床軸承全生命周期各個(gè)階段之間數(shù)據(jù)的整合與交互，為軸承數(shù)據(jù)與資源的共享奠定了基礎(chǔ)；②實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)人員根據(jù)制造與運(yùn)行維護(hù)數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)控機(jī)床軸承產(chǎn)品與工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并為改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供依據(jù)；③實(shí)現(xiàn)了制造質(zhì)量信息及運(yùn)行維護(hù)階段信息的實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控與質(zhì)量追溯，完善了質(zhì)量監(jiān)控體系，提高了用戶滿意度；④可幫助企業(yè)由生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)型，減少資源浪費(fèi)，促進(jìn)制造業(yè)綠色化與可持續(xù)發(fā)展。

4結(jié)語(yǔ)

本文分析了數(shù)控機(jī)床軸承全生命周期數(shù)據(jù)關(guān)系和集成管理需求，建立了數(shù)控機(jī)床軸承全生命周期數(shù)據(jù)管理模式；應(yīng)用多維度建模方法，從數(shù)據(jù)屬性、結(jié)構(gòu)、組織約束和操作機(jī)制等方面構(gòu)建了軸承集成設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行維護(hù)三個(gè)階段的多維度數(shù)據(jù)模型，并結(jié)合實(shí)例應(yīng)用，設(shè)計(jì)了數(shù)控機(jī)床軸承全生命數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，取得了預(yù)期效果，為實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床軸承全生命周期數(shù)據(jù)集成管理奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜韶峰,王小龍,袁玉同. 精密機(jī)床軸承的特點(diǎn)與應(yīng)用技術(shù)[J].軸承,2011(7):57-63.

Jiang Shaofeng, Wang Xiaolong, Yuan Yutong. Characteristics and Application Technology of Precision Machine Tool Bearings[J]. Bearing, 2011(7):57-63.

[2]王旭,李文川.制造業(yè)的新理念——閉環(huán)產(chǎn)品生命周期管理[J].中國(guó)機(jī)械工程,2010,21(14):1687-1693.

Wang Xu, Li Wenchuan. New Concept for Manufacturing Industry—Closed-loop Product Lifecycle Management[J]. China Mechanical Engineering, 2010,21(14):1687-1693.

[3]李聰波,劉飛,王秋蓮，等.面對(duì)生命周期的機(jī)床行業(yè)綠色制造運(yùn)行模式[J].中國(guó)機(jī)械工程,2009,20(24):2932-2937.

Li Congbo, Liu Fei, Wang Qiulian, et al. Green Manufacturing Operation Model for Machine Tool Industry Oriented to Product Life Cycle[J]. China Mechanical Engineering, 2009,20(24):2932-2937.

[4]Stark J. Product Lifecycle Management [M]. London:Springer, 2011.

[5]Srinivasan V. An Integration Framework for Product Lifecycle Management [J].Computer-Aided Design,2011,43(5):464-478.

[6]許承東,趙向領(lǐng),宋偉.產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào),2006,26(增1):9-12.

Xu Chengdong, Zhao Xiangling, Song Wei. The Key Technology and System Layer Structure of Product Overall Lifecycle Management System[J]. Transactions of Beijing Institute of Technology, 2006,26(S1):9-12.

[7]趙曉莉,李糧,石小江.基于PLM平臺(tái)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理技術(shù)研究[J].測(cè)控技術(shù),2013,32(12):138-142.

Zhao Xiaoli, Li Liang, Shi Xiaojiang. Research on Test Data Management Technology in PLM for Aero-engine[J]. Measurement & Control Technology, 2013,32(12):138-142.

[8]馬明旭,范玉順,尹朝萬.基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的全生命周期形式化建模[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2006,42(9):83-90.

Ma Mingxu, Fan Yushun, Yin Chaowan. Product Life Cycle Formal Modeling Based on Product Structure[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering,2006,42(9):83-90.

[9]江偉光,武建偉,潘雙夏,等.基于元模型的產(chǎn)品全生命周期信息模型研究[J].中國(guó)機(jī)械工程,2008,19(12):1451-1456.

Jiang Weiguang, Wu Jianwei, Pan Shuangxia, et al. Research on Product Lifecycle Information Model Based on Meta-model[J]. China Mechanical Engineering, 2008,19(12):1451-1456.

[10]張婷.商業(yè)空間設(shè)計(jì)多維度模型的構(gòu)建研究[D].成都:西南交通大學(xué),2011.

[11]呂海燕,車曉偉.數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中數(shù)據(jù)粒度的劃分[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2009,30(9):2323-2325.

Lü Haiyan,Che Xiaowei. Data Granularity Partition in Warehouse[J]. Computer Engineering and Design, 2009,30(9):2323-2325.

[12]呂盛坪,喬立紅,張金.多維度制造工藝信息建模[R].北京:北京航空航天大學(xué),2010.

(編輯蘇衛(wèi)國(guó))

Data Model of Bearings for CNC Machine Based on Life-cycle

Yang XiaoyingXu YandongSui XinMa Wei

Henan University of Science and Technology , Luoyang, Henan, 471003

Abstract：In view of a unified mode absent of the CNC machine bearing life-cycle date management, the demands for data relationships and integrated management of the CNC machine bearing life-cycle were analyzed herein, and the life-cycle data management mode was established. Using the method of multidimensional modeling, three stages of multidimensional data model about the bearings integrated design, manufacturing and operations were set up from aspects of data attributes, data structure, organizational constraints and the operation mechanism. Combined with the application examples, the CNC machine bearing life data management system was designed and the expected effectivenesses were achieved, which lays a theoretical foundation for data integration management of life-cycle of the CNC machine bearings.

Key words：bearing; data model; life-cycle; CNC machine

收稿日期：2015-07-02

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2012ZX04004011)

中圖分類號(hào)：TH128；TH166

DOI：10.3969/j.issn.1004-132X.2016.10.008

作者簡(jiǎn)介：楊曉英，女，1965年生。河南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院教授。研究方向?yàn)楣I(yè)工程與制造業(yè)信息化。徐嚴(yán)冬，男，1990年生。河南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院碩士研究生。隋新，男，1982年生。河南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院講師。馬偉，男，1955年生。河南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院教授。