某型發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)字化設(shè)計(jì)方法研究與應(yīng)用

季江寧 司榮寧 王桂華

（中航工業(yè)沈陽發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)研究所，遼寧 沈陽 110015）

某型發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)字化設(shè)計(jì)方法研究與應(yīng)用

季江寧 司榮寧 王桂華

（中航工業(yè)沈陽發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)研究所，遼寧 沈陽 110015）

結(jié)合在基于某型發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用與研究方面所作的有益嘗試，從需求分析入手，介紹了發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)體系的基本框架，著重說明在建立過程中所遵守的原則，強(qiáng)調(diào)了標(biāo)準(zhǔn)件全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)體系的建立及意義，介紹了發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)體系的使用及維護(hù)。

發(fā)動機(jī)；標(biāo)準(zhǔn)件；全三維；數(shù)字化設(shè)計(jì)

現(xiàn)代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，使航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)入了一個從二維平面設(shè)計(jì)走向以三維模型設(shè)計(jì)為主流的數(shù)字化時(shí)代。利用高檔CAD軟件建立產(chǎn)品的三維參數(shù)化模型在航空產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，已被廣泛推廣應(yīng)用。根據(jù)型號數(shù)字化研制要求，某型發(fā)動機(jī)統(tǒng)一采用基于NX和TeamCenter的集成平臺進(jìn)行全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)和協(xié)調(diào)，采取異地協(xié)同項(xiàng)目管理。小零件是發(fā)動機(jī)裝配的聯(lián)結(jié)紐帶，某型發(fā)動機(jī)首次實(shí)現(xiàn)了小零件由“設(shè)計(jì)出圖”向“設(shè)計(jì)選用”的轉(zhuǎn)變，即完成小零件向標(biāo)準(zhǔn)件的轉(zhuǎn)變。因此，標(biāo)準(zhǔn)件全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)必須先行。那么如何在UG NX和TeamCenter系統(tǒng)的協(xié)同環(huán)境里建立規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn)件三維模型，如何在其中快速找到自己想要的模型，進(jìn)而快速加載；如何統(tǒng)一和管理數(shù)據(jù)源，使其適用不同廠所等，是擺在我們面前亟待處理和解決的重大問題。本文著重介紹了我所在這方面的成功實(shí)踐。

1 背景

1.1 某型發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)工作的需要

由于某型發(fā)動機(jī)要求全三維設(shè)計(jì)，而且其研制需要多廠、所協(xié)同工作，在現(xiàn)有的設(shè)計(jì)模式下，單一場所內(nèi)的PDM內(nèi)的模型數(shù)據(jù)雖然成系列，但是無法有效轉(zhuǎn)移到其他協(xié)作的應(yīng)用場所。到最終制造部門時(shí)，因?yàn)橐貌煌瑏碓礃?biāo)準(zhǔn)件帶來的建?？赡艽嬖诘膯栴}才會顯現(xiàn)。某型發(fā)動機(jī)專用標(biāo)準(zhǔn)件庫要求可在幾個廠所統(tǒng)一使用，而且各廠所建模時(shí)數(shù)據(jù)始終要保持一致，以避免不完備的設(shè)計(jì)和建模操作引發(fā)的問題。為滿足協(xié)同設(shè)計(jì)制造工作的需要，促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化管理，基于Teamcenter2007和UGNX7.5平臺建立標(biāo)準(zhǔn)件庫，并可以在廠所間同步標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)，以輔助工程技術(shù)人員完成產(chǎn)品的全三維設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)件模型管理軟件是型號設(shè)計(jì)工作中必須單獨(dú)開展的工作。

1.2 行業(yè)發(fā)展的需要

行業(yè)的發(fā)展要求適時(shí)地建立發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫?！斑\(yùn)用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，以信息化帶動工業(yè)化，實(shí)現(xiàn)技術(shù)跨越式發(fā)展”是國務(wù)院提出的一項(xiàng)重大發(fā)展戰(zhàn)略。在信息技術(shù)應(yīng)用中，數(shù)字化設(shè)計(jì)越來越受到重視，應(yīng)用也越來越廣泛，尤其在航空、航天等領(lǐng)域。特別是隨著型號深入開展，行業(yè)內(nèi)的協(xié)同設(shè)計(jì)工作會越來越多。因此，要改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式，適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的需要，客觀上要求必須建立發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)體系。另外，由于航空發(fā)動機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)件與民用的不同，有其自身的特殊性，使得我們站在行業(yè)的高度、綜合考究而建立的統(tǒng)一數(shù)據(jù)源的發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件庫更能突出其行業(yè)性。

1.3 我所小零件設(shè)計(jì)工作未來發(fā)展的需要

發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫是應(yīng)某型發(fā)動機(jī)全三維設(shè)計(jì)工作的需要而建立的，隨著型號研制工作的不斷深入，它也將得到繼續(xù)完善和擴(kuò)展，可在簡單的擴(kuò)展和維護(hù)之后應(yīng)用到模型數(shù)據(jù)管理的更多領(lǐng)域，以適應(yīng)我所小零件工作未來發(fā)展的需要。因此，發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件庫的建立不僅要滿足當(dāng)前型號研制的需要，更要著眼于未來滿足其他機(jī)種的選用，這是由標(biāo)準(zhǔn)件通用性和互換性的特點(diǎn)所決定的。

2 發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)字化設(shè)計(jì)體系

2.1 發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)體系的基本框架

發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)體系是根據(jù)某型發(fā)動機(jī)全三維設(shè)計(jì)對標(biāo)準(zhǔn)件的選用范圍，按型號研制所需的標(biāo)準(zhǔn)件類型進(jìn)行分類，其基本框架見圖1所示。

圖1 發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)體系的構(gòu)成

發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)體系囊括了某型發(fā)動機(jī)所選用的各種標(biāo)準(zhǔn)件。標(biāo)準(zhǔn)件庫中的每個對象的信息（包括ID號、圖號、名稱、版本等）都是唯一的，因此它不僅便于查詢和統(tǒng)計(jì)，也利于庫的管理和擴(kuò)充。

上述結(jié)構(gòu)是為了適應(yīng)當(dāng)前型號工作的需要，結(jié)合傳統(tǒng)的小零件的分類習(xí)慣而建立的，必將隨著小零件應(yīng)用的需要而作進(jìn)一步的完善。

2.2 發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)字化設(shè)計(jì)體系的建立原則

2.2.1 規(guī)范化設(shè)計(jì)

由于全三維設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化不同，具有其特殊性，具有超前性或同步性?；诖宋覀冊诮l(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件庫之前，制定了一系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范，從而在技術(shù)上和管理上保證了體系的順利建成，實(shí)現(xiàn)庫的完整性和統(tǒng)一性。

建庫過程中嚴(yán)格執(zhí)行了《基于UG建模通用要求》、《基于UG模型裝配要求》等建模和裝配標(biāo)準(zhǔn)及文件。這些標(biāo)準(zhǔn)和文件規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)件建模和裝配的通用要求、建模的流程等等，既有效地規(guī)范了建模過程，便于模型的檢查與校核，保證了模型的質(zhì)量；又促進(jìn)了標(biāo)準(zhǔn)化管理，提高了管理效率。

2.2.2 參數(shù)化設(shè)計(jì)

除了嚴(yán)格執(zhí)行上述建模和裝配標(biāo)準(zhǔn)及文件外，標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)有著比其它零件更為嚴(yán)格的要求，即必須實(shí)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。參數(shù)化設(shè)計(jì)是指系統(tǒng)通過尺寸驅(qū)動的方式，以獨(dú)立的幾何約束條件按既定的幾何參數(shù)生成一系列具有相同幾何特征的三維模型。完全的參數(shù)化建模和裝配不僅滿足了當(dāng)前的工作需要，也為將來標(biāo)準(zhǔn)件模型數(shù)據(jù)的編輯提供了方便。

圖2為某一標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)表達(dá)式。這些參數(shù)所控制的模型特征有一個共同的基點(diǎn)，而且其相對位置是固定的，通過改變參數(shù)的數(shù)值來完成一系列不同規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)件模型的構(gòu)造。

圖2 參數(shù)表達(dá)式

參數(shù)化設(shè)計(jì)的模型是完全受約束的，它與非參數(shù)化設(shè)計(jì)相比，不僅使用靈活、方便，而且容易編輯，使用面廣，還可為用戶提供高質(zhì)量、高水平的CAD數(shù)據(jù)模型。

2.2.3 相關(guān)性設(shè)計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)件庫由始至終貫徹UG主模型原理，它在系統(tǒng)中是唯一以電子介質(zhì)存在的UG零件三維模型數(shù)據(jù)文件，除主模型文件外，其余所有Part文件的建立均按UG主模型原理進(jìn)行，以完整一致地描述產(chǎn)品信息。系統(tǒng)通過應(yīng)用主模型原理，保證了各個設(shè)計(jì)階段的數(shù)據(jù)全相關(guān)，在組件裝配（零件變化時(shí)，組件中該零件也相應(yīng)變化）中，體現(xiàn)得尤為明顯。

我們在建立標(biāo)準(zhǔn)件庫時(shí)，還利用零件簇對小零件進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)，使模型與其生產(chǎn)的成員文件保持完全相關(guān)，非常便于數(shù)據(jù)的統(tǒng)一編輯和修改，大大提高了工作效率。所謂零件簇是指已經(jīng)設(shè)計(jì)的具有類似幾何形狀（如圓、橢圓和多邊形等），但物理尺寸不同（如長、寬和高等）的零件集合。

圖3和圖4分別為某一構(gòu)型的螺栓的主模型及其零件簇。在數(shù)字化設(shè)計(jì)體系中，標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)經(jīng)常用到零件簇，它也可以用來處理傳統(tǒng)的表格圖。

圖3 某一構(gòu)型的螺栓的主模型

圖4 零件簇表格

零件簇的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下兩個方面。

● 實(shí)現(xiàn)了模型幾何數(shù)據(jù)和主要設(shè)計(jì)變量的分離控制；

● 減少了系統(tǒng)管理的難度，按需要生成所需的模型文件。

2.2.4 集成性設(shè)計(jì)

發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件庫強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的可管理性，它與PDM系統(tǒng)軟件緊密配合使用，集成性好，為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的全三維標(biāo)準(zhǔn)件的選用提供了可能。其集成性見圖5，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

圖5 系統(tǒng)架構(gòu)圖

● 借助資源管理系統(tǒng)應(yīng)用平臺實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)件庫資源的全所共享；

● 充分利用了機(jī)械設(shè)計(jì)軟件UG NX 7.5和PDM軟件Team Center 2007緊密集成的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了管理和建模的無縫連接；

● 標(biāo)準(zhǔn)件庫與TC集成，實(shí)現(xiàn)對TC中文件的查找和讀取，以滿足用戶的需求；

● 標(biāo)準(zhǔn)件庫與UG集成，實(shí)現(xiàn)對標(biāo)準(zhǔn)件的加載。

2.2.5 實(shí)用性原則

建立標(biāo)準(zhǔn)件庫旨在滿足某型發(fā)動機(jī)全三維設(shè)計(jì)工作中標(biāo)準(zhǔn)件的選用。對一些標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行了適當(dāng)?shù)睾喕＠缏菁y緊固件的螺紋部分、不影響裝配的倒角、倒圓和退刀槽等，這樣大大減少了使用時(shí)對模型的修改工作量，也簡化了建庫工作，縮短了建庫周期，增強(qiáng)了庫的實(shí)用性。

2.2.6 可擴(kuò)展性原則

堅(jiān)持以“邊建立、邊應(yīng)用、邊完善、邊提升”的方針構(gòu)建的發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)字化設(shè)計(jì)體系具有開放性，可以很容易地得到補(bǔ)充和擴(kuò)展來滿足設(shè)計(jì)的需要；也可在簡單的擴(kuò)展和維護(hù)之后，應(yīng)用到模型數(shù)據(jù)管理的更多領(lǐng)域。庫的建立過程緊扣型號全三維設(shè)計(jì)工作的需要，分期分批建立，并可以在先期的標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng)用中及時(shí)發(fā)現(xiàn)不足，取得有益經(jīng)驗(yàn)。

2.2.7 靈活性原則

為了安全和具有更大的靈活性，使用資源庫中“型號視圖”模塊來管理外界所能看到的數(shù)據(jù)形式見圖6，以避免用戶訪問到還不成熟或者正在商榷準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)。由于標(biāo)準(zhǔn)件庫中的模型數(shù)據(jù)既可以來自TC，也可以來自資源庫，也增加了模型使用的靈活性。

2.2.8 一致性原則

圖6 用戶所見的數(shù)據(jù)形式

當(dāng)一個場所內(nèi)使用的標(biāo)準(zhǔn)件庫想轉(zhuǎn)移到其他研究所或生產(chǎn)機(jī)構(gòu)中的時(shí)候，資源庫可以作為一個媒介將模型文件有序地轉(zhuǎn)移到其他場所的TC中。標(biāo)準(zhǔn)件庫中的模型與TC中進(jìn)行同步就是為了滿足這種數(shù)據(jù)一致性而采取的措施。

2.2.9 數(shù)據(jù)唯一性原則

在標(biāo)準(zhǔn)件庫建立過程中，按照集團(tuán)公司信息編碼管理中心有關(guān)物品碼的應(yīng)用和管理要求，首次對標(biāo)準(zhǔn)件模型統(tǒng)一賦予8位物品碼，用以表示每一種模型只有一個物品碼，每一個物品碼只表示一種模型。物品碼作為模型數(shù)據(jù)的ID，不僅有利于數(shù)據(jù)的管理和使用，更為工廠的后續(xù)使用和管理提供方便。

3 某型發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫的建立及意義

3.1 某型發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫的建立

我所的發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫基于UGNX7.5軟件，包括標(biāo)準(zhǔn)件的建模、裝配，與Teamcenter2007軟件配合使用，并通過制定一系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)加以規(guī)范而形成的。它完全按照相關(guān)的建模流程和規(guī)范進(jìn)行創(chuàng)建和編輯。它既可以適用于Teamcenter的更高版本，也可以支持UG更高版本閱覽和修改。

以實(shí)用性和可擴(kuò)展性為基本原則而建立的發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫，是基于某型發(fā)動機(jī)全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)工作所必需和急需的。以滿足實(shí)用、急需為前提，目前，已建立各類標(biāo)準(zhǔn)件模型近3 700個，其中某型號標(biāo)準(zhǔn)件2 693件、國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)件100余件、國軍標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)件300余件、航標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)件500余件和其它標(biāo)準(zhǔn)件近100件。

3.2 某型發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫建立的意義

3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)件全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)是發(fā)動機(jī)裝配、計(jì)算、強(qiáng)度分析等工作的前提條件

在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，標(biāo)準(zhǔn)件和外購件不需要單獨(dú)出圖，但在PDM系統(tǒng)中，標(biāo)準(zhǔn)件的全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)成了必不可少的環(huán)節(jié)。如組件模型裝配，強(qiáng)度計(jì)算和校核，重量、重心及轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算及各種報(bào)表的生成等都離不開它。

3.2.2 標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫的建立提高了設(shè)計(jì)效率，保證質(zhì)量，節(jié)約成本

標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫的建立主要解決了技術(shù)人員在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，在重用已存在的標(biāo)準(zhǔn)件模型時(shí)，手工查找所需的標(biāo)準(zhǔn)件模型速度慢、易出錯的問題，從而使設(shè)計(jì)人員把更多的精力用于具有創(chuàng)造性的工作中去，減少設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)錯誤，可以大幅度提高設(shè)計(jì)效率，穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)件模型的設(shè)計(jì)水平，提高標(biāo)準(zhǔn)件重用率，縮短新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，從而達(dá)到降低成本的目的。

3.2.3 標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫為設(shè)計(jì)人員選用標(biāo)準(zhǔn)件提供便利

標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫具有超強(qiáng)的顯示功能，用戶可直觀地看到每個標(biāo)準(zhǔn)號層次結(jié)構(gòu)下所有的標(biāo)準(zhǔn)件列表信息，包括標(biāo)準(zhǔn)件的結(jié)構(gòu)型式和尺寸規(guī)格，極大地方便了用戶對標(biāo)準(zhǔn)件的選用，實(shí)現(xiàn)了面向?qū)ο蠹凑{(diào)即用的快捷服務(wù)。

3.2.4 標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫為異地協(xié)同項(xiàng)目管理提供技術(shù)支持

某型發(fā)動機(jī)的研制采用異地協(xié)同項(xiàng)目管理, 即由分散在異地的主研制單位和分研制單位，以現(xiàn)代信息技術(shù)為支撐手段，通過既有分工又相互協(xié)作的組織模式，充分發(fā)揮各單位的優(yōu)勢與能力共同參與的活動。研制過程中，主、分研制單位相互嵌套、相互影響，在技術(shù)、管理等方面進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)、信息的交流與支持。所以，各階段的數(shù)據(jù)統(tǒng)一采用基于NX和TeamCenter的協(xié)同環(huán)境系統(tǒng)，既滿足了以EBOM工程物料清單（Engineering bill of material）形式發(fā)放數(shù)據(jù)的需要，也提高了型號發(fā)動機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)制造的工作效率。

4 發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫的使用

4.1 標(biāo)準(zhǔn)件的搜索查詢

不論是單獨(dú)啟動UG NX，還是在TeamCenter中啟動UG NX，都能實(shí)現(xiàn)對標(biāo)準(zhǔn)件模型的快速搜索和加載。標(biāo)準(zhǔn)件庫應(yīng)提供兩種形式的搜索功能（見圖6）：一種是普通的，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件的名稱進(jìn)行搜索的功能；另一種是用戶需要根據(jù)某些約束條件（比

圖6 搜索查詢

如材料、直徑小于XX，長度大于XX的螺栓件）下的高級搜索功能。

普通搜索：在主界面的左上方的錄入框內(nèi)填入“十二角頭螺栓”，然后點(diǎn)擊“搜索”按鈕，系統(tǒng)就會遍歷樹結(jié)構(gòu)找到一個包含“十二角頭螺栓”字樣的節(jié)點(diǎn)名稱，并展開。

高級搜索：必須先在結(jié)構(gòu)樹上選擇節(jié)點(diǎn)，而且這個節(jié)點(diǎn)下的數(shù)據(jù)必須具有同樣的模板（具有相同的結(jié)構(gòu)、尺寸參數(shù)等）。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)件的調(diào)用

標(biāo)準(zhǔn)件的調(diào)用方法見圖7。在UG環(huán)境下，打開標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫，進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)件庫界面，進(jìn)行搜索查詢所需要的標(biāo)準(zhǔn)件，然后打開零件數(shù)據(jù)界面，選取調(diào)用所需標(biāo)準(zhǔn)件的某一系列尺寸的全三維的標(biāo)準(zhǔn)件模型即可。用戶通過界面選擇調(diào)用的標(biāo)準(zhǔn)件模型，既可以是某一單個標(biāo)準(zhǔn)件零件模型，也可以是附加了正確裝配約束的標(biāo)準(zhǔn)件組件模型。

T-65

C

1003-6660（2015）01-0012-05

10.13237/j.cnki.asq.2015.01.003

2014-09-01