航天結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)件三維模型的構(gòu)建與管理

◎北京宇航系統(tǒng)工程研究所 陳仁越 劉嶺 周培 皮贊 趙博

航天結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)件三維模型的構(gòu)建與管理

◎北京宇航系統(tǒng)工程研究所 陳仁越 劉嶺 周培 皮贊 趙博

目前，開展航天產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造，構(gòu)建運(yùn)載火箭、衛(wèi)星等產(chǎn)品全箭、全星三維數(shù)字樣機(jī)模型，開展各部件、系統(tǒng)之間的干涉檢查、機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真、人機(jī)裝配仿真、有限元仿真分析等在很大程度上提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低了產(chǎn)品的研制成本，縮短了產(chǎn)品的研制周期，這些工作的開展均需要使用結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)件三維模型。一個(gè)典型的航天產(chǎn)品中結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)件的占用比例較大，且重復(fù)使用比重較高，因此需要建立航天結(jié)構(gòu)三維標(biāo)準(zhǔn)件庫，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)件的便捷使用和有效集中的統(tǒng)一管理，解決標(biāo)準(zhǔn)件三維模型由設(shè)計(jì)師個(gè)人構(gòu)建造成的模型不規(guī)范、使用及維護(hù)過程缺乏統(tǒng)一管理等一系列問題。

標(biāo)準(zhǔn)件是嚴(yán)格按照國家、行業(yè)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的零部件。標(biāo)準(zhǔn)件一般是從第三方采購，標(biāo)準(zhǔn)件使用僅僅是一個(gè)選用問題，主要關(guān)注標(biāo)準(zhǔn)件外形尺寸和質(zhì)量特性。在未建立標(biāo)準(zhǔn)件庫前，標(biāo)準(zhǔn)件三維模型由各廠所自行構(gòu)建，甚至掌握在設(shè)計(jì)師個(gè)人手中，造成資源分散與信息不能共享，以及標(biāo)準(zhǔn)件三維模型重復(fù)建設(shè)等問題，極大地降低了數(shù)字化設(shè)計(jì)的效率，制約著三維數(shù)字化設(shè)計(jì)工作的開展。因此，需要建立統(tǒng)一的三維標(biāo)準(zhǔn)件庫進(jìn)行規(guī)范管理。

一、標(biāo)準(zhǔn)件庫建設(shè)分析

航天結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)件包括螺栓、螺母、鉚釘?shù)壬锨ХN零件，數(shù)據(jù)量非常大，因此需要在完成標(biāo)準(zhǔn)件建模的基礎(chǔ)上構(gòu)建靈活、高效、方便的管理系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)件庫主要包括標(biāo)準(zhǔn)件使用和集中管理兩大業(yè)務(wù)。

1.標(biāo)準(zhǔn)件使用

標(biāo)準(zhǔn)件使用指快速查找標(biāo)準(zhǔn)件，并裝配到當(dāng)前產(chǎn)品中，具體包括以下幾個(gè)方面：

標(biāo)準(zhǔn)件查詢?？焖俨樵兊剿铇?biāo)準(zhǔn)件，可以是通過分類體系、優(yōu)選目錄、個(gè)人收藏夾，或者直接通過標(biāo)準(zhǔn)代號和名稱查詢。

標(biāo)準(zhǔn)件瀏覽。查看標(biāo)準(zhǔn)件示意圖、規(guī)格數(shù)據(jù)、關(guān)聯(lián)文檔等信息，并通過可視化瀏覽了解此標(biāo)準(zhǔn)件的三維結(jié)構(gòu)。

標(biāo)準(zhǔn)件裝配。通過拖拽方式將已選定的標(biāo)準(zhǔn)件添加到當(dāng)前產(chǎn)品，同時(shí)要求正確更新產(chǎn)品的BOM信息，如名稱、代號、質(zhì)量。

關(guān)聯(lián)零件智能檢索。智能檢索與正裝配標(biāo)準(zhǔn)件關(guān)聯(lián)的零件，并快速添加到當(dāng)前產(chǎn)品。關(guān)聯(lián)零件是指在標(biāo)準(zhǔn)件使用過程中與之配套的標(biāo)準(zhǔn)件。

標(biāo)準(zhǔn)件快速替換?？焖賹?shí)現(xiàn)對當(dāng)前裝配模型中的標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行替換，這里的“替換”指同系列不同規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)件之間的替換。

個(gè)人收藏夾。個(gè)人收藏夾是個(gè)人用戶用于存儲最近常用標(biāo)準(zhǔn)件鏈接的“容器”，可以提高標(biāo)準(zhǔn)件使用效率。

2.標(biāo)準(zhǔn)件管理

標(biāo)準(zhǔn)件庫管理信息系統(tǒng)具體涉及以下幾個(gè)方面：

分類管理。標(biāo)準(zhǔn)件分類體系是本系統(tǒng)組織和管理標(biāo)準(zhǔn)件的基礎(chǔ)，按照GB、GJB、QJ等標(biāo)準(zhǔn)的分類體系和中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院標(biāo)準(zhǔn)化管理規(guī)范建立標(biāo)準(zhǔn)件分類體系，并通過分類樹實(shí)現(xiàn)。

優(yōu)選目錄管理。標(biāo)準(zhǔn)件優(yōu)選目錄是指在型號研制中考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和制造等多種因素而制定的標(biāo)準(zhǔn)件選用范圍，要求系統(tǒng)能夠?yàn)槊總€(gè)型號建立優(yōu)選目錄，并支持優(yōu)選目錄的維護(hù)和管理。

標(biāo)準(zhǔn)件維護(hù)管理。在具體的標(biāo)準(zhǔn)件建立、審核和發(fā)布中遵循標(biāo)準(zhǔn)化管理的相關(guān)流程，建模責(zé)任單位按照設(shè)計(jì)規(guī)范完成建模，保證標(biāo)準(zhǔn)件內(nèi)容符合用戶需求，經(jīng)過審批后發(fā)布給所有用戶使用。

生產(chǎn)企業(yè)與代理商管理。實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)企業(yè)與代理商的維護(hù)管理，要求保留開發(fā)接口與之集成，能夠從物資管理系統(tǒng)中讀取標(biāo)準(zhǔn)件供應(yīng)商的信息。

系統(tǒng)管理。保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的系統(tǒng)管理功能，包括用戶管理、權(quán)限管理、標(biāo)準(zhǔn)審核管理等內(nèi)容。

二、標(biāo)準(zhǔn)件三維模型建模規(guī)范

1.建模的一般要求

航天結(jié)構(gòu)三維標(biāo)準(zhǔn)件庫構(gòu)建必須制定一定的規(guī)范，不僅用于開始階段的大量集中建模，而且要在后期根據(jù)使用需要進(jìn)行增補(bǔ)。規(guī)范的一般要求主要包括：規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)件三維建模使用的CAD軟件及版本；定制標(biāo)準(zhǔn)件三維建模使用的模板，并填寫相關(guān)參數(shù)；標(biāo)準(zhǔn)件三維模型主要用于數(shù)字樣機(jī)模裝、干涉檢查，因此其外形尺寸不包含零件的工藝細(xì)節(jié)，按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中的尺寸系列進(jìn)行三維建模；建模時(shí)應(yīng)按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)定義的材料密度進(jìn)行設(shè)置，保證其質(zhì)量屬性正確，便于后期通過數(shù)字樣機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量的計(jì)算和數(shù)字樣機(jī)質(zhì)心的確定；應(yīng)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)件三維模型的顏色，反映在Pro/E中為具體的RGB值。

2.標(biāo)準(zhǔn)件三維模型的命名

標(biāo)準(zhǔn)件三維模型的命名需遵循易區(qū)分、便查找的原則。普通模型的名稱由標(biāo)準(zhǔn)代號和狀態(tài)名稱組成，實(shí)例模型的名稱由標(biāo)準(zhǔn)代號、規(guī)格和狀態(tài)名稱3部分組成。其中，狀態(tài)名稱用于區(qū)分同一標(biāo)準(zhǔn)件的不同材料，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)件包括多種材料時(shí)，用材料的英文或拼音表示。

三、技術(shù)路線與系統(tǒng)架構(gòu)

1.技術(shù)路線

在現(xiàn)有工作的基礎(chǔ)上開發(fā)基于WEB的標(biāo)準(zhǔn)件庫管理系統(tǒng)以及嵌入Pro/E的插件，方便用戶在CAD環(huán)境下直接查找并使用標(biāo)準(zhǔn)件。用戶將找到的標(biāo)準(zhǔn)件直接拖入到當(dāng)前裝配體即可實(shí)現(xiàn)對標(biāo)準(zhǔn)件的裝配。

整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)施主要包括以下幾個(gè)方面：

標(biāo)準(zhǔn)件基本信息與建模。標(biāo)準(zhǔn)件基本信息是BOM管理的基礎(chǔ)，因此其包含的信息必須準(zhǔn)確和完整。在BOM屬性中，質(zhì)量屬性是一個(gè)焦點(diǎn)問題，主要原因是Pro/E本身可以自動根據(jù)材料屬性和零件體積計(jì)算零件質(zhì)量。當(dāng)零件建模滿足一定要求時(shí)，此計(jì)算結(jié)果為準(zhǔn)確結(jié)果，而當(dāng)零件進(jìn)行簡化和變形處理后，此模型質(zhì)量將不再準(zhǔn)確。因此建議在零件屬性中增加質(zhì)量屬性，添加標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的質(zhì)量信息。

BOM編碼問題。標(biāo)準(zhǔn)件通過標(biāo)準(zhǔn)代號和規(guī)格信息進(jìn)行標(biāo)識，在工程圖設(shè)計(jì)中也采用此方式標(biāo)識標(biāo)準(zhǔn)件。

標(biāo)準(zhǔn)件模型存儲。所有的標(biāo)準(zhǔn)件三維模型全部存儲在Pro/ INTRALINK8.0文件服務(wù)器中，即基于Pro/INTRALINK構(gòu)建文件管理模塊，實(shí)現(xiàn)對文件模型的管理與維護(hù)。

標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)格參數(shù)存儲。采用標(biāo)準(zhǔn)模型文件管理和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)管理分離的技術(shù)，構(gòu)建獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)管理模塊，實(shí)現(xiàn)對標(biāo)準(zhǔn)件分類、規(guī)格參數(shù)、優(yōu)選目錄等信息的集中管理，與Pro/ INTRALINK系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)緊密集成，并保證系統(tǒng)的獨(dú)立性和擴(kuò)展性。

標(biāo)準(zhǔn)件查詢使用。基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)件模型的快速檢索，并提供三級檢索技術(shù)，提供基于模糊查詢的直接檢索與關(guān)聯(lián)零件檢索，提供個(gè)人收藏夾，實(shí)現(xiàn)對常用零件的快速訪問。

標(biāo)準(zhǔn)件優(yōu)選。采用基于目錄的優(yōu)選技術(shù)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)件優(yōu)選管理?；舅悸肥轻槍π吞栄兄平⑾鄳?yīng)的優(yōu)選目錄。

標(biāo)準(zhǔn)件審批流程。標(biāo)準(zhǔn)件建立、發(fā)布和使用遵循一定的管理規(guī)范，維護(hù)人員建立標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)模型，并輸入必要的參數(shù)化信息。審核人員登錄進(jìn)行審核，批準(zhǔn)后轉(zhuǎn)為發(fā)布狀態(tài)，即可被所有用戶使用。

標(biāo)準(zhǔn)件庫安全管理。實(shí)行系統(tǒng)管理員、產(chǎn)品管理員、普通用戶“三員管理”模式，通過建立安全用戶角色保證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全。

系統(tǒng)集成。INTRALINK8.0采用了Windchill技術(shù)架構(gòu)，其自身的開發(fā)技術(shù)可以滿足標(biāo)準(zhǔn)件模型存取的要求。Pro/E提供JLink接口技術(shù)，支持基于JAVA的開發(fā)技術(shù)，其開放性滿足標(biāo)準(zhǔn)件庫開發(fā)的要求。

2.系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)基于B/S架構(gòu)（見圖1），服務(wù)器端構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)件管理的相關(guān)服務(wù)，客戶端利用Pro/E內(nèi)嵌的瀏覽器和通用瀏覽器即可實(shí)現(xiàn)訪問標(biāo)準(zhǔn)件庫，從中查詢并添加相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)件到當(dāng)前裝配體。

圖1 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

3.系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

數(shù)據(jù)與模型分離。標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)格數(shù)據(jù)存儲于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，三維模型存儲于Pro/INTRALINK服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了單一數(shù)據(jù)源。

與Pro/INTRALINK緊 密集成。將所有的三維模型存儲于Pro/INTRALINK 服務(wù)器，保證標(biāo)準(zhǔn)件在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的正確應(yīng)用。

支持多種CAD系統(tǒng)?？梢怨芾矶喾NCAD 文件，便于系統(tǒng)擴(kuò)展。

提供標(biāo)準(zhǔn)的開放接口。作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫之一，提供WebService的標(biāo)準(zhǔn)接口，為其它系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)和模型。

標(biāo)準(zhǔn)件三維模型管理是一項(xiàng)繁瑣而重要的工作，涉及的模型較多、數(shù)據(jù)量大，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，造成質(zhì)量問題。同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)件三維模型管理屬于基礎(chǔ)性建設(shè)，需要投入較多的人力、物力。北京宇航系統(tǒng)工程研究所的標(biāo)準(zhǔn)件庫建立完成后運(yùn)行良好，收到的效益可觀，一方面較大地提高了設(shè)計(jì)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)還將建成的標(biāo)準(zhǔn)件庫轉(zhuǎn)讓其它單位進(jìn)行共享，產(chǎn)生了較高的經(jīng)濟(jì)效益。