應(yīng)用UG的質(zhì)量檢測(cè)工藝智能管理軟件設(shè)計(jì)*

周阿維　邵　偉　劉　沖

(① 西安工程大學(xué)，陜西 西安 710048；② 西安理工大學(xué)，陜西 西安 710048)

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應(yīng)用UG的質(zhì)量檢測(cè)工藝智能管理軟件設(shè)計(jì)*

周阿維①邵偉②劉沖②

(① 西安工程大學(xué)，陜西 西安 710048；② 西安理工大學(xué)，陜西 西安 710048)

為了提高數(shù)字化工廠中產(chǎn)品質(zhì)量管理水平，降低產(chǎn)品成本，設(shè)計(jì)了一種UG平臺(tái)的零件質(zhì)量檢測(cè)工藝智能管理軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)基于.NET的UG二次開(kāi)發(fā)技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)用戶信息管理、量具信息錄入、檢測(cè)特征自動(dòng)提取與識(shí)別、檢測(cè)排程和質(zhì)量信息采集等功能，建立了集成產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、質(zhì)量檢測(cè)的數(shù)字化平臺(tái)，并且給出了該軟件系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例。實(shí)踐結(jié)果表明，所開(kāi)發(fā)的軟件架構(gòu)可以滿足質(zhì)量檢測(cè)工藝智能管理的要求，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造升級(jí)中質(zhì)量控制環(huán)節(jié)的升級(jí)。

數(shù)字化工廠;質(zhì)量檢測(cè);管理軟件;UG二次開(kāi)發(fā)

數(shù)字化工廠是未來(lái)企業(yè)設(shè)計(jì)制造的模式，它是利用先進(jìn)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造方法如敏捷制造，分布式制造，虛擬企業(yè)等，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期中的設(shè)計(jì)、制造、裝配、質(zhì)量控制、質(zhì)量檢測(cè)、供銷和回收利用等各個(gè)階段的功能數(shù)字化[1-3]。數(shù)字化工廠可以使產(chǎn)品的生產(chǎn)更高效、更精準(zhǔn)、更環(huán)保等[2]。其中，質(zhì)量檢測(cè)管理技術(shù)是目前數(shù)字化工廠中的熱點(diǎn)問(wèn)題之一，其特點(diǎn)是對(duì)計(jì)算機(jī)軟件的依賴性高。

目前，國(guó)內(nèi)大部分企業(yè)依賴的是國(guó)外質(zhì)量檢測(cè)智能管理軟件，只有極少數(shù)企業(yè)擁有自主研發(fā)的質(zhì)量檢測(cè)智能管理軟件。然而，自主設(shè)計(jì)研發(fā)質(zhì)量檢測(cè)智能管理軟件是一個(gè)趨勢(shì)，這樣可提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，降低成本。另外，數(shù)字化工廠的產(chǎn)品生產(chǎn)中需要一個(gè)可將產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、質(zhì)量檢測(cè)進(jìn)行集成的數(shù)字化平臺(tái)，而Unigraphics(UG)是集成了產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造[4-5]。因此，本文設(shè)計(jì)了一種基于UG開(kāi)發(fā)的質(zhì)量檢測(cè)工藝智能管理軟件，該軟件系統(tǒng)利用C#語(yǔ)言對(duì)UG進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)，建立了質(zhì)量檢測(cè)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，并采用TCP/IP通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各模塊之間的數(shù)據(jù)交換，可根據(jù)需要自動(dòng)導(dǎo)出檢測(cè)尺寸，并根據(jù)現(xiàn)有信息自動(dòng)分配檢測(cè)任務(wù)。其中，檢測(cè)特征提取采用UG二次開(kāi)發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)與UG三維模型的交互，并可導(dǎo)出檢測(cè)特征及分配檢測(cè)量具，進(jìn)而利用遺傳算法對(duì)其分配結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，得出檢測(cè)排程結(jié)果，最后，根據(jù)排程結(jié)果通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

1　質(zhì)量檢測(cè)工藝智能管理軟件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的質(zhì)量檢測(cè)工藝智能管理軟件使用C#語(yǔ)言在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和Windows平臺(tái)下進(jìn)行開(kāi)發(fā)的。C#是微軟公司發(fā)布一種面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言，程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單有利于程序員快速靈活地開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序，在C#內(nèi)使用UG所提供的NX Open開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行開(kāi)發(fā)，這樣可以將質(zhì)量檢測(cè)工藝智能管理軟件嵌入到UG軟件之中。

該系統(tǒng)功能模塊主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)、用戶信息管理、量具信息錄入、檢測(cè)特征提取與識(shí)別、檢測(cè)排程和質(zhì)量信息采集等模塊。用戶信息管理模塊設(shè)置了每個(gè)用戶的權(quán)限。量具信息錄入模塊是將檢測(cè)量具信息輸入數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理。檢測(cè)特征提取與識(shí)別模塊是從工廠的UG三維模型設(shè)計(jì)圖紙中提取檢測(cè)信息，并獲得產(chǎn)品的檢測(cè)要素類型及大小。檢測(cè)排程模塊是根據(jù)特征提取結(jié)果分配檢測(cè)量具，然后使用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化。質(zhì)量信息采集模塊是使用自主研發(fā)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并根據(jù)檢測(cè)排程的優(yōu)化結(jié)果，對(duì)零件進(jìn)行檢測(cè)，并將測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)TCP/IP通信協(xié)議上傳至質(zhì)量檢測(cè)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)提供了各個(gè)模塊之間的數(shù)據(jù)交換。該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

2　質(zhì)量檢測(cè)工藝智能管理軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

IDEF(ICAM definition languages)是20世紀(jì)70年代由美國(guó)空軍發(fā)明，最早用于描述企業(yè)內(nèi)部運(yùn)作的一套建模方法，現(xiàn)在可以適用于一般的軟件開(kāi)發(fā)[6]。IDEF0流程圖是IDEF建模語(yǔ)言下的一種建模方法[7]，它是以結(jié)構(gòu)化分析和設(shè)計(jì)技術(shù)為基礎(chǔ)所發(fā)展出來(lái)的一種系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具，可由圖形化及結(jié)構(gòu)化的方式，清楚嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貙⒁粋€(gè)系統(tǒng)中的功能、以及功能彼此之間的限制、關(guān)系、相關(guān)信息與對(duì)象表達(dá)出來(lái)[6]。因此，本文采用IDEF0功能建模對(duì)該質(zhì)量檢測(cè)管理系統(tǒng)功能框架進(jìn)行了建模設(shè)計(jì)。該質(zhì)量檢測(cè)管理系統(tǒng)的詳細(xì)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示，系統(tǒng)主要有四個(gè)節(jié)點(diǎn)，分別是被測(cè)要素特征識(shí)別、檢測(cè)特征分配、檢測(cè)排程和質(zhì)量信息(或數(shù)據(jù))采集。

該質(zhì)量檢測(cè)管理系統(tǒng)的輸入為UG三維模型，從模型中通過(guò)UG二次開(kāi)發(fā)的方法獲取檢測(cè)要素信息，最終輸出檢測(cè)方案與排程結(jié)果，從而指導(dǎo)檢測(cè)人員進(jìn)行檢測(cè)。圖2中量具資源、檢測(cè)要求與檢測(cè)資源信息是質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)中的控制因素，約束整個(gè)質(zhì)量檢測(cè)與排程系統(tǒng)中的檢測(cè)規(guī)劃結(jié)果。UG二次開(kāi)發(fā)和遺傳算法是機(jī)制因素，為整個(gè)系統(tǒng)提供工作機(jī)制支持。檢測(cè)排程結(jié)果與檢測(cè)規(guī)劃程序是通過(guò)輸入因素、控制因素和機(jī)制因素共同作用所得出的軟件結(jié)果。

3　系統(tǒng)主要模塊的實(shí)現(xiàn)

3.1系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)

根據(jù)系統(tǒng)安全性、可靠性、響應(yīng)時(shí)間和計(jì)算機(jī)人員操作情況，該系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)選擇SQL Server 2008進(jìn)行創(chuàng)建。SQL Server 2008是微軟公司在2008年發(fā)布的新款數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，功能強(qiáng)大，且安全性高。其中，數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)表是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的基本數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)是數(shù)據(jù)庫(kù)物理層的第一步，也是整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的最重要的一步。為滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，本文設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)表分別是檢測(cè)工件信息、訂單情況、量具(或設(shè)備)、尺寸和用戶信息，它們之間的關(guān)系圖如圖3所示。

3.2特征自動(dòng)提取與識(shí)別

為實(shí)現(xiàn)后續(xù)檢測(cè)量具的分配，我們首先利用UG二次開(kāi)發(fā)來(lái)進(jìn)行檢測(cè)特征信息提取及識(shí)別，這些特征主要是基于UG模型的相關(guān)信息(比如標(biāo)注、表面公差、面和邊等)，通過(guò)特征信息提取及識(shí)別可得出零件產(chǎn)品的檢測(cè)要素類型及大小。在圖2中的A0節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)功能模塊A1節(jié)點(diǎn)細(xì)分得到A1檢測(cè)信息。

識(shí)別節(jié)點(diǎn)如圖4所示，A1檢測(cè)信息識(shí)別節(jié)點(diǎn)包括UG三維圖形的檢測(cè)信息提取、檢測(cè)特征分類和檢測(cè)信息匯總3個(gè)子節(jié)點(diǎn)。在計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)過(guò)程規(guī)劃系統(tǒng)中要求系統(tǒng)擁有根據(jù)檢測(cè)約束條件自動(dòng)化或者半自動(dòng)化模式的檢測(cè)尺寸特征的識(shí)別能力，然后檢測(cè)系統(tǒng)需要根據(jù)每個(gè)檢測(cè)尺寸特征選擇檢測(cè)方法，最后，所有的檢測(cè)操作結(jié)果需要整合成一整套的檢測(cè)規(guī)劃。因此，在檢測(cè)特征識(shí)別節(jié)點(diǎn)里首先通過(guò)UG二次開(kāi)發(fā)的方法從UG模型圖中將標(biāo)注信息進(jìn)行提取，如對(duì)于幾何標(biāo)注尺寸信息的提取，本文主要是NXOpen. Annotations命名空下Dimension類內(nèi)的public void GetDimensionText方法獲取主尺寸線上的參數(shù)，然后再通過(guò)訪問(wèn)屬性LowerMetricToleranceValue和屬性UpperMetricToleranceValue獲得尺寸線上所標(biāo)注是公差信息，此類內(nèi)的屬性ToleranceType用于判斷尺寸標(biāo)注是公差類型。相比幾何標(biāo)注尺寸信息提取形位公差信息提取的格式較為固定，是在NXOpen. Annotations命名空間下的Gdt類內(nèi)通過(guò)遍歷displayPart.Gdts可遍歷到所有的形位公差控制特征且獲取到形位公差的字符串描述。訪問(wèn)類FcfFrameData可以通過(guò)GeometricCharacteristic方法直接得到形位公差的描述特征。

3.3檢測(cè)排程

在檢測(cè)量具分配時(shí)，一個(gè)檢測(cè)尺寸會(huì)搜索到多個(gè)符合要求的檢測(cè)量具，因此，在檢測(cè)量具的選擇上有很大的優(yōu)化空間。檢測(cè)排程實(shí)際上就是對(duì)檢測(cè)量具分配結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。本文采用遺傳算法來(lái)進(jìn)行檢測(cè)排程，首先是設(shè)定優(yōu)化目標(biāo)，分配檢測(cè)器具，然后加載各種遺傳參數(shù)和優(yōu)化信息，最后遺傳操作過(guò)程輸出滿足要求的最優(yōu)化的解。對(duì)于檢測(cè)排程優(yōu)化問(wèn)題目前情況下有以下幾種優(yōu)化算法可供選擇，例如遺傳算法、粒子群算法、禁忌搜索算法。各種優(yōu)化算法有其各自的優(yōu)點(diǎn)。本文選用在工廠生產(chǎn)排程系統(tǒng)中最通用的遺傳算法處理檢測(cè)自動(dòng)排程問(wèn)題。檢測(cè)排程的過(guò)程在圖2中的A3節(jié)點(diǎn)中表示如圖5，核心算法是遺傳算法。

3.4質(zhì)量信息采集

質(zhì)量信息采集主要功能是實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集。本文采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并利用RS232，USB，LocalNet等通訊接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種測(cè)量?jī)x器檢測(cè)數(shù)據(jù)的采集，并通過(guò)TCP/IP協(xié)議上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)，可實(shí)時(shí)匯總相關(guān)檢測(cè)信息。

4　系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

本文以某公司數(shù)字化生產(chǎn)線測(cè)量問(wèn)題為例子來(lái)說(shuō)明質(zhì)量檢測(cè)工藝智能管理軟件系統(tǒng)使用過(guò)程。首先，錄入量具信息，選擇主界面(如圖6左下角所示)上的量具錄入，界面如圖7所示，依次錄入所用量具的各種信息，單擊錄入，則量具信息便會(huì)輸入數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)。

然后，啟動(dòng)UG，選擇如圖6所示的菜單下的測(cè)量規(guī)劃，單擊打開(kāi)零件菜單。界面中顯示如圖6所示的零件的尺寸信息及其UG三維設(shè)計(jì)圖，然后可對(duì)檢測(cè)工位上的其中一種零件信息進(jìn)行提取及識(shí)別，并將檢測(cè)信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。接著，利用檢測(cè)排程模塊對(duì)檢測(cè)量具的使用進(jìn)行優(yōu)化。首先配置優(yōu)化參數(shù)(包括目標(biāo)選擇、遺傳參數(shù)設(shè)置以及訂單的拖期懲罰金額等等)，然后進(jìn)行檢測(cè)量具使用的優(yōu)化，其結(jié)果與原工廠使用的手工檢測(cè)排程方法相比，時(shí)間上提高了87.4%，效率上高出66.6%。此外，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)測(cè)得該系統(tǒng)軟件結(jié)果與實(shí)際情況相符。

5　結(jié)語(yǔ)

基于UG的質(zhì)量檢測(cè)工藝智能管理軟件系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工廠的零件質(zhì)量檢測(cè)信息數(shù)字化管理，利用基于.NET的UG二次開(kāi)發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)用戶信息管理、量具信息錄入、檢測(cè)特征提取與識(shí)別、檢測(cè)排程和質(zhì)量信息采集等功能。該軟件系統(tǒng)的應(yīng)用能有效提高工廠的信息化管理效率和產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)設(shè)備利用率的最大化，有效減輕工作人員的勞動(dòng)量，降低產(chǎn)品成本，最終提高企業(yè)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的能力。

[1]夏尊鳳,郝詩(shī)明．基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)字化工廠[J]．長(zhǎng)沙大學(xué)學(xué)報(bào),2001,15(2):36-38.

[2]舒曉君,魏棟．現(xiàn)代車間信息數(shù)字化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化,2011(12):34-36.

[3]張國(guó)軍,黃剛．?dāng)?shù)字化工廠技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].航空制造技術(shù),2013(8):34-37.

[4]董正衛(wèi),田立中,付宜利.UG/OPEN API編程基礎(chǔ)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2002.

[5]何麗, 孫文磊, 王宏偉．基于UG的Web三維零件庫(kù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[J]．機(jī)床與液壓, 2012, 40(11): 91-943.

[6]陳中揚(yáng).基于.NET的渦旋壓縮機(jī)裝配管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].南昌：南昌大學(xué),2013.

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(編輯汪藝)

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Design of intelligent management software for quality inspection process using Unigraphics(UG)

ZHOU Awei①，SHAO Wei②，LIU Chong②

(① Xi’an Polytechnic University, Xi’an 710048, CHN;② Xi’an University of Technology, Xi’an 710048, CHN)

In order to improve the level of product quality management and reduce the cost of products in the digital factory, an intelligent management software system for quality inspection process of parts based on UG platform is designed. The system is based on the.NET re-developing technology based on UG, and can achieve user information management, measuring information input, detection features automatic extraction and identification, detection scheduling and quality information collection and other functions in the network environment, and establish a digital platform for integrated product design, manufacturing and quality inspection. In addition, the application example of the intelligent management software system of the quality inspection process is given. The practice results show that the software architecture developed can meet the requirements of intelligent management of quality inspection process, and can realize the upgrading of quality control in digital manufacturing.

digital factory； quality inspection； management software； unigraphics re-developing

TP311

B

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.06.003

周阿維，女，1981年生，講師，研究方向?yàn)榱慵|(zhì)量檢測(cè)、數(shù)字圖像處理等。

2015-11-17)

160619

* 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51505359) ; 陜西省教育廳基金項(xiàng)目(15JK1331) ; 西安工程大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目(BS1428)