三維設(shè)計(jì)質(zhì)量控制體系構(gòu)建與研究

王鈺銘，李曉亮，陸 洋，楊昌南

（中國(guó)石油集團(tuán)東北煉化工程有限公司，吉林吉林 132002）

三維設(shè)計(jì)質(zhì)量控制體系構(gòu)建與研究

王鈺銘，李曉亮，陸 洋，楊昌南

（中國(guó)石油集團(tuán)東北煉化工程有限公司，吉林吉林 132002）

通過(guò)運(yùn)用全面質(zhì)量管理知識(shí)，對(duì)三維設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了深入研究，梳理出一套完整的工作程序，針對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)建立、模型參數(shù)輸入、模型深度管理、數(shù)據(jù)一致性檢查、碰撞檢查、模型審查、成品制作與三維設(shè)計(jì)平臺(tái)維護(hù)等環(huán)節(jié)進(jìn)行剖析，制定了行之有效的檢查、審查、校審方式，克服模型與成品缺陷與促進(jìn)循環(huán)改進(jìn)方法，構(gòu)建了科學(xué)、生態(tài)、全面的質(zhì)量體系，為今后的工作開(kāi)展與產(chǎn)品目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供了理論依據(jù)。

三維設(shè)計(jì)；質(zhì)量體系；三維模型；模型審查

隨著信息技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，各行各業(yè)的作業(yè)模式已發(fā)生巨大的變革。在石油化工設(shè)計(jì)領(lǐng)域，三維設(shè)計(jì)已成為主流手段[1]，其集成化、可視化，數(shù)字化的特征，能夠快捷的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化與成果交付，有效縮短設(shè)計(jì)工期、降低工程成本，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。但是國(guó)內(nèi)二十余年的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，并沒(méi)有使三維設(shè)計(jì)發(fā)揮出最大能效，使用水平的粗獷與二次開(kāi)發(fā)能力的低下，一定程度上反而制約了質(zhì)量品質(zhì)的提升，隨著設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)流程的改變，也應(yīng)帶來(lái)質(zhì)量控制方法的變革[2]，而迄今為止仍沒(méi)有成熟完善的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建一個(gè)符合三維設(shè)計(jì)發(fā)展的質(zhì)量控制體系是國(guó)內(nèi)工程公司共同面臨的課題，本文結(jié)合我院的三維設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，根據(jù)全面質(zhì)量管理知識(shí)對(duì)該體系的構(gòu)建進(jìn)行了論述。

1 三維設(shè)計(jì)工作程序

三維設(shè)計(jì)顛覆了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式，眾多的影響因素是質(zhì)量難以掌控的主要原因，但是究其本質(zhì)不難發(fā)現(xiàn)，三維設(shè)計(jì)質(zhì)量的控制仍然是成果品質(zhì)和設(shè)計(jì)過(guò)程工作質(zhì)量控制，其中成果品質(zhì)是核心，工作質(zhì)量是設(shè)計(jì)質(zhì)量的保證[3]，要現(xiàn)實(shí)卓有成效的控制三維設(shè)計(jì)的質(zhì)量，就必須科學(xué)的運(yùn)用全面質(zhì)量管理的知識(shí)建立三維設(shè)計(jì)全生命周期的工作程序，并根據(jù)各個(gè)環(huán)節(jié)的特點(diǎn)制定相適應(yīng)的質(zhì)量方針。

圖1　三維設(shè)計(jì)工作程序

從圖1中可以看出：根據(jù)三維設(shè)計(jì)特殊工作方式，可以分為數(shù)據(jù)庫(kù)建立、三維模型布置、三維平臺(tái)維護(hù)及成品制作四個(gè)簡(jiǎn)要過(guò)程，各個(gè)過(guò)程環(huán)環(huán)相扣，互相影響，每個(gè)過(guò)程的質(zhì)量都是不可忽略的。

三維設(shè)計(jì)軟件都是通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)為驅(qū)動(dòng)的，各專(zhuān)業(yè)的模型都是通過(guò)調(diào)用設(shè)計(jì)參考數(shù)據(jù)庫(kù)完成建立的，數(shù)據(jù)庫(kù)的準(zhǔn)確與否直接影響模型與材料匯總的準(zhǔn)確性[4]。數(shù)據(jù)庫(kù)準(zhǔn)確性是最終三維質(zhì)量的源頭，一方面應(yīng)該對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)源文件進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，另外一方面應(yīng)建立完善的編碼體系來(lái)保證材料的唯一性，能夠方便的應(yīng)用到成品制作、采購(gòu)、施工過(guò)程中，讓各階段材料的可以追溯。

2 三維模型布置

三維模型布置是設(shè)計(jì)工作程序的重要組成部分，約占整個(gè)周期的80%，它關(guān)系到后期成品制作階段所生成圖形表單的正確性、完整性和美觀性，模型的質(zhì)量也直接影響到成品制作的周期[5]，根據(jù)歸納與總結(jié)，可以發(fā)現(xiàn)三維模型布置主要由參數(shù)輸入、協(xié)同與深度管理、模型綜合檢查三個(gè)因素構(gòu)成。

2.1模型參數(shù)輸入

三維模型布置首先應(yīng)確保模型參數(shù)的準(zhǔn)確性，正確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是三維模型質(zhì)量控制的前提，以往由于工期等原因，建模人員在沒(méi)有簽字版的條件時(shí)就開(kāi)始匆忙布置模型，雖然正式的條件返回時(shí)也會(huì)進(jìn)行修改，但往往不是徹底的，其次，同一項(xiàng)目建模的參數(shù)的輸入位置，參數(shù)的單位等深度也應(yīng)該實(shí)現(xiàn)高度的統(tǒng)一。

2.2協(xié)同與深度管理

三維布置設(shè)計(jì)其次應(yīng)注重模型的協(xié)同與深度管理，這是三維模型質(zhì)量控制的基礎(chǔ)。一套裝置就是所有元件的集合，在三維設(shè)計(jì)的協(xié)同效應(yīng)下，將專(zhuān)業(yè)組成一個(gè)團(tuán)隊(duì)，將信息數(shù)據(jù)共享，并將所有的成果可視化，才能發(fā)揮三維設(shè)計(jì)的最大作用[6]。長(zhǎng)期以來(lái)，三維設(shè)計(jì)只有配管、土建、電儀少數(shù)幾個(gè)專(zhuān)業(yè)參與，建模一般也只有設(shè)備、管道、構(gòu)筑物、電儀槽板少數(shù)內(nèi)容，這不是裝置的正確集合，參與專(zhuān)業(yè)越多，內(nèi)容越深化，集合才會(huì)越接近準(zhǔn)確位置。

2.3模型綜合檢查

最后，三維模型綜合檢查是質(zhì)量目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，模型綜合檢查是三維布置設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，一個(gè)三維項(xiàng)目不經(jīng)過(guò)模型綜合檢查，永遠(yuǎn)只能是殘次品。無(wú)論是以平臺(tái)自動(dòng)檢查為主的數(shù)據(jù)一致性檢查與碰撞檢查，還是人為的模型日常校審、階段審查，都對(duì)質(zhì)量的提高發(fā)揮重要的作用。

2.3.1數(shù)據(jù)一致性檢查

三維模型布置過(guò)程應(yīng)定期進(jìn)行數(shù)據(jù)一致性檢查，會(huì)將模型與數(shù)據(jù)庫(kù)的變更而引起兩者不同步的狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)更新，對(duì)于兩者無(wú)法匹配的狀況做出提示，所有三維軟件都具備該項(xiàng)檢查功能，其中PDS（三維工廠設(shè)計(jì)系統(tǒng)）軟件是通過(guò) Revise Data中的Update from PDB完成，而SP3D（智能工廠設(shè)計(jì)系統(tǒng)）是時(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)，View選項(xiàng)To Do List菜單可以顯示數(shù)據(jù)與模型不匹配的原因，只有數(shù)據(jù)與模型完全匹配，才可以進(jìn)行后續(xù)的工作。

2.3.2碰撞檢查

不定期地進(jìn)行模型碰撞檢查，抽取碰撞報(bào)告，可以最大限度地避免現(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)業(yè)內(nèi)或?qū)I(yè)間的碰撞問(wèn)題，模型的碰撞可分為軟硬兩種碰撞類(lèi)型，硬碰撞是指元件的真實(shí)接觸，而軟碰撞是指操作空間被占用，根據(jù)要求分階段進(jìn)行分專(zhuān)業(yè)與全項(xiàng)目碰撞檢查，可理論上最終實(shí)現(xiàn)零碰撞[7]。

2.4模型自查、校審

三維模型布置過(guò)程中不能忽略人為日常校查過(guò)程，這是至關(guān)重要的步驟，一般分為自查與校審，如GC1類(lèi)管道等特殊類(lèi)別的模型還需要審定的參與，目前階段我們從管理上確立日常校查制度，根據(jù)各專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)確立設(shè)計(jì)驗(yàn)證細(xì)則，用規(guī)則約束參與人員習(xí)慣的形成，保證模型的質(zhì)量。隨著信息化不斷發(fā)展，這項(xiàng)工作也并是完全意義的人為操作，如系統(tǒng)圖與模型圖的校驗(yàn)可以借助CAD協(xié)同（設(shè)計(jì)輔助平臺(tái)）、Foundtion（數(shù)據(jù)管理平臺(tái)）來(lái)完成半自動(dòng)或全自動(dòng)的對(duì)比，這無(wú)疑讓校審工作變得更簡(jiǎn)單、更準(zhǔn)確。

2.5模型審查

模型審查是各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員檢驗(yàn)三維設(shè)計(jì)工藝符合性、專(zhuān)業(yè)空間劃分是否合理、專(zhuān)業(yè)接口是否正確、專(zhuān)業(yè)之間查缺補(bǔ)漏以及存在急需各方解決的問(wèn)題等進(jìn)行的審查會(huì)。模型審查階段通常按模型完成工作量劃分為30%、60%、90%模型審查三個(gè)階段，審查過(guò)程中會(huì)根據(jù)審查內(nèi)容做好三維模型演示工作，記錄各專(zhuān)業(yè)及業(yè)主的審查意見(jiàn)并截出Review或SPR（Review、SPR分別為Intergraph系列和AVEVA系列三維軟件的模型瀏覽工具）圖片，形成審查記錄表，各專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人對(duì)本專(zhuān)業(yè)模型審查檢查項(xiàng)進(jìn)行確認(rèn)，并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)修改完畢。

3 成品制作

通常三維設(shè)計(jì)成品不是從平臺(tái)中抽取后就可直接成型的，特別是平面圖、剖面圖等圖形類(lèi)文件，需要二次加工與制作，而現(xiàn)行的國(guó)家制圖標(biāo)準(zhǔn)都是針對(duì)二維設(shè)計(jì)規(guī)定的，很多圖紙的比例、內(nèi)容滿足與現(xiàn)行的《化工工藝設(shè)計(jì)施工圖內(nèi)容和深度統(tǒng)一規(guī)定》等規(guī)范不匹配，所以，制定符合三維設(shè)計(jì)的出圖規(guī)定可有效減少圖面風(fēng)格的五花八門(mén)。

與傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)成品一樣，三維設(shè)計(jì)成品抽取與制作后同樣需要自查與校審，并根據(jù)記錄修改模型，重新抽取制作成品，提取統(tǒng)一的校查要素是影響成品質(zhì)量的因素，一個(gè)清晰的校審細(xì)則可以提高模型與成品的準(zhǔn)確性。如圖2，管道軸測(cè)圖校審流程與要素。

針對(duì)容易出錯(cuò)的綜合、隔熱等表單類(lèi)成品通過(guò)二次開(kāi)發(fā)的手段提高一次成型率，驗(yàn)證成功后不僅可以減少人為統(tǒng)計(jì)與制作過(guò)程，而且可以保證材料的精準(zhǔn)率。

4 三維平臺(tái)維護(hù)

創(chuàng)造一個(gè)生態(tài)化的三維設(shè)計(jì)環(huán)境會(huì)給三維設(shè)計(jì)本身帶來(lái)有口皆碑的品質(zhì)，而由于三維平臺(tái)維護(hù)本身不是設(shè)計(jì)的特殊性質(zhì)，長(zhǎng)期以來(lái)項(xiàng)目管理者經(jīng)常忽略這個(gè)重要的環(huán)節(jié)，這就達(dá)不到質(zhì)量管理全面性的要求，三維模型結(jié)構(gòu)創(chuàng)建、模型的固化、數(shù)據(jù)的備份與恢復(fù)、出圖管理、服務(wù)器的平穩(wěn)運(yùn)行都可能會(huì)造成致命的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，又由于維護(hù)本身抽象虛擬的特性，且IT工程師歸屬信息部門(mén)，質(zhì)量總是難以控制，維護(hù)是服務(wù)概念，優(yōu)質(zhì)的服務(wù)需要管理的關(guān)注和制度的約束，將三維平臺(tái)維護(hù)同時(shí)納入項(xiàng)目管理范疇有助于提高IT工程師的主觀能動(dòng)性，同時(shí)制定維護(hù)過(guò)程中各項(xiàng)工作的細(xì)則，能讓IT工程師有據(jù)可依，可以提升三維平臺(tái)維護(hù)的服務(wù)水平。

圖2　管道軸測(cè)圖的程序與要素

5 結(jié)論

經(jīng)過(guò)多年的三維設(shè)計(jì)實(shí)踐與探索，總結(jié)出了科學(xué)、生態(tài)、全面的三維設(shè)計(jì)工作程序，如圖3，并針對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)建立、三維模型布置、成品制作、三維平臺(tái)維護(hù)四個(gè)主要環(huán)節(jié)成功的創(chuàng)建了行之有效的控制方法，現(xiàn)實(shí)了全生命周期的三維設(shè)計(jì)質(zhì)量管理，并推動(dòng)了三維設(shè)計(jì)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程與管理制度創(chuàng)新。

圖3　三維設(shè)計(jì)工作循環(huán)

在三維設(shè)計(jì)過(guò)程中，注重模型綜合檢查、模型審查、成品校查、通過(guò)問(wèn)題預(yù)警克服設(shè)計(jì)缺陷，將檢查時(shí)所發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題形成報(bào)告，促進(jìn)三維模型與圖紙的良性循環(huán)改進(jìn)，是實(shí)現(xiàn)PDCA質(zhì)量控制的有效途徑[8]。

全員參與對(duì)三維設(shè)計(jì)質(zhì)量的至關(guān)重要，一個(gè)成功的三維設(shè)計(jì)成果離不開(kāi)領(lǐng)導(dǎo)者的關(guān)注，管理人員精心的組織，設(shè)計(jì)人員不懈的努力，與IT工程師盡心盡力的維護(hù)。

三維設(shè)計(jì)軟件的二次開(kāi)發(fā)和推進(jìn)對(duì)智能工廠設(shè)計(jì)系統(tǒng)的應(yīng)用會(huì)提高設(shè)計(jì)成果的精準(zhǔn)度，對(duì)信息技術(shù)的持續(xù)投入會(huì)推動(dòng)三維設(shè)計(jì)質(zhì)量的進(jìn)步。

Construction and Research on the Quality Control System of 3D Design

Wang Yu-ming，Li Xiao-liang，Lu Yang，Yang Chang-nan

This paper makes a deep research on the 3D design process，and combs out a complete set of working procedures by using total quality management knowledge.And this topic makes the effective control scheme for inspection，review，and school review；overcomes the model products defects；promotes the recycling method and builds a scientifi c，ecological and comprehensive quality system through analyzing the database establishment，model parameter input，model depth management，data consistency checking，collision checking，model review，product manufacturing and 3D design platform maintenance.This topic provides a theoretical basis for the future of work and product goals.

3D design；Quality system；3D model；Model review

F425；F273.2

A

1003-6490（2016）01-0064-02

2015-12-10

王鈺銘，男，2011年畢業(yè)于長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)高分子化學(xué)與物理專(zhuān)業(yè)，理學(xué)碩士，工程師，主要從事石油化工管道設(shè)計(jì)與三維設(shè)計(jì)方面的研究工作。