面向三維工藝設(shè)計的PBOM建模方法研究

周紅橋，陳帝江，程五四，張祥祥

(中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所， 安徽 合肥 230088)

面向三維工藝設(shè)計的PBOM建模方法研究

周紅橋，陳帝江，程五四，張祥祥

(中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所， 安徽 合肥 230088)

文中針對三維工藝設(shè)計模式應(yīng)用過程中的工藝數(shù)據(jù)管理問題，提出了一種面向三維工藝設(shè)計的工藝物料清單(Process Bill of Material, PBOM)建模方法，以該方法形成的PBOM可實現(xiàn)三維工藝模型等工藝數(shù)據(jù)的一致性和有效管理。分析了三維工藝設(shè)計數(shù)據(jù)管理需求，給出了PBOM的形式化描述及其模型，論述了基于裝配結(jié)構(gòu)樹驅(qū)動PBOM節(jié)點生成、基于三維工藝索引文件實現(xiàn)PBOM節(jié)點與三維工藝數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)等關(guān)鍵技術(shù)。文中提出的PBOM建模方法對產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中的三維工藝設(shè)計數(shù)據(jù)管理模塊開發(fā)具有指導(dǎo)意義。

三維工藝設(shè)計數(shù)據(jù)；產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理；工藝物料清單；裝配結(jié)構(gòu)樹

引 言

三維工藝設(shè)計是當(dāng)前數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)研究與應(yīng)用的熱點[1-7]。三維工藝設(shè)計以三維設(shè)計模型作為輸入，在計算機環(huán)境下采用三維方式構(gòu)建和生成以三維工藝模型為主的工藝數(shù)據(jù)，并輸出和發(fā)布到車間終端，車間工人能夠從各個視角瀏覽輕量化的三維工藝模型或查看裝配動畫。

三維工藝設(shè)計模式已在航空、航天、電子等行業(yè)企業(yè)開展了應(yīng)用試點，取得了較好效果。應(yīng)用表明：與二維工藝數(shù)據(jù)相比，三維工藝數(shù)據(jù)之間存在更高的依存度、結(jié)構(gòu)性和關(guān)聯(lián)性，若不能有序和規(guī)范地進(jìn)行管理，則極易產(chǎn)生不一致和冗余問題，嚴(yán)重影響研發(fā)質(zhì)量和效率。

因此，本文首先分析了三維工藝設(shè)計數(shù)據(jù)管理需求，在此基礎(chǔ)上，提出了一種面向三維工藝設(shè)計的工藝物料清單(Process Bill of Material, PBOM)建模方法，并對PBOM的形式化描述、PBOM節(jié)點生成、PBOM節(jié)點與三維工藝數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。本文提出的PBOM建模方法對三維工藝設(shè)計數(shù)據(jù)的一致性和有效管理具有指導(dǎo)意義。

1 三維工藝設(shè)計數(shù)據(jù)管理需求分析

三維工藝設(shè)計數(shù)據(jù)可分為4類：模型數(shù)據(jù)、工程圖樣數(shù)據(jù)、文檔數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)[8]。

由于各類三維工藝設(shè)計數(shù)據(jù)的多樣化，三維工藝設(shè)計數(shù)據(jù)之間存在復(fù)雜的映射關(guān)系。如基于PTC公司的Creo開發(fā)的雷達(dá)結(jié)構(gòu)全三維工藝設(shè)計平臺，其中的三維工序模型用一個裝配體文件表示，而三維發(fā)布模型是由多個輕量化模型文件構(gòu)成的(每道工序?qū)?yīng)一個輕量化模型文件)，這樣三維工序模型與三維發(fā)布模型的關(guān)聯(lián)關(guān)系就是一種一對多的關(guān)系。

另一方面，在數(shù)字化研發(fā)模式下，將三維工藝設(shè)計數(shù)據(jù)納入產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(Product Data Management,PDM)系統(tǒng)，基于PBOM進(jìn)行檢索、匯總和審簽管理。與二維工藝設(shè)計模式類似，基于PBOM的三維工藝設(shè)計數(shù)據(jù)管理必須實現(xiàn)PBOM節(jié)點與相對應(yīng)三維工藝數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，而三維工藝數(shù)據(jù)本身的多樣性和關(guān)系的復(fù)雜性給關(guān)聯(lián)的實現(xiàn)造成了困難。

因此，本文首先給出了PBOM的形式化描述及其模型，然后對其中的節(jié)點生成和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了闡述。

2 PBOM形式化描述及其模型

工藝設(shè)計師根據(jù)企業(yè)加工能力和實際加工、裝配過程需要，在工程物料清單(Engineering Bill of Material, EBOM)基礎(chǔ)之上修改、配置，通過結(jié)構(gòu)與層次的調(diào)整以及加入不同于產(chǎn)品設(shè)計狀態(tài)的工藝虛擬件，形成PBOM。

PBOM可形式化描述為{N,Rn×n,D,Rn×d}。其中：N表示PBOM節(jié)點集合,N= {n1,n2, …,nk}；Rn×n表示PBOM節(jié)點之間的裝配關(guān)系，一般為樹結(jié)構(gòu)形式；D表示三維工藝數(shù)據(jù)集合,D= {d1,d2, …,dm}；Rn×d表示PBOM節(jié)點與三維工藝數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

圖1給出了面向三維工藝設(shè)計的PBOM模型，包含了3類三維工藝設(shè)計數(shù)據(jù)：文檔數(shù)據(jù)、模型數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。這3類數(shù)據(jù)與PBOM節(jié)點n1的關(guān)聯(lián)關(guān)系由XML形式的三維工藝索引文件進(jìn)行描述，通過XML節(jié)點的兄弟關(guān)系和屬性來表達(dá)三維工藝設(shè)計數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

圖1 面向三維工藝設(shè)計的PBOM模型

3 PBOM建模關(guān)鍵技術(shù)

從EBOM到PBOM，需要依據(jù)裝配關(guān)系對EBOM進(jìn)行再設(shè)計。面向三維工藝設(shè)計的PBOM建模主要包括裝配工藝樹生成、XML中間文件生成、PBOM節(jié)點及父子關(guān)系構(gòu)建以及PBOM節(jié)點與三維工藝設(shè)計數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)4個步驟，如圖2所示。

圖2 面向三維工藝設(shè)計的PBOM生成方法

步驟1 裝配工藝樹生成。工藝設(shè)計師在進(jìn)行三維裝配工藝設(shè)計時，逐漸生成裝配工藝樹，用于表達(dá)每一道裝配工序內(nèi)容、裝配單元、工藝裝備、工藝設(shè)備以及裝配參數(shù)等。

步驟2 XML中間文件生成。工藝設(shè)計師完成三維裝配工藝設(shè)計時，系統(tǒng)對裝配工藝樹進(jìn)行解析：通過遍歷每一道裝配工序中參與裝配的零部件、輔料和工裝等信息，生成反映PBOM結(jié)構(gòu)關(guān)系的XML文件，包含了各零部件的裝配關(guān)系及工藝屬性。

步驟3 PBOM節(jié)點與節(jié)點父子關(guān)系重構(gòu)。工藝設(shè)計師生成并向PDM系統(tǒng)檢入三維工藝可視化模型時，步驟2中生成的XML文件被傳遞到PDM系統(tǒng)，并據(jù)此生成PBOM。具體算法是：

1)對于XML節(jié)點集中的每一個節(jié)點，若在EBOM節(jié)點集中存在對應(yīng)的節(jié)點(如通過名稱匹配方式)，則生成該節(jié)點的工藝視圖，并解除該節(jié)點設(shè)計視圖中的父子關(guān)系；若不存在對應(yīng)的EBOM節(jié)點，則創(chuàng)建一個新節(jié)點對象，并設(shè)置其為工藝視圖屬性；

2)根據(jù)XML中的PBOM節(jié)點的父子關(guān)系，驅(qū)動新生成的各個PBOM節(jié)點重新構(gòu)建父子關(guān)系，從而形成PBOM結(jié)構(gòu)。

步驟4 PBOM節(jié)點與三維工藝設(shè)計數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。如前所述，PBOM節(jié)點與三維工藝設(shè)計數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)通過三維工藝索引文件實現(xiàn)，圖3為三維工藝索引文件片段，由“三維工藝模型文件”、“可視化發(fā)布文件”、“工藝信息”等節(jié)點構(gòu)成。

圖3 三維工藝索引文件

三維工藝索引文件的名稱與PBOM節(jié)點名稱相同，其生成方法如下：

1)“三維工藝模型文件”節(jié)點以其子節(jié)點統(tǒng)一資源定位符(Universal Resource Identifier，URI)的值為三維工藝模型裝配體文件的路徑，其文件名稱(圖3中的AA3.003.002)與PBOM節(jié)點名稱一致。

2)“可視化發(fā)布文件”節(jié)點由若干個“工序”子節(jié)點構(gòu)成，其下又包括“編號”和“URI” 2個子節(jié)點。其中“編號”的值表示工序序號，“URI”的值為輕量化文件的路徑。

3)“工藝信息”節(jié)點的子節(jié)點包括圖號、物料號、材料等，這些節(jié)點的值直接抽取三維工藝模型上的結(jié)構(gòu)化信息。

4 應(yīng)用

基于PTC公司的Creo 2.0開發(fā)了雷達(dá)結(jié)構(gòu)全三維工藝設(shè)計平臺，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)采用Windchill 10.2。工藝設(shè)計師通過雷達(dá)結(jié)構(gòu)全三維工藝設(shè)計平臺進(jìn)行裝配工藝設(shè)計，構(gòu)建裝配工藝樹，在向Windchill 10.2中檢入可視化發(fā)布模型后生成了PBOM結(jié)構(gòu)樹，同時根據(jù)本文給出的方法生成反映裝配工藝信息的三維工藝索引文件，并與PBOM節(jié)點進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

另一方面，工藝設(shè)計師通過雷達(dá)結(jié)構(gòu)全三維工藝設(shè)計平臺開展機加工藝設(shè)計，在檢入可視化發(fā)布模型后，根據(jù)本文給出的方法生成反映機加工藝信息的三維工藝索引文件，并通過名稱匹配的方式實現(xiàn)與對應(yīng)PBOM節(jié)點的關(guān)聯(lián)。

5 結(jié)束語

本文針對三維工藝設(shè)計數(shù)據(jù)管理需求，提出了一種面向三維工藝設(shè)計的PBOM建模方法，包括裝配工藝樹生成、XML中間文件生成、PBOM節(jié)點與節(jié)點父子關(guān)系重構(gòu)以及PBOM節(jié)點與三維工藝設(shè)計數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)等步驟。其中，PBOM節(jié)點與三維工藝設(shè)計數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)由XML形式的三維工藝索引文件實現(xiàn)，本文給出了該索引文件的生成方法。目前，該PBOM建模方法已應(yīng)用于雷達(dá)結(jié)構(gòu)全三維工藝設(shè)計平臺，實現(xiàn)了三維工藝數(shù)據(jù)的一致性和有效管理。

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周紅橋(1980-)，男，博士，高級工程師，主要從事數(shù)字化設(shè)計與制造、企業(yè)信息化理論與系統(tǒng)集成等基礎(chǔ)科研工作。

PBOM Modeling Approach for Three-dimension Process Planning

ZHOU Hong-qiao，CHEN Di-jiang，CHENG Wu-si，ZHANG Xiang-xiang

(The 38th Research Institute of CETC, Hefei 230088, China)

Aiming at the problem of process data management for three-dimension (3D) process planning, a process bill of material (PBOM) modeling approach is proposed in this paper, which can be used to implement consistency and effective management for process data like 3D process model and so on. First the requirements of 3D process data management are analyzed. Then the formal description of PBOM and its model are given. After that, the key techniques are discussed such as PBOM nodes generation based on assembly structure tree, PBOM nodes association with 3D process data item based on 3D process index file and so on. The proposed PBOM modeling approach can be used as guidance for the development of 3D process data management module in product data management system.

3D process planning data; product data management; PBOM; assembly structure tree

2016-12-05

國防基礎(chǔ)科研計劃資助項目(A1120131044); 國防技術(shù)基礎(chǔ)科研計劃資助項目(JSBZ2014210B007, JSBZ2015210A005, JSZL2014210B001); 國家自然科學(xué)基金資助項目(51475291)

TH122

A

1008-5300(2017)03-0061-04