面向ISO129-5 的金屬構(gòu)件三維標(biāo)注

武 瑞， 趙正龍， 張曉璐， 陳景玉

（1.徐州工程機(jī)械集團(tuán)有限公司， 江蘇 徐州 221004； 2.中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心， 北京 100044）

0 引言

隨著計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，以CAD/CAPP/CAM 為核心的工程設(shè)計系統(tǒng)已逐漸由二維設(shè)計模式過渡到三維設(shè)計模式，數(shù)字化技術(shù)、智能技術(shù)及綠色技術(shù)日益滲透融入到產(chǎn)品研發(fā)中。 尤其是日益推廣的MBD 技術(shù)，促使設(shè)計研發(fā)手段發(fā)生著重大變革[1-3]。在此基礎(chǔ)上，國際標(biāo)準(zhǔn)體系也發(fā)生了重大變革，以ISO 16792《技術(shù)產(chǎn)品文件 數(shù)字化產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)通則》 為代表的一批數(shù)字化定義標(biāo)準(zhǔn)極大推動了全三維設(shè)計的普及。 這對ISO 制圖標(biāo)準(zhǔn)的制定提出了新要求，既要方便二維圖紙化繪制和展示，又要方便三維模型上添加和視讀。

在中國主持制定的ISO 129-5《技術(shù)產(chǎn)品文件-尺寸和公差標(biāo)注-第5 部分：金屬構(gòu)件尺寸標(biāo)注》標(biāo)準(zhǔn)的過程中，充分考慮了三維標(biāo)注的需求，定制開發(fā)了基于Pro/E的三維標(biāo)注工具，對標(biāo)準(zhǔn)條款進(jìn)行了應(yīng)用，驗證了其在三維模式下的可行性和合理性。

1 國際標(biāo)準(zhǔn)中的三維標(biāo)注要求

1.1 國際標(biāo)準(zhǔn)的三維化發(fā)展趨勢

技術(shù)產(chǎn)品文件（包括二維和三維）的標(biāo)準(zhǔn)化工作由ISO/TC 10 負(fù)責(zé)， 其范圍包括產(chǎn)品研發(fā)全生命周期的各類文件、數(shù)據(jù)、圖樣：①產(chǎn)品全生命周期中的技術(shù)文件及技術(shù)信息；②文件準(zhǔn)備、管理、存儲、檢索、復(fù)制、交換和使用；③包括手工文件，和軟件方式所產(chǎn)生的二維、三維模型、數(shù)據(jù)文件等。 近年來， 技術(shù)產(chǎn)品文件正經(jīng)歷由二維到三維，由紙質(zhì)到數(shù)字化，由單一階段向全流程應(yīng)用的轉(zhuǎn)化，其發(fā)展趨勢見圖1。

圖1 技術(shù)產(chǎn)品文件國際標(biāo)準(zhǔn)趨勢Fig.1 Trend of TPD standard

1.2 ISO 三維標(biāo)注的基本規(guī)則

2006 年，ISO/TC 10 在 美 國 標(biāo) 準(zhǔn)ASME Y14.41 的 基礎(chǔ)上，制定了ISO 16792《Technical product documentation－ Digital product definition data practices》標(biāo)準(zhǔn)[4]，目前已修訂至2015 版，對三維標(biāo)注的基本規(guī)則做出了規(guī)定：

——標(biāo)注模型由設(shè)計模型、 標(biāo)注以及屬性三部分內(nèi)容組成。 其中，設(shè)計模型是以圖形化方式進(jìn)行表達(dá)，由幾何元素組合構(gòu)成的三維模型； 標(biāo)注信息主要包括精度要求、 尺寸公差、 符號注釋等， 一般直接附著在三維模型中，不需要外部處理即可呈現(xiàn)；屬性信息為產(chǎn)品的內(nèi)置信息，例如編碼、原材料等。 其基本構(gòu)成見圖2。

——標(biāo)注的基本形式沿用二維規(guī)則，在三維模型上，標(biāo)注均放置在固定的標(biāo)注面內(nèi)，既保證三維表達(dá)效果，也保持延續(xù)性。此外標(biāo)注應(yīng)與對應(yīng)模型幾何關(guān)聯(lián)，并且在標(biāo)注面內(nèi)隨模型旋轉(zhuǎn)。 其基本形式見圖3。

圖2 三維標(biāo)注模型構(gòu)成Fig.2 Composition of 3-D annotated model

圖3 三維標(biāo)注基本形式Fig.3 Basic form of 3-D Dimensioning

2 金屬構(gòu)件標(biāo)注規(guī)則

2.1 ISO 129-5 簡介

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了主要由型材、板材、棒料等組成的金屬構(gòu)件的標(biāo)注。 主要包括：

（1）型材的符號化表達(dá)與標(biāo)注。

（2）金屬構(gòu)件的簡化表示，主要針對二維條件下的簡化畫法和標(biāo)注。

（3）典型構(gòu)件與典型連接方式的表達(dá)形式，描述其標(biāo)注規(guī)則，并給出樣例。

其中，型材的符號化表達(dá)與標(biāo)注是核心內(nèi)容。

2.2 型材符號化表達(dá)

針對常見型材，例如熱軋型材、冷彎薄壁型材等，以符號和代號的形式進(jìn)行標(biāo)注， 替代一般機(jī)械制圖中面面俱到的尺寸標(biāo)注。 為便于軟件定制，根據(jù)ISO 81714 的規(guī)則，采用網(wǎng)格（0.1M）的形式對符號進(jìn)行精確的形狀和比例定義，見圖4。

圖4 符號的0.1M 網(wǎng)格定義Fig,4 Symbol defined by 0.1M grid

以代號的形式，對構(gòu)件詳細(xì)規(guī)格進(jìn)行表達(dá)，包括型材類型、型材的圖形或字母符號、 型材標(biāo)準(zhǔn)號、 型材截面規(guī)格等，見圖5。

圖5 構(gòu)件的表達(dá)代號Fig.5 Code of component

2.3 型材在圖紙上的標(biāo)注形式

在圖紙中，構(gòu)件代號可以沿著構(gòu)件的輪廓放置，然而，為兼容三維標(biāo)注，標(biāo)準(zhǔn)也給出了引線標(biāo)注的樣式，見圖6。

圖6 構(gòu)件的標(biāo)注Fig.6 Dimensioning of component

3 金屬構(gòu)件三維標(biāo)注驗證

3.1 三維標(biāo)注工具簡介

在Pro/E 自帶三維標(biāo)注功能基礎(chǔ)上， 按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，利用Pro/E 二次開發(fā)工具Pro/Toolkit 開發(fā)出一套三維模型標(biāo)注輔助工具，有效的彌補(bǔ)了Pro/E 三維模型標(biāo)注功能的不足， 使之滿足金屬構(gòu)件標(biāo)注的需求， 其主要包括尺寸標(biāo)注、符號標(biāo)注、文本注釋、標(biāo)注視圖管理等，總體架構(gòu)見圖7。

圖7 三維標(biāo)注工具架構(gòu)Fig.7 3-D Dimensioning software architecture

3.2 典型金屬構(gòu)件的三維標(biāo)注

（1）定義標(biāo)注視圖。首先通過軟件提供的視圖管理功能建立導(dǎo)引視圖， 然后根據(jù)導(dǎo)引視圖在三維模型上進(jìn)行詳細(xì)標(biāo)注。 這樣做的最大好處是實現(xiàn)了二維圖紙到三維模型的平滑過渡，既實現(xiàn)了三維標(biāo)注，又與現(xiàn)行二維設(shè)計規(guī)范差距最小，設(shè)計標(biāo)注時既清晰又簡潔，后續(xù)引用也很方便，設(shè)計員、工藝員、操作工人、檢驗員等都很容易接受。在圖8 所示的界面內(nèi)，進(jìn)行標(biāo)注視圖的定義。 基于定義的標(biāo)注視圖方向，結(jié)合標(biāo)注時注釋在圖元上的依附點(diǎn)，軟件即可自動確定標(biāo)注面，并將注釋放置在面內(nèi)。

圖8 標(biāo)注視圖定義Fig.8 Definition of annotation views

（2）尺寸的標(biāo)注。 在定義的視圖內(nèi)標(biāo)注構(gòu)件的基本尺寸。 軟件通過二次開發(fā)將Pro/E 中的三維標(biāo)注功能進(jìn)行了集成和優(yōu)化。 為便于軟件實現(xiàn)，使用ISO 中規(guī)定的尺寸文本放在尺寸線中間的形式。 標(biāo)注效果如圖9 所示。

（3）金屬構(gòu)件代號標(biāo)注。 根據(jù)ISO 129-5 的要求，采用引出注釋的方式進(jìn)行構(gòu)件代號的標(biāo)注。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，將型材符號預(yù)定義如標(biāo)注工具中，在填寫代號時可調(diào)用。標(biāo)注效果如圖10 所示。

圖9 標(biāo)注模型尺寸Fig.9 Dimensions on the model

圖10 標(biāo)注構(gòu)件代號Fig.10 Code of component on the model

（4）標(biāo)注的顯示控制。 利用工具，可以對標(biāo)注的信息分類、分視圖顯示。 完整顯示時的標(biāo)注結(jié)果如圖11 所示。

圖11 標(biāo)注結(jié)果Fig.11 Dimensioning result

4 結(jié)束語

本文介紹了面向國際標(biāo)準(zhǔn)ISO129-5 的金屬構(gòu)件三維標(biāo)注。 通過研究三維數(shù)字化表達(dá)的特點(diǎn)，在制定標(biāo)準(zhǔn)的過程中就選擇了合適的標(biāo)注樣式， 并給出適合軟件精確定制的圖形化符號；在標(biāo)準(zhǔn)完成后，又通過開發(fā)的三維標(biāo)注工具對標(biāo)準(zhǔn)的可行性和合理性進(jìn)行了驗證，證明該標(biāo)準(zhǔn)要求能很好的兼顧二維與三維表達(dá)要求，具有良好的適用性。 通過本文介紹的工作，在高質(zhì)量完成國際標(biāo)準(zhǔn)編制的同時，也進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)協(xié)同研發(fā)的有益實踐。