三維模型規(guī)范性檢查的研究與應(yīng)用

謝 利 陸 靜

(中車戚墅堰機車有限公司 江蘇 常州 213011)

隨著數(shù)字化設(shè)計技術(shù)與制造技術(shù)的推廣應(yīng)用,軌道交通裝備制造企業(yè)已實現(xiàn)三維設(shè)計,大幅提高了企業(yè)的設(shè)計效率、研發(fā)及創(chuàng)新能力，并逐步過渡到全三維設(shè)計模式。三維模型作為產(chǎn)品設(shè)計制造數(shù)據(jù)的載體，需要從設(shè)計向工藝、制造、檢測、質(zhì)量、售后等環(huán)節(jié)傳遞，如果質(zhì)量不佳會對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)功能、數(shù)據(jù)管理和重用、數(shù)據(jù)交換等方面造成不良影響，進(jìn)而影響產(chǎn)品開發(fā)成本和效率，主要存在以下問題：

(1)由于設(shè)計師經(jīng)驗和思維模式不同，創(chuàng)建同樣的三維模型途徑各不相同，可能與后續(xù)工藝及制造的需要存在差異，使團(tuán)隊協(xié)作受阻。

(2)三維模型由人工審查，工作量大，效率低，隨意性大、準(zhǔn)確性差，且有些錯誤人工檢查不出來。

(3)出錯后只能手工逐條進(jìn)行修改，效率低下。

(4)三維模型缺陷往往在制造甚至使用階段才能被發(fā)現(xiàn)，造成嚴(yán)重資源浪費。

(5)三維模型質(zhì)量影響上、下游企業(yè)協(xié)同設(shè)計，甚至影響產(chǎn)品質(zhì)量。

(6)對后續(xù)數(shù)據(jù)的應(yīng)用和管理帶來困難。

模型質(zhì)量是后續(xù)各環(huán)節(jié)工作的基礎(chǔ)，模型質(zhì)量包括零件質(zhì)量、裝配質(zhì)量、工程圖質(zhì)量等，涉及模型屬性、參數(shù)、基準(zhǔn)、草繪、特征、三維標(biāo)注、關(guān)聯(lián)關(guān)系等方面。建立模型規(guī)范性檢查規(guī)則，確定檢查項，開發(fā)檢查工具，開展模型規(guī)范性檢查，并將檢查結(jié)果作為模型檢入PDM系統(tǒng)的必要條件，對提高模型數(shù)據(jù)質(zhì)量和簽審效率至關(guān)重要。

1 模型規(guī)范性檢查技術(shù)路線

通過模型檢查的應(yīng)用，實現(xiàn)對所有入庫(檢入PDM系統(tǒng))零件、裝配、二維圖等數(shù)據(jù)文件規(guī)范性進(jìn)行控制，對于不符合要求的則不允許入庫。

設(shè)計人員通過三維CAD軟件與PDM系統(tǒng)集成檢入時，系統(tǒng)自動對模型文件中鎖定參數(shù)MC_ERRORS、MODEL_CHECK值進(jìn)行判定，只有滿足模型檢查規(guī)范要求的才被允許檢入(見圖1)。

圖1 模型規(guī)范性檢查業(yè)務(wù)過程

根據(jù)企業(yè)產(chǎn)品特點制定一套基于三維設(shè)計平臺的模型規(guī)范性檢查規(guī)范，有針對性地進(jìn)行定制開發(fā)，形成基于CAD系統(tǒng)的模型規(guī)范性檢查工具與配置管理工具——檢測集配置系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 模型規(guī)范性檢查工具應(yīng)用架構(gòu)圖

2 建立模型規(guī)范性檢查規(guī)則

結(jié)合企業(yè)產(chǎn)品特點，依托CAD應(yīng)用相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，提煉出符合企業(yè)模型檢測要求的規(guī)范性檢查項點，整理、制定基于CAD系統(tǒng)的模型規(guī)范性檢查規(guī)則。

中車戚墅堰機車有限公司制定了較為完善的三維工程化應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，針對企業(yè)產(chǎn)品及采用的CAD工具軟件，提煉出規(guī)范性檢查內(nèi)容，梳理模型規(guī)范性檢查的基本流程和基本規(guī)則，進(jìn)行相關(guān)Creo模型檢查規(guī)則的定義，最終形成了《基于Creo的三維模型檢查規(guī)則》和《基于Creo的模型檢查規(guī)范》，對檢測項錯誤級別按錯誤對設(shè)計的影響程度劃分為5級：

(1)1、2級為嚴(yán)重錯誤：嚴(yán)重影響后續(xù)產(chǎn)品設(shè)計或分析，不允許檢入PDM系統(tǒng)。

(2)3級為一般錯誤：對后續(xù)產(chǎn)品設(shè)計或分析影響較小，在一定時間內(nèi)允許出現(xiàn)此類錯誤，原則上該類錯誤數(shù)量不超過5個時，允許檢入PDM系統(tǒng)。

(3)4、5級為輕微錯誤：對后續(xù)產(chǎn)品設(shè)計或分析影響輕微，設(shè)計師可以不進(jìn)行修改，允許檢入PDM系統(tǒng)。

3 確定模型規(guī)范性檢查項

針對企業(yè)產(chǎn)品及其采用的CAD工具軟件，根據(jù)企業(yè)三維工程化應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系要求，提煉出符合企業(yè)檢測要求的規(guī)范性檢查內(nèi)容，從通用、三維標(biāo)注、零件、裝配、工程圖等幾個方面確定模型規(guī)范性檢查項。

(1)通用檢查項

強制統(tǒng)一三維設(shè)計環(huán)境，確保模型名稱、單位制、精度、基準(zhǔn)、參數(shù)、層及層狀態(tài)、族表、注釋、質(zhì)心等通用項符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。

(2)三維標(biāo)注檢查項

對模型中重復(fù)的幾何公差、重復(fù)的表面粗糙度、非活動注釋、缺少參照注釋、覆蓋尺寸、非驅(qū)動偏公差尺寸等進(jìn)行檢查，確保三維標(biāo)注內(nèi)容的準(zhǔn)確性。

(3)零件檢查項

對零件模型中的倒角、倒圓角、拔模、孔、修飾等特征規(guī)范性，對鈑金件厚度、孔徑等最小尺寸，對模型中是否存在銳邊、短邊、小圓柱面、參照邊等，對模型中的關(guān)系式、特征隱含、復(fù)制幾何隱含、最小允許公差及模型再生、工藝檢查有效性等進(jìn)行檢查。

(4)裝配檢查項

對裝配約束、循環(huán)參照、裝配體參數(shù)、零件和子裝配隱含、原件封裝、失敗元件、外部幾何復(fù)制、干涉檢查有效性等進(jìn)行檢查。

(5)工程圖檢查項

對工程圖是否包含空白頁、技術(shù)要求、中文標(biāo)點符號等，對圖框之外是否有投影圖或其他線條、多余模型，對是否存在重疊視圖、不能再生尺寸等，對繪圖名稱、標(biāo)題欄完整性、線條關(guān)聯(lián)性、字體類型、字體高度、文本長度、符號、比例等進(jìn)行檢查。

4 開發(fā)模型規(guī)范性檢查工具

由于不同企業(yè)、不同產(chǎn)品、不同設(shè)計模式和工藝方法、不同生產(chǎn)制造方式等對模型規(guī)范性會提出不同的要求，很難統(tǒng)一到一種模式上來，需要根據(jù)企業(yè)自身的三維工程化應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系確定模型規(guī)范性檢查項點，對三維CAD軟件進(jìn)行二次開發(fā)，并通過強制檢查，以滿足模型從設(shè)計、工藝向制造、檢測、維修維護(hù)等環(huán)節(jié)傳遞的需要。

模型規(guī)范性檢查工具采用組件化、分布式的開發(fā)方法，基于Creo2.0平臺，應(yīng)用Visual Studio 2008作為開發(fā)工具，使用C/C++語言開發(fā)，并通過Pro/E平臺提供的Pro/Toolkit二次開發(fā)接口與Creo進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問，其技術(shù)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 模型規(guī)范性檢查工具技術(shù)架構(gòu)

模型規(guī)范性檢查工具以檢測集及檢測項數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，根據(jù)不同型號產(chǎn)品要求進(jìn)行檢測項及判斷值配置，形成標(biāo)準(zhǔn)檢測集。兩種模式可供選擇，一種是單件交互式檢查，即在Creo系統(tǒng)中對當(dāng)前模型進(jìn)行規(guī)范性檢查，檢查結(jié)果即時顯示，特征信息錯誤在Creo模型中高亮顯示；另一種是批量檢查模式，選擇多個模型文件進(jìn)行批量檢查。模型規(guī)范性檢查工具功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 模型規(guī)范性檢查工具功能結(jié)構(gòu)

5 模型規(guī)范性檢查應(yīng)用

企業(yè)可根據(jù)不同產(chǎn)品、不同應(yīng)用角色、不同部門等分別制定不同的模型規(guī)范性檢查集。檢查集統(tǒng)一定義，提供給設(shè)計、工藝、標(biāo)準(zhǔn)化等角色和部門強制檢查應(yīng)用。

(1)檢查項定義

根據(jù)企業(yè)模型檢查規(guī)范要求，定義企業(yè)模型規(guī)范性檢查的檢查項，設(shè)置檢測項初始的判定值、錯誤級別、錯誤描述等。

(2)檢測集定義

可使系統(tǒng)管理人員根據(jù)企業(yè)實際需要，靈活地進(jìn)行檢測集配置，定義檢測項的判定值、錯誤級別和錯誤描述，并可輸出分系統(tǒng)、供應(yīng)商等使用的模型規(guī)范性離線檢查安裝包。

對于已創(chuàng)建的分系統(tǒng)、供應(yīng)商等檢查集，可創(chuàng)建離線檢查程序壓縮包提供給分系統(tǒng)、供應(yīng)商等使用。

(3)單件交互式檢查

以菜單或工具條形式與Creo平臺無縫集成，提供給設(shè)計師使用，能自動檢查在Pro/E環(huán)境下打開的本機模型、Windchill系統(tǒng)中的模型以及新建但尚未保存的模型。

執(zhí)行模型規(guī)范性檢查后，顯示所有不符合要求的檢測項和檢查結(jié)果信息，列出出錯的檢測項及其對應(yīng)的錯誤描述。支持有特征的錯誤在模型和特征樹中的高亮顯示，方便設(shè)計師查找、定位不符合檢測要求的特征。

(4)批量檢查

提供給標(biāo)準(zhǔn)化等審查人員使用，通過直接運行批量檢查程序?qū)Χ鄠€文件同時進(jìn)行檢查。檢查結(jié)果可以根據(jù)實際需要對出錯的單個文件或全部文件進(jìn)行保存記錄。

批量檢查的檢查內(nèi)容一般與單件交互式檢查一致，也可以根據(jù)需要由標(biāo)準(zhǔn)化審查人員和設(shè)計專業(yè)審查人員進(jìn)行自由配置。

(5)檢查結(jié)果管理

將單一模型錯誤結(jié)果和批量檢查中所有出錯模型的錯誤信息保存到后臺數(shù)據(jù)庫中， 并且，可以根據(jù)不同類型的錯誤級別， 對檢查結(jié)果進(jìn)行查詢和統(tǒng)計分析。

(6)集成檢入PDM系統(tǒng)

在模型文件檢入PDM系統(tǒng)前必須進(jìn)行規(guī)范性檢查，沒有進(jìn)行模型規(guī)范性檢查或者檢查結(jié)果不合格的不允許檢入：①如果模型沒有進(jìn)行檢查，則MC_ERRORS的值為空，不允許檢入PDM系統(tǒng)。②如果模型進(jìn)行了檢查，但檢查結(jié)果不合格，程序會自動將公共參數(shù)MC_ERRORS賦值為“1”，不允許檢入PDM系統(tǒng)。③如果模型進(jìn)行了檢查并且檢查合格，程序會自動將公共參數(shù)MC_ERRORS賦值為“0”，允許模型檢入。

每次執(zhí)行檢查時自動在模型中創(chuàng)建參數(shù)MODEL_CHECK，并將檢查時的系統(tǒng)時間自動賦值給MODEL_CHECK。檢入時，自動判斷MODEL_CHECK的值與當(dāng)前系統(tǒng)時間差值是否在規(guī)定范圍內(nèi)，如果是則允許檢入，否則需要重新執(zhí)行檢查。

6 結(jié)束語

隨著軌道交通裝備制造企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的深入推進(jìn)，打造基于MBD的三維設(shè)計、工藝、制造一體化能力，從設(shè)計源頭開展模型規(guī)范性檢查，后續(xù)過程中嵌入模型規(guī)范性檢查離線工具，通過技術(shù)手段將模型是否通過規(guī)范性檢查作為建模過程中的強制環(huán)節(jié)，從而確保模型數(shù)據(jù)的質(zhì)量，提升模型數(shù)據(jù)的一致性，降低模型缺陷、出錯的風(fēng)險，可大大提升設(shè)計、審圖工作效率?！?/p>