全三维数字化产品与工艺设计数据质量控制体系研究

王连坤; 闫丽娟; 武瑞; 赵正龙; 闫伟驰; 王云锋 【期刊名称】《《机电产品开发与创新》》 【年(卷),期】2019(032)004 【总页数】3页(P28-30)

【关键词】数据质量; MBD; 模型检测

【作 者】王连坤; 闫丽娟; 武瑞; 赵正龙; 闫伟驰; 王云锋

【作者单位】高端工程机械智能制造国家重点实验室 江苏徐州221004; 江苏徐工工程机械研究院有限公司 江苏徐州221004; 中机生产力促进中心 北京100044 【正文语种】中 文 【中图分类】TB47 0 引言

随着信息技术的发展以及信息化普及水平的提高，网络技术、数字化技术、智能技术及绿色技术日益渗透融入到产品研发中。诸如MBD等技术推动研发数字化飞速发展，促使设计研发手段发生着重大变革[1-3]。设计和工艺由二维向三维、由纸质向数字化、由离散向集成、结构化转变[4]。大型装备正在向服务型制造发展，产品品种繁多、结构复杂，变批量、跨平台的特点突出，使得快速、高效的进行产品研发，成为企业在新的发展阶段面临的重大课题。这对设计、工艺等数据质量提出了更高的要求。

本文介绍了一种全三维产品和工艺数据的质量控制体系，从集团标准体系建设和实施出发，结合信息平台建设，围绕产品和工艺设计的数字化和标准化提升开展综合建设工作。 1 体系框架

全三维数字化产品与工艺数据质量控制是一项系统工程，首先需要解决全三维数据定义的问题[5]，其次需要梳理数据的产出和应用过程，最后需要制定相应的控制对策和手段。

为此，从数字化工艺标准研究和制定、标准体系应用保障，技术和业务研究3方面开展建设。形成了覆盖产品、工艺设计过程，指导数字化建设和应用的综合建设方案。以1套体系为核心，开展3方面的工作，见图1。

图1 数据质量控制体系建设思路Fig.1 Thoughts on the construction of data quality control system

在具体建设中，按照技术和标准协同研发的路线进行。标准的起点是基础研究，从数据定义和业务流程两个方面开展，通过数据定义的研究，形成基础的技术标准，指导数字化系统开发，通过业务和流程的研究，形成基础的数据管理和流程规范，指导系统集成开发。通过数字化系统的应用，完善规范体系，并反复进行应用验证。最终，完成数据质量控制体系的构建。

图2 数据质量控制体系建设过程Fig.2 Data quality control system construction process 2 产品与工艺设计数据研究

全三维产品和工艺设计数据的研究面向数据和业务流程两大对象，以明确并实现数据的表达、构建、过程为目标，分别开展三维产品设计、工艺设计、数据管理等方面的研究，见图3。

图3 数据流和业务流研究Fig.3 Data flow and business flow research

2.1 产品设计数据研究

三维产品设计的一个典型特点是采用MBD的表达方法，因此如何在三维环境下传递设计信息，是一个关键的技术问题。为此，开展面向三维模型的设计信息综合表达技术研究，主要包括：

（1）针对三维模型表达设计工艺信息方式统一、信息理解难等问题，以基于模型定义技术为基础，通过几何、属性和标注（注释）三种方式综合表达产品设计信息。 （2）通过视图、自定义面及层等方法来快速清晰地管理设计工艺相关信息。 2.2 工艺设计数据研究

三维工艺设计的核心问题是如何在模型上表达各类复杂的工艺信息，为此，进行面向三维模型的工艺信息综合表达技术研究，主要包括：

（1）通过几何、属性和标注（注释）三种方式综合表达产品工艺设计信息。 （2）以工艺信息组合符号表达各类工艺信息，包括工艺方法、工艺参数、加工设备等。

（3）以三维标注符号表达折弯、焊接顺序等信息。 2.3 数据管理研究

对于三维产品和工艺数据质量，需要从整个流程的角度进行过程控制。为此，进行面向数据管理的业务研究，主要包括： （1）文档结构化管理。 （2）工艺设计与审批流程。 （3）工艺变更管理流程。 （4）数据发布流程。

（5）工艺BOM创建和管理流程。 3 规范体系建设

数据质量控制的基本依据是各类规范，以企业内控标准为主体，构建如图4所示

的规范。

图4 数据质量控制规范体系Fig.4 Data quality control normative system 3.1 基础类标准

规范三维数字化工艺研究和应用过程中的基本概念，规范工艺数据的基本构成要求。明确三维工艺各阶段的设计结果所应包含的技术要素，包括：数据要素分类、产品和工艺设计阶段的数据集要求和数据集的管理要求。 3.2 产品设计建模类标准

规定面向工艺的产品设计建模要求，包括：①建模基本流程；②面向工艺的设计建模要求；③面向生产制造的设计建模要求。 3.3 产品设计标注类标准

规范设计三维标注形式，包括：①三维标注模式下的视读形式；②各类设计信息（尺寸、基准、公差等）的三维标注形式；③设计基准和工艺基准的选择规范。 3.4 工艺设计定义类标准

（1）规范用于三维工艺表达的基本工艺要素及其形式，包括：①基本符号、图形、参数定义；②工艺要素的组合表达形式（框格）。

（2）规范工艺信息在模型上的综合表达方法，包括：①工艺信息标注的基本规则要求（指引、显示等）；②工序、工步信息框格的标注形式要求。 3.5 流程管理类标准

规范各类工艺数据的详细设计和管理过程，包括：①工艺模型创建的基本原则；②工艺模型基本创建过程；③工艺规程树节点创建；④检验信息的表达。以及规范三维工艺中PBOM的传递和维护过程，规范各类可视化的工艺规程卡的基本样式和数据管理等内容。 4 数据检测系统建设

以标准体系为基础，把相关的设计规范要求、加工制造要求提炼成企业模型质量检

测的准则，开发模型数据质量检测系统，通过计算机软件技术实现对三维数字化模型数据的实时与事后的质量检测。其检测内容包括：①模型参数规范性；②工程图的标准化要求；③模型特征规范性；④设计规范性；⑤零件可加工性等。 针对以上检测内容，研究相关软件技术，包括：①基于MBD的检测集配置管理技术；②基于MBD的同步模式检测技术，可以进行实时修改；③检测功能与PDM集成技术，实现数据流通。

在此基础上，形成软件系统架构。采用C/S结构进行开发，服务器端主要是部署检测集、检测项、检测值的存储介质——数据库，供各客户端访问，并部署组件服务，以支持客户端的功能应用；客户端是功能应用端，利用检测项目集管理程序来管理检测集、检测项、检测值数据库，通过检测器组件、Pro/E访问组件、Pro/E二次开发接口与Pro/E平台进行交互，并对结果进行处理。该系统体系结构如图5所示。

图5 数据检测系统体系结构Fig.5 Architecture of the data detection system 5 基于标准的产品和工艺设计软件开发

产品和工艺数据的产生依赖数字化软件，软件内基础数据的标准化至关重要。开发中的标准化工作主要体现在以下方面： 5.1 工艺资源数据库标准化

对工艺资源数据进行标准化整理，建立工艺数据库，支撑标准化和快速化的设计。 5.2 工艺基础数据库标准化

对工艺基础数据进行标准化整理，建立工艺数据库。 5.3 数字化表达形式固化

通过预定义标准符号、典型标注等方式将标准内容固化在系统平台中。 5.4 业务流程固化

通过预定义数字化流程等方式将标准内容固化在系统平台中。

6 结论

产品与工艺设计数据质量控制体系从技术和流程管控两方面，起到了良好效果。全面指引数字化工艺应用，实现全三维数字化的产品和工艺设计模式，实现从设计到制造的数字化。经过应用验证，提高了设计质量，降低差错率；促进数据和流程规范化，提高设计效率。

【相关文献】

[1]Knoche，Scott.Embrace Model Based Definition[J].Quality.Jul2006，Vol.45 Issue 7，Special section p2-5.

[2]冯潼能，王铮阳，宋娅.MBD技术在协同设计制造中的应用[J].航空制造技术，2010，18. [3]宫洪磊，郭玉亮，朱东伟，等.基于MBD的产品工艺协同设计关键技术应用[J].智能制造，2017，5.

[4]陈颂，吴路琦.产品数字化设计中的标准化工作[J].洪都科技，2007，1. [5]鲁康.强化标准 关注体系 推进MBD深入应用[J].航空制造技术，2010，20.