基于MBD的檢測工藝模型信息定義

屈力剛，葉柏超，孫業翔，陳靖樂

QU Li-gang, YE Bai-chao, SUN Ye-xiang, CHEN Jing-le

（沈陽航空航天大學 航空制造工藝數字化國防重點學科實驗室，沈陽 110136）

0 引言

現代數字化制造技術發展飛速，航空類企業逐步建立起全三維數字化設計、制造與檢驗相結合的現代化制造模式。三維產品設計技術的發展和廣泛應用，使得傳統的二維檢測工藝已經很難滿足現代航空制造業的發展。傳統的二維檢測工藝是這樣的：設計部門將設計模型和檢測規劃以紙質的方式傳遞給質檢部門，質監部門需要通過讀取二維圖紙信息進行一系列的檢測工藝過程，這不僅使得質檢人員需要花費大量的時間和精力分析圖紙，設計部門和質監部門之間滯后的信息傳遞也大大降低了檢測效率，而且檢測數據的共享和傳遞也變得十分繁瑣。而基于MBD檢測工藝模型的數字化零件檢測技術可以通過軟件環境自動提取MBD數據集中的所有檢測信息，生成一種可以由數字化測量設備直接讀取并執行的文件格式，如DMIS文件格式，數字化測量設備執行測量程序，并通過軟件算法直接對測量數據進行評價,最終生成測量報告。因此為了滿足航空類零件的快速、高效、高準確率檢驗的要求，我們必須能夠有效利用三維零件模型附帶的各類信息，通過相關測量軟件直接使用三維設計產品進行檢測程序的編程，在三維設計產品的基礎上進行檢測工藝設計、檢測工裝設計、檢測工藝仿真以及檢測工藝發布。在實施這一系列階段的過程中，將離不開一個非常關鍵的東西：三維檢測工藝模型。

所謂三維檢測工藝模型就是直接利用現有的三維模型進行檢測工藝的設計和規劃，將傳統的二維檢測工藝卡片信息集成到三維模型中，摒棄以往的二維圖紙檢測工藝卡片的檢測工藝設計和發布方式。實現三維模型在檢測工藝設計階段的有效利用，使三維設計與檢測工藝設計能夠很好的進行無縫連接。

1 MBD檢測工藝模型信息組織結構

三維標注技術下的產品三維數字化實體模型通過圖形和文字表達的方式，直接或通過引用間接地揭示了一個物料項的物理和功能需求[4]。圖1所示是基于MBD的三維檢測工藝模型信息的組織結構，由三維零件模型和非幾何信息共同組成三維檢測工藝模型；圖2所示是UG/NX軟件環境下檢測工藝模型的MBD數據集表示。檢測零件的幾何形狀信息由三維模型幾何信息表達；檢測零件的檢測需求、原材料等輔助非幾何信息由屬性信息表達；檢測零件的尺寸信息、公差信息、精度要求等工藝約束類非幾何信息由標注信息表達。

圖1 基于MBD的檢測工藝模型信息組織結構

圖2 UG/NX軟件環境下檢測工藝模型的MBD數據集表示

2 MBD檢測工藝模型信息邏輯結構

在過去的二維檢測工藝設計過程中，尺寸、公差、幾何精度和表面粗糙度等檢測過程所需要的信息是通過二維圖紙表達的，這就使得檢測信息與三維模型完全分離開，檢測人員無法直接從三維零件模型上得到檢測信息，檢測前的準備過程花費了大量時間，不利于檢測效率的提高，而且檢測結果數據與檢測結果報告也不便于管理和共享，這種檢測工藝設計過程已經與快速發展的數字化制造相分離。

基于MBD的檢測工藝設計過程中，檢測工藝模型集屬性信息、檢測工序模型信息、檢測工藝規程信息于一身，檢測人員只需要通過一個模型信息便可知道檢測過程所需要的全部信息，實現基于MBD檢測工藝編程，取代二維圖紙信息，實現無紙化檢測。其中的關鍵技術就是基于模型的檢測工藝信息規范定義，如圖3所示。

根據檢測工藝規程，以檢測工序模型為單位，實現對檢測工藝模型信息的定義。檢測工序模型是模型信息定義的基礎，它將作為檢測工序信息、標注信息、模型信息的載體。檢測工序信息由零件本道檢測工序的檢測設備信息、工時定額信息、工裝信息、檢測工步信息、檢測特征信息等信息組成。檢測工步節點下的檢測工藝符號說明了本道檢測工步的檢測特征信息、檢測設備信息、檢測方法信息、測座型號信息、傳感器型號信息、加長桿幾何參數信息、測針幾何參數信息以及檢測工步序列號信息。并通過三維標注將這些信息關聯在一起聚合成檢測工序節點。

檢測工序模型的標注信息由本道檢測工序的幾何精度、尺寸、公差和檢測基準等組成的設計信息和由檢測工序技術要求和檢測工藝符號等組成的檢測工藝信息組成。

根據檢測工藝規程，定義檢測工序模型信息，從而實現檢測工藝模型信息的定義。零件的檢測工藝過程中每道檢測工序/檢測工步之間的先后順序關系由檢測工藝規程確定，根節點相當于檢測零件的檢測工藝規程，一級子節點和二級子節點分別對應著檢測工藝規程中的檢測工序和檢測工步，根節點和子節點之間的關系結構清楚的表示了檢測工藝設計的具體內容和過程。檢測工藝模型每個節點的信息可以方便地通過檢測工藝規程查看，并且可以分析審核相對應的信息。

3 MBD檢測工藝模型檢測信息分類與關聯

圖3 基于MBD的檢測工藝模型信息邏輯結構

檢測工藝模型檢測信息主要有屬性信息表達和標注信息表達兩種方式：屬性信息表達是由屬性標識名稱與屬性值描述的放置于三維模型屬性項的文本字符串類型的獨立參數組成，形式如“屬性項=數據值”，該表達適用于與產品幾何特征沒有任何關聯關系的文字描述類產品非幾何制造信息；標注信息表達是將產品非幾何制造信息通過具有與幾何特征元素一致的操作方法的特定符號或文本標注在三維幾何實體模型的各個視圖區域。標注信息表達適用于通過指引線的方式與產品幾何特征進行關聯的所有文本或符號描述類產品非幾何制造信息。屬性表達和標注表達的關聯性如圖4所示。

圖4 檢測工藝模型檢測信息的屬性和標注表達的關聯性

檢測工藝模型檢測信息主要集中在三維模型標注信息上，其中標注信息分為三類：尺寸公差信息、幾何公差信息、表面粗糙度信息。具體結構信息如圖5所示。

圖5 檢測工藝模型標注信息結構圖

檢測信息定義為以下四種類型：

第一類檢測信息是指可以通過簡單的常用的測量儀器直接獲得的檢測結果信息。這類檢測信息的特點是可以直接通過檢測結果對檢測內容完成評價。例如通過游標卡尺對一個尺寸的檢測所獲得的檢測結果。

第二類檢測信息是指需要通過三坐標數字化測量設備直接獲得的檢測結果信息。這類檢測信息的特點是沒有辦法直接通過檢測結果對檢測內容進行評判。例如通過三坐標測量機獲得的曲面輪廓度的信息評價。

第三類檢測信息是指需要通過拍照或者攝影等影像測量設備直接獲得的檢測結果信息。這類檢測信息的特點是沒有辦法直接通過接觸式測量的方法對檢測內容進行評價。例如通過影像儀測量設備獲得的比細小的方槽的信息評價。

第四類檢測信息是指需要通過特殊的測量設備直接獲得的檢測結果信息。這類檢測信息的特點是沒有辦法通過測量點的坐標來對檢測內容進行評價。例如通過粗糙度儀測量設備獲得零件表面的粗糙度信息評價。

4 結論

圖6 基于NX/UG軟件環境的MBD檢測工藝模型

如圖6所示是基于NX/UG軟件環境實現的基于MBD的檢測工藝模型信息定義，本道檢測工序是檢驗零件四個圓柱孔的尺寸與位置度，由此可以清楚的了解該零件在檢驗過程中的各類檢測信息。本文在檢測工藝過程中引入基于MBD檢測工藝模型的概念，建立了面向檢測工藝過程的檢測工藝MBD模型信息。基于MBD的檢測工藝模型信息的定義不僅滿足了檢測工藝規劃對信息的需求，而且也實現了檢測工藝信息與檢測特征的關聯，為測量軟件的檢測程序的編程奠定了基礎。隨著MBD技術在企業中的逐步應用，基于MBD的數字化檢測將是下一步的研究重點和方向。

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