航天結構標準件三維模型的構建與管理

◎北京宇航系統工程研究所 陳仁越 劉嶺 周培 皮贊 趙博

航天結構標準件三維模型的構建與管理

◎北京宇航系統工程研究所 陳仁越 劉嶺 周培 皮贊 趙博

目前，開展航天產品的數字化設計與制造，構建運載火箭、衛星等產品全箭、全星三維數字樣機模型，開展各部件、系統之間的干涉檢查、機構運動仿真、人機裝配仿真、有限元仿真分析等在很大程度上提高了設計質量，降低了產品的研制成本，縮短了產品的研制周期，這些工作的開展均需要使用結構標準件三維模型。一個典型的航天產品中結構標準件的占用比例較大，且重復使用比重較高，因此需要建立航天結構三維標準件庫，實現標準件的便捷使用和有效集中的統一管理，解決標準件三維模型由設計師個人構建造成的模型不規范、使用及維護過程缺乏統一管理等一系列問題。

標準件是嚴格按照國家、行業和企業標準設計與生產的零部件。標準件一般是從第三方采購，標準件使用僅僅是一個選用問題，主要關注標準件外形尺寸和質量特性。在未建立標準件庫前，標準件三維模型由各廠所自行構建，甚至掌握在設計師個人手中，造成資源分散與信息不能共享，以及標準件三維模型重復建設等問題，極大地降低了數字化設計的效率，制約著三維數字化設計工作的開展。因此，需要建立統一的三維標準件庫進行規范管理。

一、標準件庫建設分析

航天結構標準件包括螺栓、螺母、鉚釘等上千種零件，數據量非常大，因此需要在完成標準件建模的基礎上構建靈活、高效、方便的管理系統。標準件庫主要包括標準件使用和集中管理兩大業務。

1.標準件使用

標準件使用指快速查找標準件，并裝配到當前產品中，具體包括以下幾個方面：

標準件查詢。快速查詢到所需標準件，可以是通過分類體系、優選目錄、個人收藏夾，或者直接通過標準代號和名稱查詢。

標準件瀏覽。查看標準件示意圖、規格數據、關聯文檔等信息，并通過可視化瀏覽了解此標準件的三維結構。

標準件裝配。通過拖拽方式將已選定的標準件添加到當前產品，同時要求正確更新產品的BOM信息，如名稱、代號、質量。

關聯零件智能檢索。智能檢索與正裝配標準件關聯的零件，并快速添加到當前產品。關聯零件是指在標準件使用過程中與之配套的標準件。

標準件快速替換?？焖賹崿F對當前裝配模型中的標準件進行替換，這里的“替換”指同系列不同規格標準件之間的替換。

個人收藏夾。個人收藏夾是個人用戶用于存儲最近常用標準件鏈接的“容器”，可以提高標準件使用效率。

2.標準件管理

標準件庫管理信息系統具體涉及以下幾個方面：

分類管理。標準件分類體系是本系統組織和管理標準件的基礎，按照GB、GJB、QJ等標準的分類體系和中國運載火箭技術研究院標準化管理規范建立標準件分類體系，并通過分類樹實現。

優選目錄管理。標準件優選目錄是指在型號研制中考慮產品設計、生產和制造等多種因素而制定的標準件選用范圍，要求系統能夠為每個型號建立優選目錄，并支持優選目錄的維護和管理。

標準件維護管理。在具體的標準件建立、審核和發布中遵循標準化管理的相關流程，建模責任單位按照設計規范完成建模，保證標準件內容符合用戶需求，經過審批后發布給所有用戶使用。

生產企業與代理商管理。實現標準件生產企業與代理商的維護管理，要求保留開發接口與之集成，能夠從物資管理系統中讀取標準件供應商的信息。

系統管理。保證系統正常運行的系統管理功能，包括用戶管理、權限管理、標準審核管理等內容。

二、標準件三維模型建模規范

1.建模的一般要求

航天結構三維標準件庫構建必須制定一定的規范，不僅用于開始階段的大量集中建模，而且要在后期根據使用需要進行增補。規范的一般要求主要包括：規定標準件三維建模使用的CAD軟件及版本；定制標準件三維建模使用的模板，并填寫相關參數；標準件三維模型主要用于數字樣機模裝、干涉檢查，因此其外形尺寸不包含零件的工藝細節，按照相應標準中的尺寸系列進行三維建模；建模時應按照相應標準定義的材料密度進行設置，保證其質量屬性正確，便于后期通過數字樣機進行產品質量的計算和數字樣機質心的確定；應規定標準件三維模型的顏色，反映在Pro/E中為具體的RGB值。

2.標準件三維模型的命名

標準件三維模型的命名需遵循易區分、便查找的原則。普通模型的名稱由標準代號和狀態名稱組成，實例模型的名稱由標準代號、規格和狀態名稱3部分組成。其中，狀態名稱用于區分同一標準件的不同材料，當標準件包括多種材料時，用材料的英文或拼音表示。

三、技術路線與系統架構

1.技術路線

在現有工作的基礎上開發基于WEB的標準件庫管理系統以及嵌入Pro/E的插件，方便用戶在CAD環境下直接查找并使用標準件。用戶將找到的標準件直接拖入到當前裝配體即可實現對標準件的裝配。

整個系統的實施主要包括以下幾個方面：

標準件基本信息與建模。標準件基本信息是BOM管理的基礎，因此其包含的信息必須準確和完整。在BOM屬性中，質量屬性是一個焦點問題，主要原因是Pro/E本身可以自動根據材料屬性和零件體積計算零件質量。當零件建模滿足一定要求時，此計算結果為準確結果，而當零件進行簡化和變形處理后，此模型質量將不再準確。因此建議在零件屬性中增加質量屬性，添加標準規定的質量信息。

BOM編碼問題。標準件通過標準代號和規格信息進行標識，在工程圖設計中也采用此方式標識標準件。

標準件模型存儲。所有的標準件三維模型全部存儲在Pro/ INTRALINK8.0文件服務器中，即基于Pro/INTRALINK構建文件管理模塊，實現對文件模型的管理與維護。

標準件規格參數存儲。采用標準模型文件管理和標準數據管理分離的技術，構建獨立的標準數據管理模塊，實現對標準件分類、規格參數、優選目錄等信息的集中管理，與Pro/ INTRALINK系統實現緊密集成，并保證系統的獨立性和擴展性。

標準件查詢使用?；跀祿旒夹g實現標準件模型的快速檢索，并提供三級檢索技術，提供基于模糊查詢的直接檢索與關聯零件檢索，提供個人收藏夾，實現對常用零件的快速訪問。

標準件優選。采用基于目錄的優選技術，實現標準件優選管理?；舅悸肥轻槍π吞栄兄平⑾鄳膬炦x目錄。

標準件審批流程。標準件建立、發布和使用遵循一定的管理規范，維護人員建立標準件參數模型，并輸入必要的參數化信息。審核人員登錄進行審核，批準后轉為發布狀態，即可被所有用戶使用。

標準件庫安全管理。實行系統管理員、產品管理員、普通用戶“三員管理”模式，通過建立安全用戶角色保證系統的數據安全。

系統集成。INTRALINK8.0采用了Windchill技術架構，其自身的開發技術可以滿足標準件模型存取的要求。Pro/E提供JLink接口技術，支持基于JAVA的開發技術，其開放性滿足標準件庫開發的要求。

2.系統架構

系統基于B/S架構（見圖1），服務器端構建標準件管理的相關服務，客戶端利用Pro/E內嵌的瀏覽器和通用瀏覽器即可實現訪問標準件庫，從中查詢并添加相應的標準件到當前裝配體。

圖1 系統技術架構

3.系統技術特點

數據與模型分離。標準件規格數據存儲于系統數據庫中，三維模型存儲于Pro/INTRALINK服務器，實現了單一數據源。

與Pro/INTRALINK緊 密集成。將所有的三維模型存儲于Pro/INTRALINK 服務器，保證標準件在產品設計中的正確應用。

支持多種CAD系統?？梢怨芾矶喾NCAD 文件，便于系統擴展。

提供標準的開放接口。作為基礎數據庫之一，提供WebService的標準接口，為其它系統提供數據和模型。

標準件三維模型管理是一項繁瑣而重要的工作，涉及的模型較多、數據量大，容易出現錯誤，造成質量問題。同時標準件三維模型管理屬于基礎性建設，需要投入較多的人力、物力。北京宇航系統工程研究所的標準件庫建立完成后運行良好，收到的效益可觀，一方面較大地提高了設計效率和產品質量，同時還將建成的標準件庫轉讓其它單位進行共享，產生了較高的經濟效益。