基于網(wǎng)絡(luò)的可視化檢測系統(tǒng)研究與應(yīng)用

屈力剛，韓 義，張丹雅，楊野光，田健琪

（沈陽航空航天大學(xué) 航空制造工藝數(shù)字化國防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，沈陽 110136）

基于網(wǎng)絡(luò)的可視化檢測系統(tǒng)研究與應(yīng)用

屈力剛，韓 義，張丹雅，楊野光，田健琪

（沈陽航空航天大學(xué) 航空制造工藝數(shù)字化國防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，沈陽 110136）

針對傳統(tǒng)檢測方法需要檢測人員到現(xiàn)場對零件進(jìn)行檢測且檢測效率低、檢測準(zhǔn)確性差的特點(diǎn)，提出網(wǎng)絡(luò)可視化檢測概念。網(wǎng)絡(luò)可視化檢測系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)為載體，以MBD數(shù)字化檢測為實(shí)現(xiàn)手段，通過NX/UG，PC-DMIS等軟件的二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與可視化檢測相結(jié)合。網(wǎng)絡(luò)可視化系統(tǒng)在數(shù)字化檢測的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的零件檢測、檢測信息上傳與下載、檢測數(shù)據(jù)管理以及檢測過程的可視化等功能。該系統(tǒng)縮短檢測周期，提高檢測質(zhì)量，在企業(yè)應(yīng)用中取得良好的功效，提升企業(yè)競爭力。

MBD；網(wǎng)絡(luò)通信；數(shù)字化檢測；可視化檢測

0 引言

21世紀(jì)，網(wǎng)絡(luò)化檢測是檢測行業(yè)的必然趨勢，網(wǎng)絡(luò)將世界各地的檢測企業(yè)、制造工廠形成一個整體。航空企業(yè)正逐漸實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的數(shù)字化[1]。目前，國內(nèi)對于網(wǎng)絡(luò)化制造有著深入的研究，但是對于遠(yuǎn)程可視化檢測還處于初級階段。

網(wǎng)絡(luò)可視化檢測系統(tǒng)借助MBD數(shù)字化技術(shù)，MBD是將尺寸、公差等信息定義在模型上，摒棄傳統(tǒng)的二維圖紙傳遞測量信息，使整個流程數(shù)字化，節(jié)約時間、高效完成檢測任務(wù)[2,3]。利用網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)檢測過程檢測模型、檢測數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}，為遠(yuǎn)距離相關(guān)人員檢查指導(dǎo)現(xiàn)場檢測提供可能。系統(tǒng)借鑒制造業(yè)先進(jìn)的思想管理方法，形成人、機(jī)、料、法、環(huán)、測的閉環(huán)控制，對檢測設(shè)備、檢測人員、方法標(biāo)準(zhǔn)、文件管理等資源進(jìn)行全面的管理，提高測量的整體水平，提升企業(yè)市場競爭能力[4]。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

可視化檢測系統(tǒng)總體是由檢測工藝軟件、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸與管理、測量機(jī)設(shè)備三大部分組成的。系統(tǒng)通過CAD軟件系統(tǒng)對三維模型進(jìn)行信息標(biāo)注，利用網(wǎng)絡(luò)將檢測信息傳遞到車間計算機(jī)的測量軟件，測量軟件拾取檢測模型的PMI信息，自動編寫檢測程序，檢測程序檢查無誤，驅(qū)動測量機(jī)進(jìn)行檢測，并對檢測過程生成的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。其中，可視化檢測系統(tǒng)分為以下方面：網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸與管理、智能檢測策劃、檢測工藝審簽、檢測結(jié)果輸出、檢測過程可視化。其中技術(shù)體系如圖1所示。

圖1 可視化檢測系統(tǒng)技術(shù)體系

1.1 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸與管理

1）遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸

客戶機(jī)利用網(wǎng)絡(luò)對檢測車間的計算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程連接，驅(qū)動車間計算機(jī)的內(nèi)部的檢測軟件。建立檢測數(shù)據(jù)中心庫，將檢測數(shù)據(jù)如檢測程序、檢測報告、檢測任務(wù)等實(shí)現(xiàn)計算機(jī)之間的檢測程序、檢測報告、檢測任務(wù)上傳與下載等數(shù)據(jù)傳輸功能。在數(shù)字化檢測過程中，以MBD作為檢測信息載體進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，利用網(wǎng)絡(luò)，將檢測模型傳到下一個檢測單元。將各個單元的檢測信息以某種格式附加在檢測模型，使檢測過程進(jìn)行無紙化信息傳遞。通過開發(fā)數(shù)據(jù)接口，與企業(yè)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，讀取企業(yè)檢測文檔并存儲到數(shù)據(jù)庫中。其連接結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 連接結(jié)構(gòu)

2）檢測數(shù)據(jù)管理

（1）程序管理

將本地程序、外地程序、CAD數(shù)模測頭文件、測量文檔等存儲到檢測程序數(shù)據(jù)庫中。可實(shí)現(xiàn)程序與測量設(shè)備的關(guān)聯(lián)和檢測程序推動，方便檢測人員從數(shù)據(jù)庫中上傳與下載檢測程序，縮短檢測程序編寫時間。

（2）人員管理

根據(jù)企業(yè)檢測員工調(diào)查，整合檢測人員的相關(guān)資料，建立檢測員工數(shù)據(jù)庫。將檢測結(jié)果與檢測人員對應(yīng)，實(shí)時的監(jiān)控檢測人員的工作狀態(tài)，便于任務(wù)的分配。統(tǒng)計檢測人員的工作量和工作時間，為績效考核提供依據(jù)。

（3）設(shè)備管理

為了方便查看檢測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，合理迅速找到未工作的檢測設(shè)備進(jìn)行檢測，并且快速的發(fā)現(xiàn)異常的設(shè)備狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)檢測設(shè)備故障。對當(dāng)前企業(yè)擁有的檢測設(shè)備進(jìn)行整合，建立檢測設(shè)備數(shù)據(jù)庫。檢測人員登錄系統(tǒng)調(diào)取檢測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，找到合適的檢測設(shè)備。在進(jìn)行零件特征檢測時，根據(jù)檢測設(shè)備數(shù)據(jù)庫中的設(shè)備使用率、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備是否故障等因素，判斷選擇最優(yōu)的檢測設(shè)備對該特征進(jìn)行。

1.2 軟件系統(tǒng)框架

1）智能檢測策劃

PMI（Product Manufacturing Information）即產(chǎn)品制造信息，包括尺寸與尺寸公差，形狀與位置公差、特征尺寸、基準(zhǔn)、技術(shù)要求等各類注釋。PMI為零件檢測人員提供了能共同理解和處理的關(guān)于產(chǎn)品數(shù)據(jù)的集合，是產(chǎn)品全生命周期中技術(shù)人員進(jìn)行信息交換的基礎(chǔ)。將PMI信息與三維模型幾何特征關(guān)聯(lián)關(guān)系，找到使用的可視化表達(dá)方法[5]。

（1）檢測工藝規(guī)劃

傳統(tǒng)質(zhì)量策劃和測量編程一般采取人工分析圖紙，聯(lián)機(jī)編程，由人工聯(lián)機(jī)調(diào)試測量程序。當(dāng)設(shè)計已進(jìn)行變更，需要人工重新進(jìn)行程序編制。系統(tǒng)根據(jù)PMI的標(biāo)注信息自動識別CAD上的檢測信息，根據(jù)檢測信息進(jìn)行編寫，生成初級的檢測程序。需要如下幾個步驟完成檢測程序編寫。

在檢測系統(tǒng)進(jìn)行檢測編程前，需要對零件進(jìn)行檢測任務(wù)分工，充分利用企業(yè)現(xiàn)有的檢測設(shè)備。對某些復(fù)雜特征的零件來說，一種檢測設(shè)備不足以完成所有的檢測特征，為了給現(xiàn)場檢測人員提供不同的檢測特征對應(yīng)哪種檢測設(shè)備，需要建立檢測設(shè)備資源庫。同時找到檢測設(shè)備以及檢測特征對應(yīng)關(guān)系建立檢測任務(wù)分工知識庫。根據(jù)檢測特征類型、檢測精度等級來對檢測特征歸類整理，將零件分配到合適的檢測設(shè)備并生成檢測分工文件，檢測人員根據(jù)文件內(nèi)容采用不同的檢測設(shè)備對零件進(jìn)行檢測。如圖3所示。

任務(wù)分工完成后，在CAD軟件上對零件模型進(jìn)行基準(zhǔn)定位。通過收集企業(yè)檢測夾具數(shù)據(jù)信息，建立夾具模型庫，并且保證夾具模型庫中數(shù)據(jù)實(shí)時更新。系統(tǒng)調(diào)用夾具模型庫的夾具信息，在CAD軟件上匹配合適的夾具裝夾零件模型。記錄裝配相關(guān)信息、零件型號、夾具型號并形成相應(yīng)的文件傳送到現(xiàn)場操作員，指導(dǎo)現(xiàn)場操作員進(jìn)行裝夾。

在CAD軟件中檢測模型定位裝夾后，檢測軟件對各個檢測特征識別分析。由檢測特征的空間位置關(guān)系創(chuàng)建檢測所需的測頭角度。然后根據(jù)測點(diǎn)在檢測模型的分布情況，生成測頭的檢測路徑[6]。并且由檢測路徑自動轉(zhuǎn)化為檢測程序。

（2）檢測仿真模擬

由系統(tǒng)根據(jù)PMI信息自動生成的檢測程序會有檢測干涉產(chǎn)生，測針運(yùn)行軌跡混亂，使測針與零件發(fā)生碰撞，造成測針損壞。通過檢測仿真模擬，檢測軟件生成檢測模擬路徑，有助于發(fā)現(xiàn)檢測程序漏洞，對混亂的檢測路徑進(jìn)行優(yōu)化，包括優(yōu)化測量點(diǎn)的分布，調(diào)整測頭角度，添加安全平面。使測量機(jī)安全運(yùn)行[7]。

圖3 檢測任務(wù)分工

2）檢測工藝審簽

為了防止檢測過程中由于操作人員經(jīng)驗(yàn)不足或者疏忽造成的檢測工藝規(guī)劃、檢測模型、技術(shù)文件等造成的缺陷和漏洞，進(jìn)而造成檢測事故。需要對檢測工藝進(jìn)行審簽。審簽?zāi)康氖钦业酱嬖诘臋z測漏洞和缺陷，提高檢測質(zhì)量使檢測更安全。

相關(guān)人員可以根據(jù)閱讀方便選擇不同的審簽?zāi)０濉Ｍㄟ^提取檢測工藝規(guī)劃、檢測仿真模擬等產(chǎn)生的結(jié)果信息進(jìn)行整理形成技術(shù)文檔。建立規(guī)范化的檢測工藝審簽?zāi)０澹瑢⑸鲜鲂畔⒁蕴囟ǖ母袷酱娣诺綄徍災(zāi)０逯校纬蓪徍炍募⑶覍⑽募鬟f到上游檢測環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化。

3）檢測實(shí)施與結(jié)果輸出

當(dāng)檢測工藝審簽合格以后，檢測任務(wù)被發(fā)起執(zhí)行。系統(tǒng)調(diào)用由檢測模型PMI信息生成的檢測程序，在檢測機(jī)床上運(yùn)行檢測零件，三坐標(biāo)測量機(jī)測量的實(shí)質(zhì)是測量零件特征在空間點(diǎn)的位置坐標(biāo)。檢測任務(wù)完成后，根據(jù)實(shí)際檢測結(jié)果數(shù)據(jù)生成檢測結(jié)果報告。建有檢測報告格式數(shù)據(jù)庫，企業(yè)可以根據(jù)客戶要求定制檢測報告格式。

檢測結(jié)果直接返回到CAD模型中，并在CAD模型的相應(yīng)位置表現(xiàn)出測量結(jié)果，檢測結(jié)果與理論值相比較，采用不同顏色區(qū)別超差、合格以及臨界尺寸。將有檢測結(jié)果的CAD模型應(yīng)用在檢測報告中，用戶可以轉(zhuǎn)動CAD模型，全方位直觀展示檢測結(jié)果數(shù)據(jù)。

4）測量過程可視化

（1）測量報告可視化

所有報告實(shí)時上傳至系統(tǒng)的檢測數(shù)據(jù)中心庫，包括本地或外地工廠及供應(yīng)商工廠車間的測量報告，數(shù)字化檢測設(shè)備、手動量儀量具等出具的檢測報告等，方便相關(guān)人員上傳與下載檢測報告。同時相關(guān)人員可以選擇定制的報告格式，報告中用紅色表示此特征為超差特征。同時相關(guān)人員采取網(wǎng)絡(luò)瀏覽器訪問實(shí)時對測量報告進(jìn)行監(jiān)控。

（2）檢測現(xiàn)場可視化

對于不能到現(xiàn)場進(jìn)行檢測的客戶或者工藝人員。可視化檢測為客戶或者工藝人員提供了實(shí)時的現(xiàn)場檢測畫面。在檢測現(xiàn)場布置一個攝像機(jī)，對檢測軟件進(jìn)行二次開發(fā)，提供視頻窗口，通過網(wǎng)絡(luò)將攝像機(jī)實(shí)時錄取的檢測畫面?zhèn)鬏數(shù)角岸擞嬎銠C(jī)。相關(guān)人員通過傳送過來的檢測畫面對現(xiàn)場檢測工作進(jìn)行及時有效的指導(dǎo)，在線監(jiān)督檢測任務(wù)完成情況，及時發(fā)現(xiàn)并解決檢測過程中出現(xiàn)的問題。

5）檢測數(shù)據(jù)分析

可視化檢測系統(tǒng)利用統(tǒng)計過程控制（SPC）對檢測結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。實(shí)現(xiàn)對超差結(jié)果的預(yù)警，并且對超差結(jié)果進(jìn)行分析，提出超差結(jié)果產(chǎn)生原因建議。將誤差結(jié)果分析形成文檔，將文檔反饋到設(shè)計部門，給予設(shè)計人員修改意見，方便修改機(jī)加零件設(shè)計。客戶根據(jù)檢測數(shù)據(jù)報告查詢一批零件的檢測時間以及檢測特征是什么，同時了解在一個時間段里三坐標(biāo)測量機(jī)檢測了那些零件特征，方便相關(guān)人員對檢測活動全面的掌握。這樣使整個網(wǎng)絡(luò)可視化檢測系統(tǒng)形成閉環(huán)回路流程。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

本項(xiàng)目結(jié)合洛陽某空空導(dǎo)彈研究所可視化檢測的項(xiàng)目現(xiàn)狀，以檢測模型為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，基于MBD的數(shù)字化檢測，對NX/UG、PC-DMIS軟件進(jìn)行開發(fā)編程，實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的可視化檢測系統(tǒng)功能。其檢測系統(tǒng)工作流程圖如圖4所示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。部分系統(tǒng)窗口如圖6所示。

圖4 系統(tǒng)工作流程圖

圖5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖6 系統(tǒng)操作界面

通過對網(wǎng)絡(luò)可視化檢測系統(tǒng)的應(yīng)用，使企業(yè)相關(guān)人員不用到現(xiàn)場進(jìn)行檢測檢查，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的零件檢測任務(wù)。系統(tǒng)全程應(yīng)用檢測模型作為檢測的唯一依據(jù)，將檢測信息附加在檢測模型上，使檢測過程中實(shí)現(xiàn)無紙化，由傳統(tǒng)的二維圖紙變?yōu)槿S圖形[8]。該系統(tǒng)打破了時間與空間的限制，使客戶、檢測工藝人員可以不在檢測現(xiàn)場就可以對零件檢測有著直觀的了解，并可以及時的發(fā)現(xiàn)檢測過程中存在的問題。該系統(tǒng)充分利用企業(yè)現(xiàn)有檢測設(shè)備，提高設(shè)備使用效率，規(guī)范檢測零件的工作流程，使檢測零件任務(wù)更加的簡單，縮短了檢測過程的時間，顯著節(jié)省檢測費(fèi)用。

3 結(jié)束語

可視化檢測系統(tǒng)目前在國內(nèi)還處于初級階段，可視化檢測是基于MBD的數(shù)字化檢測，將產(chǎn)品檢測信息由過去的二維模型轉(zhuǎn)化為三維模型。該系統(tǒng)是由數(shù)字化檢測技術(shù)、通訊技術(shù)等技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，對NX/UG、PCDMIS軟件進(jìn)行開發(fā)編程。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了檢測過程的系統(tǒng)化管理、遠(yuǎn)程檢測以及檢測過程可視化，使檢測業(yè)務(wù)流程化、檢測流程標(biāo)準(zhǔn)化、檢測數(shù)據(jù)可視化。基于網(wǎng)絡(luò)的可視化系統(tǒng)打通了從產(chǎn)品檢測的閉環(huán)信息傳遞，實(shí)現(xiàn)了檢測過程的無紙化，有效的提高企業(yè)檢測設(shè)備的利用率。該系統(tǒng)在企業(yè)應(yīng)用中取得了很好的實(shí)驗(yàn)成果，具有一定的實(shí)際意義。

[1] 鞏玉強(qiáng).基于MBD的飛機(jī)三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計與應(yīng)用[J].制造業(yè)自動化,2014,22:103-107.

[2] 黃夢莉,張剛.淺談基于MBD數(shù)模測量數(shù)據(jù)采集的研究與應(yīng)用[J].航空制造技術(shù),2013,Z2:50-52.

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[3] 張榮霞,張樹生,周競濤,石民.基于MBD的零件制造模型管理[J].制造業(yè)自動化,2011,16:6-9.

[4] 董宏.計量所管理信息系統(tǒng)[D].山東大學(xué),2006.

[5] 楊亮.航天器典型產(chǎn)品三維模型輕量化轉(zhuǎn)換技術(shù)研究[D].北華航天工業(yè)學(xué)院,2015.

[6] 楊克強(qiáng).基于三維CAD的智能三坐標(biāo)測量路徑規(guī)劃與碰撞檢查關(guān)鍵技術(shù)研究[D].河北科技大學(xué),2013.

[7] 桑宏強(qiáng).加工中心在線檢測路徑規(guī)劃模型及仿真研究[D].河北工業(yè)大學(xué),2005.

[8] 張尚安,李儒寬.基于MBD技術(shù)的零件制造與質(zhì)量控制[J].中國科技信息,2013,11:138.

Visual detection system based on network research and application

QU Li-gang, HAN Yi, ZHANG Dan-ya, YANG Ye-guang, TIAN Jian-qi

V262.3+6

：A

1009-0134(2017)03-0068-04

2016-11-30

屈力剛（1971 -），男，遼寧沈陽人，工學(xué)博士，研究方向?yàn)閿?shù)字化設(shè)計與制造。