MBD模型質(zhì)量自動化檢查技術(shù)研究

戴 霖

(中國直升機(jī)設(shè)計研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001)

0 引言

基于模型的數(shù)字化定義技術(shù)(MBD)是將產(chǎn)品的所有相關(guān)工藝描述、屬性和管理等信息都附著在產(chǎn)品三維模型中的先進(jìn)數(shù)字化定義方法[1]。隨著直升機(jī)設(shè)計能力及計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，MBD技術(shù)已應(yīng)用于直升機(jī)產(chǎn)品研發(fā)的整個過程中，MBD模型成為設(shè)計生產(chǎn)制造檢驗過程的唯一依據(jù)，但由于MBD模型包含幾何、屬性、標(biāo)注等各類信息較為復(fù)雜，很容易出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，必須要對模型質(zhì)量進(jìn)行檢查以確保模型的準(zhǔn)確性。所謂模型質(zhì)量是指產(chǎn)品數(shù)字化模型在并行工程和協(xié)同設(shè)計環(huán)境下，在數(shù)據(jù)交換過程中能準(zhǔn)確表達(dá)對象信息的能力[2-4]。

為有效實現(xiàn)模型質(zhì)量檢查，國內(nèi)已陸續(xù)開展了一系列研究和應(yīng)用，鄧高見針對機(jī)械產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測技術(shù)的研究[5]；張家棟在《CAD模型驗證系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)》一文中分析了模型的主要質(zhì)量缺陷并提出了模型驗證系統(tǒng)的總體方案[6]。王寧等通過CATIA軟件二次開發(fā)實現(xiàn)了模型質(zhì)量檢查系統(tǒng)并進(jìn)行了應(yīng)用[7]。

在直升機(jī)研發(fā)中，主要采用CATIA作為CAD設(shè)計工具，并在MBD模型質(zhì)量工具Q-Checker的基礎(chǔ)上進(jìn)行定制與開發(fā)，形成了直升機(jī)模型質(zhì)量檢查系統(tǒng)。當(dāng)前，直升機(jī)設(shè)計過程中已應(yīng)用此系統(tǒng)對設(shè)計模型進(jìn)行質(zhì)量檢查，但現(xiàn)有模型質(zhì)量檢查的模式存在以下問題：

1)全部采用人工主動檢查模式，效率不高，設(shè)計員工作量大；

2)無法強(qiáng)制對由產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進(jìn)入產(chǎn)品數(shù)據(jù)審簽和發(fā)放的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，從而無法確保進(jìn)入下游部門模型質(zhì)量，影響研發(fā)整體質(zhì)量。

為解決這些問題，本文對現(xiàn)有MBD模型質(zhì)量檢查技術(shù)及其內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié)，提出了一種基于CATIA及ENOVIA VPM平臺的模型質(zhì)量檢查工作模式，并通過開發(fā)將MBD模型質(zhì)量檢查系統(tǒng)與PDM系統(tǒng)及產(chǎn)品數(shù)據(jù)審簽系統(tǒng)集成，實現(xiàn)MBD模型的自動化強(qiáng)制檢查，確保通過審簽發(fā)放的MBD模型的正確性。

1 MBD模型質(zhì)量自動化檢查模式

直升機(jī)數(shù)字化研制過程中產(chǎn)生的MBD模型數(shù)據(jù)全部由產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(PDM系統(tǒng))進(jìn)行管理，當(dāng)模型需用于制造時，從PDM系統(tǒng)中提取出來進(jìn)入產(chǎn)品數(shù)據(jù)審簽與發(fā)放系統(tǒng)發(fā)放給下游單位進(jìn)行制造。設(shè)計員需在模型存入PDM系統(tǒng)前主動使用模型質(zhì)量檢查系統(tǒng)對模型進(jìn)行檢查。這種應(yīng)用模式如圖1所示。

圖1 現(xiàn)有MBD模型質(zhì)量檢查模式

該種應(yīng)用模式，將耗費(fèi)設(shè)計員較多時間，設(shè)計員如不能及時自主使用模型質(zhì)量檢查系統(tǒng)進(jìn)行模型質(zhì)量檢查，將給整體設(shè)計質(zhì)量帶來隱患。需設(shè)計一套自動化檢查模式，使得所有正常進(jìn)入產(chǎn)品數(shù)據(jù)審簽與發(fā)放的MBD模型均強(qiáng)制進(jìn)行質(zhì)量檢查。同時，對檢查模板進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)設(shè)計階段和進(jìn)度對二維圖及三維MBD模型分別進(jìn)行檢查項的整合與檢查模板的定制。

為達(dá)到自動化檢查的目的，進(jìn)行如下自動化檢查模式設(shè)計：

1) 定義模型的PDM自定義屬性參數(shù)“模型檢查屬性”，屬性值為真或假；

2)PDM系統(tǒng)中集成模型質(zhì)量檢查工具進(jìn)行定時批量檢查，根據(jù)檢查結(jié)果對“模型檢查屬性”賦值；

3) 產(chǎn)品數(shù)據(jù)審簽系統(tǒng)中提交審簽時，對“模型檢查屬性”進(jìn)行讀取，并根據(jù)屬性值判斷是否提交成功。

該模式如圖2所示。

圖2 MBD模型質(zhì)量自動化檢查模式一

以上模式針對設(shè)計過程中設(shè)計員未使用Q-Checker進(jìn)行檢查，直接進(jìn)行模型的保存，并在一段時間后進(jìn)行模型提交審查的場景。

在直升機(jī)設(shè)計過程中，除以上場景，還存在兩種應(yīng)用場景：

1) 對于部分緊急數(shù)據(jù)，需立即進(jìn)行審簽并發(fā)放給下游單位；

2) 對于審簽駁回的數(shù)據(jù)，需重新設(shè)計并立即進(jìn)行審簽并發(fā)放給下游單位。

對于這兩種使用場景，前文提供的自動化檢查模式還不足以實現(xiàn)，需對其進(jìn)行補(bǔ)充。即在進(jìn)行MBD設(shè)計時需主動使用模型質(zhì)量檢查系統(tǒng)進(jìn)行檢查，并開發(fā)PDM SAVE模塊，在MBD模型進(jìn)入PDM系統(tǒng)時，對MBD模型質(zhì)量檢查與否進(jìn)行判斷，并把檢查結(jié)果賦值給“模型檢查屬性”。該模式如圖3所示。

圖3 MBD模型質(zhì)量自動化檢查模式二

2 MBD模型質(zhì)量自動化檢查技術(shù)實現(xiàn)與驗證

為實現(xiàn)前文所述MBD模型質(zhì)量自動化檢查模式，需將模型質(zhì)量檢查系統(tǒng)與PDM系統(tǒng)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)審簽系統(tǒng)進(jìn)行集成。該集成需進(jìn)行3個子模塊功能開發(fā)，即“PDM Save子模塊”、“后臺批量模型質(zhì)量檢查子模塊”和“產(chǎn)品數(shù)據(jù)審簽系統(tǒng)判斷子模塊”。當(dāng)前，國內(nèi)直升機(jī)設(shè)計中主要采用ENOVIA VPM作為產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。為實現(xiàn)3個子模塊功能，使用組件應(yīng)用架構(gòu)(CAA)對CATIA及VPM系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)。

2.1 PDM Save子模塊

該模塊主要實現(xiàn)模型文件保存至VPM系統(tǒng)中時對QC屬性進(jìn)行判斷，并根據(jù)QC值對“模型檢查屬性”進(jìn)行賦值。其中，QC屬性為模型質(zhì)量檢查系統(tǒng)在檢查過的模型上生成的MBD模型自定義屬性參數(shù)，QC屬性記錄檢查結(jié)果，如果檢查結(jié)果為正確，則QC屬性值為“IO”，反之，則QC屬性值為其他值。“模型檢查屬性”為布爾值(取值為“真”或“假”)，默認(rèn)為假。

該開發(fā)過程需調(diào)用模型屬性接口用于模型屬性的讀取和賦值：CAAPstAllProperties。子模塊開發(fā)原理如圖4所示。

圖4 PDM Save子模塊開發(fā)原理圖

2.2 產(chǎn)品數(shù)據(jù)審簽系統(tǒng)判斷子模塊

該模塊主要實現(xiàn)對“模型檢查屬性”的判斷，在產(chǎn)品數(shù)據(jù)審簽系統(tǒng)中進(jìn)行程序開發(fā)，在提交審簽時，調(diào)用CAA API“模型屬性接口”讀取MBD模型的VPM自定義參數(shù)“模型檢查屬性”，如果值為“真”則進(jìn)入審簽，反之則報錯駁回。子模塊開發(fā)原理如圖5所示。

2.3 后臺批量模型質(zhì)量檢查子模塊

該模塊主要實現(xiàn)后臺定時批量檢查和“模型檢查屬性”的賦值，使得模型質(zhì)量檢查系統(tǒng)與VPM緊密集成，是自動化檢查的關(guān)鍵步驟與核心技術(shù)。

圖5 產(chǎn)品數(shù)據(jù)審簽系統(tǒng)判斷子模塊開發(fā)原理圖

該模塊需要在Q-PLM產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)。程序以某一時間為觸發(fā)點(diǎn)，在PDM系統(tǒng)中創(chuàng)建文件共享空間，將電子倉庫中的符合時間范圍要求的模型文件通過接口復(fù)制到該文件共享空間，然后通過Web Service接口向Q-PLM發(fā)送包含模型所在路徑、模型名稱、檢查模板、模型版本及作者等信息的info.xml文件，Q-PLM將文件解析處理成QC.in文件后將在后臺打開模型質(zhì)量檢查系統(tǒng)進(jìn)行批量模型檢查。檢查結(jié)束后，程序?qū)z查生成的QC.out文件進(jìn)行解析，提取檢查結(jié)果對應(yīng)參數(shù)，并根據(jù)該參數(shù)對“模型檢查屬性”值進(jìn)行賦值。同時，對由Q-PLM生成的Bat.xml進(jìn)行解析，獲取報告文件并掛載至VPM系統(tǒng)零件對應(yīng)節(jié)點(diǎn)下。該集成需調(diào)用模型自定義接口ListPartModel用于模型文件的獲取與改名，調(diào)用模型屬性接口用于模型屬性的讀取和賦值。子模塊開發(fā)原理如圖6所示。

2.4 模型質(zhì)量檢查技術(shù)驗證

根據(jù)以上研究，將模型質(zhì)量檢查系統(tǒng)與VPM系統(tǒng)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)審簽系統(tǒng)進(jìn)行集成開發(fā)，形成了直升機(jī)MBD模型自動化檢查模式。同時，根據(jù)直升機(jī)MBD模型規(guī)范要求，定制了用于在VPM端自動批量檢查及CATIA端自主檢查的零件及二維圖檢查模板。模型進(jìn)入VPM系統(tǒng)后，自動依據(jù)檢查模板按時生成了模型質(zhì)量屬性，并在審簽系統(tǒng)中進(jìn)行判斷，保證了通過審簽與發(fā)放的MBD模型的質(zhì)量。通過該模式檢查的MBD模型屬性結(jié)果如圖7所示。

圖6 后臺批量模型質(zhì)量檢查子模塊開發(fā)原理圖

圖7 MBD模型質(zhì)量屬性賦值情況

3 結(jié)論

MBD模型數(shù)據(jù)是直升機(jī)數(shù)字化研制過程中的單一數(shù)據(jù)源，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響后續(xù)的相關(guān)工作以及最終產(chǎn)品的質(zhì)量，直升機(jī)研發(fā)中現(xiàn)有的模型質(zhì)量檢查模式效率較低、無法強(qiáng)制執(zhí)行。本文在現(xiàn)有MBD模型檢查技術(shù)的基礎(chǔ)上，將MBD模型檢查工具與VPM系統(tǒng)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)審簽流程進(jìn)行集成，實現(xiàn)了MBD模型的自動化強(qiáng)制檢查,提高了檢查效率，并充分保證了發(fā)放至下游制造單位的模型的質(zhì)量，有助于減少由于模型質(zhì)量引起的產(chǎn)品設(shè)計及制造過程中的反復(fù)，縮短產(chǎn)品研制周期。