朱金榮，胡秦贛，廖子祥

(中國直升機設計研究所，江西景德鎮(zhèn) 333001)

0 引言

信息技術標準化［1］是指在開發(fā)和利用信息技術的各種實踐活動中，通過制定、修訂、管理、宣貫和實施各種信息技術標準，達到各單位需要的統(tǒng)一局面，以獲得最佳經(jīng)濟效益和社會效益。信息技術標準化是圍繞信息技術開發(fā)、信息產(chǎn)品的研制和信息系統(tǒng)建設、運行與管理而展開的一系列標準化工作。其中，信息技術標準是開展信息化活動的基礎和核心，而標準化信息資源庫的構建與應用作為通用基礎，則是保障信息化綜合效益，提升工程化應用水平的基石。

在某型號數(shù)字化研制的最新實踐——應用“基于模型的定義(MBD［2］，Model Based Definition)”技術中，標準化不僅通過制定、宣貫和實施MBD標準，保障型號全新的數(shù)字化研制，而且通過升級、改造和拓展各項設計資源庫，實現(xiàn)MBD的單一數(shù)據(jù)源、規(guī)范化和集成化等應用要求。在設計資源庫的建設和應用中，積極貫徹集團公司基礎數(shù)據(jù)庫的建設標準，在功能結構、接口設計、編碼定義和數(shù)據(jù)格式等方面符合通用化、統(tǒng)一化要求，使設計資源庫具備與集團對接的能力和在行業(yè)內(nèi)推廣的潛力。

1 MBD設計資源庫的建設

MBD是波音公司在787項目上采用的全新三維研制方式，是產(chǎn)品數(shù)字化定義技術的一大飛躍。MBD主要是通過多種信息集成方式，實現(xiàn)以三維實體模型完整表達產(chǎn)品定義信息，即以標準的形式詳細規(guī)定三維實體模型中產(chǎn)品尺寸和公差的標注規(guī)則、技術和工藝信息的表達方法，在設計、制造和裝配各環(huán)節(jié)加以貫徹實施。具體應用在某型號的數(shù)字化定義中，不僅是取消二維圖樣，對產(chǎn)品模型進行三維標注，將其直接傳遞給制造部門，而且要實現(xiàn)MBD數(shù)據(jù)定義的規(guī)范化、集成化以及MBD數(shù)據(jù)集的單一數(shù)據(jù)源管理。

為達到上述目標，標準化部門在制定MBD標準及MBD模板的同時，針對設計資源庫的MBD應用要求，大膽探索，發(fā)揮標準化基礎資源庫開放性和擴展性優(yōu)勢，升級標準件數(shù)據(jù)庫，改造材料數(shù)據(jù)庫，拓展開發(fā)技術注釋數(shù)據(jù)庫，以實現(xiàn)MBD數(shù)據(jù)規(guī)范化、集成化定義，保障MBD數(shù)據(jù)集的完整性和唯一性。

1.1 升級標準件數(shù)據(jù)庫

在MBD技術應用之前，通過“航空工業(yè)三維數(shù)字化通用零部件/標準件庫”項目已經(jīng)建立了基于CATIA V5 CATALOG(一種CAD系統(tǒng)的零件集管理工具)的三維實體工程設計工程應用的數(shù)據(jù)庫，該標準件庫可為CATIA V5(一種CAD系統(tǒng))提供無縫連接、直接集成的應用環(huán)境。但是隨著MBD技術的應用，僅采用傳統(tǒng)的CATALOG進行標準件三維數(shù)模的管理難以滿足某型號使用要求。為了提高設計效率、縮短產(chǎn)品研制周期，需要針對MBD應用要求全面升級標準件數(shù)據(jù)庫。

升級的標準件數(shù)據(jù)庫，應用國際通用的標準件分類方法進行數(shù)據(jù)組織和管理，采用了便于理解和操作的樹形目錄視圖界面，使得操作簡捷而高效。對具體功能進行了全面優(yōu)化，具體如下:

1)優(yōu)化了查詢方法，可根據(jù)標準號、標準件名稱、材料、性能等級、規(guī)格等屬性進行方便靈活的查詢檢索;

2)擴充了標準件圖文管理功能，把標準件的三維模型與詳細規(guī)格尺寸信息結合在一起，用戶在設計過程中對標準件進行選型后即可得到該規(guī)格的模型文件;

3)補充了型號管理功能，能夠方便快捷地形成型號可選標準件列表，滿足型號標準件管控要求;

4)提高與三維CATIA的集成效率，把客戶端程序加載到CATIA的軟件界面中，設計人員在VPM系統(tǒng)(一種產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng))中可快速調(diào)用標準件數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中的標準件;

5)完善了管理流程，標準件的數(shù)據(jù)導入、導出、更改等更簡單、快捷，而且為了保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，對即將發(fā)布供型號使用的標準件數(shù)據(jù)還有審簽流程;

6)增加了安全環(huán)節(jié)，對數(shù)據(jù)庫的每一步操作都有跡可查，可進行實時追蹤，技術狀態(tài)清晰;

7)提供了交流平臺，系統(tǒng)管理員和用戶之間、用戶與用戶之間有溝通交流的渠道。

系統(tǒng)功能框架見圖1。

標準件庫的數(shù)據(jù)項涵蓋了直升機常用的國內(nèi)、國外標準件，目前入庫的標準件有300多種，規(guī)格數(shù)量達到13400多項，完全能夠滿足型號的設計需求。標準件模型也采用MBD方式進行定義，符合集團有關標準的要求;此外還通過參數(shù)化建模和參數(shù)化驅(qū)動，生成標準件的所有規(guī)格的模型，并能顯示出每一個規(guī)格標準件的所有業(yè)務屬性:標準件實例名、標準件名稱、標準件標記、標準件級別、標準件類別、標準號、規(guī)格、表面處理、集團公司物品碼、重量等，如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)功能框架

同時，標準件數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)作為唯一的數(shù)據(jù)源，為VPM系統(tǒng)和緊固件快速設計系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)，并能保持同步更新，保證設計人員調(diào)用的標準件處于最新狀態(tài)。標準件數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)作為獨立的數(shù)據(jù)源，包含的標準件規(guī)格品種齊全，只要接口程序建立，便可根據(jù)需要進行批量添加，然后批量導入VPM，簡單快捷。接口架構如圖3所示。

圖2 標準件MBD模型

圖3 接口架構

1.2 改造材料數(shù)據(jù)庫

材料數(shù)據(jù)庫是設計類基礎數(shù)據(jù)庫之一，是構成型號BOM(物料清單)的最基本要素。以往型號零部件的材料選用(包括品種、規(guī)格、標準等)及相關信息是在LCA系統(tǒng)(VPM系統(tǒng)早期)中進行管理，與CATIA模型沒有直接關聯(lián)。而某型號采用VPM系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)管理，應用MBD技術，原材料數(shù)據(jù)庫已不適應該型號的應用要求，為此，基于MBD使用環(huán)境全面改造材料數(shù)據(jù)庫。MBD材料數(shù)據(jù)庫功能框架如圖4所示，其功能簡要如下:

1)型號管理功能，能夠方便快捷地形成型號可選材料列表，滿足型號材料管控要求;

2)材料數(shù)據(jù)導入及修改功能，型號材料實例表列出所選型號所有零件用材料，管理員可通過導入數(shù)據(jù)表文件、手動創(chuàng)建和從通用材料數(shù)據(jù)庫選擇添加的方式添加材料實例記錄，并可直接在實例表中修改實例信息。

3)型號材料實例表提供查詢、導出和統(tǒng)計功能，能根據(jù)材料牌號、材料名稱、品種代號、規(guī)格尺寸等屬性對材料實例進行查詢，導出功能把表中的內(nèi)容導出生成數(shù)據(jù)表文件和CATIA材料庫文件，統(tǒng)計功能對材料實例的數(shù)量進行統(tǒng)計。

4)CATIA客戶端提供添加材料功能，系統(tǒng)根據(jù)當前零部件所在的型號列出該型號的材料實例表，選擇一個材料實例賦予當前零件，根據(jù)MBD材料表達方式自動創(chuàng)建材料節(jié)點及其子節(jié)點。

1.3 開發(fā)技術注釋數(shù)據(jù)庫

國內(nèi)，MBD技術應用處于起步階段，沒有成熟的技術注釋管理系統(tǒng)，二維圖樣上的技術注釋沒有管理規(guī)范，針對技術注釋描述或要求的更改時有發(fā)生。國外，波音公司采用的iPSM系統(tǒng)(集成產(chǎn)品標準管理系統(tǒng))包含技術注釋庫內(nèi)容，但沒有對技術注釋進行完全管理，只對表面處理、熱處理、焊接等技術注釋加以控制，設計人員仍可以直接在數(shù)模上標注和修改技術注釋。

技術注釋:技術注釋是在產(chǎn)品設計過程中，設計需要對制造以及后續(xù)環(huán)節(jié)提出的產(chǎn)品技術要求，如熱處理、表面防護、標印、引用的工藝規(guī)范和技術條件等信息。

根據(jù)技術注釋在新型號中應用的業(yè)務需求和技術注釋管理需求，以及計算機軟、硬件資源合理利用要求，技術注釋數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設計成由技術注釋庫管理系統(tǒng)和技術注釋應用系統(tǒng)兩部份組成。系統(tǒng)架構設計如圖5所示。

根據(jù)技術注釋的分類，若每一注釋類別均設計成一個子庫，在使用和管理上會造成不便?？砂凑展δ芎屯愊嘟瓌t，對技術注釋進行管理合并，如表面處理注釋和表面涂層注釋合在一個庫管理，密封注釋和隔離注釋合在一個庫管理等，一共分成16個技術注釋子庫模塊，見圖6。

圖4 MBD材料數(shù)據(jù)庫功能框架

圖5 系統(tǒng)架構

圖6 技術注釋庫模塊

在編碼規(guī)則設計上，為今后與集團公司的技術注釋庫整合，達到全行業(yè)的統(tǒng)一，直升機所技術注釋編號設計與中航工業(yè)集團的技術注釋編號規(guī)劃保持一致，對直升機技術注釋數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)技術注釋編碼進行了規(guī)劃，注釋編號由對象類別，注釋類別，明細類別和順序號構成。

技術注釋庫的MBD數(shù)據(jù)表達形式見圖7。

圖7 技術注釋庫的MBD數(shù)據(jù)表達形式

2 MBD設計資源庫的應用

通過標準件數(shù)據(jù)庫、材料數(shù)據(jù)庫和技術注釋庫的整體建設，型號標準化工作從“事后、事中”走到了“事前”，即在型號方案階段，就要將設計的選用范圍進行信息化，以保障各階段設計的順利展開。從中，型號標準化水平也得到了質(zhì)的提升，優(yōu)化了標準件的品種和規(guī)格，控制了材料的選用范圍并統(tǒng)一了材料數(shù)據(jù)性能出口，規(guī)范統(tǒng)一了技術注釋，從而提高了型號設計質(zhì)量。

2.1 標準件數(shù)據(jù)庫的應用

以前，要在VPM系統(tǒng)里添加一個標準件，必須挨個填寫標準件的所有業(yè)務屬性，然后將畫好的CATIA模型導入，步驟多，耗時長，而且出錯率高，特別是通過衍生創(chuàng)建的標準件。而使用升級后的標準件數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，通過查詢找到相應規(guī)格的標準件，添加型號屬性后，點擊導入VPM系統(tǒng)即可，標準件的所有業(yè)務屬性會完全自動映射到VPM系統(tǒng)上顯示出來，再也無需人工編輯，簡單、快捷。

升級后的標準件數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)功能完備，數(shù)據(jù)齊全、規(guī)范，涵蓋了直升機常用的國家標準、航空標準、企業(yè)標準和國外標準，滿足新型號上關于標準件的MBD技術使用要求。標準件數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是獨立數(shù)據(jù)源，可同時為多個型號提供標準件，而且系統(tǒng)數(shù)據(jù)檢索、輸入、輸出和更新等方面的操作簡單、快捷，省時省力，大大提高了工作效率;另外，系統(tǒng)還設置了審簽流程和權限控制，保證了工作質(zhì)量。

2.2 材料數(shù)據(jù)庫的應用

以往，設計人員在CATIA設計環(huán)境中對一個零件進行賦材時，在VPM材料庫中進行檢索，復制材料標識粘貼到零件材料屬性下，材料與零件模型無關聯(lián)關系。但是，應用基于MBD環(huán)境的材料數(shù)據(jù)庫后，設計人員在CATIA零件設計環(huán)境中可直接選擇點擊添加主材和添加輔材按鈕加載材料信息。

應用該數(shù)據(jù)庫效果如下:

1)有效保證了型號設計過程中材料信息的正確、規(guī)范引用，實現(xiàn)單一數(shù)據(jù)源管理。

2)便捷的批量導入/導出功能和靈活的復制編輯功能，以及型號屬性管理的可擴充性，極大地減少了數(shù)據(jù)庫管理維護人員的工作量。

3)基于WEB的信息查詢功能和CATIA環(huán)境的客戶端軟件，方便了設計人員快速搜索所需材料信息，并在CATIA環(huán)境中實現(xiàn)了材料數(shù)據(jù)的快速調(diào)用。

4)基于MBD建模對材料的表達要求，實現(xiàn)了結構材料材質(zhì)的自動賦值、計算以及消耗性材料用量的輸入，實現(xiàn)了最大外廓尺寸節(jié)點的創(chuàng)建與賦值，減少了設計工作量和錯誤率，有效提高了零件設計效率和質(zhì)量。

2.3 技術注釋數(shù)據(jù)庫的應用

技術注釋庫系統(tǒng)應用效果如下:

1)技術注釋標注的變革

在傳統(tǒng)設計過程中，通常由設計人員標注在圖紙右側。采用MBD技術后，實現(xiàn)無圖設計，過去技術注釋自行添加和修改的情況不存在了，而是從注釋庫提取相關注釋，標注在MBD數(shù)模的結構樹上。

2)實現(xiàn)技術注釋業(yè)務管理

通過技術注釋庫可以讓標準化部門及相關的技術部門(工藝)提前介入到設計中，規(guī)范技術注釋的應用;技術注釋應用子系統(tǒng)使設計人員能通過特定方法選用技術注釋數(shù)據(jù)庫中的技術注釋，并將其加載到MBD模型指定的附注中，實現(xiàn)CATIA MBD模型技術注釋的高效、規(guī)范，大幅提高產(chǎn)品設計的技術注釋質(zhì)量和工作效率。

3)方便信息化自動處理

系統(tǒng)在總體設計時，充分考慮了后續(xù)制造環(huán)節(jié)的應用，采用統(tǒng)一信息編碼，并提供開放式標準接口，將為制造方工藝分工、工藝設計等信息的自動化處理及設計制造信息集成提供便利。

4)提供優(yōu)良的客戶操作界面

在整個技術注釋數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建設過程中，始終秉承“人性化、客戶化”的設計原則，通過在每類子庫中增加幫助文檔和在操作中進行提示，使用戶無需培訓和參考《用戶手冊》，即可順暢使用。

5)形成了可共享的基礎知識庫

技術注釋既反映設計對制造的要求，同時也反映產(chǎn)品設計制造的知識積累。通過技術注釋庫可將設計知識、經(jīng)驗加以總結、提煉、規(guī)范，再結合新材料、新技術、新工藝，通過統(tǒng)一技術注釋編碼，通過不斷地積累和完善，形成企業(yè)的智力資產(chǎn)——直升機技術注釋數(shù)據(jù)庫，以有效規(guī)范、管理產(chǎn)品設計過程中的技術注釋信息，并具備向行業(yè)推廣的潛力。

3 結束語

信息技術標準化和標準的信息化貫穿預先研究和型號設計、開發(fā)、應用、產(chǎn)業(yè)化的全過程。通過開展信息技術標準化和標準的信息化，建立以MBD設計資源庫為典型代表的基礎數(shù)據(jù)庫，提高產(chǎn)品設計和研制效率，確保產(chǎn)品質(zhì)量。如同標準化在型號研制中的作用一樣，“一代裝備、一代標準”，“型號研制、標準先行”，信息技術飛速發(fā)展和快速應用離不開標準的技術支持。只有切實地開展信息技術標準化和標準的信息化才能從根本上提升產(chǎn)品研制能力，獲得巨大的社會和經(jīng)濟效益。

［1］童友好，李 蕊.關于我國信息技術標準化建設的思考［J］.中國信息導報，2002，10.

［2］馮潼能，王錚陽，宋婭.MBD技術在協(xié)同設計制造中的應用［J］.航空制造技術，2010.(18).