屈力剛，葉柏超，孫業(yè)翔，陳靖樂(lè)

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

（沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 航空制造工藝數(shù)字化國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，沈陽(yáng) 110136）

0 引言

現(xiàn)代數(shù)字化制造技術(shù)發(fā)展飛速，航空類企業(yè)逐步建立起全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)、制造與檢驗(yàn)相結(jié)合的現(xiàn)代化制造模式。三維產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的二維檢測(cè)工藝已經(jīng)很難滿足現(xiàn)代航空制造業(yè)的發(fā)展。傳統(tǒng)的二維檢測(cè)工藝是這樣的：設(shè)計(jì)部門將設(shè)計(jì)模型和檢測(cè)規(guī)劃以紙質(zhì)的方式傳遞給質(zhì)檢部門，質(zhì)監(jiān)部門需要通過(guò)讀取二維圖紙信息進(jìn)行一系列的檢測(cè)工藝過(guò)程，這不僅使得質(zhì)檢人員需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力分析圖紙，設(shè)計(jì)部門和質(zhì)監(jiān)部門之間滯后的信息傳遞也大大降低了檢測(cè)效率，而且檢測(cè)數(shù)據(jù)的共享和傳遞也變得十分繁瑣。而基于MBD檢測(cè)工藝模型的數(shù)字化零件檢測(cè)技術(shù)可以通過(guò)軟件環(huán)境自動(dòng)提取MBD數(shù)據(jù)集中的所有檢測(cè)信息，生成一種可以由數(shù)字化測(cè)量設(shè)備直接讀取并執(zhí)行的文件格式，如DMIS文件格式，數(shù)字化測(cè)量設(shè)備執(zhí)行測(cè)量程序，并通過(guò)軟件算法直接對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià),最終生成測(cè)量報(bào)告。因此為了滿足航空類零件的快速、高效、高準(zhǔn)確率檢驗(yàn)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(guò)相關(guān)測(cè)量軟件直接使用三維設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)程序的編程，在三維設(shè)計(jì)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行檢測(cè)工藝設(shè)計(jì)、檢測(cè)工裝設(shè)計(jì)、檢測(cè)工藝仿真以及檢測(cè)工藝發(fā)布。在實(shí)施這一系列階段的過(guò)程中，將離不開一個(gè)非常關(guān)鍵的東西：三維檢測(cè)工藝模型。

所謂三維檢測(cè)工藝模型就是直接利用現(xiàn)有的三維模型進(jìn)行檢測(cè)工藝的設(shè)計(jì)和規(guī)劃，將傳統(tǒng)的二維檢測(cè)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(cè)工藝卡片的檢測(cè)工藝設(shè)計(jì)和發(fā)布方式。實(shí)現(xiàn)三維模型在檢測(cè)工藝設(shè)計(jì)階段的有效利用，使三維設(shè)計(jì)與檢測(cè)工藝設(shè)計(jì)能夠很好的進(jìn)行無(wú)縫連接。

1 MBD檢測(cè)工藝模型信息組織結(jié)構(gòu)

三維標(biāo)注技術(shù)下的產(chǎn)品三維數(shù)字化實(shí)體模型通過(guò)圖形和文字表達(dá)的方式，直接或通過(guò)引用間接地揭示了一個(gè)物料項(xiàng)的物理和功能需求[4]。圖1所示是基于MBD的三維檢測(cè)工藝模型信息的組織結(jié)構(gòu)，由三維零件模型和非幾何信息共同組成三維檢測(cè)工藝模型；圖2所示是UG/NX軟件環(huán)境下檢測(cè)工藝模型的MBD數(shù)據(jù)集表示。檢測(cè)零件的幾何形狀信息由三維模型幾何信息表達(dá)；檢測(cè)零件的檢測(cè)需求、原材料等輔助非幾何信息由屬性信息表達(dá)；檢測(cè)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(biāo)注信息表達(dá)。

圖1 基于MBD的檢測(cè)工藝模型信息組織結(jié)構(gòu)

圖2 UG/NX軟件環(huán)境下檢測(cè)工藝模型的MBD數(shù)據(jù)集表示

2 MBD檢測(cè)工藝模型信息邏輯結(jié)構(gòu)

在過(guò)去的二維檢測(cè)工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，尺寸、公差、幾何精度和表面粗糙度等檢測(cè)過(guò)程所需要的信息是通過(guò)二維圖紙表達(dá)的，這就使得檢測(cè)信息與三維模型完全分離開，檢測(cè)人員無(wú)法直接從三維零件模型上得到檢測(cè)信息，檢測(cè)前的準(zhǔn)備過(guò)程花費(fèi)了大量時(shí)間，不利于檢測(cè)效率的提高，而且檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)與檢測(cè)結(jié)果報(bào)告也不便于管理和共享，這種檢測(cè)工藝設(shè)計(jì)過(guò)程已經(jīng)與快速發(fā)展的數(shù)字化制造相分離。

基于MBD的檢測(cè)工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，檢測(cè)工藝模型集屬性信息、檢測(cè)工序模型信息、檢測(cè)工藝規(guī)程信息于一身，檢測(cè)人員只需要通過(guò)一個(gè)模型信息便可知道檢測(cè)過(guò)程所需要的全部信息，實(shí)現(xiàn)基于MBD檢測(cè)工藝編程，取代二維圖紙信息，實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化檢測(cè)。其中的關(guān)鍵技術(shù)就是基于模型的檢測(cè)工藝信息規(guī)范定義，如圖3所示。

根據(jù)檢測(cè)工藝規(guī)程，以檢測(cè)工序模型為單位，實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)工藝模型信息的定義。檢測(cè)工序模型是模型信息定義的基礎(chǔ)，它將作為檢測(cè)工序信息、標(biāo)注信息、模型信息的載體。檢測(cè)工序信息由零件本道檢測(cè)工序的檢測(cè)設(shè)備信息、工時(shí)定額信息、工裝信息、檢測(cè)工步信息、檢測(cè)特征信息等信息組成。檢測(cè)工步節(jié)點(diǎn)下的檢測(cè)工藝符號(hào)說(shuō)明了本道檢測(cè)工步的檢測(cè)特征信息、檢測(cè)設(shè)備信息、檢測(cè)方法信息、測(cè)座型號(hào)信息、傳感器型號(hào)信息、加長(zhǎng)桿幾何參數(shù)信息、測(cè)針幾何參數(shù)信息以及檢測(cè)工步序列號(hào)信息。并通過(guò)三維標(biāo)注將這些信息關(guān)聯(lián)在一起聚合成檢測(cè)工序節(jié)點(diǎn)。

檢測(cè)工序模型的標(biāo)注信息由本道檢測(cè)工序的幾何精度、尺寸、公差和檢測(cè)基準(zhǔn)等組成的設(shè)計(jì)信息和由檢測(cè)工序技術(shù)要求和檢測(cè)工藝符號(hào)等組成的檢測(cè)工藝信息組成。

根據(jù)檢測(cè)工藝規(guī)程，定義檢測(cè)工序模型信息，從而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)工藝模型信息的定義。零件的檢測(cè)工藝過(guò)程中每道檢測(cè)工序/檢測(cè)工步之間的先后順序關(guān)系由檢測(cè)工藝規(guī)程確定，根節(jié)點(diǎn)相當(dāng)于檢測(cè)零件的檢測(cè)工藝規(guī)程，一級(jí)子節(jié)點(diǎn)和二級(jí)子節(jié)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)著檢測(cè)工藝規(guī)程中的檢測(cè)工序和檢測(cè)工步，根節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系結(jié)構(gòu)清楚的表示了檢測(cè)工藝設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容和過(guò)程。檢測(cè)工藝模型每個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息可以方便地通過(guò)檢測(cè)工藝規(guī)程查看，并且可以分析審核相對(duì)應(yīng)的信息。

3 MBD檢測(cè)工藝模型檢測(cè)信息分類與關(guān)聯(lián)

圖3 基于MBD的檢測(cè)工藝模型信息邏輯結(jié)構(gòu)

檢測(cè)工藝模型檢測(cè)信息主要有屬性信息表達(dá)和標(biāo)注信息表達(dá)兩種方式：屬性信息表達(dá)是由屬性標(biāo)識(shí)名稱與屬性值描述的放置于三維模型屬性項(xiàng)的文本字符串類型的獨(dú)立參數(shù)組成，形式如“屬性項(xiàng)=數(shù)據(jù)值”，該表達(dá)適用于與產(chǎn)品幾何特征沒(méi)有任何關(guān)聯(lián)關(guān)系的文字描述類產(chǎn)品非幾何制造信息；標(biāo)注信息表達(dá)是將產(chǎn)品非幾何制造信息通過(guò)具有與幾何特征元素一致的操作方法的特定符號(hào)或文本標(biāo)注在三維幾何實(shí)體模型的各個(gè)視圖區(qū)域。標(biāo)注信息表達(dá)適用于通過(guò)指引線的方式與產(chǎn)品幾何特征進(jìn)行關(guān)聯(lián)的所有文本或符號(hào)描述類產(chǎn)品非幾何制造信息。屬性表達(dá)和標(biāo)注表達(dá)的關(guān)聯(lián)性如圖4所示。

圖4 檢測(cè)工藝模型檢測(cè)信息的屬性和標(biāo)注表達(dá)的關(guān)聯(lián)性

檢測(cè)工藝模型檢測(cè)信息主要集中在三維模型標(biāo)注信息上，其中標(biāo)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(jié)構(gòu)信息如圖5所示。

圖5 檢測(cè)工藝模型標(biāo)注信息結(jié)構(gòu)圖

檢測(cè)信息定義為以下四種類型：

第一類檢測(cè)信息是指可以通過(guò)簡(jiǎn)單的常用的測(cè)量?jī)x器直接獲得的檢測(cè)結(jié)果信息。這類檢測(cè)信息的特點(diǎn)是可以直接通過(guò)檢測(cè)結(jié)果對(duì)檢測(cè)內(nèi)容完成評(píng)價(jià)。例如通過(guò)游標(biāo)卡尺對(duì)一個(gè)尺寸的檢測(cè)所獲得的檢測(cè)結(jié)果。

第二類檢測(cè)信息是指需要通過(guò)三坐標(biāo)數(shù)字化測(cè)量設(shè)備直接獲得的檢測(cè)結(jié)果信息。這類檢測(cè)信息的特點(diǎn)是沒(méi)有辦法直接通過(guò)檢測(cè)結(jié)果對(duì)檢測(cè)內(nèi)容進(jìn)行評(píng)判。例如通過(guò)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)獲得的曲面輪廓度的信息評(píng)價(jià)。

第三類檢測(cè)信息是指需要通過(guò)拍照或者攝影等影像測(cè)量設(shè)備直接獲得的檢測(cè)結(jié)果信息。這類檢測(cè)信息的特點(diǎn)是沒(méi)有辦法直接通過(guò)接觸式測(cè)量的方法對(duì)檢測(cè)內(nèi)容進(jìn)行評(píng)價(jià)。例如通過(guò)影像儀測(cè)量設(shè)備獲得的比細(xì)小的方槽的信息評(píng)價(jià)。

第四類檢測(cè)信息是指需要通過(guò)特殊的測(cè)量設(shè)備直接獲得的檢測(cè)結(jié)果信息。這類檢測(cè)信息的特點(diǎn)是沒(méi)有辦法通過(guò)測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)來(lái)對(duì)檢測(cè)內(nèi)容進(jìn)行評(píng)價(jià)。例如通過(guò)粗糙度儀測(cè)量設(shè)備獲得零件表面的粗糙度信息評(píng)價(jià)。

4 結(jié)論

圖6 基于NX/UG軟件環(huán)境的MBD檢測(cè)工藝模型

如圖6所示是基于NX/UG軟件環(huán)境實(shí)現(xiàn)的基于MBD的檢測(cè)工藝模型信息定義，本道檢測(cè)工序是檢驗(yàn)零件四個(gè)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(yàn)過(guò)程中的各類檢測(cè)信息。本文在檢測(cè)工藝過(guò)程中引入基于MBD檢測(cè)工藝模型的概念，建立了面向檢測(cè)工藝過(guò)程的檢測(cè)工藝MBD模型信息?；贛BD的檢測(cè)工藝模型信息的定義不僅滿足了檢測(cè)工藝規(guī)劃對(duì)信息的需求，而且也實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)工藝信息與檢測(cè)特征的關(guān)聯(lián)，為測(cè)量軟件的檢測(cè)程序的編程奠定了基礎(chǔ)。隨著MBD技術(shù)在企業(yè)中的逐步應(yīng)用，基于MBD的數(shù)字化檢測(cè)將是下一步的研究重點(diǎn)和方向。

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