王 凱，許建新

（1.中國民用航空飛行學(xué)院 航空工程學(xué)院，廣漢 618307；2.西北工業(yè)大學(xué) 機電學(xué)院，西安 710072）

0 引言

在產(chǎn)品的整個開發(fā)周期中，數(shù)據(jù)是產(chǎn)品從設(shè)計到生產(chǎn)整個流程的基礎(chǔ)。企業(yè)要在整個流程中高效地應(yīng)用原始數(shù)據(jù)，高質(zhì)量的數(shù)據(jù)是非常重要的。因而，PDQ（Product Data Quality，數(shù)字化模型質(zhì)量）的控制就成為了避免產(chǎn)品數(shù)據(jù)缺陷的關(guān)鍵因素，也是核心力量，數(shù)字化模型質(zhì)量的高低直接影響到最終真實產(chǎn)品的質(zhì)量高低[1]。

所謂PDQ，涉及了CAD模型的描述及可視化內(nèi)容，考慮了CAD模型的所有屬性(即準確的定義、結(jié)構(gòu)完整性等)，為以后的制造使用起到了至關(guān)重要的作用[2]。而國內(nèi)對于PDQ的研究很少，沒有進行系統(tǒng)化。本文針對目前國內(nèi)對于產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)質(zhì)量保證與控制的研究現(xiàn)狀，提出了八大策略，并給出了選擇質(zhì)量保證與控制技術(shù)方案的方法。

1 我國制造業(yè)的研究現(xiàn)狀

在2002年，國家推出了CAD/CAM數(shù)據(jù)質(zhì)量方面的國家標準（GB/T 018784-2002）。但是由于其推出的時間晚，很多企業(yè)還沒有引起足夠的重視，即沒有形成全面的產(chǎn)品設(shè)計與檢查標準，又沒有投入大量資金去研發(fā)相關(guān)軟件，對于產(chǎn)品模型質(zhì)量保證與控制技術(shù)的研究還處在初級摸索階段[3]，整體情況概述如下：

1）企業(yè)設(shè)計規(guī)范的標準化進程緩慢，大多還停留在“標準文本”狀態(tài)，沒有起到應(yīng)有的作用。

對于設(shè)計規(guī)范的標準化，國內(nèi)一些企業(yè)也做了一些相應(yīng)的研究和應(yīng)用。比如航天三院制定了Q/SB333.1—2006UG三維設(shè)計基礎(chǔ)規(guī)范；廣西玉柴機器股份有限公司制定了Q/YC5033(玉柴UG三維建模和制圖規(guī)范)企業(yè)標準，并明確要求必須對三維數(shù)據(jù)質(zhì)量進行檢查；成都飛機工業(yè)（集團）有限責(zé)任公司制定了基于模型定義技術(shù)的設(shè)計規(guī)范。但是這些規(guī)范沒有得到很好的應(yīng)用，沒有很好的技術(shù)體系去支撐，沒有發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

2）很多高校參與進來，開發(fā)了相應(yīng)的檢查系統(tǒng)原型，但沒有形成產(chǎn)品。

像哈爾濱工業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、山東大學(xué)、鄭州大學(xué)以及北京航天航空大學(xué)都參與了相關(guān)的研發(fā)工作，并開發(fā)了自己的原型系統(tǒng)。但是，很多高校對于產(chǎn)品工藝性審查研究更多的偏向于可制造性評價方法的建立，基于數(shù)據(jù)庫建立推理機，這種方法沒有建立全面的檢查規(guī)范體系，沒有與實際生產(chǎn)制造相聯(lián)系，實施起來比較困難，開發(fā)出的信息化系統(tǒng)簡單，審查的項目少，也沒有真正的推向市場，還基本上停留在科研階段[4]。

3）國內(nèi)一些企業(yè)以及研究院所開發(fā)了相應(yīng)的CAD系統(tǒng)檢查軟件產(chǎn)品，并在機械相關(guān)企業(yè)得到了一定的應(yīng)用。

常見的有中機生產(chǎn)力促進中心開發(fā)的PDQC系統(tǒng)（產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測及標準化審查系統(tǒng)）、上海同捷公司開發(fā)的基于UG的I-DesignQC產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量檢測系統(tǒng)、北京航天航空大學(xué)863/CIMS設(shè)計自動化工程實驗室開發(fā)的基于SETP標準的金銀花系統(tǒng)、中國空空導(dǎo)彈研究院開發(fā)的PMC系統(tǒng)。但是，國內(nèi)的檢查軟件功能簡單，覆蓋面比較窄，可擴展性以及可配置性差，在企業(yè)實施過程中不能長久的進行技術(shù)跟進，不能滿足企業(yè)MBD技術(shù)的應(yīng)用需求，尤其是不能滿足可制造性需求。

4）一些企業(yè)開發(fā)了企業(yè)標準信息管理系統(tǒng)，對各階段的標準進行統(tǒng)一管理。

像北京宏博遠達科技有限公司的VCI-PSM產(chǎn)品標準管理系統(tǒng)，將所有的設(shè)計、工藝、制造、檢驗等標準以及這些標準的工作方法、指令、要求都被統(tǒng)一編碼并有標準信息管理系統(tǒng)管理和發(fā)布，任何授權(quán)的廠所，授權(quán)的個人，都能檢索到標準并使用，進而保證所有廠所間執(zhí)行統(tǒng)一的標準，從而保證產(chǎn)品的質(zhì)量要求。但其只是針對規(guī)范文檔的管理，沒有考慮到規(guī)范文檔的使用方法。

5）國內(nèi)相關(guān)配套技術(shù)匱乏，沒有與成熟的檢查軟件進行很好的集成應(yīng)用。

國內(nèi)很多企業(yè)，尤其是一些航空制造企業(yè)雖然已經(jīng)購買了成熟的檢查軟件，但是沒有很好的利用起來，還是處于“等候檢查”階段，不能將國標、航標以及企業(yè)標準與檢查工具進行緊密的聯(lián)系與應(yīng)用，更沒有形成約束力，這樣容易造成后續(xù)的大量修改。而制定一套統(tǒng)一的、適合于企業(yè)的建模規(guī)范和模型檢查技術(shù)就顯得尤為重要。

從我國關(guān)于產(chǎn)品模型質(zhì)量保證與控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀來看，國內(nèi)的技術(shù)研發(fā)還有待加強。如何利用以往的經(jīng)驗和已有的軟件，并引入信息化，成為目前產(chǎn)品模型質(zhì)量保證與控制的方向和重點。

2 制造企業(yè)存在的不足

目前，在制造企業(yè)，工藝設(shè)計和生產(chǎn)制造等都得到了很好的發(fā)展，尤其是信息化的應(yīng)用，更是推動了產(chǎn)品設(shè)計/制造各階段的運行效率。但是，企業(yè)的質(zhì)量控制仍然處在初級發(fā)展階段，尤其是對于產(chǎn)品三維模型的質(zhì)量控制上，往往是設(shè)計不能滿足制造的需求，制造的反饋不能很好的到達設(shè)計部門。關(guān)于產(chǎn)品模型的質(zhì)量保證與控制技術(shù)比較零散，沒有形成技術(shù)集中，不便于設(shè)計人員參考以及檢查人員進行檢查。如此，產(chǎn)品的質(zhì)量沒辦法得到很好的保證，產(chǎn)品生產(chǎn)過程的各階段沒有很好的協(xié)調(diào)，各部門協(xié)作形成了壁壘[5]。

在現(xiàn)有的體系下，設(shè)計所僅負責(zé)產(chǎn)品的設(shè)計工作，負責(zé)發(fā)放產(chǎn)品的圖紙和三維模型，它們僅準確地描述出產(chǎn)品零部件的最終形狀和尺寸，未能考慮零部件制造的中間狀態(tài)和部件裝配過程中的各種要求。企業(yè)在零件的生產(chǎn)制造過程中更多的還是依賴設(shè)計以及工藝人員的個人經(jīng)驗，沒有把這些經(jīng)驗形成詳盡的規(guī)范化文檔，這樣對于零件的檢驗檢測就沒有一個合理的依據(jù)。而企業(yè)往往對于生產(chǎn)制造過程中數(shù)模的質(zhì)量保證沒有統(tǒng)一的規(guī)劃，質(zhì)量檢查人員不集中，到了哪個部門就臨時的進行一下簡單的檢查[6]。

3 產(chǎn)品模型質(zhì)量保證與控制對策

為保證與控制產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)質(zhì)量，同時追趕發(fā)達國家的技術(shù)水平，通過對制造企業(yè)進行大量的調(diào)研，借鑒國外的先進技術(shù)與經(jīng)驗，提出了提高我國制造業(yè)產(chǎn)品模型質(zhì)量保證與控制水平的八大策?；诓煌娜S建模軟件平臺，針對產(chǎn)品的設(shè)計、工藝、工裝以及檢驗?zāi)Ｐ瓦M行PDQ的控制，具體如圖1所示。

圖1 產(chǎn)品模型質(zhì)量保證與控制對策

1）引入信息化，對設(shè)計規(guī)范進行集中管理

設(shè)計規(guī)范是企業(yè)進行模型設(shè)計與模型檢查的依據(jù)，往往比較零散。如果能引入信息化，建立設(shè)計規(guī)范管理平臺，對設(shè)計規(guī)范進行統(tǒng)一管理，就可以方便設(shè)計人員隨時根據(jù)需要進行檢索查詢。而其中最關(guān)鍵的是建立設(shè)計規(guī)范數(shù)據(jù)模型，依據(jù)不同的零件類型和專業(yè)廠對設(shè)計規(guī)范進行歸類，保證設(shè)計規(guī)范查詢的快速化與有效性[7]。

2）使用檢查軟件對產(chǎn)品模型進行實時檢查

各大CAD軟件針對產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量不斷的投入研發(fā)和完善其軟件功能，并面向行業(yè)用戶進行定制化的開發(fā)以及信息化的集成，促進了國外很多高端領(lǐng)域制造企業(yè)產(chǎn)品模型質(zhì)量控制體系的完善，像UG的Check-Mate、CATIA的Q-Checker、Pro/E的ModelCHECK，這些軟件把大量規(guī)則應(yīng)用于產(chǎn)品的設(shè)計過程，從而實現(xiàn)了產(chǎn)品的自動驗證，提高了工程設(shè)計的效率。企業(yè)可以根據(jù)自身的需要建立產(chǎn)品三維模型檢查方案與檢查模板，依據(jù)所使用的三維軟件配置不同的模型檢查工具[8]。

同時，對于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程的質(zhì)量控制，可以選用Elysium開發(fā)的CADdoctor，其是一款針對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并自動檢測修復(fù)數(shù)據(jù)質(zhì)量的工具，它結(jié)合不同企業(yè)或項目的要求，在數(shù)據(jù)的精度格式，甚至是不同數(shù)據(jù)質(zhì)量標準進行人為的設(shè)定，從而達到最終的數(shù)據(jù)幾何要求，保證了產(chǎn)品數(shù)據(jù)的質(zhì)量以及可靠性，同時提高了企業(yè)知識的有效性，為制造業(yè)的高速發(fā)展提供了保障。

3）建立產(chǎn)品模型質(zhì)量檢查系統(tǒng)

對產(chǎn)品三維模型設(shè)計規(guī)范、檢查規(guī)范、檢查方案進行統(tǒng)一管理，同時集成各類檢查工具，并對檢查結(jié)果進行分析，實現(xiàn)產(chǎn)品三維模型的一站式檢查，如圖2所示。

圖2 產(chǎn)品模型質(zhì)量檢查系統(tǒng)

其中，最重要的就是建立檢查模板。檢查模板就是產(chǎn)品根據(jù)自身以及企業(yè)的需求形成的檢查項的集合。好的檢查模板不僅可以實現(xiàn)零件三維模型設(shè)計規(guī)范性檢查，還可以實現(xiàn)零件的工藝性審查。

4）建立產(chǎn)品模型審查知識庫，開發(fā)產(chǎn)品模型評估系統(tǒng)

采用知識的系統(tǒng)化建模方法，構(gòu)建零件評估知識模型，采用數(shù)據(jù)庫方式和程序方式，分別表示出評估描述性知識和過程性知識。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計基于知識的評估流程，包括零件信息輸入、評估計算，以及不符合要求的零件修改方案的給出。最終建立的產(chǎn)品模型評估系統(tǒng)具有知識維護、知識匹配和知識修正等功能[9]。

5）部門之間的協(xié)調(diào)，保證上下游部門的信息暢通，最終保證模型的品質(zhì)

產(chǎn)品模型的質(zhì)量控制不是一個部門或者幾個部門就能完成的，其需要企業(yè)所有部門的協(xié)調(diào)工作。設(shè)計部門需要及時的了解工藝以及制造部門的需求，而工藝以及制造部門需要及時的反饋改進信息。部門與部門之間要形成信息交流通道，把工藝審查的內(nèi)容在零件設(shè)計的過程就考慮到，使得設(shè)計部門發(fā)布的模型具有更好的工藝性。

6）基于MBD技術(shù)的要求對產(chǎn)品三維模型進行檢查，保證各類信息的準確度

隨著MBD技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品三維模型所涉及的信息越來越多，包含設(shè)計模型、工藝模型、工裝模型以及檢驗?zāi)Ｐ汀BD技術(shù)對于產(chǎn)品三維模型的品質(zhì)要求很高，否則會限制MBD技術(shù)的應(yīng)用。企業(yè)可以基于產(chǎn)品三維模型的結(jié)構(gòu)樹，逐條對其的準確性進行檢查，同時也要考慮模型自身的合理性。

7）建立國家、行業(yè)以及地區(qū)的標準化組織

很多企業(yè)都是按照自己的標準進行產(chǎn)品模型的設(shè)計，這使得行業(yè)的規(guī)范化受到影響，從而降低了國家層面的制造業(yè)水平。因此，需要建立面向各個層面的標準化組織，并使其具有一定的約束力。像汽車、航天、航空等高科技領(lǐng)域更需要建立行業(yè)的標準化組織，從而提高零件三維模型的設(shè)計效率與設(shè)計質(zhì)量。

例如，國際標準化組織ISO針對通用制造業(yè)中存在的產(chǎn)品數(shù)據(jù)質(zhì)量問題制定了ISO10303-59標準；國際汽車業(yè)SASIG組織為解決當(dāng)前汽車工業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)關(guān)鍵質(zhì)量問題制定了SASIG-PDQ標準；德國的汽車工業(yè)聯(lián)合會VDA制定了VDA 4955標準；戴姆勒-克萊斯勒公司制定了CEP-002-Change（CAD STANDARDS MANUAL，CAD標準手冊）。這些質(zhì)量標準描述了對產(chǎn)品數(shù)據(jù)的質(zhì)量需求、質(zhì)量測量過程以及描述質(zhì)量驗證結(jié)果的方法。

8）與其他系統(tǒng)的良好協(xié)作

通過與其他系統(tǒng)的協(xié)作可以使得各系統(tǒng)參與到產(chǎn)品模型質(zhì)量數(shù)據(jù)保證與控制當(dāng)中。包括與CAD、CAM、CAPP、CAQ、PLM、IQS、MES等系統(tǒng)的集成，通過系統(tǒng)間的信息流動與交互實現(xiàn)PDQ的保證與控制。如圖3所示，4C系統(tǒng)（CAD/CAM/CAPP/CAQ）與PLM系統(tǒng)進行設(shè)計、工藝、質(zhì)量等信息的交互，最終通過PLM系統(tǒng)支撐產(chǎn)品設(shè)計模型質(zhì)量管控、工藝/工裝模型質(zhì)量管控、產(chǎn)品工程數(shù)據(jù)質(zhì)量管控以及生產(chǎn)制造過程的質(zhì)量管控。通過各個系統(tǒng)信息的交互以及功能的協(xié)作，實現(xiàn)模型數(shù)據(jù)質(zhì)量以及產(chǎn)品質(zhì)量的提高。

圖3 與其他系統(tǒng)的集成

4 制造企業(yè)選擇技術(shù)方案的方法

產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)質(zhì)量的保證與控制需要考慮的因素很多，不僅要考慮其使用效果，還要考慮企業(yè)自身的需求以及經(jīng)濟性。只有綜合考慮各方面因素，企業(yè)才能更好的選用技術(shù)方案，即滿足自身的需求，又節(jié)約成本，同時提高效率[10]。具體的產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)質(zhì)量的保證與控制的技術(shù)要素如下圖所示。

圖4 產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)質(zhì)量保證與控制的技術(shù)要素體系

企業(yè)在選擇技術(shù)方案時，要充分考慮其適用的行業(yè)、適用的模型格式、適用的零件類型、 覆蓋的范圍、適用的規(guī)范標準、對于結(jié)果的處理、效率以及成本這個八方面要素，在控制成本與效率的同時，實現(xiàn)最優(yōu)的技術(shù)體系。

5 結(jié)束語

產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)是產(chǎn)品整個設(shè)計/制造的核心，其質(zhì)量的好壞影響產(chǎn)品的整個制造過程。鑒于目前我國對于產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)質(zhì)量的保證與控制研究現(xiàn)狀以及企業(yè)的實際運行狀況，國家、行業(yè)以及企業(yè)需要高度重視，同時相互協(xié)作，制定相應(yīng)的規(guī)范與標準，建立詳細全面的技術(shù)體系，確保技術(shù)的暢通與實施效果，并最終保證產(chǎn)品的質(zhì)量，降低成本，提高效率。

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