◎北京宇航系統(tǒng)工程研究所 陳仁越 劉嶺 周培 皮贊 趙博

航天結(jié)構(gòu)標準件三維模型的構(gòu)建與管理

◎北京宇航系統(tǒng)工程研究所 陳仁越 劉嶺 周培 皮贊 趙博

目前，開展航天產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計與制造，構(gòu)建運載火箭、衛(wèi)星等產(chǎn)品全箭、全星三維數(shù)字樣機模型，開展各部件、系統(tǒng)之間的干涉檢查、機構(gòu)運動仿真、人機裝配仿真、有限元仿真分析等在很大程度上提高了設(shè)計質(zhì)量，降低了產(chǎn)品的研制成本，縮短了產(chǎn)品的研制周期，這些工作的開展均需要使用結(jié)構(gòu)標準件三維模型。一個典型的航天產(chǎn)品中結(jié)構(gòu)標準件的占用比例較大，且重復(fù)使用比重較高，因此需要建立航天結(jié)構(gòu)三維標準件庫，實現(xiàn)標準件的便捷使用和有效集中的統(tǒng)一管理，解決標準件三維模型由設(shè)計師個人構(gòu)建造成的模型不規(guī)范、使用及維護過程缺乏統(tǒng)一管理等一系列問題。

標準件是嚴格按照國家、行業(yè)和企業(yè)標準設(shè)計與生產(chǎn)的零部件。標準件一般是從第三方采購，標準件使用僅僅是一個選用問題，主要關(guān)注標準件外形尺寸和質(zhì)量特性。在未建立標準件庫前，標準件三維模型由各廠所自行構(gòu)建，甚至掌握在設(shè)計師個人手中，造成資源分散與信息不能共享，以及標準件三維模型重復(fù)建設(shè)等問題，極大地降低了數(shù)字化設(shè)計的效率，制約著三維數(shù)字化設(shè)計工作的開展。因此，需要建立統(tǒng)一的三維標準件庫進行規(guī)范管理。

一、標準件庫建設(shè)分析

航天結(jié)構(gòu)標準件包括螺栓、螺母、鉚釘?shù)壬锨ХN零件，數(shù)據(jù)量非常大，因此需要在完成標準件建模的基礎(chǔ)上構(gòu)建靈活、高效、方便的管理系統(tǒng)。標準件庫主要包括標準件使用和集中管理兩大業(yè)務(wù)。

1.標準件使用

標準件使用指快速查找標準件，并裝配到當前產(chǎn)品中，具體包括以下幾個方面：

標準件查詢。快速查詢到所需標準件，可以是通過分類體系、優(yōu)選目錄、個人收藏夾，或者直接通過標準代號和名稱查詢。

標準件瀏覽。查看標準件示意圖、規(guī)格數(shù)據(jù)、關(guān)聯(lián)文檔等信息，并通過可視化瀏覽了解此標準件的三維結(jié)構(gòu)。

標準件裝配。通過拖拽方式將已選定的標準件添加到當前產(chǎn)品，同時要求正確更新產(chǎn)品的BOM信息，如名稱、代號、質(zhì)量。

關(guān)聯(lián)零件智能檢索。智能檢索與正裝配標準件關(guān)聯(lián)的零件，并快速添加到當前產(chǎn)品。關(guān)聯(lián)零件是指在標準件使用過程中與之配套的標準件。

標準件快速替換?？焖賹崿F(xiàn)對當前裝配模型中的標準件進行替換，這里的“替換”指同系列不同規(guī)格標準件之間的替換。

個人收藏夾。個人收藏夾是個人用戶用于存儲最近常用標準件鏈接的“容器”，可以提高標準件使用效率。

2.標準件管理

標準件庫管理信息系統(tǒng)具體涉及以下幾個方面：

分類管理。標準件分類體系是本系統(tǒng)組織和管理標準件的基礎(chǔ)，按照GB、GJB、QJ等標準的分類體系和中國運載火箭技術(shù)研究院標準化管理規(guī)范建立標準件分類體系，并通過分類樹實現(xiàn)。

優(yōu)選目錄管理。標準件優(yōu)選目錄是指在型號研制中考慮產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)和制造等多種因素而制定的標準件選用范圍，要求系統(tǒng)能夠為每個型號建立優(yōu)選目錄，并支持優(yōu)選目錄的維護和管理。

標準件維護管理。在具體的標準件建立、審核和發(fā)布中遵循標準化管理的相關(guān)流程，建模責(zé)任單位按照設(shè)計規(guī)范完成建模，保證標準件內(nèi)容符合用戶需求，經(jīng)過審批后發(fā)布給所有用戶使用。

生產(chǎn)企業(yè)與代理商管理。實現(xiàn)標準件生產(chǎn)企業(yè)與代理商的維護管理，要求保留開發(fā)接口與之集成，能夠從物資管理系統(tǒng)中讀取標準件供應(yīng)商的信息。

系統(tǒng)管理。保證系統(tǒng)正常運行的系統(tǒng)管理功能，包括用戶管理、權(quán)限管理、標準審核管理等內(nèi)容。

二、標準件三維模型建模規(guī)范

1.建模的一般要求

航天結(jié)構(gòu)三維標準件庫構(gòu)建必須制定一定的規(guī)范，不僅用于開始階段的大量集中建模，而且要在后期根據(jù)使用需要進行增補。規(guī)范的一般要求主要包括：規(guī)定標準件三維建模使用的CAD軟件及版本；定制標準件三維建模使用的模板，并填寫相關(guān)參數(shù)；標準件三維模型主要用于數(shù)字樣機模裝、干涉檢查，因此其外形尺寸不包含零件的工藝細節(jié)，按照相應(yīng)標準中的尺寸系列進行三維建模；建模時應(yīng)按照相應(yīng)標準定義的材料密度進行設(shè)置，保證其質(zhì)量屬性正確，便于后期通過數(shù)字樣機進行產(chǎn)品質(zhì)量的計算和數(shù)字樣機質(zhì)心的確定；應(yīng)規(guī)定標準件三維模型的顏色，反映在Pro/E中為具體的RGB值。

2.標準件三維模型的命名

標準件三維模型的命名需遵循易區(qū)分、便查找的原則。普通模型的名稱由標準代號和狀態(tài)名稱組成，實例模型的名稱由標準代號、規(guī)格和狀態(tài)名稱3部分組成。其中，狀態(tài)名稱用于區(qū)分同一標準件的不同材料，當標準件包括多種材料時，用材料的英文或拼音表示。

三、技術(shù)路線與系統(tǒng)架構(gòu)

1.技術(shù)路線

在現(xiàn)有工作的基礎(chǔ)上開發(fā)基于WEB的標準件庫管理系統(tǒng)以及嵌入Pro/E的插件，方便用戶在CAD環(huán)境下直接查找并使用標準件。用戶將找到的標準件直接拖入到當前裝配體即可實現(xiàn)對標準件的裝配。

整個系統(tǒng)的實施主要包括以下幾個方面：

標準件基本信息與建模。標準件基本信息是BOM管理的基礎(chǔ)，因此其包含的信息必須準確和完整。在BOM屬性中，質(zhì)量屬性是一個焦點問題，主要原因是Pro/E本身可以自動根據(jù)材料屬性和零件體積計算零件質(zhì)量。當零件建模滿足一定要求時，此計算結(jié)果為準確結(jié)果，而當零件進行簡化和變形處理后，此模型質(zhì)量將不再準確。因此建議在零件屬性中增加質(zhì)量屬性，添加標準規(guī)定的質(zhì)量信息。

BOM編碼問題。標準件通過標準代號和規(guī)格信息進行標識，在工程圖設(shè)計中也采用此方式標識標準件。

標準件模型存儲。所有的標準件三維模型全部存儲在Pro/ INTRALINK8.0文件服務(wù)器中，即基于Pro/INTRALINK構(gòu)建文件管理模塊，實現(xiàn)對文件模型的管理與維護。

標準件規(guī)格參數(shù)存儲。采用標準模型文件管理和標準數(shù)據(jù)管理分離的技術(shù)，構(gòu)建獨立的標準數(shù)據(jù)管理模塊，實現(xiàn)對標準件分類、規(guī)格參數(shù)、優(yōu)選目錄等信息的集中管理，與Pro/ INTRALINK系統(tǒng)實現(xiàn)緊密集成，并保證系統(tǒng)的獨立性和擴展性。

標準件查詢使用?；跀?shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)標準件模型的快速檢索，并提供三級檢索技術(shù)，提供基于模糊查詢的直接檢索與關(guān)聯(lián)零件檢索，提供個人收藏夾，實現(xiàn)對常用零件的快速訪問。

標準件優(yōu)選。采用基于目錄的優(yōu)選技術(shù)，實現(xiàn)標準件優(yōu)選管理?；舅悸肥轻槍π吞栄兄平⑾鄳?yīng)的優(yōu)選目錄。

標準件審批流程。標準件建立、發(fā)布和使用遵循一定的管理規(guī)范，維護人員建立標準件參數(shù)模型，并輸入必要的參數(shù)化信息。審核人員登錄進行審核，批準后轉(zhuǎn)為發(fā)布狀態(tài)，即可被所有用戶使用。

標準件庫安全管理。實行系統(tǒng)管理員、產(chǎn)品管理員、普通用戶“三員管理”模式，通過建立安全用戶角色保證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全。

系統(tǒng)集成。INTRALINK8.0采用了Windchill技術(shù)架構(gòu)，其自身的開發(fā)技術(shù)可以滿足標準件模型存取的要求。Pro/E提供JLink接口技術(shù)，支持基于JAVA的開發(fā)技術(shù)，其開放性滿足標準件庫開發(fā)的要求。

2.系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)基于B/S架構(gòu)（見圖1），服務(wù)器端構(gòu)建標準件管理的相關(guān)服務(wù)，客戶端利用Pro/E內(nèi)嵌的瀏覽器和通用瀏覽器即可實現(xiàn)訪問標準件庫，從中查詢并添加相應(yīng)的標準件到當前裝配體。

圖1 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

3.系統(tǒng)技術(shù)特點

數(shù)據(jù)與模型分離。標準件規(guī)格數(shù)據(jù)存儲于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，三維模型存儲于Pro/INTRALINK服務(wù)器，實現(xiàn)了單一數(shù)據(jù)源。

與Pro/INTRALINK緊 密集成。將所有的三維模型存儲于Pro/INTRALINK 服務(wù)器，保證標準件在產(chǎn)品設(shè)計中的正確應(yīng)用。

支持多種CAD系統(tǒng)。可以管理多種CAD 文件，便于系統(tǒng)擴展。

提供標準的開放接口。作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫之一，提供WebService的標準接口，為其它系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)和模型。

標準件三維模型管理是一項繁瑣而重要的工作，涉及的模型較多、數(shù)據(jù)量大，容易出現(xiàn)錯誤，造成質(zhì)量問題。同時標準件三維模型管理屬于基礎(chǔ)性建設(shè)，需要投入較多的人力、物力。北京宇航系統(tǒng)工程研究所的標準件庫建立完成后運行良好，收到的效益可觀，一方面較大地提高了設(shè)計效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時還將建成的標準件庫轉(zhuǎn)讓其它單位進行共享，產(chǎn)生了較高的經(jīng)濟效益。