楊 報(bào)
隨著我國(guó)航空企業(yè)信息化建設(shè)的不斷深入以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Design,CAD)技術(shù)的不斷發(fā)展,3維數(shù)字化設(shè)計(jì)越來(lái)越多地應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,我國(guó)航空信息化已基本實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的數(shù)字化、無(wú)紙化,基于模型的定義(Model Based Define,MBD)技術(shù)應(yīng)用日漸成熟,飛機(jī)研制周期得到明顯縮短,產(chǎn)品質(zhì)量得到明顯提高。
在MBD技術(shù)的實(shí)施過(guò)程中,3維平臺(tái)的建模要求、2維制圖規(guī)定、3維產(chǎn)品幾何模型設(shè)計(jì)要求等建模規(guī)范被制定和實(shí)施,不僅規(guī)范了設(shè)計(jì),同時(shí)保證了并行工程的順利進(jìn)行。在MBD模式的產(chǎn)品研制過(guò)程中,CAD模型已經(jīng)是產(chǎn)品研制的唯一數(shù)據(jù)源,CAD模型的質(zhì)量直接影響到下游工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、數(shù)字檢驗(yàn)、維護(hù)支持等產(chǎn)品全生命周期的使用,可以說(shuō),CAD數(shù)模的質(zhì)量就是生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量。
在產(chǎn)品數(shù)模質(zhì)量檢查方面,在航空行業(yè)內(nèi),已經(jīng)開始擺脫傳統(tǒng)人工檢查的方式,制定模型質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)而采用信息化的手段,依據(jù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)要求,通過(guò)數(shù)字化模型質(zhì)量檢查技術(shù)對(duì)CAD數(shù)模進(jìn)行快捷檢查,并對(duì)檢查結(jié)果進(jìn)行有效管理統(tǒng)計(jì)分析,控制模型質(zhì)量,總結(jié)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),不斷提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化水平,使企業(yè)的CAD模型數(shù)據(jù)及文件符合產(chǎn)品數(shù)字化定義的總要求,從而推進(jìn)航空產(chǎn)品制造業(yè)的快速發(fā)展。
目前大部分企業(yè)對(duì)產(chǎn)品3維設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化審查方式還依然采用人工的方式,這種傳統(tǒng)的方式成本高、效率低,而且有些模型質(zhì)量的錯(cuò)誤采用人工方法是無(wú)法檢查到的。通過(guò)使用數(shù)字化模型質(zhì)量檢查工具,不但可以檢查單一的CAD數(shù)據(jù)文件,還可以進(jìn)行批量審查,同時(shí)可以對(duì)檢查項(xiàng)進(jìn)行客戶化配置管理,在很大程度上提高設(shè)計(jì)效率,不易產(chǎn)生錯(cuò)誤,而且可以通過(guò)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)分析程序?qū)Τ霈F(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,幫助企業(yè)完善相關(guān)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
設(shè)計(jì)人員是產(chǎn)品CAD模型數(shù)據(jù)質(zhì)量的第一責(zé)任人。對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō),如果模型中出現(xiàn)了數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題,尋找和改正這些問(wèn)題是極其費(fèi)時(shí)費(fèi)力的,有時(shí)不得不重新建立模型。因此,企業(yè)應(yīng)建立相應(yīng)的監(jiān)督與管理機(jī)制,引導(dǎo)和約束設(shè)計(jì)人員在產(chǎn)品CAD 建模過(guò)程中遵循相應(yīng)的規(guī)范。除此之外,對(duì)設(shè)計(jì)人員CAD建模的不規(guī)范進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,這樣企業(yè)可以比較準(zhǔn)確地把握設(shè)計(jì)人員建模過(guò)程中的常見(jiàn)錯(cuò)誤,從而進(jìn)行有針對(duì)性的培訓(xùn)。同時(shí),便于設(shè)計(jì)人員及時(shí)更正錯(cuò)誤和養(yǎng)成規(guī)范建模的好習(xí)慣。
目前,CAD產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)質(zhì)量已經(jīng)受到了國(guó)內(nèi)外一些大企業(yè)的重視,對(duì)模型質(zhì)量檢查軟件方面的需求也極其迫切。一些制造企業(yè)與專業(yè)的軟件公司合作,已經(jīng)開發(fā)出了一些成熟的CAD模型質(zhì)量檢查系統(tǒng),例如,Prescient QA、MQC(Model Quality Check)、PDQ(Product Data Quality)、Model Check(Pro/E)、Q-Check(CATIA)、Check-Mate(UG)等軟件產(chǎn)品,并且在國(guó)內(nèi)外大型制造企業(yè)里得到了很好的應(yīng)用。
美國(guó)洛克希德·馬丁公司在2000年就開始使用Prescient QA 軟件系統(tǒng),通過(guò)使用該套系統(tǒng),洛克希德·馬丁公司對(duì)企業(yè)及其供應(yīng)商提供的設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化檢查,大大提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量和新產(chǎn)品的市場(chǎng)投放速度,很多以前經(jīng)常在產(chǎn)品制造過(guò)程中才能發(fā)現(xiàn)的缺陷,在模型質(zhì)量檢查軟件的檢查過(guò)程中大部分能被發(fā)現(xiàn),因此,產(chǎn)品的報(bào)廢率和生產(chǎn)成本均有明顯下降。美國(guó)波音、GM公司從2001年開始使用MQC(Model Quality Check)系統(tǒng)。通過(guò)MQC很好地解決了來(lái)自世界各國(guó)的零部件配套商提供的產(chǎn)品圖紙的不一致問(wèn)題。
這些成功的應(yīng)用表明,CAD 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制是在CAD/CAM 等軟件大規(guī)模普及應(yīng)用之后第2個(gè)工業(yè)數(shù)字化技術(shù)的熱點(diǎn),這也是CAD/CAM 技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用后的必然結(jié)果。
當(dāng)前,在航空行業(yè)內(nèi),MBD技術(shù)的成功實(shí)施,將工程技術(shù)人員從傳統(tǒng)的以2維圖紙作為產(chǎn)品制造的唯一依據(jù)的工作方式中解放出來(lái),給飛機(jī)研制手段和研制過(guò)程帶來(lái)了革命性的變化。通過(guò)在3維模型上定義完整的產(chǎn)品定義信息,替換過(guò)去的依靠2維圖樣飛機(jī)定義方式。使得設(shè)計(jì)、工藝、工裝等參與飛機(jī)研制的人員能夠在直觀且語(yǔ)義信息豐富的3維可視化環(huán)境下進(jìn)行并行研制和溝通交流,有助于飛機(jī)研制周期的縮短和產(chǎn)品質(zhì)量的提高。
在飛機(jī)研制過(guò)程中,MBD模型設(shè)計(jì)質(zhì)量直接關(guān)系到后續(xù)工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造等階段的產(chǎn)品質(zhì)量,因此保證MBD模型幾何特征、注釋信息的規(guī)范性是企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化工作的一個(gè)很重要的組成部分,只有統(tǒng)一了標(biāo)準(zhǔn)并嚴(yán)格依照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行檢查,才會(huì)使企業(yè)的MBD模型及文件符合產(chǎn)品數(shù)字化定義的總要求。
根據(jù)GB/T 18784-2002《CAD/CAM數(shù)據(jù)質(zhì)量》,影響數(shù)據(jù)質(zhì)量的因素主要有設(shè)計(jì)方法、用戶知識(shí)/培訓(xùn)、CAD系統(tǒng)程序、檢查程序、數(shù)據(jù)交互、修復(fù)等。對(duì)于CAD模型來(lái)說(shuō),影響模型數(shù)據(jù)質(zhì)量的最主要因素是CAD設(shè)計(jì)所應(yīng)用的方法。采用適合于產(chǎn)品、材料、制造過(guò)程和CAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是保證高質(zhì)量CAD設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),這樣的CAD模型數(shù)據(jù)可以在后續(xù)的過(guò)程中使用而不必加以修改,最大程度地提高CAD模型數(shù)據(jù)在下游研制階段的重用性。若數(shù)據(jù)質(zhì)量不好,在后續(xù)處理過(guò)程例如倒圓、數(shù)控程序生成、數(shù)據(jù)交換、STL文件生成和有限元網(wǎng)格生成中,會(huì)造成各種各樣的問(wèn)題,從而帶來(lái)大量的修改返工問(wèn)題。
由于影響模型質(zhì)量的主要原因是在模型建模過(guò)程中產(chǎn)生的,故需要在模型建模時(shí)就需要對(duì)模型質(zhì)量進(jìn)行檢查和控制。
模型質(zhì)量檢查的基本原則是:
● 以產(chǎn)品規(guī)范及相關(guān)建模標(biāo)準(zhǔn)等為技術(shù)依據(jù);
● 以模型的有效性和規(guī)范性檢查為重點(diǎn);
● 在設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行,并在數(shù)據(jù)交換/數(shù)據(jù)發(fā)放前完成。
模型質(zhì)量檢查方法主要是根據(jù)檢查規(guī)范和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),通過(guò)特定的模型檢查程序,對(duì)CAD模型進(jìn)行自動(dòng)檢查和交互檢查,對(duì)于特殊模型,根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)、產(chǎn)品功能或物理要求進(jìn)行特殊內(nèi)容檢查。
模型質(zhì)量檢查的基本步驟為:
● 依據(jù)檢查規(guī)范和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),制定檢查項(xiàng),并確定判定值、錯(cuò)誤級(jí)別和錯(cuò)誤描述;
● 根據(jù)業(yè)務(wù)需求,制定特定檢查集,并配置檢查項(xiàng);
● 通過(guò)模型質(zhì)量檢查程序,對(duì)目標(biāo)CAD模型進(jìn)行質(zhì)量檢查;
● 保存模型質(zhì)量檢查結(jié)果,輸出模型質(zhì)量檢查報(bào)告;
● 對(duì)模型質(zhì)量檢查結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,提高建模的規(guī)范性。
檢查項(xiàng)是對(duì)模型文件進(jìn)行規(guī)范檢查的單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。檢查項(xiàng)的內(nèi)容分為設(shè)計(jì)規(guī)范要求和幾何數(shù)據(jù)質(zhì)量這兩大類。
● 設(shè)計(jì)規(guī)范要求檢查項(xiàng)
包括基本規(guī)范要求、實(shí)體建模規(guī)范要求、裝配建模規(guī)范要求、工程圖規(guī)范要求等。如裝配檢查包括:裝配體干涉檢查、裝配定位和約束檢查、零件和子裝配隱藏檢查、裝配組件材料檢查等檢查項(xiàng)。
● 幾何數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查項(xiàng)
包括曲線數(shù)據(jù)質(zhì)量、曲面數(shù)據(jù)質(zhì)量、拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)質(zhì)量、實(shí)體數(shù)據(jù)質(zhì)量等。例如,曲面檢查包括:微小曲面、連續(xù)性、多項(xiàng)式次數(shù)、最小曲率半徑、邊界曲線之間的夾角等檢查項(xiàng)。
檢查項(xiàng)的內(nèi)容除了檢查標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范外,還包含每個(gè)檢查項(xiàng)的判定值、錯(cuò)誤級(jí)別、錯(cuò)誤描述等。
● 判定值
即檢查標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中,某檢查項(xiàng)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)值的統(tǒng)稱。通過(guò)設(shè)置檢查項(xiàng)的判定值,可實(shí)現(xiàn)相同檢查項(xiàng)在不同部門、不同人員檢查過(guò)程中的依據(jù)的檢查規(guī)范不同。例如在檢查曲線的C0、C1、C2級(jí)連續(xù)性時(shí),可根據(jù)部門或人員的不同,設(shè)置判定值為0、1、2,從而實(shí)現(xiàn)不同人員對(duì)相同模型的檢查標(biāo)準(zhǔn)不同。
● 錯(cuò)誤級(jí)別
對(duì)檢查項(xiàng)的錯(cuò)誤情況進(jìn)行分級(jí)管理,設(shè)置某一檢查項(xiàng)的錯(cuò)誤級(jí)別,可方便管理檢查過(guò)程與檢查結(jié)果。如根據(jù)需求,可將檢查項(xiàng)的級(jí)別分為1、2,當(dāng)檢查結(jié)果中出現(xiàn)級(jí)別為3的檢查項(xiàng),表示該模型的質(zhì)量檢查不通過(guò),需要設(shè)計(jì)人員修改模型,同時(shí)不允許該檢查結(jié)果提交。
● 錯(cuò)誤描述
檢查項(xiàng)的錯(cuò)誤描述,主要是在該檢查項(xiàng)檢查發(fā)生錯(cuò)誤時(shí),向使用人員提示錯(cuò)誤內(nèi)容描述,使用人員可根據(jù)錯(cuò)誤描述的提示,方便修改設(shè)計(jì)過(guò)程中的錯(cuò)誤。
在檢查項(xiàng)的確定過(guò)程中,可以對(duì)每個(gè)檢查項(xiàng)的判定值、錯(cuò)誤級(jí)別、錯(cuò)誤描述等進(jìn)行自定義,實(shí)現(xiàn)檢查項(xiàng)的客戶化配置管理。
根據(jù)被檢查的產(chǎn)品型號(hào)特性,在已有的全部檢查項(xiàng)中選擇符合該產(chǎn)品審查要求的檢查項(xiàng),組成一個(gè)檢查集。檢查集初步設(shè)計(jì)方案如表1所示。
在檢查集的確定過(guò)程中,通過(guò)將不同的檢查項(xiàng)歸集到不同的檢查集下,并對(duì)檢查項(xiàng)的判定值、錯(cuò)誤級(jí)別等進(jìn)行自定義,可以對(duì)不同部門、不同人員配置不同的檢查集,從而實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求對(duì)檢查集進(jìn)行自定義配置管理。
表1 檢查集功能
在模型質(zhì)量檢查系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中,確定了所有需要檢查的對(duì)象,并根據(jù)檢查對(duì)象確定檢查集。在實(shí)際應(yīng)用中,這些所定制的所有檢查項(xiàng)并不一定都會(huì)用到,且檢查項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)值會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)階段、產(chǎn)品型號(hào)等發(fā)生變化。因此,需要建立不同的檢查標(biāo)準(zhǔn)來(lái)供設(shè)計(jì)人員使用。
例如,根據(jù)專業(yè)、設(shè)計(jì)階段的不同,檢查標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)不同的模型類型進(jìn)行分類,可以分為結(jié)構(gòu)檢查集、電氣檢查集、成熟度檢查集等,檢查模型時(shí)只選用一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用對(duì)應(yīng)的不同專業(yè)、不同階段的檢查集對(duì)模型進(jìn)行質(zhì)量檢查,避免人工選擇多個(gè)檢查標(biāo)準(zhǔn)的誤操作。
檢查集配置管理模塊功能可以滿足檢查集配置、檢查項(xiàng)定制、判定值輸入等功能業(yè)務(wù)需求。
在確定檢查項(xiàng)和檢查集后,通過(guò)檢查集配置管理模塊對(duì)檢查項(xiàng)和檢查集進(jìn)行客戶化定義后,就可以對(duì)目標(biāo)模型進(jìn)行模型質(zhì)量檢查,從而可以引導(dǎo)和約束設(shè)計(jì)人員遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行建模,提高建模質(zhì)量和建模效率。
● 模型質(zhì)量檢查的執(zhí)行
設(shè)計(jì)人員在對(duì)模型進(jìn)行檢查時(shí),首先要選擇相應(yīng)的檢查集,查看檢查集下包含的檢查項(xiàng)及詳細(xì)信息后,對(duì)模型進(jìn)行質(zhì)量檢查??梢圆榭礄z查結(jié)果,對(duì)未通過(guò)的檢查項(xiàng)可以查看其詳細(xì)特征信息。
● 錯(cuò)誤特征的高亮顯示
為了方便跟蹤模型質(zhì)量出錯(cuò)信息,模型質(zhì)量檢查系統(tǒng)提供錯(cuò)誤特征高亮顯示,便于設(shè)計(jì)人員迅速查看到錯(cuò)誤信息,以便修改。
● 檢查項(xiàng)的自動(dòng)修復(fù)
為了提高建模效率,模型質(zhì)量檢查系統(tǒng)提供檢測(cè)項(xiàng)錯(cuò)誤特征自動(dòng)修復(fù)功能,可以使設(shè)計(jì)人員快速一鍵批量修復(fù)錯(cuò)誤建模特征,節(jié)約模型修復(fù)時(shí)間。
● 檢查結(jié)果的保存及查詢
對(duì)通過(guò)模型質(zhì)量檢查的模型的檢查信息,可以上傳到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中或保存在本地文件中,便于以后查閱審核并對(duì)檢查結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。同時(shí),設(shè)計(jì)人員可以對(duì)當(dāng)前模型的檢查信息進(jìn)行查詢,了解模型的質(zhì)量檢查歷史情況。
模型質(zhì)量檢查執(zhí)行后,對(duì)于檢查結(jié)果的處理,分為統(tǒng)計(jì)、分析兩部分功能。通過(guò)檢查結(jié)果的統(tǒng)計(jì)與分析,可以統(tǒng)計(jì)分析各組的不規(guī)范數(shù)據(jù),例如按檢測(cè)集、檢測(cè)人、檢測(cè)時(shí)間等統(tǒng)計(jì)。設(shè)計(jì)人員可以登陸系統(tǒng)查看自己的歷史不規(guī)范數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),對(duì)于普遍存在、出現(xiàn)頻率高的問(wèn)題予以重視,并統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。
目前,傳統(tǒng)數(shù)字化模型質(zhì)量的檢查方法已不能滿足企業(yè)實(shí)際需求,其弊端主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
● 標(biāo)準(zhǔn)化審查工作以人工方式進(jìn)行,工作量大、效率低、準(zhǔn)確性不易保證
由于沒(méi)有行之有效的輔助應(yīng)用工具,企業(yè)中對(duì)模型的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化審查方式主要是采用人工的方式。人工審查方式主要是人工參照國(guó)標(biāo)、國(guó)軍標(biāo)、航標(biāo)、企標(biāo)等標(biāo)準(zhǔn),在打印的工程圖上進(jìn)行審查或者在CAD、PDM、PLM 中對(duì)2維工程圖紙、3維模型進(jìn)行審查和注釋。企業(yè)內(nèi)部或者協(xié)作企業(yè)之間對(duì)產(chǎn)品CAD 模型有規(guī)范性和正確性要求,但是沒(méi)有便捷的檢驗(yàn)工具。
● 審查存在滯后性與事后性
打印出紙型文件再進(jìn)行人工檢測(cè)的方式有嚴(yán)重的滯后性,往往是在設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)完畢一段時(shí)間后,標(biāo)準(zhǔn)化審查人員才進(jìn)行審查,存在滯后性與事后性。如果不能在建模過(guò)程中對(duì)模型進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查,并提示設(shè)計(jì)師進(jìn)行更改,數(shù)據(jù)流入下一節(jié)點(diǎn)后必然要進(jìn)行返工修改。
● 有些3維建模、審查規(guī)范無(wú)法用人工方式審查
多余實(shí)體、零厚度實(shí)體等問(wèn)題,用人工方式無(wú)法快速檢查出來(lái)。例如,重復(fù)線條或細(xì)小的不連續(xù)線段,在打印的工程圖上,人工肉眼沒(méi)有辦法審查出來(lái)。但使用這些圖紙生成NC代碼后,在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行加工時(shí)會(huì)出現(xiàn)重復(fù)走刀或不走刀的現(xiàn)象,影響加工效率。
采用數(shù)字化模型質(zhì)量檢查技術(shù),可以為企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化及管理部門人員提供一套完整的模型質(zhì)量檢查解決方案,一方面幫助企業(yè)完善模型設(shè)計(jì)和檢查標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范;另一方面解決手工狀態(tài)下模型質(zhì)量檢查過(guò)程中工作量大、效率低的問(wèn)題,并快速準(zhǔn)確地檢查設(shè)計(jì)過(guò)程中形成的諸如零件設(shè)計(jì)標(biāo)注等不規(guī)范、不合理的數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)配置檢查集、自動(dòng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化檢查的功能。
通過(guò)數(shù)字化模型質(zhì)量檢查技術(shù)的應(yīng)用,可以建立CAD模型檢查的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,引導(dǎo)和約束設(shè)計(jì)人員遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行建模,統(tǒng)計(jì)和分析設(shè)計(jì)人員建模的不規(guī)范性。同時(shí),通過(guò)模型質(zhì)量檢查的CAD數(shù)據(jù)模型,有利于建立符合MBD技術(shù)體系中單一數(shù)據(jù)源的要求,從而進(jìn)一步推動(dòng)MBD技術(shù)在我國(guó)航空產(chǎn)品數(shù)字化研制中的應(yīng)用實(shí)施。
航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量2017年6期