陳小軍，蔡瑞環(huán)，陳 楊

(中國船舶重工集團公司第七二四研究所，南京 211153)

0 引 言

隨著三維設計工具在電子機械行業(yè)的普及，越來越多的企業(yè)借助于三維設計軟件開展產(chǎn)品研發(fā)工作，以產(chǎn)品三維模型作為單一數(shù)據(jù)源實現(xiàn)多學科的協(xié)同設計、仿真、制造和管理工作。產(chǎn)品三維模型的完整性、一致性和準確性直接關系到產(chǎn)品研發(fā)工作的順利開展。機械產(chǎn)品三維建模國家標準對三維建模的原則、流程、標注和數(shù)據(jù)管理等內(nèi)容作出了規(guī)定，用于指導三維數(shù)字模型的構建、應用及管理[1-2],但由于不同企業(yè)所用的三維設計工具不盡相同，設計人員對于國家標準的理解不同，三維建模國家標準難以直接用于指導企業(yè)的研發(fā)生產(chǎn)工作?；谔囟ㄈS設計開發(fā)工具制定的企業(yè)三維設計規(guī)范可直接指導其內(nèi)部設計師開展設計工作，幫助企業(yè)實現(xiàn)三維建模國家標準的落地實施，提高企業(yè)的數(shù)字化和標準化管理水平，保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)的規(guī)范性和正確性，為產(chǎn)品協(xié)同開發(fā)工作的順利開展提供保障。

1 三維結構設計環(huán)境構建

傳統(tǒng)的二維CAD設計對于設計環(huán)境要求不高。大多數(shù)情況下是用安裝有二維CAD設計軟件的計算機獨立完成設計工作，而三維設計的要求是實現(xiàn)多平臺之間的協(xié)同設計，對于計算機配置和企業(yè)網(wǎng)絡建設等都有著更高的要求，同時需要配置完善的基礎數(shù)據(jù)庫來支撐設計師完成設計工作,保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)的完整性、唯一性和可追溯性。[3]

本文論述的數(shù)字化設計管理平臺總體框架示意如圖1所示，建立企業(yè)的三維設計數(shù)據(jù)信息化管理平臺，構建基于單一數(shù)據(jù)源的設計、制造、管理一體化研發(fā)體系，TeamCenter作為企業(yè)內(nèi)部產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理和協(xié)同設計平臺，NX作為產(chǎn)品三維設計軟件與平臺無縫集成，工藝采用TCM三維工藝集成二次開發(fā)。[4]

2 企業(yè)三維設計的標準化基礎數(shù)據(jù)庫的建立

為了提高設計師的設計效率，企業(yè)推行產(chǎn)品三維設計時，同時也是基于企業(yè)標準化管理的考慮，會使用大量的基礎數(shù)據(jù)庫，其中包括企業(yè)統(tǒng)一標準的工程圖模板、各類標準件庫、通用件/外購件庫、材料庫和各類定制符號庫等。表1 為建立的三維設計標準化基礎數(shù)據(jù)庫。

表1 三維設計標準化基礎數(shù)據(jù)庫

3 三維結構設計標準的建立

鑒于三維設計手段的多樣性，在模型建立時不同的人會有不同的方法，雖然從外觀上看是同一結果，但在布局及模型的發(fā)布和接收使用上會有較大差別，而且在后期的產(chǎn)品裝配、工程圖繪制和圖形標注等方面也會有不同的處理方式。因此，針對產(chǎn)品設計各流程中各環(huán)節(jié)的標準制定是十分必要的。

本文中，基于NX的三維結構設計標準規(guī)范包含基于NX的三維建模規(guī)范、三維裝配規(guī)范、三維標注規(guī)范和三維數(shù)字模型檢查規(guī)范4部分內(nèi)容。

3.1 基于NX的三維建模規(guī)范

基于NX的三維建模規(guī)范除規(guī)定三維建模的幾何要素、約束要素和工程要素等基本原則外，還應包括基礎數(shù)據(jù)庫的建立、建模流程、環(huán)境設置以及企業(yè)產(chǎn)品特殊屬性賦予等要求。

3.1.1 三維建模環(huán)境設置

應用NX建立產(chǎn)品三維模型時需要對NX軟件進行環(huán)境設置，保證創(chuàng)建的三維模型能夠滿足建模的基本原則。三維建模的環(huán)境設置主要包括單位、精度、圖層、線型、顏色、文本字體、引用集、材料與質(zhì)量特性、屬性、坐標系和視圖等內(nèi)容。二維工程圖的環(huán)境設置主要包括線寬、字體、制圖模板等內(nèi)容，通過二次開發(fā)實現(xiàn)。

3.1.2 三維建模的基本流程

三維設計環(huán)境的搭建和完整的三維設計基礎數(shù)據(jù)庫的建立給三維設計提供了良好的設計環(huán)境和基礎。但是，由于三維模型的建立可以有多種途徑和方法，例如倒角的形成可以在草圖中繪制再拉伸，也可以在生成模型后再修倒角，而最終從外觀上看到的是同一個結果，但對于后期的產(chǎn)品裝配、工程圖繪制和標注會有較大的差別，所以針對產(chǎn)品設計各流程各環(huán)節(jié)的標準制定是十分必要的。

模型的建立主要考慮產(chǎn)品的布局、骨架、零件的特征化參數(shù)化設計、工程圖的投影和尺寸標注等甚至產(chǎn)品數(shù)據(jù)錄入信息化系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫后的管理等，保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)能夠完整快速的保存和發(fā)布。圖2所示為結合國家標準和企業(yè)實際情況制定的基于NX的三維建模流程。

3.1.3 企業(yè)特殊屬性賦予

針對企業(yè)的產(chǎn)品特點，要在產(chǎn)品三維建模時對模型的個別屬性的設定做出了規(guī)定，如各種油漆表面或者材料顏色需要規(guī)定的對應系統(tǒng)顏色ID等。

3.2 基于NX的三維裝配規(guī)范

3.2.1 三維裝配建模的設計方法和流程

裝配建模按產(chǎn)品結構的隸屬關系進行。建模時首先建立裝配的基準，然后導入或設計零部件，合理定位，并進行干涉檢查等，最后完成裝配建模設計。

產(chǎn)品的裝配建模一般采用兩種模式[1]：自底向上設計模式和自頂向下設計模式。

(1) 自底向上設計模式，一般需要把所有底層零部件設計完成后才進行裝配設計，其順序是從底層向上逐級搭建產(chǎn)品模型。

(2) 自頂向下設計模式，先通過確定總體思路、設計總體布局、規(guī)劃裝配層級，建立控制結構，然后在控制結構中創(chuàng)建和編輯零部件，從而完成一個整體的設計。

設計時應根據(jù)不同的設計類型及其設計對象的技術特點，可分別選取適當?shù)难b配建模設計模式：

標準件、外購零部件、結構較簡單的產(chǎn)品以及數(shù)據(jù)庫中已存的系列產(chǎn)品零部件的改進設計應采用自底向上裝配建模方式。包含曲面信息或有裝配配合關系以及存在部件間關聯(lián)的零部件應采用自頂向下的裝配建模方式，也可將兩種模式相結合來使用。例如，先創(chuàng)建幾個主要部件模型，再將其裝配在一起，然后在裝配環(huán)境中詳細設計其他零部件。

3.2.2 三維裝配建模的詳細規(guī)定

三維裝配建模的詳細規(guī)定對裝配文件命名、結構樹管理、特殊裝配零組件(如彈簧、墊圈等)和裝配約束的使用等做出了規(guī)定，企業(yè)產(chǎn)品特點不同詳細規(guī)定的內(nèi)容也存在差異。圖3為鍵聯(lián)接的約束選擇示意(采用基準面貼合約束)。

3.3 基于NX的三維標注規(guī)范

完整的產(chǎn)品定義由精確幾何實體、相關三維幾何、三維標注及屬性構成。在進行三維工藝設計和基于MBD的全三維設計時，產(chǎn)品三維模型將作為單一數(shù)據(jù)源表達產(chǎn)品的設計信息，而模型的三維標注將成為其中最為重要的組成部分。規(guī)范化的三維標注信息能夠合理全面地表達產(chǎn)品加工信息，同時也便于模型的管理和傳遞。

對三維標注的視圖組織、基準、形位公差、表面粗糙度、焊接、注釋等制定具體要求，同時對文字、箭頭、投影、局部放大設置、剖切線、文本尺寸公差環(huán)境設置制定統(tǒng)一的要求。其他如限定區(qū)域應與其應用的模型表面一致，并采用輔助幾何、顏色等與設計模型幾何明顯區(qū)分,如圖4所示。

3.4 基于NX的三維數(shù)字模型檢查規(guī)范

3.4.1 模型檢查的基本內(nèi)容

模型檢查主要包括以下內(nèi)容：

(1) 模型中幾何信息的完整性、正確性和可更新性；

(2) 工程屬性信息描述的完整性(包括零件的材料、技術要求和互換性等)；

(3) 三維模型與其投影生成二維工程圖的信息應一致、無歧義。

3.4.2 模型檢查的方法和基本步驟

模型檢查的方法主要包括裝配檢查、工程圖檢查、(零件)模型檢查、PMI檢查和草圖檢查，其基本步驟如下：

(1) 使用模型程序進行模型檢查；

(2) 使用交互方式按要求選擇模型檢查方法對模型進行檢查；

(3) 根據(jù)需要，進行其他特殊的模型檢查；

(4) 輸出檢查報告。

模型檢查通常應在數(shù)據(jù)交換或數(shù)據(jù)發(fā)放之前完成，在NX上使用交互方式逐條進行檢查，檢查完成后生成檢查報告。

4 業(yè)務流程標準化

企業(yè)根據(jù)自己的實際需要建立標準化的數(shù)據(jù)傳遞和工作流程，將企業(yè)設計過程中形成的規(guī)范以模板的形式固化在軟件內(nèi)部。TeamCenter在統(tǒng)一的服務器中通過結構化數(shù)據(jù)來對產(chǎn)品數(shù)據(jù)進行管理。建立標準的結構化數(shù)據(jù)使得產(chǎn)品數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中能夠準確、完整并且高效地表達和傳輸。應用TeamCenter系統(tǒng)實現(xiàn)信息化模式下的標準化管理，解決傳統(tǒng)模式下標準化管理存在的各種弊端，實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理標準化和工作流程標準化，提高設計效率和質(zhì)量。圖5為產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)的標準化流程示意。

5 結束語

企業(yè)在推進三維結構設計規(guī)范的同時還應完善三維設計標準體系，進行三維數(shù)據(jù)管理和流程管理，保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)在設計管理平臺傳遞和使用時的統(tǒng)一性和正確性等,指導規(guī)范化的產(chǎn)品設計，便于標準化管理和信息化管理。三維結構設計規(guī)范的制定使用可以提高企業(yè)標準化程度，更好地適應產(chǎn)品標準化、模塊化、通用化的三化設計要求，同時保證三維數(shù)字化模型作為單一數(shù)據(jù)源傳遞產(chǎn)品設計信息，可以提高產(chǎn)品的設計效率，滿足協(xié)同設計對三維模型的要求，為三維工藝設計以及基于MBD的產(chǎn)品設計和智慧化工廠的實現(xiàn)奠定良好基礎。