吳劍鋒、陳瑞啟、萬(wàn)峰、邢香園、趙文浩、王治

（上海衛(wèi)星裝備研究所，上海 200240）

1 引言

當(dāng)前基于MBD模型的產(chǎn)品研制模式在航空航天等行業(yè)逐漸推廣，為了深入應(yīng)用產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)模型，各行業(yè)針對(duì)本行業(yè)的產(chǎn)品三維模型開展了快速設(shè)計(jì)[、三維模型智能化標(biāo)注、設(shè)計(jì)模型特征檢查、和幾何公差檢查、基于MBD模型的工序模型構(gòu)建、基于特征的工藝設(shè)計(jì)以及基于模型工裝協(xié)同變更等一系列研究并取得良好的應(yīng)用效果，但是針對(duì)設(shè)計(jì)模型版本差異比對(duì)的研究還處于初步階段。目前衛(wèi)星設(shè)計(jì)階段已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)基于三維模型定義設(shè)計(jì)意圖并采用PDM系統(tǒng)對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和控制，同時(shí)衛(wèi)星制造單位可以通過(guò)本單位的PDM系統(tǒng)接收設(shè)計(jì)單位發(fā)放的衛(wèi)星三維模型數(shù)據(jù)。衛(wèi)星型號(hào)研制具有設(shè)計(jì)與制造裝配并行、設(shè)計(jì)狀態(tài)多變等特點(diǎn)，針對(duì)衛(wèi)星設(shè)計(jì)更改設(shè)計(jì)師除了對(duì)模型進(jìn)行升版修改外還會(huì)出文檔更改單用于描述變更前后模型之間的差異要點(diǎn)以協(xié)助工藝和制造人員進(jìn)行相應(yīng)的工藝和實(shí)物更改，但是文字很難準(zhǔn)確描述零件幾何拓?fù)湫畔?、裝配BOM層級(jí)等三維模型的變更，工藝人員通過(guò)瀏覽更改單和三維模型無(wú)法快速準(zhǔn)確獲悉更改版本間的差異。

針對(duì)上述問(wèn)題，開展衛(wèi)星數(shù)字樣機(jī)多版本差異分析關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)，基于PDM系統(tǒng)基線功能，對(duì)接收到的衛(wèi)星各個(gè)版本的數(shù)字樣機(jī)模型進(jìn)行版本控制，對(duì)Creo軟件進(jìn)行二次開發(fā)，分別對(duì)零件、裝配、線纜和管路等專業(yè)的三維模型設(shè)計(jì)差異分析流程和算法，協(xié)助工藝和制造人員快速定位更改內(nèi)容并進(jìn)行工藝分析，大大提高了工藝設(shè)計(jì)效率。

2 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合衛(wèi)星制造單位采用PDM系統(tǒng)接收衛(wèi)星設(shè)計(jì)單位三維設(shè)計(jì)模型和使用Creo軟件瀏覽三維設(shè)計(jì)模型信息的實(shí)際情況，基于PDM系統(tǒng)和Creo軟件構(gòu)建系統(tǒng)總體架構(gòu)，系統(tǒng)具有智能識(shí)別、分類查看、差異項(xiàng)高亮顯示、顯示過(guò)濾、結(jié)果統(tǒng)計(jì)和導(dǎo)出報(bào)告等特點(diǎn)，架構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)架構(gòu)三大部分簡(jiǎn)要介紹如下。

（1）PDM三維模型版本控制?；赑DM系統(tǒng)三維模型管理和基線控制的功能，在解析和導(dǎo)入三維模型數(shù)據(jù)包的同時(shí)，為每一個(gè)模型數(shù)據(jù)包創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)基線并把模型數(shù)據(jù)包內(nèi)的所有三維模型投放到基線中并對(duì)基線進(jìn)行鎖定防止修改。

圖1 數(shù)字樣機(jī)多版本差異分析系統(tǒng)功能架構(gòu)

（2）Creo模型差異性分析。Creo分析的內(nèi)容包括各類模型通用的基本屬性、模型參數(shù)等，也包括模型特征、裝配元件、線軸、電纜信息和管路信息等不同專業(yè)模型特有的內(nèi)容。

（3）應(yīng)用場(chǎng)景。系統(tǒng)的主要應(yīng)用場(chǎng)景有在PDM系統(tǒng)內(nèi)針對(duì)不同基線的基線內(nèi)數(shù)據(jù)比較和在Creo軟件中開展的零件、裝配、線纜和管路等4類專業(yè)模型的差異性分析。

基于Creo軟件二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字樣機(jī)模型差異分析工具軟件的應(yīng)用流程如圖2所示，軟件應(yīng)用要點(diǎn)如下。

圖2 三維模型差異分析軟件應(yīng)用流程

（1）讀入兩個(gè)版本的模型，選擇差異分析的類型。

（2）依次對(duì)基本屬性、模型參數(shù)和三維注釋進(jìn)行分析。

（3）零件分析還可以進(jìn)行模型特征、幾何差異分析。

（4）裝配模型可以進(jìn)行裝配元件差異分析。

（5）線纜、管道可以進(jìn)行本專業(yè)相關(guān)的線軸、電纜和管線庫(kù)分析。

（6）輸出結(jié)果。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù)

3.1 模型版本控制與基線間數(shù)據(jù)差異比較

衛(wèi)星三維設(shè)計(jì)模型采用PDM系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)程和版本控制，三維模型檢入到PDM系統(tǒng)后會(huì)自動(dòng)映射生成BOM結(jié)構(gòu)，通過(guò)某一BOM節(jié)點(diǎn)可以獲取該節(jié)點(diǎn)下所有子模型的最新版本，但要獲取特定歷史版本的三維模型，則需要應(yīng)用PDM系統(tǒng)的基線功能進(jìn)行控制，在一個(gè)基線中可以固化特定編號(hào)和版本的三維模型和三維模型的集合。

衛(wèi)星設(shè)計(jì)單位采用PDM系統(tǒng)進(jìn)行衛(wèi)星設(shè)計(jì)三維模型管理和版本控制，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)受控后發(fā)放到制造單位PDM系統(tǒng)進(jìn)行管理和控制，為了準(zhǔn)確控制和獲取設(shè)計(jì)單位每一次發(fā)放的三維模型，制造單位開發(fā)了基于PDM基線的模型版本控制功能，原理如圖3所示。當(dāng)制造單位PDM系統(tǒng)接收到設(shè)計(jì)單位發(fā)放的模型包時(shí)，首先進(jìn)行數(shù)據(jù)解析導(dǎo)入，然后創(chuàng)建一個(gè)“設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)放基線”，最后把解析后的模型數(shù)據(jù)投入基線中，這樣模型版本如何變化，都能通過(guò)該基線準(zhǔn)確完整地獲取該次發(fā)放的特定版本的三維模型數(shù)據(jù)。

圖3 基于基線的模型版本控制

3.2 基于布爾運(yùn)算的零件幾何差異分析

零件三維模型主要支持工藝師開展零件加工工藝設(shè)計(jì)，當(dāng)零件發(fā)生變更時(shí)，需要快速地辨析零件幾何差異并直觀地展示出來(lái)，支持工藝人員快速地修改工藝。經(jīng)過(guò)分析，零件發(fā)生更改時(shí)基準(zhǔn)坐標(biāo)系是不會(huì)更改的，從而可以利用兩個(gè)零件的基準(zhǔn)坐標(biāo)系把模型組合，設(shè)計(jì)基于零件幾何模型進(jìn)行布爾運(yùn)算從而得到零件幾何差異的算法，算法主要要點(diǎn)有：

（1）讀入基準(zhǔn)零件和比較零件模型并獲取兩個(gè)零件的基準(zhǔn)坐標(biāo)系，按照基準(zhǔn)坐標(biāo)系重合的約束把兩個(gè)零件裝配在一起。

（2）獲取基準(zhǔn)零件和比較零件的模型拓?fù)溥吔?，用兩個(gè)的模型的拓?fù)溥吔邕M(jìn)行“差”布爾運(yùn)算。

（3）比較零件比基準(zhǔn)零件多的部分是增加部分用紅色展示，比較模型比基準(zhǔn)模型少的部分是減少部分用藍(lán)色表示，兩個(gè)模型重合部分用灰色表示。

3.3 基于遞歸遍歷算法裝配模型差異分析

當(dāng)設(shè)計(jì)裝配模型發(fā)生變更時(shí)，工藝人員主要希望快速獲悉下列信息。

（1）裝配元件的變化情況（增加或減少），主要用于調(diào)整備料。

（2）裝配約束關(guān)系的變化，主要用于調(diào)整實(shí)際裝配位置。

（3）有時(shí)還需要知道參與裝配的零件的差異，用于指導(dǎo)零件加工。

為了快速獲悉裝配模型的差異信息，設(shè)計(jì)基于遞歸算法的裝配模型差異分析流程，流程要點(diǎn)如下。

（1）遞歸獲取裝配模型樹的BOM層級(jí)信息，主要是每一層級(jí)的模型名稱和數(shù)量信息，并約定模型名稱一致的模型才是同一個(gè)模型的不同版本。

（2）比較BOM各層級(jí)模型名稱信息，當(dāng)比較模型與基礎(chǔ)模型的各層級(jí)模型名稱差異超過(guò)一個(gè)閥值（如30%）時(shí)，則認(rèn)為兩個(gè)模型差異過(guò)大，不具備做具備差異分析的條件，終止分析。

（3）當(dāng)模型名稱層級(jí)低于閥值時(shí)，則從上往下逐層比較直接子集的元件的類型、數(shù)量、裝配約束關(guān)系和空間位置的差異。

（4）遞歸向子集按（3）的要求分析差異，當(dāng)子集是零件時(shí)，如需要分析零件差異時(shí)則按零件差異分析的算法進(jìn)行分析。

（5）輸出最終的結(jié)果。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

基于上述研究，依托PDM系統(tǒng)和Creo軟件自主開發(fā)實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星數(shù)字樣機(jī)多版本差異分析系統(tǒng)，經(jīng)多個(gè)衛(wèi)星型號(hào)試點(diǎn)應(yīng)用，目前該系統(tǒng)已經(jīng)在全部基于三維模型設(shè)計(jì)的衛(wèi)星型號(hào)上推廣應(yīng)用，設(shè)計(jì)更改快速辨識(shí)率達(dá)到98%以上，應(yīng)用效果顯著。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基線間數(shù)據(jù)比較、零件幾何差異比較、裝配模型差異比較等幾部分功能。

4.1 基線間數(shù)據(jù)比較

選取某個(gè)部套產(chǎn)品的兩個(gè)版本的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)基線，兩個(gè)基線包含的數(shù)據(jù)的基本信息如圖4所示。

圖4 某產(chǎn)品的兩個(gè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)基線

對(duì)兩個(gè)基線內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行差異比較，截取比較報(bào)告一部分如圖5所示。

圖5 某產(chǎn)品兩個(gè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)基線差異比較結(jié)果

4.2 零件幾何差異比較

選取某型號(hào)零件“連桿”的基準(zhǔn)模型和比較模型如圖6所示，重點(diǎn)比較零件的幾何差異。

圖6 基準(zhǔn)模型和比較模型

通過(guò)對(duì)兩個(gè)模型進(jìn)行布爾運(yùn)算，差異結(jié)果如圖7所示，紅色部分為比較模型比基準(zhǔn)模型增加的部分，黃色部分為比較模型比基準(zhǔn)模型減少的部分。

圖7 模型幾何差異分析結(jié)果

4.3 裝配模型差異比較

選擇某衛(wèi)星的某塊安裝板的基礎(chǔ)模型和比較模型，比較結(jié)果如圖8所示。在分析結(jié)果展示頁(yè)面通過(guò)不同顏色和符號(hào)顯示新增、刪除和變化項(xiàng)，對(duì)于有三維模型的比較項(xiàng)，點(diǎn)擊時(shí)會(huì)在模型界面中高亮顯示方便定位查找。

圖8 裝配模型差異分析結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)衛(wèi)星工藝與制造過(guò)程對(duì)衛(wèi)星設(shè)計(jì)更改模型的更改要點(diǎn)快速辨識(shí)和定位的迫切需求，開展了衛(wèi)星數(shù)字樣機(jī)多版本差異系統(tǒng)研究，介紹了系統(tǒng)的體系架構(gòu)與關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù)，形成了PDM系統(tǒng)控基線、Creo軟件分析差異的系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星型號(hào)推廣應(yīng)用。該系統(tǒng)的應(yīng)用大幅提高了工藝人員對(duì)衛(wèi)星設(shè)計(jì)更改模型的工藝性分析能力。