CAD模型质量及标准的快速检查关键技术研究.pdf

第4 0 卷第3 期 2 0 1 0 年5 月 航空计算技术 A e r o n a u t i c a lC o m p u t i n gT e c h n i q u e V 0 1 4 0N o 3 M a y 2 0 1 0 C A D 模型质量及标准的快速检查关键技术研究 李健，莫蓉，常志勇 ( 西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室，陕西西安7 1 0 0 7 2 ) 摘要：针对实际应用中如何控制C A D 模型标准以提高产品设计制造质量的问题，研究提出了基于 任务角色的结构框架思想，并完成与C A D 平台无关的中性检查规则模型的建立，通过平台映射机制 映射到具体C A D 平台，开发出具有权限合理和符合中国_ T - 程设计人员使用习惯的C A D 模型质量和 标准检查系统。同时针对U GN X 平台开发了检查系统，通过实例验证了思想方法的有效性和检查 系统的实用性。 关键词：标准化检查；C A D 模型；任务角色；中性规则；U GC h e c k M a t e 中图分类号：T P 3 9 1 7 2文献标识码：A 文章编号：1 6 7 1 6 5 4 X ( 2 0 1 0 ) 0 3 0 0 8 1 0 4 引言 C A D 模型( 三维模型、二维模型) 作为产品设计制 造的源头，已成为数字化设计制造的主要数据来源。 作为产品设计、工程分析、工艺工装设计等工作的主要 信息载体，其建模质量、信息完整性及建模规范是否符 合规定的标准，将直接影响最终产品的质量和信息共 享的程度。因为只有从信息的源头保证数据的正确和 符合规范化要求，才能使后续工作准确、高效和顺利地 完成。在产品设计过程中难以避免出现各种非规范化 的C A D 模型，因此需要进行模型的质量和标准化检 查，而在产品设计审批中，标准化检查( 三维模型和二 维图样的审查) 也是审批流程的一个重要节点，如何快 速进行模型的规范化、标准化和质量自动检查，是提高 检查效率和防止漏检的一个关键。 国内外针对产品C A D 模型的标准化问题已有研 究【l 。3J 。文献 1 针对汽车覆盖件的C A D 模型质量建 立了基于规则的验证方法；文献 2 研究了C A D 装配 模型质量控制方法及相关软件的开发；文献 3 提出 了有效保证C A D 模型质量的两个途径。我国在2 0 0 2 年就推出了C A D C A M 模型数据质量方面的国家标准 ( G B T1 8 7 8 4 2 0 0 2 ) ，不同行业针对本行业内的模型 特征也提出了有针对性的标准化要求。为此各主流 C A D 软件如C A T I A 、P r o E 、U GN X 系统等都提供了关 于标准化检查的有关功能模块和开放接口。例如S i e m e n s 公司的U GN X 软件提供了C h e c k M a t e 模块进 行C A D 模型的标准化检查，同时开放了自定义功能便 于自定义检查规则，此模块在欧美发达机械制造行业 使用相当广泛。 通过分析，上述软件虽然提供了相关的标准化检查 功能，但还存在一定的局限性和不足：( 1 ) 检查项目定义 和结构不符合中国工程设计人员的使用习惯，使用不太 方便；( 2 ) 权限不清晰，检查人员和建模人员同时具有检 查规则定制的权限，易造成标准检查的不一致。 本文提出了一个方便实用的模型标准化检查方 法，并开发了标准化检查模块S t a n d a r d i z e dC h e c kS y s t e r n ( s c s ) ，可嵌入到不同的C A D 系统中，检查项目的 定制可以和平台无关，中性地描述各检查项，并通过和 不同C A D 的接口实现具体检查项目的驱动。 1 C A D 模型检查与标准工作法 为了提高模型建模质量和尽可能满足数字化建模 标准规范，除了应该在建模后进行标准化检查之外，还 应该按照标准化工作法将标准规范定制在C A D 系统 的模板中，使得建立的C A D 模型符合规范标准，且便 于操作。 C A D 模型的检查按内容划分，可以分为质量部分 和标准部分。质量部分主要检查C A D 模型的建模质 量，例如是否存在极小的缝隙、尖窄的区域、碎小面片、 光顺性、自相交、曲率半径过小等，这些内容是影响后 续工程分析、N C 编程的关键因素。它是由系统计算自 动生成的，因此需要系统检查质量问题。标准部分主 要检查模型的标准化程度，即按标准工作法，C A D 模 收稿日期：2 0 0 9 1 2 2 9 基金项目：国家8 6 3 高技术项目资助( 2 0 0 7 A A 0 4 2 1 8 4 ) ；西北工业大学研究生种子基金资助( 7 - , 2 0 0 9 2 7 ) 作者简介：李健( 1 9 8 4 一) ，男，满族，辽宁丹东人，硕士研究生，研究方向为现代集成制造技术、计算机辅助设计。 万方数据 8 2 航空计算技术第4 0 卷第3 期 型是否按照标准要求进行了建模。例如，规定不同的 几何对象放置在对应层上，可能会由于设计人员的疏 忽放错了层，造成信息集成和信息共享时在对应的层 找不到正确的信息。从本质上讲，质量部分也是标准 的一部分，因为质量检查参数也是以标准的形式发布 和定制的。 标准的设定实际上是对工作环境进行定制，在不 同的C A D 系统中有不同的方法。一种是以模板形式， 或称为种子文件，将标准的要求作为建模环境固化在 模板中。另外一种是以初始化文件的形式，在C A D 系 统启动时通过初始化文件完成，还有一种通过宏命令 形式。一般来说通用标准部分采用初始化文件形式， 例i n - - 维图样的G B 标注标准都是大家共同遵守的， 对于不同企业或者不同产品的标准可采用模板形式或 宏命令形式，这样比较灵活。由于标准工作法从设计 开始就规定了建模的标准，因此可以大大减少不规范 的操作。但是在设计过程中经常需要动态地使用层、 坐标系和特征操作，这部分内容难以通过标准化模板 控制，主要的标准化检查也就是对这部分进行检查。 2C A D 模型检查项的快速定制 为了使标准化检查符合中国工程设计人员的使用 习惯并具有合理的人员权限，本文从定制化、方便扩展 角度出发，研究设计具有平台映射性的基于人员任务 角色的系统结构框架。 2 1 检查项的定制设计与平台映射 标准化检查的内容是通过定义检查项完成的，每 个检查项严格规定了C A D 模型应符合的要求，针对不 同的使用范围，如某行业或者某个企业需要统一合理 的定义检查项，并要求产品设计制造部门严格按照检 查项检查模型的规范和标准。 检查项应以某种形式定制为中性格式，使其定制 具有平台无关性，即对制订认可发布的检查项可映射 到不同的C A D 平台，完成具体平台下对C A D 模型同 一检查要求。 2 1 1 检查项的定制设计 为了便于检查项的快速设置，同时简化其平台映 射，对C A D 模型标准化检查项进行如下建模： C H = I D ，C ，P ，R ，s 其中，C H 表示检查项定制信息，I D 是检查项标 识，I D = T ，N o ，T 是检查项类型，例如0 0 1 代表草图 类检查，它下面有两个检查项，N o 代表检查项类型下 的序号，例如0 0 11 表示草图约束是否正确；0 0 1 2 表示 草图是否在指定层上，如图1 所示；C 是检查项内容， 由关键字和相关信息组成；P 是检查项参数或要求，表 示给定的判断条件，例如草图是否全约束是0 0 1 1 检查 项的判断通过条件；R 是对应检查项的规则，表示按照 什么条件检查，可以从检查项C 中提取关键字和信息 作为检查内容，将P 对应的检查项参数作为判断条件， 根据规则判断；S 是检查结果状态及说明，对检查结果 进行颜色标识和细节说明，符合条件用绿色标识，警告 用黄色( 表示模型不太规范，但是允许使用) ，不符合 条件用红色( 检查未通过，需要修改模型) 。 图1 检查项定制 C A D 平台通常有其平台环境设置，可将具体平台 的环境设置文件作为一个平台映射检查项统一约束某 具体平台的使用环境。因此定制后的检查项应由如下 两部分组成： C h e c k e r = E n v ，C H s 其中：E n v 为具体平台的总体环境检查项，C H s = C H ： I D ，C ，P ，R ，S 。 模型检查可制定不同的检查标准版本，根据需求 的扩展和产品的更新需要添加新的检查内容来约束 C A D 模型使其符合标准，这就需要扩展检查项，而且 实际使用中检查规则也是分版本定期发布更新的，因 此检查系统在定制化的情况下应具有良好的扩展性。 2 1 2 检查项的C A D 平台映射 从可定制化来看，检查项模型是和平台无关的，只 有在具体获取检查信息的基础上才需要和具体的 C A D 系统发生映射关系，例如检查草图是否全约束， 需要调用相应的C A D 系统开发接口，查询草图的全约 束状态。因此需要建立一个中性的检查项和C A D 系 统A P I 功能映射表，如下表所示，不同的C A D 系统开 发，只需要通过映射表的A P I 功能描述查找相应的 A P I 函数即可，就可以快速扩充相应的检查项。 标准检查项与A P I 功能映射表 检查项I D 关键字和信息A P I 功能描述 被测信息来源 由于自动检查项有不同的类型，因此检查项的数 万方数据 2 0 1 0 年5 月李健等：C A D 模型质量及标准的快速检查关键技术研究 8 3 据来源不同，数据类型也不同，例如草图特征的约束状 态来源是草图特征属性，可能的值是：1 一过约束；2 一 欠约束；3 一全约束。如果模型只允许全约束才符合要 求，则检测结果只有为3 才可以通过。 2 2 标准定制检查流程 受制于建模质量和标准约束的设计方式应贯穿于 整个设计过程，因此，在设计前需进行标准项的定制和 环境设置；设计中要按照标准的约定进行操作；设计后 要通过标准的审查。这里标准项的定制、检查( 自检与 复查) 是由不同权限的人员执行和控制，图2 为与标准 化检查相关的工作流程。其中定制部分( 虚线) 相对 稳定，一旦形成标准和设定环境后一般不需改动。 I 规则和】订规则 I ( 截订人员j 围 由 申 标注检查结果 螬_ 走 图2 与标准化检查相关的执行流程 从图2 可以看出，检查规则的制定是系统执行的 前提，其权限只有检查规则制定人员拥有，并在规则制 定模块完成规则的制定和发布，保证系统检查规则的 权威和唯一。模型的检查一部分由建模人员使用标准 化检查模块自检完成。复查审批人员使用检查信息查 看模块检查模型是否存在没有执行的标准化检查项， 并使用检查模块复查完成模型另一部分的标准化检 查。如果模型设计不符合标准则，反馈给建模人员重 新设计，直到复查合格后标注发布。 3 关键实现技术 3 I 基于任务角色的系统功能结构 在执行标准化检查的整个过程中，需要根据所完 成工作的不同进行任务划分，通常有如下的任务角色： 标准化检查规则制定人员、标准化检查人员、复查审批 人员。为了保证检查规则的唯一性，通常只有规则制 定人员来完成检查规则的制定，在认真核实后将规则 发布用于当前版本下的标准化检查控制C A D 模型的 标准化，而非规则制定人员只有读取检查规则的权限 无权对其进行修改。基于任务角色设计检查系统的结 构功能框架如图3 所示。 任务角色功能模块C A D 平台 规则制定人员l - _ 一 1 规则制定模块l 平台映射接口 悔准化检查人对 标准化检查模块 b = q i c A D 平台荆如受置 tI 复查审批人员l_ _ 一 釜查信息查看模刮l 检查项映射l l 图3 基于任务角色的结构功能框架 依据图3 的功能框架，针对C A D 平台设计开发的 标准化检查系统可使人员的角色权限更加清晰合理， 实现最小权限化，即在保证完成任务角色工作的前提 下，赋予操作人员最小的权限，便于分清任务责任，避 免权限混乱引起的问题。以U G 为例，U G 平台的 C h e c k M a t e 模块在对设计人员开放执行检查功能的 同时，也对其开放了检查规则的读写操作权限，因而难 以保证检查规则的唯一性和有效性。 基于任务角色的框架将整个标准化检查系统划分 为三个功能模块，即规则制定模块、标准化检查模块、 检查信息查看模块。这三个模块基本与三种任务角色 一一对应，规则制定模块只有规则制定人员有权操作； 而为了标准化检查工作能够高效的完成，通常建模人 员要对其所建模型进行自检并查看相应的检查信息； 同时复查审批人员在使用检查信息查看模块复查模型 后，如发现存在模型标准化问题，要使用标准化检查模 块复查并反馈给建模人员，因此标准化检查模块与检 查信息查看模块是相辅相成、彼此循环依赖完成检查 与复查的两个功能模块。 本文对提出的系统框架中的关键技术进行了研 究，开发了通用的和平台无关的标准检查定制部分以 及与C A D 系统相关的检查部分，后者以U G 系统为对 象，给出了基于该系统的两种开发方法，并进行了对比 和实例验证。 3 2 基于U GN X 平台的标准化检查系统 U GN X 平台提供了C h e c k M a t e 模块完成模型的 质量和标准的快速检查，同时针对此模块开放了基于 K F ( K n o w l e d g eF u s i o n ) 知识融解的扩展接口，可使用这 些开放的功能接口在C h e c k M a t e 模块中定制和扩展 标准化检查系统，实现与C h e c k M a t e 模块的无缝连 接，即开发能在C h e c k M a t e 模块中设置、运行、查看检 查信息的检查项，完成检查系统的开发。这种方式虽 然具有方便快捷、与C h e c k M a t e 衔接紧密的特点，但 是难以避免地开放了检查项设置的权限，存在越权更 改检查规则的隐患，因此采用本文基于人员任务角色 万方数据 8 4 航空计算技术第4 0 卷第3 期 的系统结构框架开发标准化检查系统合理分配权限与 任务责任。 首先，定制平台无关的中性检查规则，设计合理的 规则实现形式以便检查系统的实现。本文使用方便处 理的i n i 格式文件定义中性的检查规则，完成定制检查 项模型到系统实现间的传递。如针对图1 中：父检查 规则“0 0 1 草图检查”中的子检查项“1 草图约束检 查”，按照“T 一父检查规则名名称i n i 命名检查规则文 件，如“0 0 1 一草图检查i n i ”，对父检查规则包含的子检 查项定义可分S e c t i o n 通过K e y 来完成，如下定义： 草图约束是否正确 i n f o = r e m R F k = a t t r _ n a m e = N P U1 0 0 2 一S K T _ C O N S T R A I N T 草图是否放置到指点层上( 2 1 ，2 2 ，2 3 ) 其中每个S e c t i o n 即模型中的C 为子检查项的名 字，i n f o 为模型中的P ，是具体的检查要求，r e m a r k 用于 备注或者扩展检查项使用，而a t t r n a m e 为模型中的 S ，用于检查结果状态及说明的判断。 图4 基于N XO p e 标准化检查系统 其次，针对用户权限的设置，通过开放不同的功能 模块使用权限来完成。对于标准化检查规则制定人 员，只对其开放规则制定模块，限定其权限明确其任 务，对标准化检查人员( 通常是C A D 建模人员自检) ， 开放标准化检查模块完成自检，而对于复查审批人员， 要同时开放标准化检查模块和检查信息查看模块，才能 完成其任务。这种实现方式对于系统的实现简单有效。 然后，完成上述中性规则的C A D 平台和检查系统 映射，如针对U GN X 平台，首先使用“u g i i e l i v d a t ”文 件完成U GN X 平台的环境设置，然后通过N XO p e n 的 功能开发标准化检查系统U GA P I 库，将中性检查规 则i n i 格式通过标准化检查系统U GA P I 库映射到N X U G 平台，完成标准化检查系统的设计实现。实现权限 分配合理与任务责任清晰，符合中国工程设计人员的 使用习惯。图4 为采用任务角色框架思想、基于N X O p e n 在此方法下开发的标准化检查系统的界面。 4 结语 本文针对C A D 模型标准化检查的需求，提出了一 个检查项定制和平台无关、基于任务角色的检查系统 框架，并在此基础上，从权限管理、规则定制和简单方 便出发开发了一个实用的C A D 模型质量和标准化检 查系统。该系统的特点是：定制方便且与平台无关，检 查项参数可修改；不同角色的用户享有不同权限，将检 查项的定制、自查、复查三种不同角色与模块功能相结 合，保证了企业标准定制人员、模型设计人员、标准审 批人员各负其责，提高了模型的建模质量以及标准化 检查的效率。 参考文献： 1 陈青汽车覆盖件C A D 模型质量验证技术研究 J 机械 工程师，2 0 0 7 ( 7 ) 2 李广文，黄翔，李迎光，等C A D 装配模型质量的研究 J 中国制造业信息化，2 0 0 4 ，3 3 ( 1 ) 3 符刚，林晓星，徐秋杰C A D 模型质量保证方法研究 J 航空制造技术，2 0 0 6 ( 3 ) 4 龚富强基于角色的用户权限管理系统开发与应用 D 西安：西北工业大学，2 0 0 7 5 冯明初船舶产品模型标准化应用 J 机电设备，2 0 0 6 ( 4 ) 6 尹卫星，胡青泥，齐晓松，等改进C A D 模型数据质量的 研究 J 机械工程师，2 0 0 6 ( 2 ) ( 下转第8 9 页) 万方数据 2 0 1 0 年5 月郑丹晨等：基于历史和制造约束的可制造性分析系统实现 8 9 参考文献： 2 3 吴学鹏面向装配的设计( D F A ) 技术研究 J 机械应用 与研究，2 0 0 8 ，2 1 ( 3 ) ：2 2 2 6 4 殷俊C A P P 中零件可制造性评价技术研究 D 成都：四 川大学，2 0 0 5 杨洪军宁汝新基于工艺知识库的面向制造设计系统的 研究 J 机械设计与制造，2 0 0 6 ，2 ：1 1 0 一1 1 2 刘红军基于并行工程的叶片可制造性分析 D 西安： 西北工业大学，2 0 0 4 R e a l i z a t i o no fM a n u f a c t u r a b i l i t yE v a l u a t i o nS y s t e mB a s e do n P a s tD e s i g n sa n dM a n u f a c t u r eC o n s t r a i n t s Z H E N GD a n - c h e n ，M OR o n g ，C H E NT a o ( T h eK e yL a b o r a t o r yo fC o n t e m p o r a r yD e s i g na n dI n t e g r a t e dM a n u f a c t u r i n gT e c h n o l o g y ， M i n i s t r yo fE d u c a t i o n ，N o r t h w e s t e r nP o l y t e c h n i c a lU n i v e r s i t y ，X i a n7 1 0 0 7 2 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：C o m b i n e dw i t ht h ei d e ao fC o n c u r r e n tE n g i n e e r i n g ，t o w a r d st h em a n u f a c t u r a b i l i t ye v a l u a t i o no fp r o d u c t s ， t h ef r a m ea n ds t r u c t u r eo fm a n u f a c t u r a b i l i t ye v a l u a t i o ns y s t e mb a s e donp a s td e s i g n s ，c o n s t r a i n t sf r o mm a n u f a c t u r er e s o u r c e sa n dp r o c e s s i n gr e g u l a t i o ni sp r o p o s e d T h es y s t e mi sr e a l i z e dm a k i n gu s eo fP D Ma n dd a t a b a s et e c h n o l o g y i no 卜 d e rt og u a r a n t e et h a tt h ed e s i g ns a t i s f ya l lc o n s t r a i n t sa n di m p r o v et h ee f f i c i e n c y A tl a s t ，ac a s ei sd e v e l o p e dt ov e r i f yt h e v a l i d i t ya n dp r a c t i c a l i t yo ft h es y s t e m K e yw o r d s ：m a n u f a c t u r a b i l i t ye v a l u a t i o ns y s t e m ；p a s td e s i g n ；c o n s t r a i n t ( 上接第8 4 页) S t u d yo nK e yT e c h n o l o g ya b o u tt h eQ u i c k l yC h e c k f o rC A DM o d e lQ u a l i t ya n dS t a n d a r d L IJ i a n ，M OR o n g ，C H A N GZ h i y o n g ( T h eK e yL a b o r a t o r yo fC o n t e m p o r a r yD e s i g na n dI n t e g r a t e dM a n u f a c t u r i n gT e c h n o l o g y ，M i n i s t r yo fE d u c a t i o n ， N o r t h w e s t e r nP o l y t e c h n i c a lU n i v ，X i a n7 1 0 0 7 2 ，C h i n a ) A b s