基于MBD的檢測工藝模型信息定義

屈力剛，葉柏超，孫業(yè)翔，陳靖樂

QU Li-gang, YE Bai-chao, SUN Ye-xiang, CHEN Jing-le

（沈陽航空航天大學(xué) 航空制造工藝數(shù)字化國防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，沈陽 110136）

0 引言

現(xiàn)代數(shù)字化制造技術(shù)發(fā)展飛速，航空類企業(yè)逐步建立起全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)、制造與檢驗(yàn)相結(jié)合的現(xiàn)代化制造模式。三維產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的二維檢測工藝已經(jīng)很難滿足現(xiàn)代航空制造業(yè)的發(fā)展。傳統(tǒng)的二維檢測工藝是這樣的：設(shè)計(jì)部門將設(shè)計(jì)模型和檢測規(guī)劃以紙質(zhì)的方式傳遞給質(zhì)檢部門，質(zhì)監(jiān)部門需要通過讀取二維圖紙信息進(jìn)行一系列的檢測工藝過程，這不僅使得質(zhì)檢人員需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力分析圖紙，設(shè)計(jì)部門和質(zhì)監(jiān)部門之間滯后的信息傳遞也大大降低了檢測效率，而且檢測數(shù)據(jù)的共享和傳遞也變得十分繁瑣。而基于MBD檢測工藝模型的數(shù)字化零件檢測技術(shù)可以通過軟件環(huán)境自動(dòng)提取MBD數(shù)據(jù)集中的所有檢測信息，生成一種可以由數(shù)字化測量設(shè)備直接讀取并執(zhí)行的文件格式，如DMIS文件格式，數(shù)字化測量設(shè)備執(zhí)行測量程序，并通過軟件算法直接對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行評價(jià),最終生成測量報(bào)告。因此為了滿足航空類零件的快速、高效、高準(zhǔn)確率檢驗(yàn)的要求，我們必須能夠有效利用三維零件模型附帶的各類信息，通過相關(guān)測量軟件直接使用三維設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測程序的編程，在三維設(shè)計(jì)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行檢測工藝設(shè)計(jì)、檢測工裝設(shè)計(jì)、檢測工藝仿真以及檢測工藝發(fā)布。在實(shí)施這一系列階段的過程中，將離不開一個(gè)非常關(guān)鍵的東西：三維檢測工藝模型。

所謂三維檢測工藝模型就是直接利用現(xiàn)有的三維模型進(jìn)行檢測工藝的設(shè)計(jì)和規(guī)劃，將傳統(tǒng)的二維檢測工藝卡片信息集成到三維模型中，摒棄以往的二維圖紙檢測工藝卡片的檢測工藝設(shè)計(jì)和發(fā)布方式。實(shí)現(xiàn)三維模型在檢測工藝設(shè)計(jì)階段的有效利用，使三維設(shè)計(jì)與檢測工藝設(shè)計(jì)能夠很好的進(jìn)行無縫連接。

1 MBD檢測工藝模型信息組織結(jié)構(gòu)

三維標(biāo)注技術(shù)下的產(chǎn)品三維數(shù)字化實(shí)體模型通過圖形和文字表達(dá)的方式，直接或通過引用間接地揭示了一個(gè)物料項(xiàng)的物理和功能需求[4]。圖1所示是基于MBD的三維檢測工藝模型信息的組織結(jié)構(gòu)，由三維零件模型和非幾何信息共同組成三維檢測工藝模型；圖2所示是UG/NX軟件環(huán)境下檢測工藝模型的MBD數(shù)據(jù)集表示。檢測零件的幾何形狀信息由三維模型幾何信息表達(dá)；檢測零件的檢測需求、原材料等輔助非幾何信息由屬性信息表達(dá)；檢測零件的尺寸信息、公差信息、精度要求等工藝約束類非幾何信息由標(biāo)注信息表達(dá)。

圖1 基于MBD的檢測工藝模型信息組織結(jié)構(gòu)

圖2 UG/NX軟件環(huán)境下檢測工藝模型的MBD數(shù)據(jù)集表示

2 MBD檢測工藝模型信息邏輯結(jié)構(gòu)

在過去的二維檢測工藝設(shè)計(jì)過程中，尺寸、公差、幾何精度和表面粗糙度等檢測過程所需要的信息是通過二維圖紙表達(dá)的，這就使得檢測信息與三維模型完全分離開，檢測人員無法直接從三維零件模型上得到檢測信息，檢測前的準(zhǔn)備過程花費(fèi)了大量時(shí)間，不利于檢測效率的提高，而且檢測結(jié)果數(shù)據(jù)與檢測結(jié)果報(bào)告也不便于管理和共享，這種檢測工藝設(shè)計(jì)過程已經(jīng)與快速發(fā)展的數(shù)字化制造相分離。

基于MBD的檢測工藝設(shè)計(jì)過程中，檢測工藝模型集屬性信息、檢測工序模型信息、檢測工藝規(guī)程信息于一身，檢測人員只需要通過一個(gè)模型信息便可知道檢測過程所需要的全部信息，實(shí)現(xiàn)基于MBD檢測工藝編程，取代二維圖紙信息，實(shí)現(xiàn)無紙化檢測。其中的關(guān)鍵技術(shù)就是基于模型的檢測工藝信息規(guī)范定義，如圖3所示。

根據(jù)檢測工藝規(guī)程，以檢測工序模型為單位，實(shí)現(xiàn)對檢測工藝模型信息的定義。檢測工序模型是模型信息定義的基礎(chǔ)，它將作為檢測工序信息、標(biāo)注信息、模型信息的載體。檢測工序信息由零件本道檢測工序的檢測設(shè)備信息、工時(shí)定額信息、工裝信息、檢測工步信息、檢測特征信息等信息組成。檢測工步節(jié)點(diǎn)下的檢測工藝符號說明了本道檢測工步的檢測特征信息、檢測設(shè)備信息、檢測方法信息、測座型號信息、傳感器型號信息、加長桿幾何參數(shù)信息、測針幾何參數(shù)信息以及檢測工步序列號信息。并通過三維標(biāo)注將這些信息關(guān)聯(lián)在一起聚合成檢測工序節(jié)點(diǎn)。

檢測工序模型的標(biāo)注信息由本道檢測工序的幾何精度、尺寸、公差和檢測基準(zhǔn)等組成的設(shè)計(jì)信息和由檢測工序技術(shù)要求和檢測工藝符號等組成的檢測工藝信息組成。

根據(jù)檢測工藝規(guī)程，定義檢測工序模型信息，從而實(shí)現(xiàn)檢測工藝模型信息的定義。零件的檢測工藝過程中每道檢測工序/檢測工步之間的先后順序關(guān)系由檢測工藝規(guī)程確定，根節(jié)點(diǎn)相當(dāng)于檢測零件的檢測工藝規(guī)程，一級子節(jié)點(diǎn)和二級子節(jié)點(diǎn)分別對應(yīng)著檢測工藝規(guī)程中的檢測工序和檢測工步，根節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系結(jié)構(gòu)清楚的表示了檢測工藝設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容和過程。檢測工藝模型每個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息可以方便地通過檢測工藝規(guī)程查看，并且可以分析審核相對應(yīng)的信息。

3 MBD檢測工藝模型檢測信息分類與關(guān)聯(lián)

圖3 基于MBD的檢測工藝模型信息邏輯結(jié)構(gòu)

檢測工藝模型檢測信息主要有屬性信息表達(dá)和標(biāo)注信息表達(dá)兩種方式：屬性信息表達(dá)是由屬性標(biāo)識名稱與屬性值描述的放置于三維模型屬性項(xiàng)的文本字符串類型的獨(dú)立參數(shù)組成，形式如“屬性項(xiàng)=數(shù)據(jù)值”，該表達(dá)適用于與產(chǎn)品幾何特征沒有任何關(guān)聯(lián)關(guān)系的文字描述類產(chǎn)品非幾何制造信息；標(biāo)注信息表達(dá)是將產(chǎn)品非幾何制造信息通過具有與幾何特征元素一致的操作方法的特定符號或文本標(biāo)注在三維幾何實(shí)體模型的各個(gè)視圖區(qū)域。標(biāo)注信息表達(dá)適用于通過指引線的方式與產(chǎn)品幾何特征進(jìn)行關(guān)聯(lián)的所有文本或符號描述類產(chǎn)品非幾何制造信息。屬性表達(dá)和標(biāo)注表達(dá)的關(guān)聯(lián)性如圖4所示。

圖4 檢測工藝模型檢測信息的屬性和標(biāo)注表達(dá)的關(guān)聯(lián)性

檢測工藝模型檢測信息主要集中在三維模型標(biāo)注信息上，其中標(biāo)注信息分為三類：尺寸公差信息、幾何公差信息、表面粗糙度信息。具體結(jié)構(gòu)信息如圖5所示。

圖5 檢測工藝模型標(biāo)注信息結(jié)構(gòu)圖

檢測信息定義為以下四種類型：

第一類檢測信息是指可以通過簡單的常用的測量儀器直接獲得的檢測結(jié)果信息。這類檢測信息的特點(diǎn)是可以直接通過檢測結(jié)果對檢測內(nèi)容完成評價(jià)。例如通過游標(biāo)卡尺對一個(gè)尺寸的檢測所獲得的檢測結(jié)果。

第二類檢測信息是指需要通過三坐標(biāo)數(shù)字化測量設(shè)備直接獲得的檢測結(jié)果信息。這類檢測信息的特點(diǎn)是沒有辦法直接通過檢測結(jié)果對檢測內(nèi)容進(jìn)行評判。例如通過三坐標(biāo)測量機(jī)獲得的曲面輪廓度的信息評價(jià)。

第三類檢測信息是指需要通過拍照或者攝影等影像測量設(shè)備直接獲得的檢測結(jié)果信息。這類檢測信息的特點(diǎn)是沒有辦法直接通過接觸式測量的方法對檢測內(nèi)容進(jìn)行評價(jià)。例如通過影像儀測量設(shè)備獲得的比細(xì)小的方槽的信息評價(jià)。

第四類檢測信息是指需要通過特殊的測量設(shè)備直接獲得的檢測結(jié)果信息。這類檢測信息的特點(diǎn)是沒有辦法通過測量點(diǎn)的坐標(biāo)來對檢測內(nèi)容進(jìn)行評價(jià)。例如通過粗糙度儀測量設(shè)備獲得零件表面的粗糙度信息評價(jià)。

4 結(jié)論

圖6 基于NX/UG軟件環(huán)境的MBD檢測工藝模型

如圖6所示是基于NX/UG軟件環(huán)境實(shí)現(xiàn)的基于MBD的檢測工藝模型信息定義，本道檢測工序是檢驗(yàn)零件四個(gè)圓柱孔的尺寸與位置度，由此可以清楚的了解該零件在檢驗(yàn)過程中的各類檢測信息。本文在檢測工藝過程中引入基于MBD檢測工藝模型的概念，建立了面向檢測工藝過程的檢測工藝MBD模型信息?；贛BD的檢測工藝模型信息的定義不僅滿足了檢測工藝規(guī)劃對信息的需求，而且也實(shí)現(xiàn)了檢測工藝信息與檢測特征的關(guān)聯(lián)，為測量軟件的檢測程序的編程奠定了基礎(chǔ)。隨著MBD技術(shù)在企業(yè)中的逐步應(yīng)用，基于MBD的數(shù)字化檢測將是下一步的研究重點(diǎn)和方向。

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[2]程五四,等.面向三維工藝的產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造信息三維標(biāo)注研究[J].中國制造業(yè)信息化(學(xué)術(shù)版),2012(9)：51-55.

[3]張祥祥,陳興玉,張紅旗.面向三維工藝的工藝信息表達(dá)及技術(shù)研究[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化,2013(7)：40-42.

[4]Y14.41-2003.Digital product de fi nition data practices[S].

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[7]石秀芬.基于模型定義技術(shù)（MBD技術(shù)）的分析研究[J].機(jī)械管理開發(fā),2013(3)：45-47.