三維設計質量控制體系構建與研究

王鈺銘，李曉亮，陸 洋，楊昌南

（中國石油集團東北煉化工程有限公司，吉林吉林 132002）

三維設計質量控制體系構建與研究

王鈺銘，李曉亮，陸 洋，楊昌南

（中國石油集團東北煉化工程有限公司，吉林吉林 132002）

通過運用全面質量管理知識，對三維設計過程進行了深入研究，梳理出一套完整的工作程序，針對數據庫建立、模型參數輸入、模型深度管理、數據一致性檢查、碰撞檢查、模型審查、成品制作與三維設計平臺維護等環(huán)節(jié)進行剖析，制定了行之有效的檢查、審查、校審方式，克服模型與成品缺陷與促進循環(huán)改進方法，構建了科學、生態(tài)、全面的質量體系，為今后的工作開展與產品目標實現提供了理論依據。

三維設計；質量體系；三維模型；模型審查

隨著信息技術的進步與發(fā)展，各行各業(yè)的作業(yè)模式已發(fā)生巨大的變革。在石油化工設計領域，三維設計已成為主流手段[1]，其集成化、可視化，數字化的特征，能夠快捷的實現設計方案優(yōu)化與成果交付，有效縮短設計工期、降低工程成本，提高設計質量。但是國內二十余年的應用經驗，并沒有使三維設計發(fā)揮出最大能效，使用水平的粗獷與二次開發(fā)能力的低下，一定程度上反而制約了質量品質的提升，隨著設計思想、設計方法、設計流程的改變，也應帶來質量控制方法的變革[2]，而迄今為止仍沒有成熟完善的國家標準，構建一個符合三維設計發(fā)展的質量控制體系是國內工程公司共同面臨的課題，本文結合我院的三維設計的實際情況，根據全面質量管理知識對該體系的構建進行了論述。

1 三維設計工作程序

三維設計顛覆了傳統的設計方式，眾多的影響因素是質量難以掌控的主要原因，但是究其本質不難發(fā)現，三維設計質量的控制仍然是成果品質和設計過程工作質量控制，其中成果品質是核心，工作質量是設計質量的保證[3]，要現實卓有成效的控制三維設計的質量，就必須科學的運用全面質量管理的知識建立三維設計全生命周期的工作程序，并根據各個環(huán)節(jié)的特點制定相適應的質量方針。

圖1　三維設計工作程序

從圖1中可以看出：根據三維設計特殊工作方式，可以分為數據庫建立、三維模型布置、三維平臺維護及成品制作四個簡要過程，各個過程環(huán)環(huán)相扣，互相影響，每個過程的質量都是不可忽略的。

三維設計軟件都是通過數據庫為驅動的，各專業(yè)的模型都是通過調用設計參考數據庫完成建立的，數據庫的準確與否直接影響模型與材料匯總的準確性[4]。數據庫準確性是最終三維質量的源頭，一方面應該對數據庫源文件進行嚴格把關，另外一方面應建立完善的編碼體系來保證材料的唯一性，能夠方便的應用到成品制作、采購、施工過程中，讓各階段材料的可以追溯。

2 三維模型布置

三維模型布置是設計工作程序的重要組成部分，約占整個周期的80%，它關系到后期成品制作階段所生成圖形表單的正確性、完整性和美觀性，模型的質量也直接影響到成品制作的周期[5]，根據歸納與總結，可以發(fā)現三維模型布置主要由參數輸入、協同與深度管理、模型綜合檢查三個因素構成。

2.1模型參數輸入

三維模型布置首先應確保模型參數的準確性，正確的基礎數據是三維模型質量控制的前提，以往由于工期等原因，建模人員在沒有簽字版的條件時就開始匆忙布置模型，雖然正式的條件返回時也會進行修改，但往往不是徹底的，其次，同一項目建模的參數的輸入位置，參數的單位等深度也應該實現高度的統一。

2.2協同與深度管理

三維布置設計其次應注重模型的協同與深度管理，這是三維模型質量控制的基礎。一套裝置就是所有元件的集合，在三維設計的協同效應下，將專業(yè)組成一個團隊，將信息數據共享，并將所有的成果可視化，才能發(fā)揮三維設計的最大作用[6]。長期以來，三維設計只有配管、土建、電儀少數幾個專業(yè)參與，建模一般也只有設備、管道、構筑物、電儀槽板少數內容，這不是裝置的正確集合，參與專業(yè)越多，內容越深化，集合才會越接近準確位置。

2.3模型綜合檢查

最后，三維模型綜合檢查是質量目標實現的關鍵，模型綜合檢查是三維布置設計的重要環(huán)節(jié)，一個三維項目不經過模型綜合檢查，永遠只能是殘次品。無論是以平臺自動檢查為主的數據一致性檢查與碰撞檢查，還是人為的模型日常校審、階段審查，都對質量的提高發(fā)揮重要的作用。

2.3.1數據一致性檢查

三維模型布置過程應定期進行數據一致性檢查，會將模型與數據庫的變更而引起兩者不同步的狀態(tài)進行自動更新，對于兩者無法匹配的狀況做出提示，所有三維軟件都具備該項檢查功能，其中PDS（三維工廠設計系統）軟件是通過 Revise Data中的Update from PDB完成，而SP3D（智能工廠設計系統）是時時更新數據，View選項To Do List菜單可以顯示數據與模型不匹配的原因，只有數據與模型完全匹配，才可以進行后續(xù)的工作。

2.3.2碰撞檢查

不定期地進行模型碰撞檢查，抽取碰撞報告，可以最大限度地避免現場專業(yè)內或專業(yè)間的碰撞問題，模型的碰撞可分為軟硬兩種碰撞類型，硬碰撞是指元件的真實接觸，而軟碰撞是指操作空間被占用，根據要求分階段進行分專業(yè)與全項目碰撞檢查，可理論上最終實現零碰撞[7]。

2.4模型自查、校審

三維模型布置過程中不能忽略人為日常校查過程，這是至關重要的步驟，一般分為自查與校審，如GC1類管道等特殊類別的模型還需要審定的參與，目前階段我們從管理上確立日常校查制度，根據各專業(yè)的特點確立設計驗證細則，用規(guī)則約束參與人員習慣的形成，保證模型的質量。隨著信息化不斷發(fā)展，這項工作也并是完全意義的人為操作，如系統圖與模型圖的校驗可以借助CAD協同（設計輔助平臺）、Foundtion（數據管理平臺）來完成半自動或全自動的對比，這無疑讓校審工作變得更簡單、更準確。

2.5模型審查

模型審查是各專業(yè)設計人員檢驗三維設計工藝符合性、專業(yè)空間劃分是否合理、專業(yè)接口是否正確、專業(yè)之間查缺補漏以及存在急需各方解決的問題等進行的審查會。模型審查階段通常按模型完成工作量劃分為30%、60%、90%模型審查三個階段，審查過程中會根據審查內容做好三維模型演示工作，記錄各專業(yè)及業(yè)主的審查意見并截出Review或SPR（Review、SPR分別為Intergraph系列和AVEVA系列三維軟件的模型瀏覽工具）圖片，形成審查記錄表，各專業(yè)負責人對本專業(yè)模型審查檢查項進行確認，并在規(guī)定時間內修改完畢。

3 成品制作

通常三維設計成品不是從平臺中抽取后就可直接成型的，特別是平面圖、剖面圖等圖形類文件，需要二次加工與制作，而現行的國家制圖標準都是針對二維設計規(guī)定的，很多圖紙的比例、內容滿足與現行的《化工工藝設計施工圖內容和深度統一規(guī)定》等規(guī)范不匹配，所以，制定符合三維設計的出圖規(guī)定可有效減少圖面風格的五花八門。

與傳統二維設計成品一樣，三維設計成品抽取與制作后同樣需要自查與校審，并根據記錄修改模型，重新抽取制作成品，提取統一的校查要素是影響成品質量的因素，一個清晰的校審細則可以提高模型與成品的準確性。如圖2，管道軸測圖校審流程與要素。

針對容易出錯的綜合、隔熱等表單類成品通過二次開發(fā)的手段提高一次成型率，驗證成功后不僅可以減少人為統計與制作過程，而且可以保證材料的精準率。

4 三維平臺維護

創(chuàng)造一個生態(tài)化的三維設計環(huán)境會給三維設計本身帶來有口皆碑的品質，而由于三維平臺維護本身不是設計的特殊性質，長期以來項目管理者經常忽略這個重要的環(huán)節(jié)，這就達不到質量管理全面性的要求，三維模型結構創(chuàng)建、模型的固化、數據的備份與恢復、出圖管理、服務器的平穩(wěn)運行都可能會造成致命的產品質量問題，又由于維護本身抽象虛擬的特性，且IT工程師歸屬信息部門，質量總是難以控制，維護是服務概念，優(yōu)質的服務需要管理的關注和制度的約束，將三維平臺維護同時納入項目管理范疇有助于提高IT工程師的主觀能動性，同時制定維護過程中各項工作的細則，能讓IT工程師有據可依，可以提升三維平臺維護的服務水平。

圖2　管道軸測圖的程序與要素

5 結論

經過多年的三維設計實踐與探索，總結出了科學、生態(tài)、全面的三維設計工作程序，如圖3，并針對數據庫建立、三維模型布置、成品制作、三維平臺維護四個主要環(huán)節(jié)成功的創(chuàng)建了行之有效的控制方法，現實了全生命周期的三維設計質量管理，并推動了三維設計領域的標準化進程與管理制度創(chuàng)新。

圖3　三維設計工作循環(huán)

在三維設計過程中，注重模型綜合檢查、模型審查、成品校查、通過問題預警克服設計缺陷，將檢查時所發(fā)現的質量問題形成報告，促進三維模型與圖紙的良性循環(huán)改進，是實現PDCA質量控制的有效途徑[8]。

全員參與對三維設計質量的至關重要，一個成功的三維設計成果離不開領導者的關注，管理人員精心的組織，設計人員不懈的努力，與IT工程師盡心盡力的維護。

三維設計軟件的二次開發(fā)和推進對智能工廠設計系統的應用會提高設計成果的精準度，對信息技術的持續(xù)投入會推動三維設計質量的進步。

Construction and Research on the Quality Control System of 3D Design

Wang Yu-ming，Li Xiao-liang，Lu Yang，Yang Chang-nan

This paper makes a deep research on the 3D design process，and combs out a complete set of working procedures by using total quality management knowledge.And this topic makes the effective control scheme for inspection，review，and school review；overcomes the model products defects；promotes the recycling method and builds a scientifi c，ecological and comprehensive quality system through analyzing the database establishment，model parameter input，model depth management，data consistency checking，collision checking，model review，product manufacturing and 3D design platform maintenance.This topic provides a theoretical basis for the future of work and product goals.

3D design；Quality system；3D model；Model review

F425；F273.2

A

1003-6490（2016）01-0064-02

2015-12-10

王鈺銘，男，2011年畢業(yè)于長春工業(yè)大學高分子化學與物理專業(yè)，理學碩士，工程師，主要從事石油化工管道設計與三維設計方面的研究工作。