MBD模型質量自動化檢查技術研究

戴 霖

(中國直升機設計研究所，江西 景德鎮 333001)

0 引言

基于模型的數字化定義技術(MBD)是將產品的所有相關工藝描述、屬性和管理等信息都附著在產品三維模型中的先進數字化定義方法[1]。隨著直升機設計能力及計算機技術的不斷發展，MBD技術已應用于直升機產品研發的整個過程中，MBD模型成為設計生產制造檢驗過程的唯一依據，但由于MBD模型包含幾何、屬性、標注等各類信息較為復雜，很容易出現質量缺陷，必須要對模型質量進行檢查以確保模型的準確性。所謂模型質量是指產品數字化模型在并行工程和協同設計環境下，在數據交換過程中能準確表達對象信息的能力[2-4]。

為有效實現模型質量檢查，國內已陸續開展了一系列研究和應用，鄧高見針對機械產品CAD數據進行了數據質量檢測技術的研究[5]；張家棟在《CAD模型驗證系統的研究與實現》一文中分析了模型的主要質量缺陷并提出了模型驗證系統的總體方案[6]。王寧等通過CATIA軟件二次開發實現了模型質量檢查系統并進行了應用[7]。

在直升機研發中，主要采用CATIA作為CAD設計工具，并在MBD模型質量工具Q-Checker的基礎上進行定制與開發，形成了直升機模型質量檢查系統。當前，直升機設計過程中已應用此系統對設計模型進行質量檢查，但現有模型質量檢查的模式存在以下問題：

1)全部采用人工主動檢查模式，效率不高，設計員工作量大；

2)無法強制對由產品數據管理系統進入產品數據審簽和發放的數據進行檢查，從而無法確保進入下游部門模型質量，影響研發整體質量。

為解決這些問題，本文對現有MBD模型質量檢查技術及其內容進行了總結，提出了一種基于CATIA及ENOVIA VPM平臺的模型質量檢查工作模式，并通過開發將MBD模型質量檢查系統與PDM系統及產品數據審簽系統集成，實現MBD模型的自動化強制檢查，確保通過審簽發放的MBD模型的正確性。

1 MBD模型質量自動化檢查模式

直升機數字化研制過程中產生的MBD模型數據全部由產品數據管理系統(PDM系統)進行管理，當模型需用于制造時，從PDM系統中提取出來進入產品數據審簽與發放系統發放給下游單位進行制造。設計員需在模型存入PDM系統前主動使用模型質量檢查系統對模型進行檢查。這種應用模式如圖1所示。

圖1 現有MBD模型質量檢查模式

該種應用模式，將耗費設計員較多時間，設計員如不能及時自主使用模型質量檢查系統進行模型質量檢查，將給整體設計質量帶來隱患。需設計一套自動化檢查模式，使得所有正常進入產品數據審簽與發放的MBD模型均強制進行質量檢查。同時，對檢查模板進行調整，根據設計階段和進度對二維圖及三維MBD模型分別進行檢查項的整合與檢查模板的定制。

為達到自動化檢查的目的，進行如下自動化檢查模式設計：

1) 定義模型的PDM自定義屬性參數“模型檢查屬性”，屬性值為真或假；

2)PDM系統中集成模型質量檢查工具進行定時批量檢查，根據檢查結果對“模型檢查屬性”賦值；

3) 產品數據審簽系統中提交審簽時，對“模型檢查屬性”進行讀取，并根據屬性值判斷是否提交成功。

該模式如圖2所示。

圖2 MBD模型質量自動化檢查模式一

以上模式針對設計過程中設計員未使用Q-Checker進行檢查，直接進行模型的保存，并在一段時間后進行模型提交審查的場景。

在直升機設計過程中，除以上場景，還存在兩種應用場景：

1) 對于部分緊急數據，需立即進行審簽并發放給下游單位；

2) 對于審簽駁回的數據，需重新設計并立即進行審簽并發放給下游單位。

對于這兩種使用場景，前文提供的自動化檢查模式還不足以實現，需對其進行補充。即在進行MBD設計時需主動使用模型質量檢查系統進行檢查，并開發PDM SAVE模塊，在MBD模型進入PDM系統時，對MBD模型質量檢查與否進行判斷，并把檢查結果賦值給“模型檢查屬性”。該模式如圖3所示。

圖3 MBD模型質量自動化檢查模式二

2 MBD模型質量自動化檢查技術實現與驗證

為實現前文所述MBD模型質量自動化檢查模式，需將模型質量檢查系統與PDM系統、產品數據審簽系統進行集成。該集成需進行3個子模塊功能開發，即“PDM Save子模塊”、“后臺批量模型質量檢查子模塊”和“產品數據審簽系統判斷子模塊”。當前，國內直升機設計中主要采用ENOVIA VPM作為產品數據管理系統。為實現3個子模塊功能，使用組件應用架構(CAA)對CATIA及VPM系統進行二次開發。

2.1 PDM Save子模塊

該模塊主要實現模型文件保存至VPM系統中時對QC屬性進行判斷，并根據QC值對“模型檢查屬性”進行賦值。其中，QC屬性為模型質量檢查系統在檢查過的模型上生成的MBD模型自定義屬性參數，QC屬性記錄檢查結果，如果檢查結果為正確，則QC屬性值為“IO”，反之，則QC屬性值為其他值。“模型檢查屬性”為布爾值(取值為“真”或“假”)，默認為假。

該開發過程需調用模型屬性接口用于模型屬性的讀取和賦值：CAAPstAllProperties。子模塊開發原理如圖4所示。

圖4 PDM Save子模塊開發原理圖

2.2 產品數據審簽系統判斷子模塊

該模塊主要實現對“模型檢查屬性”的判斷，在產品數據審簽系統中進行程序開發，在提交審簽時，調用CAA API“模型屬性接口”讀取MBD模型的VPM自定義參數“模型檢查屬性”，如果值為“真”則進入審簽，反之則報錯駁回。子模塊開發原理如圖5所示。

2.3 后臺批量模型質量檢查子模塊

該模塊主要實現后臺定時批量檢查和“模型檢查屬性”的賦值，使得模型質量檢查系統與VPM緊密集成，是自動化檢查的關鍵步驟與核心技術。

圖5 產品數據審簽系統判斷子模塊開發原理圖

該模塊需要在Q-PLM產品的基礎上進行開發。程序以某一時間為觸發點，在PDM系統中創建文件共享空間，將電子倉庫中的符合時間范圍要求的模型文件通過接口復制到該文件共享空間，然后通過Web Service接口向Q-PLM發送包含模型所在路徑、模型名稱、檢查模板、模型版本及作者等信息的info.xml文件，Q-PLM將文件解析處理成QC.in文件后將在后臺打開模型質量檢查系統進行批量模型檢查。檢查結束后，程序對檢查生成的QC.out文件進行解析，提取檢查結果對應參數，并根據該參數對“模型檢查屬性”值進行賦值。同時，對由Q-PLM生成的Bat.xml進行解析，獲取報告文件并掛載至VPM系統零件對應節點下。該集成需調用模型自定義接口ListPartModel用于模型文件的獲取與改名，調用模型屬性接口用于模型屬性的讀取和賦值。子模塊開發原理如圖6所示。

2.4 模型質量檢查技術驗證

根據以上研究，將模型質量檢查系統與VPM系統、產品數據審簽系統進行集成開發，形成了直升機MBD模型自動化檢查模式。同時，根據直升機MBD模型規范要求，定制了用于在VPM端自動批量檢查及CATIA端自主檢查的零件及二維圖檢查模板。模型進入VPM系統后，自動依據檢查模板按時生成了模型質量屬性，并在審簽系統中進行判斷，保證了通過審簽與發放的MBD模型的質量。通過該模式檢查的MBD模型屬性結果如圖7所示。

圖6 后臺批量模型質量檢查子模塊開發原理圖

圖7 MBD模型質量屬性賦值情況

3 結論

MBD模型數據是直升機數字化研制過程中的單一數據源，其質量的優劣直接影響后續的相關工作以及最終產品的質量，直升機研發中現有的模型質量檢查模式效率較低、無法強制執行。本文在現有MBD模型檢查技術的基礎上，將MBD模型檢查工具與VPM系統和產品數據審簽流程進行集成，實現了MBD模型的自動化強制檢查,提高了檢查效率，并充分保證了發放至下游制造單位的模型的質量，有助于減少由于模型質量引起的產品設計及制造過程中的反復，縮短產品研制周期。