內(nèi)部基于SASIG標(biāo)準(zhǔn)的CAD數(shù)據(jù)幾何質(zhì)量研究

方慧敏 趙 鋼

內(nèi)部基于SASIG標(biāo)準(zhǔn)的CAD數(shù)據(jù)幾何質(zhì)量研究

方慧敏1趙 鋼2

（1．安徽機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機械工程學(xué)院，蕪湖 241000；2．奇瑞汽車研究院，蕪湖 241000）

基于SASIG標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀，通過專業(yè)的軟件工具和有效的方法研究現(xiàn)有產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)的質(zhì)量，并提出有針對性的檢測和控制方案，以確保幾何質(zhì)量，提高產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)質(zhì)量，為基于產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)的未來應(yīng)用提供基本保證。

SASIG；PDQ（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）；方法論

1 引言

圖1 PDQ的檢查和修復(fù)

幾何數(shù)模質(zhì)量管理英文簡稱（Product Data Quality Management），以下簡稱PDQ管理，如圖1所示。對某企業(yè)的戰(zhàn)略價值在于開發(fā)前期制定有效的3D幾何質(zhì)量規(guī)范，并用軟件系統(tǒng)自動檢查和解決3D在設(shè)計和交換后引起的幾何錯誤[1]。眾所皆知，現(xiàn)今汽車開發(fā)的所有軟硬件皆圍繞以3D數(shù)模為核心，如果數(shù)模出現(xiàn)問題，則產(chǎn)出部件再由質(zhì)檢發(fā)現(xiàn)而返工修正，浪費的成本和時間勢必削弱車企的市場競爭力，因此國外車企均視3D數(shù)模質(zhì)量為虛擬的產(chǎn)品質(zhì)量，并根據(jù)自身的發(fā)展策略制定出不同階段的數(shù)模標(biāo)準(zhǔn)。

2 國際車企情況

據(jù)多數(shù)研究顯示全球車市的領(lǐng)導(dǎo)者開發(fā)的關(guān)鍵成功因素在于：提升質(zhì)量、降低成本、縮短上市周期，以作為提升整體品牌價值的三個重要基石。而目前國內(nèi)車企從現(xiàn)有的方法意圖提升質(zhì)量，解決問題和降低成本的手段已無法滿足此成功模式。

有鑒于此，引入國外豐田、日產(chǎn)、戴姆勒等國際成功車企的幾何數(shù)模質(zhì)量的管理方法論，從開發(fā)前期嚴(yán)格控制設(shè)計幾何數(shù)模的結(jié)果，以節(jié)省開發(fā)過程中無必要的返工、溝通時間和成本[2，3]。如圖2所示，某一CAD數(shù)據(jù)在不同階段檢查出幾何質(zhì)量問題的修復(fù)時間及成本，利用CAD數(shù)據(jù)檢查軟件可以在初期解決問題，避免后期時間及成本增加。行業(yè)中已有眾多主機廠對零部件CAD數(shù)據(jù)質(zhì)量進行控制，如豐田、日產(chǎn)、戴姆勒等公司。豐田：4項；日產(chǎn)：15項，并且供應(yīng)商與主機廠交互的數(shù)據(jù)都必須滿足幾何質(zhì)量要求，才可進行內(nèi)部的數(shù)據(jù)發(fā)布[4，5]。

圖2 PDQ管理模型

3 研究方法

SASIG（Strategic Automotive product data Standards Industry Group）標(biāo)準(zhǔn)由于內(nèi)容復(fù)雜，該理論是根據(jù)后段開發(fā)過程所需的數(shù)模工作，對于操作者所接受的3D幾何質(zhì)量提出要求。針對產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)幾何質(zhì)量問題反映程度及范圍，必須有一套嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯糠椒ㄖ笇?dǎo)[6，7]。

結(jié)合SASIG標(biāo)準(zhǔn)及專業(yè)多年的經(jīng)驗總結(jié)出的研究方法如圖3所示，方法論如圖4所示。

圖3 CAD產(chǎn)生的建模錯誤匯總方法

圖4 PDQ管理方法流程

4 PDQ管理的調(diào)研過程分析

本次項目的關(guān)鍵目標(biāo)是給出企業(yè)PDQ項和公差以滿足CAE分析、數(shù)據(jù)集成、制造和模具要求。分別從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計、仿真、制造、模具等單位訪談和樣本數(shù)模驗證。

4.1 發(fā)現(xiàn)問題

a 狹窄面 b 多個體 c 不能加厚

圖5 數(shù)模主要問題

a. 三維數(shù)模在其設(shè)計軟件（CATIA軟件）中顯示為實體，但在專業(yè)分析軟件中則顯示為片體。調(diào)研發(fā)現(xiàn)主要問題是“Narrow faces”，在幾何質(zhì)量修復(fù)軟件中自動轉(zhuǎn)換修復(fù)后，問題得到解決，如圖5所示。

b. 三維數(shù)模在其設(shè)計軟件（CATIA軟件）中顯示為單個獨立實體，但在專業(yè)分析軟件中顯示存在5個實體。

c. 板料成形件不能增厚，在CATIA軟件中使用“加厚”命令后，軟件顯示錯誤信息。

4.2 原因分析

針對上述數(shù)模產(chǎn)生的主要問題，其中主要原因之一是相切不連續(xù)，以此項分析說明為例：由于幾何質(zhì)量修復(fù)軟件在修復(fù)數(shù)模的過程中，會優(yōu)先保證G0連續(xù)，所以修復(fù)后的數(shù)模會產(chǎn)生G1不連續(xù)的情況，那么就需要工程師后續(xù)在CATIA中手動修復(fù)G1不連續(xù)的問題，如圖6所示。

圖6 建模問題的調(diào)研修復(fù)模型

圖7 調(diào)研過程

圖8 PDQ檢查修復(fù)成功

將修復(fù)后的數(shù)模導(dǎo)入CATIA中，找到G1不連續(xù)的區(qū)域（黑線）。如圖7所示，經(jīng)過調(diào)研后發(fā)現(xiàn)不能加厚的問題是由于專業(yè)分析軟件中的CATIA接口存在問題，用STEP接口的結(jié)果會比直接用CATIA接口好。經(jīng)過幾何質(zhì)量修復(fù)軟件自動轉(zhuǎn)換修復(fù)后，問題可解決。數(shù)模在CATIA軟件中“加厚”成功，如圖8所示。該結(jié)果導(dǎo)入ASFALIS，再次檢查修復(fù)后，導(dǎo)入CAITA，G1不連續(xù)的問題解決。

結(jié)合國外主機廠（豐田、日產(chǎn)）的經(jīng)驗，建議加上這兩項PDQ檢查修復(fù)項，用于解決仿真分析部門無法劃分網(wǎng)格及解算時間過長的問題非常有效。據(jù)此根據(jù)仿真分析部門的反饋，初次制定的PDQ結(jié)論如表1所示。

表1 初次PDQ結(jié)論

根據(jù)某企業(yè)使用的CAD軟件為CATIA，以及其他國際車企制定PDQ的經(jīng)驗，第一步從74項中篩選出6項相關(guān)汽車行業(yè)的PDQ項，并且對于其他專業(yè)部門，也可以這6項作為PDQ設(shè)定基礎(chǔ)，根據(jù)實際調(diào)研情況修改。其中“UV”項是ASFALIS/CADdoctor專門用于CATIA格式的重要檢查項，所以選擇PDQ項后有“UV”的項，見表2。

表2 定制PDQ結(jié)論

由于“Non tangent face”是曲面無法增厚的關(guān)鍵項，所以加以采納，但由于某企業(yè)舊項目的數(shù)模該項問題多，而新項目的數(shù)據(jù)該項問題很少，所以設(shè)為警告項。根據(jù)經(jīng)驗“Self intersecting surface”會在面延長發(fā)生錯誤，所以雖然在某企業(yè)沒有調(diào)研到該項問題，但仍將其選上作為警告項。

根據(jù)某企業(yè)的要求，需要對實體車身數(shù)模的主要大面上檢查“Non tangent face”，在車身件的厚度方向面則無需檢查該項。

4.3 解決方案

表3 PDQ檢查項

表4 PDQ檢查項

為了滿足某企業(yè)的要求，經(jīng)某企業(yè)和Elysium雙方確認(rèn)，對數(shù)模質(zhì)量的檢查和修復(fù)分為兩步：首先，由設(shè)計工程師將增厚前的面提交ASFALIS檢查和修復(fù)，其PDQ檢查項如表3所示；其次，設(shè)計工程師在得到經(jīng)ASFALIS檢查和修復(fù)的面進行增厚操作，再將增厚后的實體用PDQ項檢查修復(fù)，如表4所示。而這一步，系統(tǒng)將“Non tangent face”作為警告，避免了PDQ系統(tǒng)對其中板料成形件厚度方向“Non tangent face”面的檢查和修復(fù)。

5 結(jié)束語

數(shù)模是環(huán)繞汽車開發(fā)的虛擬產(chǎn)品核心，未來在數(shù)字化工廠、MBD、虛擬現(xiàn)實、三維打印和所有的軟硬件建設(shè)，都依賴良好的數(shù)模才能有效工作。尤其是數(shù)?？赡芤獞?yīng)用于十多年后的未來設(shè)計和共享，因此幾何質(zhì)量對數(shù)模的再利用十分重要。

建議企業(yè)內(nèi)部的PDQ整合同CATIA集成，外部供貨商數(shù)模是由TEAMCENTER／文件發(fā)放系統(tǒng)集成。除了界面集成，后期須加入管理報告，以衡量設(shè)計質(zhì)量和效率。

供貨商數(shù)模質(zhì)量的考核應(yīng)納入KPI由IT或其他控管供貨商的單位負責(zé)考評，保證設(shè)計、仿真、制造和檢測的數(shù)模及實際部件的一致性、關(guān)連性。如果無法強制供貨商使用相同CATIA的版本，至少應(yīng)提交原始數(shù)模至ASFALIS轉(zhuǎn)換，嚴(yán)禁提供中間格式轉(zhuǎn)換后的CATIA。

1 童秉樞，徐曉慧. 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)實施中的存在問題與對策[J]. 工程圖學(xué)學(xué)報，2002(2)：1～6

2 楊勇. 試論系統(tǒng)與系統(tǒng)的關(guān)系建模[J]. 汽車科技，2017(4)：13～20

3 晁曉娜，樊玲，王沁. 航天制造業(yè)PDM分層集成規(guī)范研究及應(yīng)用[J]. 航天制造技術(shù)，2018(5)：62～71

4 郭安民. 面向設(shè)計部門的PDM系統(tǒng)開發(fā)及關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 南京：南京理工大學(xué)，2007

5 蔡莉霞. PDM中BOM多視圖的研究與實現(xiàn)[D]. 上海：上海交通大學(xué)，2008

6 陳晗鳴. 基于PDM船舶CAD/CAE集成系統(tǒng)研究[D]. 北京：中國艦船研究院，2012

7 唐志宏. 基于PDM的辦公椅產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集及編碼技術(shù)研究[D]. 長沙：中南林業(yè)科技大學(xué)，2014

Research on Geometric Quality of CAD Data Based on SASIG Standard

Fang Huimin1Zhao Gang2

(1. College of Mechanical Engineering, Anhui Technical College Of Mechanical and Electrical Engineering, Wuhu 241000；2. Project Support & Technology Management Department ACEI of Chery Automobile Co.,Ltd.,Wuhu 241006)

Based on the SASIG standards and the current status of enterprise product CAD data, this paper investigates the CAD data quality of the existing products by the professional software tools and effective methods. The schemes for targeted detection and control were provided to ensure the improvement of geometric quality CAD data. And the schemes provide the basic assurance for future applications based on product CAD data.

SASIG；PDQ(Product Data Quality)；methodology

2017年安徽省高校自然科學(xué)研究重大項目（KJ2017ZD50）；2017年省高校自然科學(xué)研究重點項目（KJ2017A756）；2019年度安徽高校優(yōu)秀青年人才支持計劃（gxyq2019186）。

方慧敏（1982），副教授；機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)；研究方向：機械設(shè)計、PDQ。

2019-07-10