產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計服務(wù)數(shù)據(jù)質(zhì)量驗證系統(tǒng)的研究

王云鋒，肖承翔，李 丹

（1.機械科學(xué)研究總院 中機生產(chǎn)力促進中心標(biāo)準化研究所，北京 100044；2. 中國石油集團濟柴動力總廠 動力裝備研究院內(nèi)燃機研究所，山東 濟南 250306）

0 引言

產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計服務(wù)數(shù)據(jù)是在產(chǎn)品數(shù)字化研制過程中，對產(chǎn)品進行數(shù)字化定義時所需的全部數(shù)據(jù)元素，數(shù)據(jù)元素包括幾何元素、模型特征、模型特征組、MBD 標(biāo)注、模型屬性。產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計服務(wù)數(shù)據(jù)是產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計過程中產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計、制造等產(chǎn)品全生命周期活動的依據(jù)，產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計服務(wù)數(shù)據(jù)的質(zhì)量是評價產(chǎn)品數(shù)據(jù)的關(guān)鍵屬性，在產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計過程中對產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計服務(wù)數(shù)據(jù)進行質(zhì)量驗證是保證產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要手段。

1 產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計服務(wù)數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要性

在產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計過程中，由于種種原因會出現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量上的缺陷，這些缺陷可能會引起后續(xù)應(yīng)用的各種問題。比如曲面上某點處的曲率半徑過小，將使后續(xù)的數(shù)控加工不能正常進行；模型中的微小元素在數(shù)據(jù)交換過程中容易丟失等。更為嚴重的是，數(shù)據(jù)質(zhì)量的缺陷如果不能在設(shè)計階段被及時地發(fā)現(xiàn)和改正，由此引起的產(chǎn)品質(zhì)量問題可能在制造甚至產(chǎn)品使用階段才能被發(fā)現(xiàn)，這會給企業(yè)帶來產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計周期延長以及直接的經(jīng)濟損失。不一致、不精確、不完備的產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計服務(wù)數(shù)據(jù)將引發(fā)一系列的問題，設(shè)計數(shù)據(jù)的質(zhì)量將影響產(chǎn)品研發(fā)上下游之間的交流，為數(shù)據(jù)的管理帶來了麻煩。這些問題的出現(xiàn)使得如何保證產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計服務(wù)數(shù)據(jù)質(zhì)量顯得非常重要。

2 產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計服務(wù)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測項目的研究與確定

產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計服務(wù)以及數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測項目要依據(jù)現(xiàn)行國家、行業(yè)標(biāo)準對設(shè)計規(guī)范化和數(shù)據(jù)質(zhì)量規(guī)范要求進行提煉。這些要求有的是定量的，但更多的是定性的，因此需要將這些約束和規(guī)范準確、有效的提煉、總結(jié)，并轉(zhuǎn)化為計算機可以識別的規(guī)則，確保這些規(guī)則切實滿足相關(guān)標(biāo)準要求，切合企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計服務(wù)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測要求，才能產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計服務(wù)質(zhì)量驗證系統(tǒng)的正確性和實用性。

2.1 檢測項的提煉原則

產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計服務(wù)以及數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測項提煉需要遵循以下原則：

（1）盡量包含原人工檢查的全部內(nèi)容。如：工程圖文字大小、文字樣式、箭頭形狀、標(biāo)題欄規(guī)范、投影角度等審查項嚴格符合原人工審查要求。

（2）符合設(shè)計規(guī)范和建模流程。如：抽殼檢查，建模時設(shè)計流程是先倒角然后抽殼；倒圓倒角檢查，設(shè)計流程是先倒圓后倒角。

（3）符合CAE/CAM 軟件系統(tǒng)對模型的規(guī)范要求。如：倒圓、倒角不能有子特征檢查，是因為在進入CAE 分析前細小的倒圓倒角特征要刪除才能進行分析；特征不能重疊、特征覆蓋、特征定位要完全等，在使用CAM軟件生成NC 加工代碼時，如果特征重疊會或覆蓋會產(chǎn)生重復(fù)走刀現(xiàn)象。

（4）符合機械加工設(shè)備的加工規(guī)則。如：零厚度實體檢查，在機械加工時沒有厚度的面體是沒有辦法加工出來的。所以設(shè)計中的一些面體在最后一定要加厚。

2.2 檢測項的研究

產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計服務(wù)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測項的研究內(nèi)容主要包括：設(shè)計規(guī)范化、幾何數(shù)據(jù)質(zhì)量兩大類項目。

圖1 產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計服務(wù)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測項的研究內(nèi)容

（1）設(shè)計規(guī)范化類檢測項研究。包括基本規(guī)范要求、實體建模的規(guī)范化要求、裝配建模的規(guī)范化要求、工程制圖的規(guī)范化要求等部分。具體內(nèi)容包括：基準檢測項組、編碼檢測項組、畫法檢測項組、注法檢測項組、特征檢測項組、關(guān)聯(lián)性檢測項組、簡化畫法檢測項組、數(shù)據(jù)集檢測項組等。

（2）幾何數(shù)據(jù)質(zhì)量類審查項研究。包括曲線質(zhì)量、曲面質(zhì)量、拓撲關(guān)系、實體以及幾何元素等方面內(nèi)容。具體內(nèi)容包括：曲線數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測項組、曲面數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測項組、拓撲關(guān)系質(zhì)量檢測項組、實體數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測項組、圖樣元素質(zhì)量檢測項組。

2.3 檢測項的確定

產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計服務(wù)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測項通過研究國家、行業(yè)、地方、企業(yè)相關(guān)標(biāo)準，并根據(jù)這些標(biāo)準的內(nèi)容和內(nèi)在聯(lián)系，確定檢查項目、功能說明、檢查規(guī)則等內(nèi)容，檢查規(guī)則可根據(jù)企業(yè)實際情況進行配置。每一個檢測項包含檢測項的標(biāo)識、檢測項的功能說明、檢測項的輸入檢測項的檢測方法和處理過程及算法、檢測項的輸出、檢測項的判斷準則等內(nèi)容。

3 產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計服務(wù)數(shù)據(jù)質(zhì)量驗證系統(tǒng)的實現(xiàn)

根據(jù)相關(guān)國家、行業(yè)、地方、企業(yè)標(biāo)準和規(guī)范要求，借助信息技術(shù)的自動化手段，進行設(shè)計研發(fā)服務(wù)數(shù)據(jù)質(zhì)量驗證系統(tǒng)的開發(fā)，實現(xiàn)對產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計服務(wù)數(shù)據(jù)的實時與事后的質(zhì)量檢查。

3.1 系統(tǒng)的體系架構(gòu)

產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計服務(wù)數(shù)據(jù)質(zhì)量驗證系統(tǒng)應(yīng)滿足良好的兼容性、可擴展性、安全性、可靠性和可用性的要求，應(yīng)采用三層技術(shù)框架的組件化、分布式開發(fā)模式，數(shù)據(jù)存儲由數(shù)據(jù)服務(wù)器提供支持。系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)體系架構(gòu)

3.2 系統(tǒng)的技術(shù)方案

產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計服務(wù)數(shù)據(jù)質(zhì)量驗證系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)采用組件化、分布式的開發(fā)方法。表現(xiàn)層放置用戶可以直接訪問和操作的系統(tǒng)界面，用戶輸入的數(shù)據(jù)或訪問請求傳遞給，具有系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯操作的業(yè)務(wù)層。業(yè)務(wù)層通由多個組件構(gòu)成，接受表現(xiàn)層的信息，并調(diào)用相應(yīng)組件進行功能實現(xiàn)。系統(tǒng)中封裝的涉及數(shù)據(jù)存儲或讀取的操作放置大數(shù)據(jù)層，通過數(shù)據(jù)訪問接口，提供對檢測項目集和結(jié)果文件的存儲和讀取。系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)如圖3 所示。

3.3 系統(tǒng)的運行模式

圖3 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)圖

系統(tǒng)以檢測項目集和檢測項數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，用戶可以根據(jù)不同產(chǎn)品設(shè)計要求進行檢測項項和檢測項判斷值的配置，形成標(biāo)準檢測項目集。系統(tǒng)提供兩種驗證模式，一種是單文件驗證模式，用戶在設(shè)計平臺中打開某產(chǎn)品設(shè)計文件，選擇已配置的檢測集后，對當(dāng)前產(chǎn)品設(shè)計文件進行質(zhì)量驗證，檢測結(jié)果可以即時顯示，并能在產(chǎn)品設(shè)計文件中高亮顯示，同時可以保存檢冊結(jié)果并進行查詢、統(tǒng)計、報表等操作；另一種是批量驗證模式，用戶可以選擇多個模型文件進行批量驗證，檢測結(jié)果也可以保存并查詢、統(tǒng)計、報表。系統(tǒng)的運行模式如圖4 所示。

4 產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計服務(wù)數(shù)據(jù)質(zhì)量驗證系統(tǒng)的應(yīng)用

圖4 系統(tǒng)運行模式圖

在產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計過程中，產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計服務(wù)數(shù)據(jù)質(zhì)量驗證系統(tǒng)在產(chǎn)品研制的各階段都可以得到應(yīng)用。設(shè)計人員可以應(yīng)用該工具對草圖、三維模型、工程圖等設(shè)計數(shù)據(jù)進行自檢，根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)果提示對產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)進行修正；總體部門設(shè)計人員用該工具對裝配模型的總體設(shè)計數(shù)據(jù)進行檢測；標(biāo)準化人員用該工具可對產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)進行標(biāo)準化檢測，對應(yīng)修正的錯誤通知相關(guān)設(shè)計人員。

5 結(jié)束語

通過產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計服務(wù)數(shù)據(jù)質(zhì)量驗證系統(tǒng)的應(yīng)用，可促進標(biāo)準宣貫與實施的軟件化、工具化和智能化，提升標(biāo)準化工作的服務(wù)能力和服務(wù)水平，為企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計人員提供了一個自動化的、高效的審查工具，能極大地減輕工作強度，提高產(chǎn)品研發(fā)的準確率和效率。