三維標(biāo)準(zhǔn)件庫的構(gòu)建、管理及其應(yīng)用實(shí)踐

鄧博文++林源

摘 要： 標(biāo)準(zhǔn)件是航天產(chǎn)品的重要組成部分，它的使用能減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的重復(fù)性工作，提高產(chǎn)品開發(fā)效率，降低研制成本。企業(yè)若沒有通用的三維標(biāo)準(zhǔn)件模型庫，會(huì)使得三維標(biāo)準(zhǔn)件模型在使用和管理過程中存在很多問題。針對(duì)這些問題，基于Pro/E族表技術(shù)和Intralink平臺(tái)設(shè)計(jì)了一套解決方案構(gòu)建和管理三維標(biāo)準(zhǔn)件庫，并在筆者單位應(yīng)用實(shí)施，最終建立通用三維標(biāo)準(zhǔn)件庫，其有利于企業(yè)三維設(shè)計(jì)的規(guī)范性和一致性，為今后的產(chǎn)品研發(fā)帶來便利。

關(guān)鍵詞： 三維標(biāo)準(zhǔn)件庫； Pro/E； Intralink； 航天產(chǎn)品

中圖分類號(hào)： TN02?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）17?0139?03

Construction， management and application practice of library

for three?dimensional standard parts

DENG Bowen， LIN Yuan

（Xian Aerospace Propulsion Institute， Xian 710100， China）

Abstract： Standard parts are the important components of aerospace products， whose usage can decrease repetitive work in product design， and improve product development efficiency and reduce development costs. Without a common three?dimensional standard parts model library， it makes three?dimensional standard parts model have many problems in the usage and management process. To solve these problems， a set of solution was designed based on Pro/E technology and Intralink platform to construct and manage the three?dimensional standard parts library， and implemented in the company. A common three?dimensional standard parts library was established， which is helpful to the specification and consistency of enterprise′s three?dimensional design， and brings convenience to future product development.

Keywords： three?dimensional standard parts library； Pro/E； Intralink； aerospace product

0 引 言

標(biāo)準(zhǔn)件是航天產(chǎn)品的重要組成部分，它的使用能減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的重復(fù)性工作，提高產(chǎn)品開發(fā)效率，降低研制成本[1]。在以二維工程圖為中心的傳統(tǒng)研制過程中，設(shè)計(jì)師不需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行任何設(shè)計(jì)工作，只需要根據(jù)國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)查找合適的產(chǎn)品代號(hào)選用即可。但在三維數(shù)字化研制過程中，除了開展產(chǎn)品本身三維建模設(shè)計(jì)外，為表現(xiàn)產(chǎn)品的真實(shí)細(xì)節(jié)，還需要設(shè)計(jì)合適的方案構(gòu)建和管理三維標(biāo)準(zhǔn)件模型庫，供設(shè)計(jì)師在數(shù)字樣機(jī)虛擬裝配過程中使用[2]。

如果沒有通用的三維標(biāo)準(zhǔn)件模型庫，會(huì)使得標(biāo)準(zhǔn)件模型在使用中存在以下問題：

（1） 三維標(biāo)準(zhǔn)件模型的設(shè)計(jì)規(guī)則不統(tǒng)一，會(huì)給協(xié)作單位間的標(biāo)準(zhǔn)件傳遞帶來嚴(yán)重障礙，同時(shí)給自動(dòng)明細(xì)表的生成制造不少麻煩。

（2） 三維標(biāo)準(zhǔn)件模型不能及時(shí)更新，給設(shè)計(jì)師在三維設(shè)計(jì)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)件選型帶來很多麻煩，甚至影響設(shè)計(jì)和審查的順利進(jìn)行。

（3） 標(biāo)準(zhǔn)件模型庫的管理、維護(hù)不統(tǒng)一，導(dǎo)致三維標(biāo)準(zhǔn)件模型各自為政，管理混亂。

因此，三維標(biāo)準(zhǔn)件模型庫的創(chuàng)建，不僅可以避免大量的重復(fù)建模工作，還有利于三維設(shè)計(jì)的規(guī)范性和一致性，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)效率，為設(shè)計(jì)和生產(chǎn)帶來便利[3]。

1 三維標(biāo)準(zhǔn)件庫的構(gòu)建與管理方案設(shè)計(jì)

1.1 三維標(biāo)準(zhǔn)件庫建庫方案與流程設(shè)計(jì)

三維標(biāo)準(zhǔn)件不僅數(shù)量眾多，且在構(gòu)建時(shí)需要頻繁查詢各種設(shè)計(jì)手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)，因此它的構(gòu)建費(fèi)時(shí)費(fèi)力；同時(shí)，隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)件庫的共享和權(quán)限控制也是各企業(yè)在管理時(shí)需要面臨的難題[4]。

Pro/E的族表技術(shù)能在一個(gè)三維零件的基礎(chǔ)模型上，不須編程僅通過族表參數(shù)驅(qū)動(dòng)就能生成所有規(guī)格的實(shí)例模型，所以基于這種方式構(gòu)建三維標(biāo)準(zhǔn)件簡單而方便。Intralink平臺(tái)是一個(gè)與Pro/E緊密結(jié)合的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理工具，能提供設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的集中管理，使設(shè)計(jì)者可以在并行工程開發(fā)的環(huán)境中共享和管理數(shù)據(jù)[5]。將三維標(biāo)準(zhǔn)件納入到Intralink平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一管理并及時(shí)更新，就能確保三維標(biāo)準(zhǔn)件的惟一性和正確性。因此基于Pro/E族表技術(shù)和Intralink平臺(tái)的方案來建立三維標(biāo)準(zhǔn)件模型庫[6]，工作量相對(duì)較小，無需編程經(jīng)驗(yàn)，是一種快速可靠的建庫方案。

三維標(biāo)準(zhǔn)件庫的構(gòu)建與管理可包括從制定標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)范到標(biāo)準(zhǔn)件的構(gòu)建、審查、管理和使用的整個(gè)生命周期過程[6]。它大致可分為4個(gè)階段：

（1） 制定構(gòu)建和管理的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范；

（2） 構(gòu)建三維標(biāo)準(zhǔn)件；

（3） 審查并入庫；

（4） 管理和使用三維標(biāo)準(zhǔn)件庫。

三維標(biāo)準(zhǔn)件庫構(gòu)建與管理流程圖如圖1所示。

1.2 三維標(biāo)準(zhǔn)件庫構(gòu)建與管理的規(guī)范制定

基于Intralink平臺(tái)創(chuàng)建三維標(biāo)準(zhǔn)件庫時(shí)，首先需要制定三維標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)的規(guī)范，在規(guī)范中確定符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)件建模原則、標(biāo)準(zhǔn)件命名規(guī)則以及標(biāo)準(zhǔn)件庫分類等方針。

（1） 建模方式和原則

三維標(biāo)準(zhǔn)件模型采用基礎(chǔ)模型加族表實(shí)例模型的方式構(gòu)建?；A(chǔ)模型按照各類標(biāo)準(zhǔn)的要求利用特征造型技術(shù)進(jìn)行構(gòu)建，同一基礎(chǔ)模型中按照尺寸（規(guī)格）、工藝要求的不同通過族表工具驅(qū)動(dòng)生成不同的實(shí)例模型。

因?yàn)槿S標(biāo)準(zhǔn)件只用于虛擬裝配示意，而不用于生產(chǎn)加工；而且三維標(biāo)準(zhǔn)件中的某些細(xì)節(jié)特征即便忽略也不影響整體的質(zhì)量計(jì)算，比如小倒角、螺紋等，所以標(biāo)準(zhǔn)件的建模原則是盡量用最少的尺寸和特征來清楚地表達(dá)模型。

（2） 模型文件命名規(guī)定

各類零件的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)模型文件的命名有嚴(yán)格要求，而在Pro/E和Intralink中，對(duì)文件的命名又有很多限制，因此模型文件的命名必須有統(tǒng)一規(guī)定，否則極易引起混亂。標(biāo)準(zhǔn)件基礎(chǔ)模型的文件名稱一般統(tǒng)一由標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)、型式、材料和擴(kuò)展名（即.prt）組成，而實(shí)例模型的文件名稱是基礎(chǔ)模型名稱的擴(kuò)展，具體形式為“基礎(chǔ)模型名稱+規(guī)格”。

1.3 三維標(biāo)準(zhǔn)件庫的構(gòu)建

按照設(shè)計(jì)的三維標(biāo)準(zhǔn)件庫建庫流程，具體的構(gòu)建步驟如下：

（1） 首先在Pro/E中創(chuàng)建符合標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)模型。

（2） 然后按相關(guān)要求修改模型的屬性，包括：

① 基礎(chǔ)模型的特征之間有函數(shù)關(guān)聯(lián)的，應(yīng)創(chuàng)建關(guān)系式來驅(qū)動(dòng)；

② 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中的定義需要對(duì)模型尺寸名稱進(jìn)行重命名；

③ 對(duì)于在不同裝配條件下具有明顯不同狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)件，如O型橡膠密封圈、彈簧等，需要設(shè)置模型的撓性；

④ 此外，再在模型的“參數(shù)”表中設(shè)置其他參數(shù)屬性。

（3） 配置完模型屬性后，接著通過Pro/E自帶的族表編輯器定義族表參數(shù)來驅(qū)動(dòng)生成族表實(shí)例模型。

（4） 三維標(biāo)準(zhǔn)件模型創(chuàng)建完成后，需要企業(yè)組織相關(guān)人員對(duì)模型的正確性進(jìn)行審查，修改并評(píng)審?fù)ㄟ^后，將基礎(chǔ)模型和實(shí)例模型都檢入到Intralink中對(duì)應(yīng)的文件夾下。

1.4 三維標(biāo)準(zhǔn)件庫的管理

按照之前設(shè)計(jì)的三維標(biāo)準(zhǔn)件庫建庫流程，在Intralink平臺(tái)中，要事先制定好標(biāo)準(zhǔn)件庫的五類管理措施，以便控制和管理標(biāo)準(zhǔn)件的入庫、維護(hù)和使用。

（1） 配置標(biāo)準(zhǔn)件庫角色和人員權(quán)限

需要給Intralink標(biāo)準(zhǔn)件庫分配兩個(gè)角色：標(biāo)準(zhǔn)件管理員和訪客。標(biāo)準(zhǔn)件管理員負(fù)責(zé)Intralink上標(biāo)準(zhǔn)件庫的管理和維護(hù)；訪客只能瀏覽和引用裝配Intralink中的標(biāo)準(zhǔn)件，而不能修改。

（2） 定義標(biāo)準(zhǔn)件生命周期

標(biāo)準(zhǔn)件管理員需要在Intralink的“生命周期管理器”中定義標(biāo)準(zhǔn)件生命周期的4個(gè)階段：設(shè)計(jì)、正在審閱、已發(fā)行、廢棄，用來控制和管理標(biāo)準(zhǔn)件的狀態(tài)。

（3） 定義標(biāo)準(zhǔn)件模型屬性

標(biāo)準(zhǔn)件管理員需要在Intralink的“類型和屬性管理器”中定義模型屬性，用來與Pro/E中的模型屬性對(duì)應(yīng)，以便于能在瀏覽器里查看和修改庫中對(duì)象的屬性值。

（4） 創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)件庫文件夾

標(biāo)準(zhǔn)件管理員還需要按標(biāo)準(zhǔn)件所屬標(biāo)準(zhǔn)和類型的不同進(jìn)行分類，在Intralink標(biāo)準(zhǔn)件庫中建立相應(yīng)的文件夾樹。標(biāo)準(zhǔn)件入庫時(shí)，管理員才能將標(biāo)準(zhǔn)件檢入到對(duì)應(yīng)組織結(jié)構(gòu)下，進(jìn)行管理。

（5） 引用標(biāo)準(zhǔn)件

Intralink的訪客角色進(jìn)行虛擬裝配需要使用標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)，可以在Pro/E的“組件”模型中，通過“裝配零件”來引用標(biāo)準(zhǔn)件模型。

2 三維標(biāo)準(zhǔn)件庫的構(gòu)建與管理應(yīng)用實(shí)踐

2.1 應(yīng)用背景

大推力液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)是我國未來載人航天的主動(dòng)力，為了加快研制進(jìn)度，提高產(chǎn)品研發(fā)效率，該發(fā)動(dòng)機(jī)采用了全三維數(shù)字化研制模式。而三維標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)是發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)過程中重要的基礎(chǔ)工作，三維標(biāo)準(zhǔn)件庫的創(chuàng)建可以大大提高發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)效率，為此開展了三維標(biāo)準(zhǔn)件庫建設(shè)工作。

2.2 應(yīng)用過程

標(biāo)準(zhǔn)件三維模型的基礎(chǔ)模型按照標(biāo)準(zhǔn)件代號(hào)、型式和材料來構(gòu)建，不同尺寸（規(guī)格）、顏色、工藝要求的實(shí)例模型基于基礎(chǔ)模型通過參數(shù)驅(qū)動(dòng)生成，驅(qū)動(dòng)實(shí)例模型的參數(shù)用族表進(jìn)行創(chuàng)建和管理，如圖2所示。

模型創(chuàng)建完成后，組織相關(guān)設(shè)計(jì)人員對(duì)該模型的正確性進(jìn)行審查，經(jīng)過多輪修改并評(píng)審?fù)ㄟ^后，由標(biāo)準(zhǔn)件管理員將其檢入到Intralink平臺(tái)對(duì)應(yīng)的文件夾中進(jìn)行歸檔，如圖3所示。

2.3 應(yīng)用結(jié)果

在測(cè)試階段，首先完成了O型橡膠密封圈、臺(tái)階形導(dǎo)管連接件等四類本企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)三維標(biāo)準(zhǔn)件模型的構(gòu)建、審查、修改和Intralink入庫工作，并從中發(fā)現(xiàn)了問題，然后持續(xù)改進(jìn)。當(dāng)三維標(biāo)準(zhǔn)件測(cè)試庫穩(wěn)定使用了半年后，又陸續(xù)對(duì)包括螺栓、螺母、墊圈在內(nèi)的近1 000個(gè)基礎(chǔ)模型，6萬個(gè)實(shí)例模型進(jìn)行了審查、修改和入庫，最終建立了較為完備的基于Pro/E和Intralink的三維標(biāo)準(zhǔn)件庫，此舉有助于提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率，縮短發(fā)動(dòng)機(jī)研制周期。

3 結(jié) 論

三維標(biāo)準(zhǔn)件庫的使用能減少三維數(shù)字化設(shè)計(jì)中的重復(fù)性工作，從而提高開發(fā)效率，降低研制成本。針對(duì)其在構(gòu)建和管理上的難點(diǎn)，以及本單位使用三維標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)存在的問題，本文通過基于Pro/E族表技術(shù)和Intralink平臺(tái)設(shè)計(jì)的解決方案構(gòu)建與管理三維標(biāo)準(zhǔn)件庫，并進(jìn)行應(yīng)用實(shí)施。實(shí)踐證明，使用該方案創(chuàng)建的標(biāo)準(zhǔn)件庫不僅簡單可靠，而且不需要專業(yè)的編程經(jīng)驗(yàn)，因此有利于后期的維護(hù)和擴(kuò)展，為科研、生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展提供了技術(shù)保障。

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