基于模型定义的产品信息分层管理方法*

谢坤峰，姜 康，曹文钢，叶维生

(合肥工业大学 机械工程学院，合肥 230009)

基于模型定义的产品信息分层管理方法*

谢坤峰，姜 康，曹文钢，叶维生

(合肥工业大学 机械工程学院，合肥 230009)

针对基于模型定义的三维CAD产品的模型信息繁杂、难以管理的特点、提出了基于模型定义的信息分层管理的方法。首先利用Pro/E二次开发技术，提取三维CAD模型信息并将信息进行分类；其次从分层管理的角度，将三维CAD模型MBD信息在可视化界面上予以展示,方便信息的查询、删除和修改。最后通过实例验证该信息管理方法的有效性和实用性。

基于模型定义；Pro/E二次开发；提取；分层管理；可视化界

0 引言

基于模型定义(MBD)是波音推行的新一代产品定义方法[1]。它的主要过程是：基于产品定义的特征来对三维产品模型信息进行表示，用文档的形式来对三维产品模型进行驱动；将产品的设计、分析和制造过程所需要的信息融为一体，即在三维实体模型上，表达完整的产品信息，将产品从设计到成品所需信息(设计信息和制造信息)完整地在三维数字化模型上进行定义。用三维图来取代传统的二维图，保证产品信息的一致性，方便了设计人员和制造人员的交流。MBD不是简单地将三维标注和三维模型结合起来，而是将产品的设计几何信息和制造非几何信息集成起来，这样既减少了对上下游信息系统的依赖，也使产品各个环节所需要的信息有效的集成，从而保持有效的连接。它将一些标准和规范应用到产品定义中去，来更好地表达产品设计思想，这样是设计和制造过程中存在的信息壁垒被打破，其集成的设计制造信息能够有效方便地为设计人员和工程人员所解读，而不是传统的二维图的表现方式很难被制造人员所解读，这样是设计和制造过程有效地集成，解决了信息传递的问题。MBD技术已成为复杂产品研发设计和制造的发展方向之一。

当前我国制造企业中以二维工程图和三维模型共存的形式存在。二维工程图用来定义几何信息和非几何信息，三维CAD模型用来描述几何形状信息，使得设计和制造分离。不利于工程人员和设计人员的信息交流，这和世界制造趋势有一定的差距，全三维模型数据信息集成已成为未来的趋势，但是在CAD/CAM进行数据集成时，三维标注信息繁杂、难以管理。使设计者和制造者很难管理所需要更改和制造过程中所需要的信息，为了使设计者和制造者方便对MBD信息的管理，对三维模型信息方便地使用。本文针对模型信息管理的困难，在Pro/E二次开发技术和分析模型的图层结构的基础之上，提出了产品信息的分层管理方法来对模型信息进行分层管理，通过提取产品信息，并将这些信息以类别的形式和图层相结合，极大提高了信息管理效率，通过实例来验证该方法在信息管理问题上优势。

1 三维CAD模型MBD信息的提取

CAD模型是基于特征定义而成的，在Pro/E中所建立的模型，其中特征是它的基础，在创建模型时，遵循整体的设计意图，按照Top-Down的顺序创建特征，由各特征组成的组合体便组成了零件模型，这就是Pro/E基于特征定义的造型原则。由此可知，零件模型是由若干个特征组成的，如果得到组成零件模型特征的相关信息，就能获取零件所包含的几何和非几何信息，因此提取零件模型的信息的问题就变成了提取零件所包含特征的相关信息的问题。零件的相关特征主要包括几何造型特征和非几何特征。

1.1 遍历模型特征

因为CAD模型中包含若干个特征，其包括几何特征和非几何特征，要获得CAD模型的MBD信息，需要对模型的特征进行遍历，根据特征的类型，对遍历的特征进行筛选，筛选出非几何特征，Pro/E提供了二次开发工具和相应的遍历函数来对模型进行遍历[2-4]。其遍历流程图如图1所示。

图1 特征遍历流程图

1.2 MBD信息的获取

在MBD信息的提取过程中，ProToolkit封装了可以访问Pro/E底层数据资源的库函数和头文件，在Visual studio 2008上进行资源文件和程序文件的编写来对这些函数调用，生成可执行文件，可执行文件在Pro/E上注册并运行，来对MBD信息进行提取[5]，由于不同的类型的标注信息，所对应的函数也是不同的。所以选择相应的函数，提取这些标注信息，这些信息基本可以涉及到标注中常用的信息。

2 MBD信息的管理

对于产品的设计生产过程中， 三维标注信息较多， 全部显示在三维模型上形成了三维标注信息的“ 刺猬” 现象， 造成了三维标注信息的识别性差。需要对众多的三维标注信息进行管理。本文借助视图层与信息层相关联的思想，通过层与层状态的关联组合来实现标注信息的有机组织和分层管理， 即首先将MBD信息根据类别分为信息层，其次在三维环境中构建如同二维图的各个视图， 在每个视图中添加属于该视图的各层类别标注内容， 并通过可视化界面来控制该视图中标注内容的显示，而且可以通过可视化界面对各类信息进行操作，例如查询、删除、替换等操作，最后对MBD信息以表的形式存储到数据库。所以对MBD信息的管理，主要包括三个步骤：数据的分类、数据的分层管理和数据的存储。

2.1 数据的分类

在产品的设计制造过程中，主要包括的信息是产品的几何信息和非几何信息，即有关于产品零件形体形状的设计信息，以及生产产品过程中所涉及的制造信息，本文所提取的MBD信息主要包括设计信息和制造信息。首先对设计和制造信息进行分类，设计信息主要包括产品零件的基本尺寸、尺寸公差、几何公差等信息，制造信息主要是指产品生产加工过程中，所涉及到的加工设备类型、设备数量、刀具参数和加工工艺等信息，如技术要求、表面处理、加工信息、工艺基准、夹紧定位等信息。如图2所示。

图2 MBD信息的分类

2.2 MBD信息分层管理

在Pro/E中，软件自带几种的默认分组的图层，既没有与视图相互对应的特定图层，也没有按照信息的类别进行视图的构建，不利于后续工作的展开。本文基于Pro/E5.0软件，应用Pro/Toolkit工具包和VS2008程序开发工具，开发出MBD信息管理程序，将视图层和信息层关联起来，并提取MBD信息显示在可视化界面上，其组成模块如图3所示。

图3 信息分层管理

(1)视图层定义

Pro/E软件的注释模块自带视图定义功能，可以建立主视图、后视图、左视图等六个视图以及自定义视图[6-8]。由于不同的产品零件模型所需的视图数是不同的，本文提出了一种新的视图数定义公式，来定义各个零件所需要的视图数，基于模型定义的产品信息三维表达相比于传统的二维工程图而言，是一种全新的产品信息定义和传递的方式，所以提出视图表达公式为:

3D=2DX+Y

式中：D为信息表达的维度；X为信息表达所需视图的个数；Y为信息表达的辅助手段。通过这个公式，就可以定义视图层的个数。

(2)信息层定义

经过上步视图层的定义之后，确定了视图的个数，然后根据信息的类别，由于每个视图都有不同种类的信息，这样我们可以根据信息的类别数来确定信息层数来完成信息层的定义，Pro/E开发工具包，提供了信息层创建函数ProLayerCreate()来创建信息层，以主视图为例，在主视图上建立信息层 ，如图4所示为信息层建立窗口，图5为信息层建立实例。

图4 信息层建立窗口

图5 信息层建立实例

(3)可视化界面进行分层控制

经过上面的视图层和信息层的建立，将视图层和信息层进行关联，在可视化界面上进行分层控制[9-10]。利用Pro/E的二次开发工具，利用Pro/E自带的UI窗口设计函数，采用列表函数ProUIListActivate()开发出MBD信息分层显示的可视化界面，将不同的类型的MBD信息，以层的形式显示在可视化界面上。用户可以在可视化界面上点击的不同的按钮，来对不同视图的MBD信息进行操作，进行显示控制，进行分层管理。

2.3MBD信息的存储

通过前面的模型的遍历，可以提取MBD信息，显示在可视化界面上，通过可视化界面上的储存按钮，以表格的形式把提取的模型信息储存在数据库中，其中表格用数据库建立尺寸、公差和制造信息数据表，分别储存尺寸公差信息、几何公差信息、制造工艺信息。其字段内容如图6～图8所示。信息储存采用ADO方式连接数据库和应用程序、配置数据源，指定数据库储存路径。Pro/Toolkit应用程序从Pro/E内部环境中将提取相关信息写入表中。

图6 尺寸数据信息

图7 几何公差数据信息

图8 制造数据信息

3 实例

以Pro/E环境下建立的汽车油机连杆为例，开发MBD信息管理程序对产品模型MBD信息进行管理，并且将产品模型的MBD信息以层的方式显示到对话框上，如图9所示。在可视化显示界面上，用户可以选择要显示的视图以及要显示所需要类别的信息显示在视图上，同时在列表框中显示所选类别信息的详细信息。这样可以方便用户根据信息类别以层的形式对MBD信息进行分层管理，提高了信息管理的效率。

图9 MBD信息管理实例

4 结论

基于模型定义的信息管理可以方便用户对模型信息的管理，它的最大优势就是用户可以将模型的MBD信息以层和信息类别的形式相结合，将MBD信息以层的形式显示在视图上，使用户可以以类别的形式对信息进行管理，当然也有了新的要求， 即快速准确从MBD模型中得到自己需要的数据，并将这些数据存储在在数据库中之后，如何向下游传递数据信息，作为下游环节数据处理的依据。

[1] 曲直，田宪伟，李春威.MBD技术在飞机设计中的应用[J].航空制造技术，2013(13):103-106.

[2] 吴立军，陈波.Pro/Engineer二次开发技术基础[M].北京:电子工业出版社,2006.

[3] 李世国.ProToolkit程序设计[M].北京:北京工业出版社，2003.

[4] 张继春.Pro/Engineer二次开发实用教程[M].北京:北京大学出版社,2003.

[5] 王婷，郭鹏勃.基于MBD的三维CAD模型与工程图信息提取[J].机械与电子，2012(1):78-80.

[6] 邓坤.大型天线罩CAD建模及等效CAE模型信息提取技术研究[D].西安，西安电子科技大学，2014.

[7] 窦景丽，赫永平.基于MBD的引信装配工艺信息建模及管理系统设计[J].组合机床与自动化加工技术,2015(4):152-155.

[8]NWan,RMo,LLiu,etal.NewmethodsofcreatingMBDprocessmodel:Onthebasisofmachingknowledge[J].ComputersinIndustry,2014,65(4):537-549.

[9]FangY,LiuE,GaoT,etal.CoordinatemeasuringinformationextractionofpartsbasedonMBDdataset[J].COMPUTERINTEGRATEDMANUFACTURINGSYSTEM,2013,19(7):1532-1540.

[10] 胡祥涛，程五四，陈兴玉，等.基于MBD的产品信息全三维标注方法[J].华中科技大学学报,2012,40(A2):60-63.

(编辑 李秀敏)

The Hierarchical Management of Product Information Baesd on MBD

XIE Kun-feng， JIANG Kang， CAO Wen-gang， YE Wei-Sheng

(School of Mechanical Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

In the view of the MBD information of the 3D CAD model that is complex and difficult to manage, an information management method of 3D CAD model based on definition is proposed. By the technology of the secondary development of Pro/E,the information of 3D CAD model is extacted and classified. Next, the MBD information of 3D CAD model is displayed on the MFC interface by hierarchical management. Finally , an example is given to verify the effectiveness and practicability of the approach.

MBD;secondary development of Pro/E;extraction;hierarchical management;MFC

1001-2265(2017)05-0146-03

10.13462/j.cnki.mmtamt.2017.05.039

2016-09-06；

2016-10-21

国防基础科研重大项目资助：雷达结构CAD/CAE转换接口(A1120131044)

谢坤峰(1987—)，男，河南周口人，合肥工业大学硕士研究生，研究方向为数字化集成制造，(E-mail)xkf_wy15@163.com；通讯作者：曹文钢(1957—),男，合肥人，合肥工业大学教授，研究方向为计算机辅助设计与制造，(E-mail)cao_wengang@163.com。

TH161;TG506

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