MBD模型质量自动化检查技术研究

戴 霖

(中国直升机设计研究所，江西 景德镇 333001)

0 引言

基于模型的数字化定义技术(MBD)是将产品的所有相关工艺描述、属性和管理等信息都附着在产品三维模型中的先进数字化定义方法[1]。随着直升机设计能力及计算机技术的不断发展，MBD技术已应用于直升机产品研发的整个过程中，MBD模型成为设计生产制造检验过程的唯一依据，但由于MBD模型包含几何、属性、标注等各类信息较为复杂，很容易出现质量缺陷，必须要对模型质量进行检查以确保模型的准确性。所谓模型质量是指产品数字化模型在并行工程和协同设计环境下，在数据交换过程中能准确表达对象信息的能力[2-4]。

为有效实现模型质量检查，国内已陆续开展了一系列研究和应用，邓高见针对机械产品CAD数据进行了数据质量检测技术的研究[5]；张家栋在《CAD模型验证系统的研究与实现》一文中分析了模型的主要质量缺陷并提出了模型验证系统的总体方案[6]。王宁等通过CATIA软件二次开发实现了模型质量检查系统并进行了应用[7]。

在直升机研发中，主要采用CATIA作为CAD设计工具，并在MBD模型质量工具Q-Checker的基础上进行定制与开发，形成了直升机模型质量检查系统。当前，直升机设计过程中已应用此系统对设计模型进行质量检查，但现有模型质量检查的模式存在以下问题：

1)全部采用人工主动检查模式，效率不高，设计员工作量大；

2)无法强制对由产品数据管理系统进入产品数据审签和发放的数据进行检查，从而无法确保进入下游部门模型质量，影响研发整体质量。

为解决这些问题，本文对现有MBD模型质量检查技术及其内容进行了总结，提出了一种基于CATIA及ENOVIA VPM平台的模型质量检查工作模式，并通过开发将MBD模型质量检查系统与PDM系统及产品数据审签系统集成，实现MBD模型的自动化强制检查，确保通过审签发放的MBD模型的正确性。

1 MBD模型质量自动化检查模式

直升机数字化研制过程中产生的MBD模型数据全部由产品数据管理系统(PDM系统)进行管理，当模型需用于制造时，从PDM系统中提取出来进入产品数据审签与发放系统发放给下游单位进行制造。设计员需在模型存入PDM系统前主动使用模型质量检查系统对模型进行检查。这种应用模式如图1所示。

图1 现有MBD模型质量检查模式

该种应用模式，将耗费设计员较多时间，设计员如不能及时自主使用模型质量检查系统进行模型质量检查，将给整体设计质量带来隐患。需设计一套自动化检查模式，使得所有正常进入产品数据审签与发放的MBD模型均强制进行质量检查。同时，对检查模板进行调整，根据设计阶段和进度对二维图及三维MBD模型分别进行检查项的整合与检查模板的定制。

为达到自动化检查的目的，进行如下自动化检查模式设计：

1) 定义模型的PDM自定义属性参数“模型检查属性”，属性值为真或假；

2)PDM系统中集成模型质量检查工具进行定时批量检查，根据检查结果对“模型检查属性”赋值；

3) 产品数据审签系统中提交审签时，对“模型检查属性”进行读取，并根据属性值判断是否提交成功。

该模式如图2所示。

图2 MBD模型质量自动化检查模式一

以上模式针对设计过程中设计员未使用Q-Checker进行检查，直接进行模型的保存，并在一段时间后进行模型提交审查的场景。

在直升机设计过程中，除以上场景，还存在两种应用场景：

1) 对于部分紧急数据，需立即进行审签并发放给下游单位；

2) 对于审签驳回的数据，需重新设计并立即进行审签并发放给下游单位。

对于这两种使用场景，前文提供的自动化检查模式还不足以实现，需对其进行补充。即在进行MBD设计时需主动使用模型质量检查系统进行检查，并开发PDM SAVE模块，在MBD模型进入PDM系统时，对MBD模型质量检查与否进行判断，并把检查结果赋值给“模型检查属性”。该模式如图3所示。

图3 MBD模型质量自动化检查模式二

2 MBD模型质量自动化检查技术实现与验证

为实现前文所述MBD模型质量自动化检查模式，需将模型质量检查系统与PDM系统、产品数据审签系统进行集成。该集成需进行3个子模块功能开发，即“PDM Save子模块”、“后台批量模型质量检查子模块”和“产品数据审签系统判断子模块”。当前，国内直升机设计中主要采用ENOVIA VPM作为产品数据管理系统。为实现3个子模块功能，使用组件应用架构(CAA)对CATIA及VPM系统进行二次开发。

2.1 PDM Save子模块

该模块主要实现模型文件保存至VPM系统中时对QC属性进行判断，并根据QC值对“模型检查属性”进行赋值。其中，QC属性为模型质量检查系统在检查过的模型上生成的MBD模型自定义属性参数，QC属性记录检查结果，如果检查结果为正确，则QC属性值为“IO”，反之，则QC属性值为其他值。“模型检查属性”为布尔值(取值为“真”或“假”)，默认为假。

该开发过程需调用模型属性接口用于模型属性的读取和赋值：CAAPstAllProperties。子模块开发原理如图4所示。

图4 PDM Save子模块开发原理图

2.2 产品数据审签系统判断子模块

该模块主要实现对“模型检查属性”的判断，在产品数据审签系统中进行程序开发，在提交审签时，调用CAA API“模型属性接口”读取MBD模型的VPM自定义参数“模型检查属性”，如果值为“真”则进入审签，反之则报错驳回。子模块开发原理如图5所示。

2.3 后台批量模型质量检查子模块

该模块主要实现后台定时批量检查和“模型检查属性”的赋值，使得模型质量检查系统与VPM紧密集成，是自动化检查的关键步骤与核心技术。

图5 产品数据审签系统判断子模块开发原理图

该模块需要在Q-PLM产品的基础上进行开发。程序以某一时间为触发点，在PDM系统中创建文件共享空间，将电子仓库中的符合时间范围要求的模型文件通过接口复制到该文件共享空间，然后通过Web Service接口向Q-PLM发送包含模型所在路径、模型名称、检查模板、模型版本及作者等信息的info.xml文件，Q-PLM将文件解析处理成QC.in文件后将在后台打开模型质量检查系统进行批量模型检查。检查结束后，程序对检查生成的QC.out文件进行解析，提取检查结果对应参数，并根据该参数对“模型检查属性”值进行赋值。同时，对由Q-PLM生成的Bat.xml进行解析，获取报告文件并挂载至VPM系统零件对应节点下。该集成需调用模型自定义接口ListPartModel用于模型文件的获取与改名，调用模型属性接口用于模型属性的读取和赋值。子模块开发原理如图6所示。

2.4 模型质量检查技术验证

根据以上研究，将模型质量检查系统与VPM系统、产品数据审签系统进行集成开发，形成了直升机MBD模型自动化检查模式。同时，根据直升机MBD模型规范要求，定制了用于在VPM端自动批量检查及CATIA端自主检查的零件及二维图检查模板。模型进入VPM系统后，自动依据检查模板按时生成了模型质量属性，并在审签系统中进行判断，保证了通过审签与发放的MBD模型的质量。通过该模式检查的MBD模型属性结果如图7所示。

图6 后台批量模型质量检查子模块开发原理图

图7 MBD模型质量属性赋值情况

3 结论

MBD模型数据是直升机数字化研制过程中的单一数据源，其质量的优劣直接影响后续的相关工作以及最终产品的质量，直升机研发中现有的模型质量检查模式效率较低、无法强制执行。本文在现有MBD模型检查技术的基础上，将MBD模型检查工具与VPM系统和产品数据审签流程进行集成，实现了MBD模型的自动化强制检查,提高了检查效率，并充分保证了发放至下游制造单位的模型的质量，有助于减少由于模型质量引起的产品设计及制造过程中的反复，缩短产品研制周期。