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协同研制环境下设计数据的快速修复方法研究

2018/10/12    来源:e-works    作者:何永乐  姚从光  陈子鸣      
关键字:数据修复  协同研制  PDM系统  Creo二次开发  
针对企业协同研制环境下设计数据的质量问题,本文提出了设计数据的快速修复方法,并在现有的设计软件的基础上开发了快速修复工具。通过实际应用,验证了设计数据的快速修复方法的有效性和可行性,为提高产品设计效率和质量提供了技术支撑。

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1 前言

    随着企业数字化应用工作的深入,自顶向下设计方法和全三维协同设计方法逐步成为了企业产品研发设计的主流设计方法,得到了设计人员的广泛青睐。然而随着企业新旧产品的更迭、设计软件更新以及数字化标准的逐步完善,产品的研发设计遇到以下2点问题:

    (1)旧模型数据重用率低,制约着产品的研发设计。由于PDM系统和结构设计软件的更新换代,导致新旧模型数据分别隶属在两个系统中进行管理,旧的历史数据不能得到有效的利用,重复建模工作消耗设计人员大量时间。

    (2)旧模型、外部模型及异构模型因数据格式存在缺陷,难以适应新产品数据管理系统的要求,无法入库PDM系统中进行有效的管理,制约着PDM系统的应用和推广。数字化标准的更新和完善对产品数据质量提出了更高的要求,而历史数据和外部模型本身存在着格式缺陷和参数缺失等问题,难以上传至PDM系统进行管控。

    综上所述,可将问题的原因归结于设计数据的质量问题。尽管历史模型、外部模型及异构模型的数据格式可通过手工修复的方式解决,但大量且繁琐性的重复性劳动严重制约着产品的设计,影响着用户对PDM系统应用的积极性。目前,针对该问题的研究较少,且大都采用人为的定制参数列表的通用方式解决模型修复问题,操作繁琐,修复效率低,难以满足设计人员的需求。因此,本文针对协同研制环境下设计数据的快速修复问题开展研究,并基于设计软件的基础上进行软件的二次开发,验证方法的有效性和可行性。

2 产品协同研制模式及数据传递原理

    a)产品协同研制模式

    经历十几年的努力和探索,企业逐步建立并形成了特种车辆协同研制平台,下图为特种车辆协同研制平台体系框架。该协同研制平台以PDM系统作为数字化研制软件工具(系统)间的数据交换通道,实现产品研制数据的管控。它不仅为企业内部的产品设计提供协同研制,同时也支持车辆领域内各型号承研单位之间的协同研制,实现了型号研制产品数据单一源统一管理,有效地消除信息孤岛,提供了坦克特种车辆协同研制效率。

    在“十二五”期间,我院在国家资金支持下,在总结过去的经验的基础上,以新的军工数字化协同研制标准为依据,完成了特种车辆协同研制平台的升级换代,并实现了与各个业务系统和CAD/CAPP/CAE等软件的集成,实现了为科研型号研制模式转型提供了基础条件。下图为企业现行数字化协同研制平台及集成架构。

数字化协同研制平台及集成架构

图1 数字化协同研制平台及集成架构

    PDM系统以Windchill PDMLink为基础,实现文档管理、机电一体化产品结构管理、设计数据更改管理、设计数据转阶段管理等业务;Creo/Altium Designer/CHS等设计工具和PDM系统集成,实现设计数据的集中管控;PDM系统与工艺管理系统、多项目管理系统、软件配置管理系统、ERP系统、CAPP系统、MES系统等业务系统进行了集成,保证了产品数据源的唯一性、正确性和有效性。

    b)设计数据传递原理

    作为产品数据的唯一源头,设计数据贯穿着产品设计的全生命周期,其正确性将直接影响产品设计的质量和数据共享的正确性。产品的设计数据包括产品的几何模型(即三维模型和二维工程图)和参数信息(即属性信息),本文针对产品的结构设计数据为例进行说明。设计数据的传递(也称数据的检入)就是将产品的设计数据存放至PDM系统中的相应位置,通过相应的接口供其他设计软件或业务系统使用。

    模型参数是模型在产品数据管理过程中所需的参数属性,该属性通过CAD文档中参数列表传递至PDM系统中CAD文档和WTPart,其数据传递过程如下图所示。

协同研制环境下设计数据传递过程

图2 协同研制环境下设计数据传递过程

    为了保证数据格式的统一性,CAD中的参数属性统一定制在标准的设计配置包中,其具体的参数名称和含义(如下表所示)。

表1 协同研制环境下设计数据的模型属性列表

协同研制环境下设计数据的模型属性列表

3 设计数据的快速修复方法

    标准建模模板是依据企业建模标准和规范的要求以及业务需求,通过CAD软件构建的标准模型。在建模前,用户会自动调用该标准模型模板构建所需的模型,提升了建模的效率和数据的规范性,保证模型数据的完备性和唯一性。待修复模型通常指模型参数和参数关系式不满足标准模型的要求的模型,例如旧模型、外部模型以及异构模型等。此外,尽管有些模型中含有标准三维模型模板中的所有参数,但如果没有进行参数指定,则该参数属性和数值无法传递至PDM系统,导致参数的缺失,因此参数修复过程包含对参数的修复和参数的指定。

    设计数据的快速修复以标准建模模板(即标准模型)为依据,先对待修复模型与标准模型进行参数比对,然后对缺失的参数或者缺陷的参数进行自动修复,最后对待修复的模型的参数关系式进行对比和修复。具体步骤如下:

    Step1:读取标准模型三维建模模板中标准参数列表G、参数数量n和标准关系集Ra;

    Step2:打开待修复模型,读取参数列表T和关系集Rc;

    Step3:从标准参数列表G中读取第i(i=1,2,3,…,n)个参数,将该参数名称与待修复模型中的参数列表T中的参数名称进行比对,若第i个参数的名称在T列表中存在,则转Step4,否则转Step5;

    Step4:判定第i个参数的类型与T列表中对应的参数类型是否相同,若相同则转Step6,否则转Step7;

    Step5:在待修复模型中,新建第i个参数,并将参数进行指定,转Step7;

    Step6:修改待修复模型中与第i个参数相同的参数的类型;

    Step7:判定待修复模型中与第i个参数相同的参数是否被指定,若未指定则对参数进行指定,令i=i+1;

    Step8:判定i≤n是否成立,若成立则转Step3,否则转Step9;

    Step9:对标准关系式集Ra与模型关系集Rc进行比对,若成立,则转Step11,否则转Step10;

    Step10:将Ra集合添加至待修复模型的关系集合Rc中;

    Step11:待修复模型参数同步完成。

    具体设计数据的快速修复的流程如下图所示。

设计数据的快速修复的流程

图3 设计数据的快速修复的流程

4 设计数据的快速修复工具开发

    为了验证本文提出的模型修复方法的有效性和可行性,解决数字化协同研制平台应用中存在的数据质量问题,本文以PTC公司的Creo 2.0和Windchill 10.2为例,开展设计数据的快速修复软件开发。

    Creo是美国PTC公司于2010年10月推出CAD设计软件包。Creo是整合了PTC公司的三个软件Pro/Engineer的参数化技术、CoCreate的直接建模技术和ProductView的三维可视化技术的新型通用的CAD设计软件包,致力于解决CAD系统难用及多CAD系统数据共用等问题。基于Creo的二次开发就是利用Creo二次开发工具包,对Creo功能进行扩展的一种程序设计,其二次开发接口包括Program、用户自定义特征(UDF)、VB API、ProTookit、JLink等。Creo的通用开发框架分为数据层、业务层和表现层,数据层存放二次开发所需的业务逻辑数据,业务层为Creo软件原装系统应用功能,表现层则是展现给用户的实际操作界面,用户自定义UI界面将二次开发所包含的业务工具进行自定义,实现与Creo原装系统的无缝连接,自定义业务工具包含了业务部门所需的二次开发工具。Creo的通用开发框架如下图所示。

Creo的通用开发框架

图4 Creo的通用开发框架

    模型修复工具用于对数据格式有问题的模型(如历史模型数据和外部模型数据)进行修复。模型修复工具包括模型修复和高级修复两个模块,其中模型修复主要用于对单个模型或多个具有装配关系的模型进行修复;而高级修复则用于对本机某一目录下的模型文件进行批量修复,下图为模型修复的具体方案图。

模型修复工具建设方案

图5 模型修复工具建设方案

    在模型修复过程中,设计人员根据自身需要选择不同的修复模型,在在线状态下,设计人员先登录PDM系统,打开本机的存在缺陷的模型,选择普通修复模型,Creo将该模型和企业标准模型加载到系统内存中,然后将存在缺陷的模型与标准参数模型进行参数和关系逐一比对,对存在缺陷的参数和关系,系统将对其进行自动修复,并将修复后的模型保存至PDM系统工作区中,等待上传至PDM系统中。而在离线状态下,用户可采用高级修复模式,Creo将用户选择需要修复的目录文件夹下的模型载入到内存中,在将内存中模型逐一与企业标准模型进行比对和修复,修复完的模型将保存至本地目录下。下图是模型修复的整个流程。

模型修复工具应用流程

图6 模型修复工具应用流程

    通过采用本文提出的设计数据的快速修复方法、建设方案和应用流程,在Creo的通用开发框架的基础上开发的模型修复工具,如下图所示。设计师在将模型检入PDM系统前,运行模型修复工具,便将模型的参数和关系式进行快速修复,保证了产品设计数据的质量和模型入库PDM系统的效率。

参数列表的快速修复

图7 参数列表的快速修复

参数关系式的快速修复

图8 参数关系式的快速修复

5 结论

    本文以问题为导向,结合数字化协同研制平台的应用的实际需求,提出设计数据的快速修复方法,并以Creo为例开发了快速模型修复工具,验证了设计数据的快速修复方法的有效性和可行性。通过实际应用,该修复工具能够快速解决产品设计数据格式存在的质量缺陷,大大减轻了设计师的工作负担,保证了产品设计质量,提升了设计数据入库效率,为特种车辆协同研制平台的应用和推广提供了技术支撑。

责任编辑:程玥
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