全三维数字化研发模式下产品数据集成研究

全三维数字化研发模式的核心是产品开发手段和产品信息载体的全面三维化，即用-个集成的三维实体模型完整地表达产品定义信息，包括几何尺寸、公差、装配结构、表面粗糙度、表面处理方法等，以此作为设计、工艺和制造环节的唯-依据，实现设计制造的-体化。

随着数字化技术的迅猛发展，特别是三维CAD的日益普及，产品开发正朝着全三维数字化模式快速推进。当前，航空、航天、船舶、汽车、电子等行业企业已开始进行了全三维数字化设计与制造模式的应用试点，取得了较好效果nq。在全三维研发环境下，传统的产品数据分离、信息孤岛现象依然存在，而且以三维模型为核心的产品数据集更易产生不-致和冗余问题，严重影响了产品协同研发效率。

针对上述问题，本文研究了全三维数字化研发模式下的产品数据集成方法。首先提出了全三维数字化设计与制造集成框架，分析了全三维数字化设计与制造过程；然后建立了以基于模型定义 Model Based Definition，MBD 主模型为核心的产品数据集成模型，阐述了基于该模型的集成方法和实现；最后给出了全三维产品数据集成方法在雷达装备研制中的应用。

1 全三维数字化设计与制造集成框架本文提出的全三维数字化设计与制造集成框架涵盖数据集成、功能集成、过程集成和界面集成，实现了全三维环境下设计与制造的并行与协同，图l给出其体系架构。

界面集成层 web用户界面 -.j--·印囤窜国荜 过程集成层幽 由 由 由 卤 七'l产品结构获取 零部件属性信息读b 文档圈 。

- - l l -- 功能集成层 i 集成接口 自 由 崮 崮 豳 豳 ft数据集成层图1 全三维数字化设计与制造集成框架1数据集成层该层以MBD主模型为核心，包括产品全三维研发过程中的需求模型、功能模型、设计模型、收稿日期：2013-07-02基金项目： 十二五”国防基雌研计划 Al120131044；国防技术基雌研计划 Z312011B001，B3120131100作者简介：周红桥 1980-，男，博士，工程师，主要从事数字化设计、企业信息化理论与系统集成等方面的研究。

8O 第35卷 第g期 2013-09下 甸 似仿真模型、工艺模型和制造模型，涵盖了产品从概念设计、工程设计直到生产制造过程中的产品数据，实现了产品三维数据集的集成。

2功能集成层该层通过应用封装、接口开发、C0M组件开发等技术实现了产品设计与制造过程中各专业软件的功能集成，形成了各种功能组件，例如产品结构获娶零部件属性读写、文档圈阅等，这些功能组件-方面提取各专业软件生成的异构数据形成结构化产品信息，另-方面构成了过程集成的最小工作单元。

3过程集成层该层通过过程模型定义、过程实例运行、过程管理、过程优化、资源调度等方式驱动产品开发过程，实现了全三维数字化研发模式下人员、任务、数据之间的并行与协同。

4界面集成层该层为协同研发下的多角色、多用户提供了统-的Web工作环境。采用ActiveX等技术在Web界面嵌入专业软件界面，使得用户能够在熟悉的界面下进行操作，提高了业务效率。

2 全三维数字化设计与制造产品数据集成产品数据集成主要解决产品数据的共享和交换问题，它是全三维数字化设计制造集成的基矗2.1基于MBD主模型的产品数据集成模型针对全三维设计 与制造环境下的数据集特点，本文借鉴MBD思想，采用基于主模型的建模方法，构建了基于MBD主模型的产品数据集成模型。该模型如图2所示。

1主模型MBD主模型包含4个部分：产品结构信息、几何信息、标注信息和属性信息。其中，产品结构信息以树状形式描述了产品、整 部件、零件之间的装配父子关系。几何信息由三维实体模型中的几何模型、坐标系和基准等元素表达。标注信息和属性信息表达了非几何信息，包括在实体模型上无需手工或外部处理即可见的尺寸标注、公差标注、旗注信息、工程注释等元素，以及需通过查询获得的名称、标识、版本、审签等不可见元素。

主模型以产品结构为主线，通过产品结构树节点关联MBD数据集，实现产品结构信息、几何信息、标注信息和属性信息的集成表达。

2各领域应用模型与产品全生命周期研发各阶段相关的产品数据由相应领域应用模型进行表达。图2给出了需求分析、概念设计、工程设计、仿真分析、工艺设计和生产制造等阶段的产品数据模型。通过对主模型进行信息抽韧补充构建各领域应用模型，相关产品信息通过标注或属性等方式关联到实体模型，形成面向全生命周期的产品三维数据集。

各领域应用模型并不是孤立的，而是由过工市场需 求信息预期客 户信息竞争产品信息 l 制造模型 NC信息机床生产计划信息 MBOMMBD主模 型产品结构信息H 几何信息..- 标注信息 属性信息薹 l蓁 l 霎萎菱l 薹 ll垂蒌差耋茎l 耋l垂图2 基于MBD主模型的产品数据集成模型第35卷 第g期 2013-0g下 811 甸 似程协同手段实现产品数据的动态演化 ，例如从EBOM到PBOM、MBOM的转变反映了产品数据结构信息的演化；设计模型与仿真模型、工艺模型和制造模型的关联与继承性反映了产品几何信息的演化。

2.2全三维数字化设计与制造产品数据集成实现基于2.1节给出的产品数据集成模型，本文采用如图3所示的数据集成实现方法，其基本思想是采用XML技术对MBD数据集中的结构化信息进行组织，并与三维实体模型、图形符号等非结构化信息进行关联。

图3 全三维数字化设计与制造产品数据集成实现在图2所示的产品数据集成模型中，产品结构信息和属性信息通常是完全结构化的；标注信息则既包含了结构化信息，例如标注类型、标注值等，又包含图形符号等非结构化信息，例如工艺加工方法、刀具、量具、检具等符号；而几何信息-般来说是非结构化的，例如三维模型等。

全三维数字化设计与制造产品数据集成具体实现描述如下：首先，各专业软件产生的产品数据通过应用集成接口按照业务需求抽取出结构化信息，例如，通过MCAD软件提供的二次开发工具可以提取出装配关系、标注类型和标注值、各种参数等，这些信息以XML形式进行描述。其次，采用XML子节点、节点属性、文件包含等方式实现产品结构信息引用几何信息、标注信息和属性信息；最后，通过二次开发手段将标注图形信息、属性信息和产品结构信息嵌入到实体模型中，例Pro/E可采用自定义属性或外部数据扩展两种技术。

结构、工艺、仿真、制造等人员通过集成平台的数据视图接口抽取出相关信息构成特定的数据视图，此外，也可采用应用集成接口对MBD主模型进行信息补充，从而形成了各种领域应用模型。

821 第35卷 第9期 2013-09下用根据上述方法，项目组开发了原型系统--雷达工程协同设计平台。该平台以Windchil PDMLink 9.1和Pro/E Wildfire 5为基础，通过定制开发，实现了三维结构设计、三维工艺设计以及三维结构工艺数据的管理，如图4所示。

目前，该平台已在中国电子科技集团公司第三十八研究所工程技术部得到初步应用。通过建立基于MBD的集成平台，实现了全三维数字化研发环境下产品数据的-致存储和管理，为雷达结构工艺设计制造的并行与协同提供了重要支撑。

- ～ ； ： 曩 ： ： ；套 菇 - 舞 ≤ 慧～ ： 。 ： . ：l z ij 。 ： l盘 。 ： i： ： l图4 全三维设计制造数据集成与管理4 结束语针对全三维数字化研发环境下以三维模型为主要载体的三维数据集分散、孤立的问题，本文提出了-种基于MBD主模型的产品数据集成模型，并基于该模型实现了全三维设计制造数据的集成-发出的原型系统已在实际中得到应用，有效提升了产品数据集成的深度和广度，促进了全三维数字化研发模式的发展与应用。