航天结构标准件三维模型的构建与管理

◎北京宇航系统工程研究所 陈仁越 刘岭 周培 皮赞 赵博

航天结构标准件三维模型的构建与管理

◎北京宇航系统工程研究所 陈仁越 刘岭 周培 皮赞 赵博

目前，开展航天产品的数字化设计与制造，构建运载火箭、卫星等产品全箭、全星三维数字样机模型，开展各部件、系统之间的干涉检查、机构运动仿真、人机装配仿真、有限元仿真分析等在很大程度上提高了设计质量，降低了产品的研制成本，缩短了产品的研制周期，这些工作的开展均需要使用结构标准件三维模型。一个典型的航天产品中结构标准件的占用比例较大，且重复使用比重较高，因此需要建立航天结构三维标准件库，实现标准件的便捷使用和有效集中的统一管理，解决标准件三维模型由设计师个人构建造成的模型不规范、使用及维护过程缺乏统一管理等一系列问题。

标准件是严格按照国家、行业和企业标准设计与生产的零部件。标准件一般是从第三方采购，标准件使用仅仅是一个选用问题，主要关注标准件外形尺寸和质量特性。在未建立标准件库前，标准件三维模型由各厂所自行构建，甚至掌握在设计师个人手中，造成资源分散与信息不能共享，以及标准件三维模型重复建设等问题，极大地降低了数字化设计的效率，制约着三维数字化设计工作的开展。因此，需要建立统一的三维标准件库进行规范管理。

一、标准件库建设分析

航天结构标准件包括螺栓、螺母、铆钉等上千种零件，数据量非常大，因此需要在完成标准件建模的基础上构建灵活、高效、方便的管理系统。标准件库主要包括标准件使用和集中管理两大业务。

1.标准件使用

标准件使用指快速查找标准件，并装配到当前产品中，具体包括以下几个方面：

标准件查询。快速查询到所需标准件，可以是通过分类体系、优选目录、个人收藏夹，或者直接通过标准代号和名称查询。

标准件浏览。查看标准件示意图、规格数据、关联文档等信息，并通过可视化浏览了解此标准件的三维结构。

标准件装配。通过拖拽方式将已选定的标准件添加到当前产品，同时要求正确更新产品的BOM信息，如名称、代号、质量。

关联零件智能检索。智能检索与正装配标准件关联的零件，并快速添加到当前产品。关联零件是指在标准件使用过程中与之配套的标准件。

标准件快速替换。快速实现对当前装配模型中的标准件进行替换，这里的“替换”指同系列不同规格标准件之间的替换。

个人收藏夹。个人收藏夹是个人用户用于存储最近常用标准件链接的“容器”，可以提高标准件使用效率。

2.标准件管理

标准件库管理信息系统具体涉及以下几个方面：

分类管理。标准件分类体系是本系统组织和管理标准件的基础，按照GB、GJB、QJ等标准的分类体系和中国运载火箭技术研究院标准化管理规范建立标准件分类体系，并通过分类树实现。

优选目录管理。标准件优选目录是指在型号研制中考虑产品设计、生产和制造等多种因素而制定的标准件选用范围，要求系统能够为每个型号建立优选目录，并支持优选目录的维护和管理。

标准件维护管理。在具体的标准件建立、审核和发布中遵循标准化管理的相关流程，建模责任单位按照设计规范完成建模，保证标准件内容符合用户需求，经过审批后发布给所有用户使用。

生产企业与代理商管理。实现标准件生产企业与代理商的维护管理，要求保留开发接口与之集成，能够从物资管理系统中读取标准件供应商的信息。

系统管理。保证系统正常运行的系统管理功能，包括用户管理、权限管理、标准审核管理等内容。

二、标准件三维模型建模规范

1.建模的一般要求

航天结构三维标准件库构建必须制定一定的规范，不仅用于开始阶段的大量集中建模，而且要在后期根据使用需要进行增补。规范的一般要求主要包括：规定标准件三维建模使用的CAD软件及版本；定制标准件三维建模使用的模板，并填写相关参数；标准件三维模型主要用于数字样机模装、干涉检查，因此其外形尺寸不包含零件的工艺细节，按照相应标准中的尺寸系列进行三维建模；建模时应按照相应标准定义的材料密度进行设置，保证其质量属性正确，便于后期通过数字样机进行产品质量的计算和数字样机质心的确定；应规定标准件三维模型的颜色，反映在Pro/E中为具体的RGB值。

2.标准件三维模型的命名

标准件三维模型的命名需遵循易区分、便查找的原则。普通模型的名称由标准代号和状态名称组成，实例模型的名称由标准代号、规格和状态名称3部分组成。其中，状态名称用于区分同一标准件的不同材料，当标准件包括多种材料时，用材料的英文或拼音表示。

三、技术路线与系统架构

1.技术路线

在现有工作的基础上开发基于WEB的标准件库管理系统以及嵌入Pro/E的插件，方便用户在CAD环境下直接查找并使用标准件。用户将找到的标准件直接拖入到当前装配体即可实现对标准件的装配。

整个系统的实施主要包括以下几个方面：

标准件基本信息与建模。标准件基本信息是BOM管理的基础，因此其包含的信息必须准确和完整。在BOM属性中，质量属性是一个焦点问题，主要原因是Pro/E本身可以自动根据材料属性和零件体积计算零件质量。当零件建模满足一定要求时，此计算结果为准确结果，而当零件进行简化和变形处理后，此模型质量将不再准确。因此建议在零件属性中增加质量属性，添加标准规定的质量信息。

BOM编码问题。标准件通过标准代号和规格信息进行标识，在工程图设计中也采用此方式标识标准件。

标准件模型存储。所有的标准件三维模型全部存储在Pro/ INTRALINK8.0文件服务器中，即基于Pro/INTRALINK构建文件管理模块，实现对文件模型的管理与维护。

标准件规格参数存储。采用标准模型文件管理和标准数据管理分离的技术，构建独立的标准数据管理模块，实现对标准件分类、规格参数、优选目录等信息的集中管理，与Pro/ INTRALINK系统实现紧密集成，并保证系统的独立性和扩展性。

标准件查询使用。基于数据库技术实现标准件模型的快速检索，并提供三级检索技术，提供基于模糊查询的直接检索与关联零件检索，提供个人收藏夹，实现对常用零件的快速访问。

标准件优选。采用基于目录的优选技术，实现标准件优选管理。基本思路是针对型号研制建立相应的优选目录。

标准件审批流程。标准件建立、发布和使用遵循一定的管理规范，维护人员建立标准件参数模型，并输入必要的参数化信息。审核人员登录进行审核，批准后转为发布状态，即可被所有用户使用。

标准件库安全管理。实行系统管理员、产品管理员、普通用户“三员管理”模式，通过建立安全用户角色保证系统的数据安全。

系统集成。INTRALINK8.0采用了Windchill技术架构，其自身的开发技术可以满足标准件模型存取的要求。Pro/E提供JLink接口技术，支持基于JAVA的开发技术，其开放性满足标准件库开发的要求。

2.系统架构

系统基于B/S架构（见图1），服务器端构建标准件管理的相关服务，客户端利用Pro/E内嵌的浏览器和通用浏览器即可实现访问标准件库，从中查询并添加相应的标准件到当前装配体。

图1 系统技术架构

3.系统技术特点

数据与模型分离。标准件规格数据存储于系统数据库中，三维模型存储于Pro/INTRALINK服务器，实现了单一数据源。

与Pro/INTRALINK紧 密集成。将所有的三维模型存储于Pro/INTRALINK 服务器，保证标准件在产品设计中的正确应用。

支持多种CAD系统。可以管理多种CAD 文件，便于系统扩展。

提供标准的开放接口。作为基础数据库之一，提供WebService的标准接口，为其它系统提供数据和模型。

标准件三维模型管理是一项繁琐而重要的工作，涉及的模型较多、数据量大，容易出现错误，造成质量问题。同时标准件三维模型管理属于基础性建设，需要投入较多的人力、物力。北京宇航系统工程研究所的标准件库建立完成后运行良好，收到的效益可观，一方面较大地提高了设计效率和产品质量，同时还将建成的标准件库转让其它单位进行共享，产生了较高的经济效益。