謝坤峰，姜 康，曹文鋼，葉維生

(合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，合肥 230009)

基于模型定義的產(chǎn)品信息分層管理方法*

謝坤峰，姜 康，曹文鋼，葉維生

(合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，合肥 230009)

針對(duì)基于模型定義的三維CAD產(chǎn)品的模型信息繁雜、難以管理的特點(diǎn)、提出了基于模型定義的信息分層管理的方法。首先利用Pro/E二次開(kāi)發(fā)技術(shù)，提取三維CAD模型信息并將信息進(jìn)行分類(lèi)；其次從分層管理的角度，將三維CAD模型MBD信息在可視化界面上予以展示,方便信息的查詢、刪除和修改。最后通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證該信息管理方法的有效性和實(shí)用性。

基于模型定義；Pro/E二次開(kāi)發(fā)；提??；分層管理；可視化界

0 引言

基于模型定義(MBD)是波音推行的新一代產(chǎn)品定義方法[1]。它的主要過(guò)程是：基于產(chǎn)品定義的特征來(lái)對(duì)三維產(chǎn)品模型信息進(jìn)行表示，用文檔的形式來(lái)對(duì)三維產(chǎn)品模型進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、分析和制造過(guò)程所需要的信息融為一體，即在三維實(shí)體模型上，表達(dá)完整的產(chǎn)品信息，將產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到成品所需信息(設(shè)計(jì)信息和制造信息)完整地在三維數(shù)字化模型上進(jìn)行定義。用三維圖來(lái)取代傳統(tǒng)的二維圖，保證產(chǎn)品信息的一致性，方便了設(shè)計(jì)人員和制造人員的交流。MBD不是簡(jiǎn)單地將三維標(biāo)注和三維模型結(jié)合起來(lái)，而是將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)幾何信息和制造非幾何信息集成起來(lái)，這樣既減少了對(duì)上下游信息系統(tǒng)的依賴，也使產(chǎn)品各個(gè)環(huán)節(jié)所需要的信息有效的集成，從而保持有效的連接。它將一些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范應(yīng)用到產(chǎn)品定義中去，來(lái)更好地表達(dá)產(chǎn)品設(shè)計(jì)思想，這樣是設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中存在的信息壁壘被打破，其集成的設(shè)計(jì)制造信息能夠有效方便地為設(shè)計(jì)人員和工程人員所解讀，而不是傳統(tǒng)的二維圖的表現(xiàn)方式很難被制造人員所解讀，這樣是設(shè)計(jì)和制造過(guò)程有效地集成，解決了信息傳遞的問(wèn)題。MBD技術(shù)已成為復(fù)雜產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)和制造的發(fā)展方向之一。

當(dāng)前我國(guó)制造企業(yè)中以二維工程圖和三維模型共存的形式存在。二維工程圖用來(lái)定義幾何信息和非幾何信息，三維CAD模型用來(lái)描述幾何形狀信息，使得設(shè)計(jì)和制造分離。不利于工程人員和設(shè)計(jì)人員的信息交流，這和世界制造趨勢(shì)有一定的差距，全三維模型數(shù)據(jù)信息集成已成為未來(lái)的趨勢(shì)，但是在CAD/CAM進(jìn)行數(shù)據(jù)集成時(shí)，三維標(biāo)注信息繁雜、難以管理。使設(shè)計(jì)者和制造者很難管理所需要更改和制造過(guò)程中所需要的信息，為了使設(shè)計(jì)者和制造者方便對(duì)MBD信息的管理，對(duì)三維模型信息方便地使用。本文針對(duì)模型信息管理的困難，在Pro/E二次開(kāi)發(fā)技術(shù)和分析模型的圖層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上，提出了產(chǎn)品信息的分層管理方法來(lái)對(duì)模型信息進(jìn)行分層管理，通過(guò)提取產(chǎn)品信息，并將這些信息以類(lèi)別的形式和圖層相結(jié)合，極大提高了信息管理效率，通過(guò)實(shí)例來(lái)驗(yàn)證該方法在信息管理問(wèn)題上優(yōu)勢(shì)。

1 三維CAD模型MBD信息的提取

CAD模型是基于特征定義而成的，在Pro/E中所建立的模型，其中特征是它的基礎(chǔ)，在創(chuàng)建模型時(shí)，遵循整體的設(shè)計(jì)意圖，按照Top-Down的順序創(chuàng)建特征，由各特征組成的組合體便組成了零件模型，這就是Pro/E基于特征定義的造型原則。由此可知，零件模型是由若干個(gè)特征組成的，如果得到組成零件模型特征的相關(guān)信息，就能獲取零件所包含的幾何和非幾何信息，因此提取零件模型的信息的問(wèn)題就變成了提取零件所包含特征的相關(guān)信息的問(wèn)題。零件的相關(guān)特征主要包括幾何造型特征和非幾何特征。

1.1 遍歷模型特征

因?yàn)镃AD模型中包含若干個(gè)特征，其包括幾何特征和非幾何特征，要獲得CAD模型的MBD信息，需要對(duì)模型的特征進(jìn)行遍歷，根據(jù)特征的類(lèi)型，對(duì)遍歷的特征進(jìn)行篩選，篩選出非幾何特征，Pro/E提供了二次開(kāi)發(fā)工具和相應(yīng)的遍歷函數(shù)來(lái)對(duì)模型進(jìn)行遍歷[2-4]。其遍歷流程圖如圖1所示。

圖1 特征遍歷流程圖

1.2 MBD信息的獲取

在MBD信息的提取過(guò)程中，ProToolkit封裝了可以訪問(wèn)Pro/E底層數(shù)據(jù)資源的庫(kù)函數(shù)和頭文件，在Visual studio 2008上進(jìn)行資源文件和程序文件的編寫(xiě)來(lái)對(duì)這些函數(shù)調(diào)用，生成可執(zhí)行文件，可執(zhí)行文件在Pro/E上注冊(cè)并運(yùn)行，來(lái)對(duì)MBD信息進(jìn)行提取[5]，由于不同的類(lèi)型的標(biāo)注信息，所對(duì)應(yīng)的函數(shù)也是不同的。所以選擇相應(yīng)的函數(shù)，提取這些標(biāo)注信息，這些信息基本可以涉及到標(biāo)注中常用的信息。

2 MBD信息的管理

對(duì)于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中， 三維標(biāo)注信息較多， 全部顯示在三維模型上形成了三維標(biāo)注信息的“ 刺猬” 現(xiàn)象， 造成了三維標(biāo)注信息的識(shí)別性差。需要對(duì)眾多的三維標(biāo)注信息進(jìn)行管理。本文借助視圖層與信息層相關(guān)聯(lián)的思想，通過(guò)層與層狀態(tài)的關(guān)聯(lián)組合來(lái)實(shí)現(xiàn)標(biāo)注信息的有機(jī)組織和分層管理， 即首先將MBD信息根據(jù)類(lèi)別分為信息層，其次在三維環(huán)境中構(gòu)建如同二維圖的各個(gè)視圖， 在每個(gè)視圖中添加屬于該視圖的各層類(lèi)別標(biāo)注內(nèi)容， 并通過(guò)可視化界面來(lái)控制該視圖中標(biāo)注內(nèi)容的顯示，而且可以通過(guò)可視化界面對(duì)各類(lèi)信息進(jìn)行操作，例如查詢、刪除、替換等操作，最后對(duì)MBD信息以表的形式存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)。所以對(duì)MBD信息的管理，主要包括三個(gè)步驟：數(shù)據(jù)的分類(lèi)、數(shù)據(jù)的分層管理和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

2.1 數(shù)據(jù)的分類(lèi)

在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，主要包括的信息是產(chǎn)品的幾何信息和非幾何信息，即有關(guān)于產(chǎn)品零件形體形狀的設(shè)計(jì)信息，以及生產(chǎn)產(chǎn)品過(guò)程中所涉及的制造信息，本文所提取的MBD信息主要包括設(shè)計(jì)信息和制造信息。首先對(duì)設(shè)計(jì)和制造信息進(jìn)行分類(lèi)，設(shè)計(jì)信息主要包括產(chǎn)品零件的基本尺寸、尺寸公差、幾何公差等信息，制造信息主要是指產(chǎn)品生產(chǎn)加工過(guò)程中，所涉及到的加工設(shè)備類(lèi)型、設(shè)備數(shù)量、刀具參數(shù)和加工工藝等信息，如技術(shù)要求、表面處理、加工信息、工藝基準(zhǔn)、夾緊定位等信息。如圖2所示。

圖2 MBD信息的分類(lèi)

2.2 MBD信息分層管理

在Pro/E中，軟件自帶幾種的默認(rèn)分組的圖層，既沒(méi)有與視圖相互對(duì)應(yīng)的特定圖層，也沒(méi)有按照信息的類(lèi)別進(jìn)行視圖的構(gòu)建，不利于后續(xù)工作的展開(kāi)。本文基于Pro/E5.0軟件，應(yīng)用Pro/Toolkit工具包和VS2008程序開(kāi)發(fā)工具，開(kāi)發(fā)出MBD信息管理程序，將視圖層和信息層關(guān)聯(lián)起來(lái)，并提取MBD信息顯示在可視化界面上，其組成模塊如圖3所示。

圖3 信息分層管理

(1)視圖層定義

Pro/E軟件的注釋模塊自帶視圖定義功能，可以建立主視圖、后視圖、左視圖等六個(gè)視圖以及自定義視圖[6-8]。由于不同的產(chǎn)品零件模型所需的視圖數(shù)是不同的，本文提出了一種新的視圖數(shù)定義公式，來(lái)定義各個(gè)零件所需要的視圖數(shù)，基于模型定義的產(chǎn)品信息三維表達(dá)相比于傳統(tǒng)的二維工程圖而言，是一種全新的產(chǎn)品信息定義和傳遞的方式，所以提出視圖表達(dá)公式為:

3D=2DX+Y

式中：D為信息表達(dá)的維度；X為信息表達(dá)所需視圖的個(gè)數(shù)；Y為信息表達(dá)的輔助手段。通過(guò)這個(gè)公式，就可以定義視圖層的個(gè)數(shù)。

(2)信息層定義

經(jīng)過(guò)上步視圖層的定義之后，確定了視圖的個(gè)數(shù)，然后根據(jù)信息的類(lèi)別，由于每個(gè)視圖都有不同種類(lèi)的信息，這樣我們可以根據(jù)信息的類(lèi)別數(shù)來(lái)確定信息層數(shù)來(lái)完成信息層的定義，Pro/E開(kāi)發(fā)工具包，提供了信息層創(chuàng)建函數(shù)ProLayerCreate()來(lái)創(chuàng)建信息層，以主視圖為例，在主視圖上建立信息層 ，如圖4所示為信息層建立窗口，圖5為信息層建立實(shí)例。

圖4 信息層建立窗口

圖5 信息層建立實(shí)例

(3)可視化界面進(jìn)行分層控制

經(jīng)過(guò)上面的視圖層和信息層的建立，將視圖層和信息層進(jìn)行關(guān)聯(lián)，在可視化界面上進(jìn)行分層控制[9-10]。利用Pro/E的二次開(kāi)發(fā)工具，利用Pro/E自帶的UI窗口設(shè)計(jì)函數(shù)，采用列表函數(shù)ProUIListActivate()開(kāi)發(fā)出MBD信息分層顯示的可視化界面，將不同的類(lèi)型的MBD信息，以層的形式顯示在可視化界面上。用戶可以在可視化界面上點(diǎn)擊的不同的按鈕，來(lái)對(duì)不同視圖的MBD信息進(jìn)行操作，進(jìn)行顯示控制，進(jìn)行分層管理。

2.3MBD信息的存儲(chǔ)

通過(guò)前面的模型的遍歷，可以提取MBD信息，顯示在可視化界面上，通過(guò)可視化界面上的儲(chǔ)存按鈕，以表格的形式把提取的模型信息儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，其中表格用數(shù)據(jù)庫(kù)建立尺寸、公差和制造信息數(shù)據(jù)表，分別儲(chǔ)存尺寸公差信息、幾何公差信息、制造工藝信息。其字段內(nèi)容如圖6～圖8所示。信息儲(chǔ)存采用ADO方式連接數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用程序、配置數(shù)據(jù)源，指定數(shù)據(jù)庫(kù)儲(chǔ)存路徑。Pro/Toolkit應(yīng)用程序從Pro/E內(nèi)部環(huán)境中將提取相關(guān)信息寫(xiě)入表中。

圖6 尺寸數(shù)據(jù)信息

圖7 幾何公差數(shù)據(jù)信息

圖8 制造數(shù)據(jù)信息

3 實(shí)例

以Pro/E環(huán)境下建立的汽車(chē)油機(jī)連桿為例，開(kāi)發(fā)MBD信息管理程序?qū)Ξa(chǎn)品模型MBD信息進(jìn)行管理，并且將產(chǎn)品模型的MBD信息以層的方式顯示到對(duì)話框上，如圖9所示。在可視化顯示界面上，用戶可以選擇要顯示的視圖以及要顯示所需要類(lèi)別的信息顯示在視圖上，同時(shí)在列表框中顯示所選類(lèi)別信息的詳細(xì)信息。這樣可以方便用戶根據(jù)信息類(lèi)別以層的形式對(duì)MBD信息進(jìn)行分層管理，提高了信息管理的效率。

圖9 MBD信息管理實(shí)例

4 結(jié)論

基于模型定義的信息管理可以方便用戶對(duì)模型信息的管理，它的最大優(yōu)勢(shì)就是用戶可以將模型的MBD信息以層和信息類(lèi)別的形式相結(jié)合，將MBD信息以層的形式顯示在視圖上，使用戶可以以類(lèi)別的形式對(duì)信息進(jìn)行管理，當(dāng)然也有了新的要求， 即快速準(zhǔn)確從MBD模型中得到自己需要的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在在數(shù)據(jù)庫(kù)中之后，如何向下游傳遞數(shù)據(jù)信息，作為下游環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)處理的依據(jù)。

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(編輯 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

國(guó)防基礎(chǔ)科研重大項(xiàng)目資助：雷達(dá)結(jié)構(gòu)CAD/CAE轉(zhuǎn)換接口(A1120131044)

謝坤峰(1987—)，男，河南周口人，合肥工業(yè)大學(xué)碩士研究生，研究方向?yàn)閿?shù)字化集成制造，(E-mail)xkf_wy15@163.com；通訊作者：曹文鋼(1957—),男，合肥人，合肥工業(yè)大學(xué)教授，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造，(E-mail)cao_wengang@163.com。

TH161;TG506

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