三维数字化模型质量检查技术研究

作者：张智普． 陈海华

随着三维CAD数字化技术在各行业产品研制中的大规模应用，产品的设计效率和设计质量得到了极大的提高。但是，随着新的设计、制造方法和模式的应用．同时也带来了一些新的问题。其中三维数字化设计数据规范性就是个非常突出的问题。

三维数字化设计数据不规范会导致建立的模型质量不高。而且会在后续应用过程中产生大量问题。例如存在微小元素和微小线段、无用的曲面片、空洞、有多个实体等等。这些问题主要是CAD软件使用者在建模过程中采用不当的方法、忽视数据质量造成的。同时CAD系统中，也存在这样的潜在因素。

传统的以人工检测(即标准化审查)为主的数据质量检测方式不仅效率低下、随意性较大，更为严重的是有些质量问题靠人工是根本检测不出来的，这种传统方式存在相当大的局限性。

随着CAD／CAM应用的逐步深入．部分企业和科研机构已经意识到了三维数据质量控制的重要性，部分企业已经制定了相关的企业标准，比如航天三院就制定了Q／SB333．1—2006 UG三维设计基础规范，广西玉柴机器股份有限公司就制定了Q／YC5033((玉柴UG三维建模和制图规范》企业标准，并明确要求必须对三维数据质量进行检查。

因此在现代的数字化设计与制造环境下．迫切需要一种人工智能和自动化(或半自动化)的三维设计规范性工具来对三维数据进行规范性控制。来避免后续问题的出现，提高三维数字化模型的设计质量和标准化审查的工作效率。

1．1 改变传统的标准化审查方式

目前大部分企业对产品三维设计的标准化、规范化审查方式还依然采用人工的方式。这种传统的方式成本高、效率低，而且有些模型几何方面的错误采用人工方法是无法检查到的，通过使用CAD建模标准化审查工具，不但可以检查单一的CAD数据文件，也可以进行批量审查，在很大程度上提高设计效率，不易产生错误，而且可以通过相关的统计工具对出现的错误进行统计。帮助企业完善相关的企业标准。

1．2 提高产品设计的标准化、规范化

不一致、不精确、不完备的设计和建模操作将引发大量问题：

1)产品的缺陷往往在制造甚至使用阶段才能被发现；

2)设计人员不同的操作习惯使团队协作受阻；

3)为PLM等系统对数据的管理带来了麻烦。

本项目的研究和应用。就是为了解决上述产品设计中遇到的问题，为提高产品开发的效率、缩短开发周期、降低开发成本，从而提高市场竞争力。

本项目将依托CAD应用相关的国家标准、国家军用标准及航天三院企业标准的内容，把相关的标准要求设计成航天三院标准化审查的准则，通过相关计算机开发软件将其来转化为计算机可识别的自动化检测项目。从而实现对CAD模型数据的实时与事后的质量审查。

2．1 三维数字化设计数据质量检查项目的研究与确定

认真研究国家、航空、三院标准规范要求，在此基础上整理出三维设计数据质量检查项的集 合，认真调研并切实了解各个部门的需求和产品的设计规范要求．不断充实和完善三维设计数据质量检查项集 合，全面掌握各个部门对检查项集 合和软件功能的需求，以此为依据进行软件功能设计和开发。表1至表10为主要研究的标准和设计规范化的检查项目(主要包括基本规范要求、实体建模的规范化要求、装配建模的规范化要求、工程制图的规范化要求部分)以及几何数据质量检查项目(包括草图检查、实体体征检查、曲线检查、曲面检查、拓扑检查)。

2．2软件功能结构和体系架构的确定

通过有与相关单位及合作方多次讨论．深入调研．确定了软件的功能结构和体系结构。功能结构如图1所示：

基本规范要求主要包含以下检查项：

◆检测集和检测判定值的自定义。检测集的自定义提高了软件的适用范围．能保证软件根据行业、企业要求定制本行业或企业自身的检测标准集；判定值的自定义提高了软件的使用灵活性，保证了检测标准可以根据产品型号、生产时间等进行调整。

◆多种检测方式。单个文件交互检测和多个文件批量检测方式的应用能保证在第一时间件将检测结果通知设计者，提示其进行更改；并且能提高标准化审查部门的检测效率和检测准确度。提高了建模质量和产品生产效率。

◆以菜单形式无缝集成与UG平台。交互检测程序根据UG平台提供的二次开发接口程序，以菜单形式无缝集成到UG平台中。保证了检测程序与UG平台的一致性。由于检测程序是无缝集成到UG平台，实现了检测结果与UG模型的即时交互性能，使检测结果能在UG模型中高亮。方便设计人员及时更改错误特征。

◆检测结果的统计、分析。对一个或多个检测报告文件进行统计分析，按不同的关键词段．显示统计后数据表及统计图，并结合三院标准给出数据文件的质量评价结合每项错误的特点和出现概率，设定每项错误的评价系数，并在统计计算中引入这一指标．提供更加客观的评价。

体系结构如图2所示：

由图2可看出本软件是采用C／S结构。服务器端部署检测集、检测项和检测值数据库，客户端进行检测操作。检测集和检测项的C／S结构设置，能够保证同一个检测集在局域网内多点访问。

我们与相关合作单位开发了此检测软件以某型号的关键件为基础针对该软件进行了应用，该软件客户端程序以菜单形式与UG无缝集成。在UG环境下，对当前打开的模型文件进行检测。执行检测前，先根据检测要求选择检测集，检测完毕后检测结果直观的显示在程序中。点击检测结果中的检测项，改项对应的不符合要求的模型特征名会显示在列表中．同时点击不符合要求的模型特征名，改特征会在模型中高亮显示。并且可以将需要统计的检测结果保存下来，进行统计、汇总。对于设计人员，还可以根据高亮的不符合要求的特征进行更改，更改后在该检测项上点击右键就可以进行再检测。

该软件的服务器端主要是将检测项目集统一部署在数据库服务器中,实现了多UG共享一套检测项目集管理程，同时也保证了不同检查人员在进行模型检查时调用的是同一数据。 保证了检查数据文件的唯一性，和检测结果的统一性。

检测项目集管理程序主要功能有：

◆用户权限设置：设置对检测项目集的查看、编辑、删除、新建的权限；

◆新建检测集：可根据不同部门、不同产品、不同型号配置检测项的数目和判定值：

◆检测集配置：该模块可对检测项目集及其检测项进行增加、删除、查看、编辑操作；

◆自定义判定值：可按照实际需求对检测项的判定值进行自定义；

◆自定义错误级别：可自定义每个检测项的错误级别。可在统计汇总模块中可错误级别进行统计汇总。

在数字化设计与制造环境下，CAD数据是信息的源头．CAD数据的质量好坏直接影响到后续的相关工作及最终产品的质量。以往的产品检验方式是“守候检验”。当发现产品质量有问题时企业损失已成为事实，无法弥补。所以我们需要在产品的初始阶段——设计阶段就对产品的质量进行控制，将制定的设计标准和规范完整的贯穿于产品设计开发的过程之中，就可以保证高质量的三维模型的数据在整个产品的生命周期中传递和共享。

参考文献

【1】杨国强，危干军．企业三维设计规范的制定和实施【M】．航空标准化和质量．2003年1期．

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