三维标准件库的构建、管理及其应用实践

邓博文，林源

（西安航天动力研究所，陕西西安710100）

摘要：标准件是航天产品的重要组成部分，它的使用能减少产品设计中的重复性工作，提高产品开发效率，降低研制成本。企业若没有通用的三维标准件模型库，会使得三维标准件模型在使用和管理过程中存在很多问题。针对这些问题，基于Pro/E族表技术和Intralink平台设计了一套解决方案构建和管理三维标准件库，并在笔者单位应用实施，最终建立通用三维标准件库，其有利于企业三维设计的规范性和一致性，为今后的产品研发带来便利。

教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 ：三维标准件库；Pro/E；Intralink；航天产品

中图分类号：TN02?34 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）17?0139?03

0 引言

标准件是航天产品的重要组成部分，它的使用能减少产品设计中的重复性工作，提高产品开发效率，降低研制成本[1]。在以二维工程图为中心的传统研制过程中，设计师不需要对标准件进行任何设计工作，只需要根据国家或行业标准查找合适的产品代号选用即可。但在三维数字化研制过程中，除了开展产品本身三维建模设计外，为表现产品的真实细节，还需要设计合适的方案构建和管理三维标准件模型库，供设计师在数字样机虚拟装配过程中使用[2]。

如果没有通用的三维标准件模型库，会使得标准件模型在使用中存在以下问题：

（1）三维标准件模型的设计规则不统一，会给协作单位间的标准件传递带来严重障碍，同时给自动明细表的生成制造不少麻烦。

（2）三维标准件模型不能及时更新，给设计师在三维设计时的标准件选型带来很多麻烦，甚至影响设计和审查的顺利进行。

（3）标准件模型库的管理、维护不统一，导致三维标准件模型各自为政，管理混乱。

因此，三维标准件模型库的创建，不仅可以避免大量的重复建模工作，还有利于三维设计的规范性和一致性，提高发动机的设计效率，为设计和生产带来便利[3]。

1 三维标准件库的构建与管理方案设计

1.1 三维标准件库建库方案与流程设计

三维标准件不仅数量众多，且在构建时需要频繁查询各种设计手册和标准，因此它的构建费时费力；同时，随着网络信息技术的发展，标准件库的共享和权限控制也是各企业在管理时需要面临的难题[4]。

Pro/E 的族表技术能在一个三维零件的基础模型上，不须编程仅通过族表参数驱动就能生成所有规格的实例模型，所以基于这种方式构建三维标准件简单而方便。Intralink平台是一个与Pro/E紧密结合的产品数据管理工具，能提供设计数据的集中管理，使设计者可以在并行工程开发的环境中共享和管理数据[5]。将三维标准件纳入到Intralink平台进行统一管理并及时更新，就能确保三维标准件的惟一性和正确性。因此基于Pro/E族表技术和Intralink 平台的方案来建立三维标准件模型库[6]，工作量相对较小，无需编程经验，是一种快速可靠的建库方案。

三维标准件库的构建与管理可包括从制定标准件规范到标准件的构建、审查、管理和使用的整个生命周期过程[6]。它大致可分为4个阶段：

（1）制定构建和管理的标准化规范；

（2）构建三维标准件；

（3）审查并入库；

（4）管理和使用三维标准件库。

三维标准件库构建与管理流程图如图1所示。

1.2 三维标准件库构建与管理的规范制定

基于Intralink平台创建三维标准件库时，首先需要制定三维标准件设计的规范，在规范中确定符合企业标准的标准件建模原则、标准件命名规则以及标准件库分类等方针。

（1）建模方式和原则

三维标准件模型采用基础模型加族表实例模型的方式构建。基础模型按照各类标准的要求利用特征造型技术进行构建，同一基础模型中按照尺寸（规格）、工艺要求的不同通过族表工具驱动生成不同的实例模型。因为三维标准件只用于虚拟装配示意，而不用于生产加工；而且三维标准件中的某些细节特征即便忽略也不影响整体的质量计算，比如小倒角、螺纹等，所以标准件的建模原则是尽量用最少的尺寸和特征来清楚地表达模型。

（2）模型文件命名规定

各类零件的标准对模型文件的命名有严格要求，而在Pro/E和Intralink中，对文件的命名又有很多限制，因此模型文件的命名必须有统一规定，否则极易引起混乱。标准件基础模型的文件名称一般统一由标准代号、型式、材料和扩展名（即.prt）组成，而实例模型的文件名称是基础模型名称的扩展，具体形式为“基础模型名称+规格”。

1.3 三维标准件库的构建

按照设计的三维标准件库建库流程，具体的构建步骤如下：

（1）首先在Pro/E中创建符合标准的基础模型。

（2）然后按相关要求修改模型的属性，包括：

① 基础模型的特征之间有函数关联的，应创建关系式来驱动；

② 根据标准中的定义需要对模型尺寸名称进行重命名；

③ 对于在不同装配条件下具有明显不同状态的标准件，如O 型橡胶密封圈、弹簧等，需要设置模型的挠性；

④ 此外，再在模型的“ 参数”表中设置其他参数属性。

（3）配置完模型属性后，接着通过Pro/E 自带的族表编辑器定义族表参数来驱动生成族表实例模型。

（4）三维标准件模型创建完成后，需要企业组织相关人员对模型的正确性进行审查，修改并评审通过后，将基础模型和实例模型都检入到Intralink 中对应的文件夹下。

1.4 三维标准件库的管理

按照之前设计的三维标准件库建库流程，在Intra?link 平台中，要事先制定好标准件库的五类管理措施，以便控制和管理标准件的入库、维护和使用。

（1）配置标准件库角色和人员权限

需要给Intralink标准件库分配两个角色：标准件管理员和访客。标准件管理员负责Intralink 上标准件库的管理和维护；访客只能浏览和引用装配Intralink中的标准件，而不能修改。

（2）定义标准件生命周期

标准件管理员需要在Intralink 的“ 生命周期管理器”中定义标准件生命周期的4 个阶段：设计、正在审阅、已发行、废弃，用来控制和管理标准件的状态。

（3）定义标准件模型属性

标准件管理员需要在Intralink的“类型和属性管理器”中定义模型属性，用来与Pro/E中的模型属性对应以便于能在浏览器里查看和修改库中对象的属性值。

（4）创建标准件库文件夹

标准件管理员还需要按标准件所属标准和类型的不同进行分类，在Intralink标准件库中建立相应的文件夹树。标准件入库时，管理员才能将标准件检入到对应组织结构下，进行管理。

（5）引用标准件

Intralink 的访客角色进行虚拟装配需要使用标准件时，可以在Pro/E的“组件”模型中，通过“装配零件”来引用标准件模型。

2 三维标准件库的构建与管理应用实践

2.1 应用背景

大推力液氧煤油发动机是我国未来载人航天的主动力，为了加快研制进度，提高产品研发效率，该发动机采用了全三维数字化研制模式。而三维标准件设计是发动机数字化设计过程中重要的基础工作，三维标准件库的创建可以大大提高发动机的设计效率，为此开展了三维标准件库建设工作。

2.2 应用过程

标准件三维模型的基础模型按照标准件代号、型式和材料来构建，不同尺寸（规格）、颜色、工艺要求的实例模型基于基础模型通过参数驱动生成，驱动实例模型的参数用族表进行创建和管理，如图2所示。

模型创建完成后，组织相关设计人员对该模型的正确性进行审查，经过多轮修改并评审通过后，由标准件管理员将其检入到Intralink 平台对应的文件夹中进行归档，如图3所示。

2.3 应用结果

在测试阶段，首先完成了O 型橡胶密封圈、台阶形导管连接件等四类本企业标准三维标准件模型的构建、审查、修改和Intralink入库工作，并从中发现了问题，然后持续改进。当三维标准件测试库稳定使用了半年后，又陆续对包括螺栓、螺母、垫圈在内的近1 000 个基础模型，6万个实例模型进行了审查、修改和入库，最终建立了较为完备的基于Pro/E 和Intralink 的三维标准件库，此举有助于提高产品设计效率，缩短发动机研制周期。

3 结论

三维标准件库的使用能减少三维数字化设计中的重复性工作，从而提高开发效率，降低研制成本。针对其在构建和管理上的难点，以及本单位使用三维标准件时存在的问题，本文通过基于Pro/E族表技术和Intralink平台设计的解决方案构建与管理三维标准件库，并进行应用实施。实践证明，使用该方案创建的标准件库不仅简单可靠，而且不需要专业的编程经验，因此有利于后期的维护和扩展，为科研、生产的进一步发展提供了技术保障。