1 ENOVIA VPM C/S架構(gòu)
ENOVIA VPM是法國達索公司的三維協(xié)同設(shè)計產(chǎn)品，VPM(Virtual Product Lifecycle Management)意為虛擬產(chǎn)品生命周期管理，是基于CATIA平臺的一個既能滿足三維協(xié)同設(shè)計又能滿足虛擬產(chǎn)品生命周期管理的解決方案，它以設(shè)計產(chǎn)生的設(shè)計數(shù)據(jù)為核心，是一項實現(xiàn)對設(shè)計產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)、設(shè)計過程進行一體化集成管理的技術(shù)。
基于ENOVIA VPM的三維協(xié)同設(shè)計平臺是一個典型的Client／Server架構(gòu)的軟件系統(tǒng)�？蛻舳讼到y(tǒng)由CATIA、ENOVIA VPM客戶端版軟件兩個部分組成，其中CATIA通過ENOVIA VPM客戶端插件與服務(wù)器端進行數(shù)據(jù)交換，使用ENOVIA VPM 中的ENOVIA Portal負責產(chǎn)品生命周期管理和項目節(jié)點樹管理。服務(wù)器端系統(tǒng)由ENOVIA VPM服務(wù)器端、Oracle數(shù)據(jù)庫軟件構(gòu)成。服務(wù)器端的數(shù)據(jù)有兩類數(shù)據(jù)及存儲方式，第一類是各種關(guān)系數(shù)據(jù)，如人員、組織、上下文數(shù)據(jù)、文檔、模型屬性數(shù)據(jù)，存放在Oracle數(shù)據(jù)庫的關(guān)系表中；第二類是加密后三維模型文件，以文件方式存放在電子倉服務(wù)器中。
應(yīng)用CATIA／ENOVIA VPM技術(shù)搭建水電工程三維協(xié)同設(shè)計C／S架構(gòu)平臺，分為數(shù)據(jù)層、協(xié)同應(yīng)用管理層和多專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計層，見圖1。
圖1 ENOVIA VPM三維協(xié)同設(shè)計平臺的C/S架構(gòu)
數(shù)據(jù)層和協(xié)同應(yīng)用管理層是應(yīng)用服務(wù)器端。數(shù)據(jù)層包括三維參數(shù)化模型、知識模板庫、各種關(guān)系數(shù)據(jù)如人員、組織、上下文、權(quán)限、模型屬性、設(shè)計流程等。協(xié)同應(yīng)用管理層負責審核客戶端請求，執(zhí)行對數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)讀取與修改，負責三維設(shè)計流程控制，包括設(shè)計、校核、評審、發(fā)布過程和文件版本的升級等。多專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計層是應(yīng)用客戶端，包括測繪、地質(zhì)、壩工、施工、機電、金結(jié)等專業(yè)基于ENOVIA VPM同一數(shù)據(jù)庫進行本專業(yè)的三維設(shè)計與參數(shù)化建模，并進行結(jié)構(gòu)分析計算校核、碰撞檢測、設(shè)計會商、二維出圖等工作。
2 數(shù)據(jù)節(jié)點與角色權(quán)限
2．1 數(shù)據(jù)節(jié)點類型和狀態(tài)
三維設(shè)計需要明確三維模型及二維圖紙的目錄和節(jié)點，設(shè)計數(shù)據(jù)節(jié)點在三維協(xié)同設(shè)計過程中有不同的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)狀態(tài)。
2.1.1 數(shù)據(jù)類型
在VPM三維協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)中，設(shè)計節(jié)點的數(shù)據(jù)主要分為三種類型：文檔( Document)、參考(Reference)、實例( Instance)。文檔為實際物理對象，描述零部件的幾何特征和屬性。參考描述鏈接關(guān)系，一個參考對應(yīng)于一個文檔，為一對一關(guān)系。實例是顯示在CATIA結(jié)構(gòu)樹上的對象，描述在同一結(jié)構(gòu)樹下的空間坐標位置，實例對應(yīng)于參考，為多對一的關(guān)系，在同一結(jié)構(gòu)樹中對零部件進行拷貝只會改變實例，其他不會變化。
2.1.2 數(shù)據(jù)狀態(tài)
設(shè)計、校核、審查設(shè)計流程控制過程對應(yīng)于VPM中所處設(shè)計階段不同的4種數(shù)據(jù)狀態(tài)，有“設(shè)計中”、“待校核”、“待審查”和“已發(fā)布”，數(shù)據(jù)狀態(tài)的升級構(gòu)成了文檔、參考、實例這3種類型數(shù)據(jù)的生命周期過程，如圖2所示。
圖2 數(shù)據(jù)節(jié)點的生命周期
2.2 角色與權(quán)限配置
水電工程項目勘測設(shè)計在人員組織上主要有項目經(jīng)理、項目總工、專業(yè)負責人、專業(yè)主設(shè)計人、設(shè)計人員5種角色，對應(yīng)三維協(xié)同設(shè)計項目的角色見表1。
在VPM三維協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)中增加了VPM系統(tǒng)管理員角色，其主要職責是維護系統(tǒng)和工程模型數(shù)據(jù)，配置項目角色與權(quán)限，處理協(xié)同設(shè)計的各種技術(shù)問題。不同的角色因承擔不同的工作，應(yīng)賦予不同的權(quán)限，權(quán)限有查看數(shù)據(jù)的權(quán)限、創(chuàng)建與修改模型的權(quán)限、提升或降低數(shù)據(jù)狀態(tài)的權(quán)限等，具體配置方案見表2。
表2中創(chuàng)建數(shù)據(jù)權(quán)限和修改模型數(shù)據(jù)權(quán)限只賦予給設(shè)計角色；項目總工、專業(yè)負責人、專業(yè)主設(shè)人分別賦予Project_Manager、Design_Manager、Checker角色，對擁有的數(shù)據(jù)具有提升或降低對應(yīng)設(shè)計數(shù)據(jù)狀態(tài)的權(quán)限，分別進行設(shè)計、校核、審查，他們還應(yīng)該有分配工作及創(chuàng)建項目設(shè)計節(jié)點的權(quán)限，所以還應(yīng)賦予Designer角色。項目經(jīng)理由于不參與具體的三維協(xié)同設(shè)計工作，所以對本項目的數(shù)據(jù)只具有查看的權(quán)限。
2．3 任務(wù)分配與項目節(jié)點創(chuàng)建
VPM系統(tǒng)管理員配置完人員角色權(quán)限并創(chuàng)建好項目總節(jié)點之后，項目總工鎖定擁有的總節(jié)點，創(chuàng)建專業(yè)子節(jié)點，將專業(yè)子節(jié)點授權(quán)給各個專業(yè)負責人。專業(yè)負責人創(chuàng)建本專業(yè)工程部位子節(jié)點，將工程部位子節(jié)點授權(quán)給專業(yè)主設(shè)計人員。專業(yè)主設(shè)人員組織具體建筑物的三維設(shè)計與建模，創(chuàng)建結(jié)構(gòu)子節(jié)點，提出設(shè)計參數(shù)和建模要求，并將子節(jié)點授權(quán)給設(shè)計人員。設(shè)計人員根據(jù)設(shè)計要求，開展設(shè)計并建立三維參數(shù)化模型。
3 上下文關(guān)聯(lián)技術(shù)
基于ENOVIA VPM平臺的三維協(xié)同設(shè)計通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫技術(shù)可使各專業(yè)三維設(shè)計共享同一模型，并實時查看相關(guān)專業(yè)的設(shè)計情況，設(shè)計人員可以方便地引用或參考相關(guān)設(shè)計數(shù)據(jù)。采用CATIA軟件開展三維協(xié)同設(shè)計，協(xié)同技術(shù)上有“發(fā)布一引用”、“發(fā)布一約束”和“參考”3種關(guān)聯(lián)模式，對于專業(yè)間形狀緊密聯(lián)系、相互影響的設(shè)計模型采用第一種模式。例如，骨架采用了“發(fā)布一引用”關(guān)聯(lián)技術(shù)，定義了工程總體與專業(yè)或工程部位的自頂向下的縱向關(guān)聯(lián)設(shè)計模式，見圖3。
圖3 總骨架與專業(yè)子骨架“發(fā)布一引用”關(guān)聯(lián)關(guān)系
在VPM項目總節(jié)點下，建立工程三維設(shè)計總體控制骨架，總骨架由水工專業(yè)設(shè)計，由項目總工負責組織會商、評審，并創(chuàng)建和發(fā)布�？偣羌軇�(chuàng)建完成并發(fā)布之后，各主設(shè)計人引用總骨架的信息，創(chuàng)建各個專業(yè)的子骨架，繼續(xù)向下派生，直至關(guān)聯(lián)到具體的零件實體。又例如，形狀聯(lián)系緊密的專業(yè)間，通過“發(fā)布一引用”技術(shù)保證設(shè)計間的相互聯(lián)系，見圖4。
圖4機墩坑與機組外形“發(fā)布一引用”關(guān)系
廠房機墩坑的設(shè)計模型是參考水機專業(yè)提供的機組外形曲面剪切得到的，在水輪機選型未確定情況下仍然可以進行廠房機墩坑設(shè)計。水輪機選型確定后。經(jīng)與廠房專業(yè)會商確定其外形并發(fā)布。廠房專業(yè)人員通過更新引用機組外形曲面后，即可以得到新的廠房機墩坑模型。
對于位置相互緊密接觸的模型，采用“發(fā)布一約束”模式進行位置關(guān)聯(lián)，主要應(yīng)用于自底向上零件裝配，例如金屬結(jié)構(gòu)專業(yè)。
對于大數(shù)據(jù)模型或難實現(xiàn)關(guān)聯(lián)的模型，采用“參考”模式，通常是下游專業(yè)參考上游專業(yè)提交的成果進行設(shè)計。例如，對于機電設(shè)備布置，通過“參考”與建筑結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)的參考平面來定位。機電設(shè)備及管線布置設(shè)計時，因模型數(shù)據(jù)量很大，一般采用關(guān)聯(lián)性較“引用”或“約束”模式弱的“參考”模式，零件結(jié)構(gòu)亦采用呈示發(fā)布，因看不到零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)樹，其整個模型數(shù)據(jù)量較小，能順利地進行設(shè)計和修改。但因關(guān)聯(lián)性較弱，其設(shè)計結(jié)果必須進行實時干涉碰撞檢查，排除設(shè)計的碰、錯等問題。
4 三維設(shè)計、校核及審查流程控制技術(shù)
三維協(xié)同設(shè)計平臺上，三維模型、技術(shù)文檔以文檔、實例、參考3種類型的數(shù)據(jù)存儲在VPM數(shù)據(jù)庫中，其設(shè)計流程定義與傳統(tǒng)設(shè)計管理環(huán)節(jié)中的設(shè)計、校核、審查等流程相對應(yīng)，每個數(shù)據(jù)節(jié)點三維模型都要經(jīng)過三維設(shè)計——三維校核——審查——發(fā)布的過程，模型數(shù)據(jù)有“設(shè)計中”、“待校核”、“待審查”、“已發(fā)布”4種不同的狀態(tài)，每種狀態(tài)反映了每個水工建筑物設(shè)計所處的不同階段。設(shè)計人員完成設(shè)計和模型后提交校核。主設(shè)人校核設(shè)計和三維模型，若同意，則提交至審查人員；若不同意，則將意見返回至設(shè)計人員，設(shè)計人員按要求進行修正。審查人員進行設(shè)計審查，若同意，提交設(shè)計和模型至批準發(fā)布狀態(tài)，流程結(jié)束；若不同意，則返回至設(shè)計人員，設(shè)計人員重新開始設(shè)計流程。下面以某水電工程機電專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計為例來說明。
(1)機電專業(yè)主設(shè)人建立任務(wù)子節(jié)點。機電專業(yè)主設(shè)人在CATIA＼ENOVIA VPM客戶端環(huán)境下打開機電專業(yè)總節(jié)點，分別為機電專業(yè)內(nèi)部的水機／電氣一次／電氣二次／暖通專業(yè)建立任務(wù)子節(jié)點，將各子節(jié)點的權(quán)限轉(zhuǎn)移給相應(yīng)的設(shè)計人員。
(2)設(shè)計人員開展詳細設(shè)計。機電設(shè)計人員在VPM協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)中鎖定自己的工作節(jié)點，將設(shè)計需要參考的廠房三維數(shù)據(jù)和自己的任務(wù)節(jié)點同時在CATIA中打開，“參考”廠房進行設(shè)備布置，通過“RUN”完成管路三維幾何空間的走向布置。管路、橋架、通風路徑走向布置完成之后，根據(jù)預(yù)定義的設(shè)計規(guī)則、設(shè)計標準，在“路徑”上直接定位放置或調(diào)整各管路上的部件。
設(shè)計人員在完成設(shè)計后，將設(shè)計成果及設(shè)計說明視圖PVR節(jié)點的狀態(tài)提升為“待校核”，并將權(quán)限轉(zhuǎn)移給該專業(yè)的主設(shè)人。
(3)設(shè)計校審。專業(yè)主設(shè)人鎖定相應(yīng)的節(jié)點，選擇PVR節(jié)點應(yīng)用CATIA DMU審查工具創(chuàng)建校核視圖，并應(yīng)用2D標注工具對設(shè)計中的問題進行相關(guān)信息批注。對有問題的設(shè)計批注完成之后，主設(shè)人將該節(jié)點的數(shù)據(jù)狀態(tài)降級到“設(shè)計中”，并通知相關(guān)設(shè)計人員進行修改。設(shè)計人員鎖定相關(guān)任務(wù)節(jié)點，打開PVR數(shù)據(jù)，查看批注信息，然后根據(jù)要求進行設(shè)計及模型的修改。
(4)機電專業(yè)內(nèi)部碰撞檢查。由于機電布置的管路錯綜復(fù)雜，在設(shè)計過程中會出現(xiàn)不同專業(yè)管路之間的碰撞，利用CATIA DMU干涉檢查功能，進行機電專業(yè)內(nèi)部及專業(yè)之問的碰撞檢查。專業(yè)主沒人打開由設(shè)計人員創(chuàng)建的說明視圖文件PVR節(jié)點，進行專業(yè)內(nèi)部干涉檢查，從碰撞信息列表查看到碰撞位置和涉及到的模型。
專業(yè)主設(shè)人將發(fā)生碰撞的模型進行批注并給出修改意見。設(shè)計人員修改完成后，重新提升設(shè)計節(jié)點狀態(tài)為“待校核”，再次進行設(shè)計校核。若校核檢查無誤，將所有節(jié)點的狀態(tài)提升到“待審查”進行審查；若審查通過，則將所有節(jié)點狀態(tài)提升為“已發(fā)布”，設(shè)計流程結(jié)束。
(5)機電專業(yè)與廠房專業(yè)之間的碰撞檢查。主設(shè)人員創(chuàng)建包括機電和廠房數(shù)據(jù)的PVR節(jié)點，運用CATIA DMU干涉檢查功能檢查兩個專業(yè)之間的碰撞關(guān)系。若有碰撞，由機電專業(yè)發(fā)起，項目總工組織會商，商討碰撞解決方案，機電專業(yè)主設(shè)人將修改方案記錄在PVR中。例如，橋架與廠房梁發(fā)生了碰撞，會商的結(jié)果是修改橋架的布置，避開廠房梁結(jié)構(gòu)。設(shè)計人員將設(shè)計修改完成后，重新進行校審流程。
5 結(jié)語
目前國內(nèi)水利水電行業(yè)已逐步探索和使用三維協(xié)同設(shè)計技術(shù)，但是由于水電工程固有的復(fù)雜性，建設(shè)周期較長，涉及專業(yè)眾多，在三維協(xié)同設(shè)計方面仍沒有定式，同時缺乏相關(guān)的標準、質(zhì)量體系文件和技術(shù)指導手冊，給該項技術(shù)的推廣普及帶來巨大障礙，亟需給出有參考價值的范例。
為此，本文將CATIA“發(fā)布一引用”上下文關(guān)聯(lián)技術(shù)應(yīng)用于模型幾何形狀緊密關(guān)聯(lián)的水工結(jié)構(gòu)三維協(xié)同設(shè)計，將“參考”模式應(yīng)用于模型數(shù)據(jù)量很大的機電設(shè)備及管線布置三維協(xié)同設(shè)計中，通過定義設(shè)計模型4種不同的狀態(tài)進行“設(shè)校審”流程控制，以保證三維設(shè)計成果的質(zhì)量。本文對CATIA／ENOVIA VPM三維協(xié)同技術(shù)在水電工程中的應(yīng)用進行了初步研究，旨在推動水電工程三維協(xié)同設(shè)計的普及。
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