利用三维搜索技术实现企业标准件与通用件的提炼与筛选.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：党学东（1979），男，汉族，辽宁鞍山人。-181-利用三维搜索技术实现企业标准件与通用件的提炼与筛选 党学东 张中书 姜常尊 中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 266111 摘要：摘要：本文从轨道交通行业标准化管理角度出发，研究在三维设计环境下开展产品三维数据标准化管理的方式与方法，特别是从海量历史数据中提炼和筛选企业标准件、通用件。研究通过先进的三维相似性搜索技术，对产品研发数据所涉及的零部件依据几何外观进行分类与归集，从而获取零部件借用频次，再以参数化、模块化思想将具备上升为企标件、企通件的历史数据进行整合，从而实现对三维设计环境下，企业零部件产品数据的知识沉淀，为轨道交通产品的标准化工作提供可资借鉴的数据资源仓库。关键词：关键词：三维设计环境；标准化管理；企业通用件与标准件；图形与三维搜索 中图分类号：中图分类号：TU245 0 引言 标准件和通用件作为制造业企业开展产品设计与制造过程中的重要数据组成，长期以来发挥着不可替代的关键作用，以此角度来看，企业技术管理中，标准化管理也随着现代企业的快速发展而越发凸显其重要作用。而随着产品三维设计环境的普及与应用，如何在信息化背景下结合产品研发平台发挥标准化管理作用，为三维设计提供更有力技术保障成为日益受到关注和研究的热点。1 产品三维设计环境下标准化管理工作面临的挑战与机遇 目前轨道交通领域的大中型企业也已基本完成二维设计向全三维设计的转变，逐步建立了以三维 CAD系统及 PDM/PLM 系统为核心的产品研发平台。产品三维研发平台以在线设计流为主干，辅以周边各系统，如 ERP 系统等的支援，建立和完善了三维设计流程和体系。标准化部门作为企业关键的技术管理部门，其职能在三维设计环境下也发生了较大的改变，从以往手工绘图到二维电子图版再到目前的三维设计环境，传统的图纸标准化签审，技术标准制修订与宣贯等随之发生了进化。围绕三维设计环境，技术标准化管理部门围绕相关职能，组织制定了庞大的技术体系，并以企业标准和规范的形式进行了定义。上述工作基本仍以传统标准化工作内容的电子化跟进为主。在信息化大背景下，特别是“工业 4.0”及“中国制造 2025”等制造业信息化领域浪潮的推动下，如何改进和改造传统的技术管理职能，刷新标准化工作方式，为企业产品研发的柔性化、客制化要求提供强有力的支持和支撑，成为摆在标准化部门面前的新课题。作为国内轨道交通装备领域的领军企业，公司标准化部门除了在技术体系与规范建设方面对产品三维设计进行研究外，更提出要将标准化部门的企标件和企通件的三维数据管理纳入到职能范围内，从而为产品设计环节提供更直接和切实的数据整合与支持，将产品研发的信息化建设引向深入。2 探索创新的标准化三维技术资源的管理模式和方法 企业标准件和企业通用件管理作为企业技术管理部门的“传统保留项目”一直得到各制造业企业的高度重视，无需多言，这是关系到企业产品设计的标准化、系列化和模块化的大问题。传统观点来看，以发布企业标准的方式，定义和规范企标件和企通件，并就其开展宣贯工作是这一领域的传统工作模式。但在三维设计环境下，特别是随着企业市场化运行的不断深入，给上述传统的工作模式提出了更高的要求，研究如何在产品信息化研发平台中筛选和提炼企标件，以及如何将企业内部数据资源融入到三维设计环节中成为相关管理部门的新课题。在这样的背景下，企标件和企通件的制修订与使用方面不断涌现出中国科技期刊数据库 工业 A-182-一些新动向：2.1 企标件/企通件的应用方式亟待改变 以往的企业内部标准件或通用件的整理与应用模式，仅以纸质或电子文档方式对产品研发过程中常见、常用的零部件进行规范和定义，并以企业标准或规范方式进行文档发布，并以此作为企标件和企通件的发布形式。在应用领域，通过标准化部门的宣贯，产品研发部门将标准文档作为设计素材的来源之一在产品设计过程中进行参考和选用。但随着轨道交通装备制造领域的快速发展，特别高速动车组与城市轨道交通产品的改进改型设计的周期不断缩短，频率加快，客户化定制程度升高，同时伴随信息化系统的深入应用，传统的企标件/企通件制修订和宣贯使用模式已无法满足需要，从而造成设计人员在零部件选型环节中大量以国标、行标、供应商产品目录，甚至是国外标准素材和手册为参考和选型对象，企标件和企通件的生命力和空间被不断压缩。但从技术体系的宏观角度来看，企标件和企通件作为企业内部提炼和筛选的标准/通用性零部件应发挥其独特的作用，从专业性角度来看，是来源于设计一线，贴近产品线拓展，并且凝结大量知识沉淀的重要技术数据来源，应在产品开发中得到高度的重视和广泛的应用。因此，如何拓展和激活企业内部数据资源的应用成为标准化管理在相关领域的研究方向。2.2 信息化建设对企业内部数据资源的配置提出更高要求 与产品信息化研发平台进行对接，改进企业内部标准规范的呈现形式 改变传统的以文本方式进行企标和企通零部件发布、宣贯和应用方式，建立以与产品三维设计平台相适当的零部件数据资源发布与应用方式。即将整合发布的企业内部数据资源以三维数据方式，在产品研发平台中建立零部件数据资源库，供产品研发人员在设计过程中进行选用和参考，从而将原游离于系统外的标准文件，转变为以可直接应用于三维 CAD 系统内的标准件、通用件模型数据。加快企标件、企通件的转换与生成效率，应对企业快速发展现状 标准化部门通过对设计平台内部保存的历史数据进行筛选和提炼，将应用频次高，借用比例突出的零部件作为企标件和企通件的数据来源。由于标准化部门人手和力量有限，无法对海量历史数据进行逐一筛选，因此需要引入技术手段对数据进行自动初选，继而缩小人工甄选范围。其基本工作方式是：（1）对 24 小时以前，在 PDM 系统中处于发布状态的零部件数据编制清单记录；（2）根据模型属性信息中的物料组代号（即分类编码）进行归集；（3）对多次发生借用或发生二次借用的零部件纳入企业通用件序列，并发放临时编码；（4）对具备提升为企业标准件的企通件进行参数规范和系列化处理，并进行编码，最终形成企标件模型数据。引入三维标准化数据资源管理平台，提升数据管理效益与水平 鉴于数据量庞大，且 PDM 数据体系复杂，结构层次繁多，按上述工作模式需要耗费大量的人力和时间，因此引入可与三维 CAD 系统及 PDM 系统相关联的三维标准化数据资源管理平台成为必然选择。2.3 建立企标件/企通件专用数据资源管理平台（1）数据格式要求 要求该平台可提供符合当前 CAD/PDM 格式要求的数据资源，提供参数化、三维可视化的零部件功能支持。（2）CAD/PDM 接口功能要求 用于完成数据资源管理平台与产品研发平台的数据交互，为原保存于 PDM 系统内的三维数据创建数据索引。（3）数据提炼与筛选功能 除上文提到的按物料组（分类体系）进行 PDM 数据归集外，每一类别中一般都将保有万一级别的数据，进行人工的筛选和提炼仍十分困难，因此如能采用三维搜索技术，将具备相似几何形态的模型数据进行筛选和分组的方式将大大简化人工作业量。3 三维搜索技术的应用 三维搜索技术是源于德国的一项专利技术，其可避免文字属性的局限性，以零部件数据的几何形态为搜索索引，可以每秒 5,000 组的速度对选定区域的三中国科技期刊数据库 工业 A-183-维模型进行自动归集。从而为数据归集和参数化、系列化梳理提供巨大帮助。三维搜索技术是一种利用三维模型的特征进行搜索和筛选的方法。这种技术通常应用于工程、制造、设计等领域，以加速对三维数据的检索和分析。以下是关于三维搜索技术的一些基本概念和应用：3.1 特征提取与表示 几何特征：识别三维模型的形状、曲率、体积等几何属性。拓扑特征：描述模型的拓扑结构，如边、面、顶点之间的关系。语义特征：通过识别模型中的关键部件或特定结构来添加语义信息。3.2 建立索引 将三维模型的特征映射到索引结构，以便进行高效的搜索操作。常用的索引方法包括哈希函数、空间分割树（如 kd 树和 Octree）等。3.3 搜索算法 利用建立的索引结构执行搜索操作，找到与给定条件匹配的三维模型。常见的搜索算法包括基于相似性的搜索、基于形状匹配的搜索等。3.4 应用领域 工程设计：在产品设计中快速检索符合特定要求的零部件或组件。制造业：用于工艺规划、工件检测和零件检索。医学影像：用于医学图像的分析和匹配。地理信息系统（GIS）：在地理空间数据中进行模型检索。3.5 三维搜索与深度学习 深度学习技术在三维搜索中的应用，如卷积神经网络（CNN）用于特征学习。利用深度学习提高搜索算法的准确性和效率。3.6 用户界面与交互 提供用户友好的界面，使用户能够输入搜索条件、查看搜索结果，并进行进一步的分析和选择。交互式的三维可视化工具有助于用户更直观地理解搜索结果。3.7 挑战与未来发展 挑战包括大规模三维数据的管理和检索、特征提取的准确性等。未来发展方向可能涉及更复杂的搜索算法、更智能的特征学习方法以及更广泛的应用领域。在具体应用环节中，使用者需要首先选定数据归集范围，如按定义时间或产品型号等方式，其后软件系统将为所辖数据创建三维搜索索引，并在此基础上对具备相似几何外观的零部件数据按其相似度进行排序和归集，从而形成电子化的“重复件报告”，通过功能，将具备相似程度的模型在经由标准化技术审查后进行系列化和参数化配置，形成最终的企业通用件和标准件，并将其显示于 CAD/PDM 为核心的产品研发平台中供一线产品设计人员进行参考和选型。三维搜索技术是一种利用三维模型的特征进行搜索和筛选的方法。在企业标准件与通用件的提炼与筛选中，考虑以下步骤和技术：建立三维模型库 收集并建立企业内部的三维模型库，包含所有的标准件和通用件。这可以包括零部件、产品组件等。特征提取：对每个三维模型进行特征提取，这些特征可以包括几何形状、尺寸、重量、材料等信息。使用计算机辅助设计（CAD）软件可以方便地提取这些特征。建立搜索引擎：利用三维搜索引擎，将提取的特征建立索引。这可以采用基于特征的检索方法，例如使用哈希函数将特征映射到索引。定义搜索条件：设定搜索条件，包括所需的特定特征、尺寸范围、材料等。这有助于缩小搜索范围，提高搜索效率。实现三维搜索：利用建立的索引和搜索条件，执行三维搜索操作。这可以通过专门的三维搜索软件、插件或定制的应用程序来完成。结果筛选与排序：根据搜索结果，进行进一步的筛选和排序。可以根据相似性、匹配程度等指标对搜索结果进行排名。用户界面：提供用户友好的界面，让用户可以输入搜索条件、查看搜索结果，并进行进一步的筛选和选择。集成到工作流程：将三维搜索技术集成到企业的工作流程中，以便工程师和设计团队可以方便地访问和利用搜索结果。更新与维护：定期更新三维模型库，确保其中包含最新的标准件和通用件。同时，对搜索引擎的索引中国科技期刊数据库 工业 A-184-进行维护，以保持高效的搜索性能。通过采用这样的三维搜索技术，企业可以更快速、精确地找到所需的标准件和通用件，提高设计和生产效率。4 应用效能总结与分析 通过 引 入三 维 搜索 技 术，对 产 品研 发 平台（CAD/PDM）系统中保存的历史数据建立全文、拓扑和三维搜索索引，通过对海量零部件数据的几何形态归集，形成电子化清单，继而借助搜索结果，实现对企业通用件和企业通用件的提炼、筛选和归集，最终形成依托产品三维研发平台，又独立于 CAD 系统，由技术标准化部门负责管理，交产品研发部门使用的企业内外部数据资源的整合与管理平台。从而创新了企业内部数据资源的管理和应用方式，为信息化条件下的标准化数据资源管理提供了一条新思路。参考文献 1赵辉,顾险峰,雷娜.三维模型参数化算法:理论和实践M.北京:电子工业出版社,2017.2西门子公司.PLM 产品生命周期管理软件J.电气时代,2008(11):1.3崔剑,陈月艳.PLM 集成产品模型及其应用M.北京:机械工业出版社,2014.