周阿维　邵　伟　刘　冲

(① 西安工程大学，陕西 西安 710048；② 西安理工大学，陕西 西安 710048)



应用UG的质量检测工艺智能管理软件设计*

周阿维①邵伟②刘冲②

(① 西安工程大学，陕西 西安 710048；② 西安理工大学，陕西 西安 710048)

为了提高数字化工厂中产品质量管理水平，降低产品成本，设计了一种UG平台的零件质量检测工艺智能管理软件系统。该系统通过基于.NET的UG二次开发技术，在网络环境下实现用户信息管理、量具信息录入、检测特征自动提取与识别、检测排程和质量信息采集等功能，建立了集成产品设计、制造、质量检测的数字化平台，并且给出了该软件系统的应用实例。实践结果表明，所开发的软件架构可以满足质量检测工艺智能管理的要求，实现数字化制造升级中质量控制环节的升级。

数字化工厂;质量检测;管理软件;UG二次开发

数字化工厂是未来企业设计制造的模式，它是利用先进的现代设计制造方法如敏捷制造，分布式制造，虚拟企业等，利用计算机技术和网络技术，实现产品全生命周期中的设计、制造、装配、质量控制、质量检测、供销和回收利用等各个阶段的功能数字化[1-3]。数字化工厂可以使产品的生产更高效、更精准、更环保等[2]。其中，质量检测管理技术是目前数字化工厂中的热点问题之一，其特点是对计算机软件的依赖性高。

目前，国内大部分企业依赖的是国外质量检测智能管理软件，只有极少数企业拥有自主研发的质量检测智能管理软件。然而，自主设计研发质量检测智能管理软件是一个趋势，这样可提高产品竞争力，降低成本。另外，数字化工厂的产品生产中需要一个可将产品设计、制造、质量检测进行集成的数字化平台，而Unigraphics(UG)是集成了产品设计和产品制造[4-5]。因此，本文设计了一种基于UG开发的质量检测工艺智能管理软件，该软件系统利用C#语言对UG进行了二次开发，建立了质量检测信息数据库，并采用TCP/IP通信协议实现系统各模块之间的数据交换，可根据需要自动导出检测尺寸，并根据现有信息自动分配检测任务。其中，检测特征提取采用UG二次开发技术实现与UG三维模型的交互，并可导出检测特征及分配检测量具，进而利用遗传算法对其分配结果进行优化，得出检测排程结果，最后，根据排程结果通过检测数据采集模块进行数据采集。

1　质量检测工艺智能管理软件系统总体结构

本文设计的质量检测工艺智能管理软件使用C#语言在网络环境和Windows平台下进行开发的。C#是微软公司发布一种面向对象编程语言，程序结构简单有利于程序员快速灵活地开发应用程序，在C#内使用UG所提供的NX Open开发工具进行开发，这样可以将质量检测工艺智能管理软件嵌入到UG软件之中。

该系统功能模块主要包括数据库平台、用户信息管理、量具信息录入、检测特征提取与识别、检测排程和质量信息采集等模块。用户信息管理模块设置了每个用户的权限。量具信息录入模块是将检测量具信息输入数据库进行管理。检测特征提取与识别模块是从工厂的UG三维模型设计图纸中提取检测信息，并获得产品的检测要素类型及大小。检测排程模块是根据特征提取结果分配检测量具，然后使用遗传算法进行优化。质量信息采集模块是使用自主研发的数据采集系统，并根据检测排程的优化结果，对零件进行检测，并将测量数据通过TCP/IP通信协议上传至质量检测信息数据库，该数据库平台提供了各个模块之间的数据交换。该系统的总体结构，如图1所示。

2　质量检测工艺智能管理软件架构设计

IDEF(ICAM definition languages)是20世纪70年代由美国空军发明，最早用于描述企业内部运作的一套建模方法，现在可以适用于一般的软件开发[6]。IDEF0流程图是IDEF建模语言下的一种建模方法[7]，它是以结构化分析和设计技术为基础所发展出来的一种系统开发工具，可由图形化及结构化的方式，清楚严谨地将一个系统中的功能、以及功能彼此之间的限制、关系、相关信息与对象表达出来[6]。因此，本文采用IDEF0功能建模对该质量检测管理系统功能框架进行了建模设计。该质量检测管理系统的详细功能结构如图2所示，系统主要有四个节点，分别是被测要素特征识别、检测特征分配、检测排程和质量信息(或数据)采集。

该质量检测管理系统的输入为UG三维模型，从模型中通过UG二次开发的方法获取检测要素信息，最终输出检测方案与排程结果，从而指导检测人员进行检测。图2中量具资源、检测要求与检测资源信息是质量检测系统中的控制因素，约束整个质量检测与排程系统中的检测规划结果。UG二次开发和遗传算法是机制因素，为整个系统提供工作机制支持。检测排程结果与检测规划程序是通过输入因素、控制因素和机制因素共同作用所得出的软件结果。

3　系统主要模块的实现

3.1系统数据库平台

根据系统安全性、可靠性、响应时间和计算机人员操作情况，该系统数据库选择SQL Server 2008进行创建。SQL Server 2008是微软公司在2008年发布的新款数据库软件，功能强大，且安全性高。其中，数据库的数据表是关系数据库中的基本数据存储模块，数据表设计是数据库物理层的第一步，也是整个数据库设计的最重要的一步。为满足系统设计要求，本文设计的数据表分别是检测工件信息、订单情况、量具(或设备)、尺寸和用户信息，它们之间的关系图如图3所示。

3.2特征自动提取与识别

为实现后续检测量具的分配，我们首先利用UG二次开发来进行检测特征信息提取及识别，这些特征主要是基于UG模型的相关信息(比如标注、表面公差、面和边等)，通过特征信息提取及识别可得出零件产品的检测要素类型及大小。在图2中的A0节点的基础上，对功能模块A1节点细分得到A1检测信息。

识别节点如图4所示，A1检测信息识别节点包括UG三维图形的检测信息提取、检测特征分类和检测信息汇总3个子节点。在计算机辅助检测过程规划系统中要求系统拥有根据检测约束条件自动化或者半自动化模式的检测尺寸特征的识别能力，然后检测系统需要根据每个检测尺寸特征选择检测方法，最后，所有的检测操作结果需要整合成一整套的检测规划。因此，在检测特征识别节点里首先通过UG二次开发的方法从UG模型图中将标注信息进行提取，如对于几何标注尺寸信息的提取，本文主要是NXOpen. Annotations命名空下Dimension类内的public void GetDimensionText方法获取主尺寸线上的参数，然后再通过访问属性LowerMetricToleranceValue和属性UpperMetricToleranceValue获得尺寸线上所标注是公差信息，此类内的属性ToleranceType用于判断尺寸标注是公差类型。相比几何标注尺寸信息提取形位公差信息提取的格式较为固定，是在NXOpen. Annotations命名空间下的Gdt类内通过遍历displayPart.Gdts可遍历到所有的形位公差控制特征且获取到形位公差的字符串描述。访问类FcfFrameData可以通过GeometricCharacteristic方法直接得到形位公差的描述特征。

3.3检测排程

在检测量具分配时，一个检测尺寸会搜索到多个符合要求的检测量具，因此，在检测量具的选择上有很大的优化空间。检测排程实际上就是对检测量具分配结果进行优化。本文采用遗传算法来进行检测排程，首先是设定优化目标，分配检测器具，然后加载各种遗传参数和优化信息，最后遗传操作过程输出满足要求的最优化的解。对于检测排程优化问题目前情况下有以下几种优化算法可供选择，例如遗传算法、粒子群算法、禁忌搜索算法。各种优化算法有其各自的优点。本文选用在工厂生产排程系统中最通用的遗传算法处理检测自动排程问题。检测排程的过程在图2中的A3节点中表示如图5，核心算法是遗传算法。

3.4质量信息采集

质量信息采集主要功能是实现检测数据的自动采集。本文采用物联网技术，并利用RS232，USB，LocalNet等通讯接口，实现对各种测量仪器检测数据的采集，并通过TCP/IP协议上传至数据库，可实时汇总相关检测信息。

4　系统应用实例

本文以某公司数字化生产线测量问题为例子来说明质量检测工艺智能管理软件系统使用过程。首先，录入量具信息，选择主界面(如图6左下角所示)上的量具录入，界面如图7所示，依次录入所用量具的各种信息，单击录入，则量具信息便会输入数据库内。

然后，启动UG，选择如图6所示的菜单下的测量规划，单击打开零件菜单。界面中显示如图6所示的零件的尺寸信息及其UG三维设计图，然后可对检测工位上的其中一种零件信息进行提取及识别，并将检测信息存入数据库中。接着，利用检测排程模块对检测量具的使用进行优化。首先配置优化参数(包括目标选择、遗传参数设置以及订单的拖期惩罚金额等等)，然后进行检测量具使用的优化，其结果与原工厂使用的手工检测排程方法相比，时间上提高了87.4%，效率上高出66.6%。此外，通过大量实验测得该系统软件结果与实际情况相符。

5　结语

基于UG的质量检测工艺智能管理软件系统用于实现数字化工厂的零件质量检测信息数字化管理，利用基于.NET的UG二次开发技术，实现用户信息管理、量具信息录入、检测特征提取与识别、检测排程和质量信息采集等功能。该软件系统的应用能有效提高工厂的信息化管理效率和产品质量，实现设备利用率的最大化，有效减轻工作人员的劳动量，降低产品成本，最终提高企业参与市场竞争的能力。

[1]夏尊凤,郝诗明．基于网络环境下的数字化工厂[J]．长沙大学学报,2001,15(2):36-38.

[2]舒晓君,魏栋．现代车间信息数字化技术发展趋势[J].CAD/CAM与制造业信息化,2011(12):34-36.

[3]张国军,黄刚．数字化工厂技术的应用现状与趋势[J].航空制造技术,2013(8):34-37.

[4]董正卫,田立中,付宜利.UG/OPEN API编程基础[M].北京:清华大学出版社,2002.

[5]何丽, 孙文磊, 王宏伟．基于UG的Web三维零件库系统开发[J]．机床与液压, 2012, 40(11): 91-943.

[6]陈中扬.基于.NET的涡旋压缩机装配管理系统的设计[D].南昌：南昌大学,2013.

[7]席洪波,蔡安江．基于IDEF0方法的FMS功能模型构建[J].组合机床与自动化加工技术,2008(2):73-75.

(编辑汪艺)

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Design of intelligent management software for quality inspection process using Unigraphics(UG)

ZHOU Awei①，SHAO Wei②，LIU Chong②

(① Xi’an Polytechnic University, Xi’an 710048, CHN;② Xi’an University of Technology, Xi’an 710048, CHN)

In order to improve the level of product quality management and reduce the cost of products in the digital factory, an intelligent management software system for quality inspection process of parts based on UG platform is designed. The system is based on the.NET re-developing technology based on UG, and can achieve user information management, measuring information input, detection features automatic extraction and identification, detection scheduling and quality information collection and other functions in the network environment, and establish a digital platform for integrated product design, manufacturing and quality inspection. In addition, the application example of the intelligent management software system of the quality inspection process is given. The practice results show that the software architecture developed can meet the requirements of intelligent management of quality inspection process, and can realize the upgrading of quality control in digital manufacturing.

digital factory； quality inspection； management software； unigraphics re-developing

TP311

B

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.06.003

周阿维，女，1981年生，讲师，研究方向为零件质量检测、数字图像处理等。

2015-11-17)

160619

* 国家自然科学基金项目(51505359) ; 陕西省教育厅基金项目(15JK1331) ; 西安工程大学博士科研启动基金项目(BS1428)