基于CATIA的三维模型检测系统的设计与实现

薛莲

（机械科学研究总院中机生产力促进中心，北京 100044）

基于CATIA的三维模型检测系统的设计与实现

薛莲

（机械科学研究总院中机生产力促进中心，北京 100044）

介绍了CATIA二次开发的开发工具及关键技术。描述了三维模型质量检查的必要性，研制开发了基于CATIA平台的三维模型检测系统Product Data Quality Check（PDQC），将标准、规范转化为计算机可识别的自动化检测项目，形成专业化的解决方案。

CATIA二次开发；三维模型质量检测；CAA

0 引言

随着产品造型越来越复杂，市场竞争越来越激烈，对工程师的设计水平和产品的开发周期都提出了更高的要求。基于特征的实体建模技术的三维CAD系统在产品设计中已得到广泛的应用。在数字化设计环境下，CAD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、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。需要及早地发现产品定义和建模过程中的问题，才能避免不必要的返工和大量的后续问题，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［1］。

CATIA是CAD/CAM/CAE/PDM一体化软件。广泛用于航空、航天、汽车、船舶及电子工业，尤其在航空航天业，有八成以上场上使用CATIA的市场［2］。然而，CATIA自带的检测模块不能按我国行业的相关标准进行定制，不能适应企业的个性化需要。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 基于CAA的CATIA二次开发

Component Application Architecture（CAA）组件应用架构，是Dassault Systemes产品扩展和客户进行二次开发的强有力的工具。可开发运行于Windows系统和UNIX系统之上。

Dassault Systemes提供了许多CAA API，各种对象的方法、工具和接口使CATIA的二次开发的工作量大大降低，开发出的产品质量显著提高。常用的API有CATIA Geometric Modeler（CGM）和GSM等。其中CGM是一个3D几何建模应用软件开发包，它可以利用CATIA的几何模型、实体、曲面和线框造型功能，实现CATIA的几何和拓扑建模。GSM开放了很多接口和方法用来创建点、线、面、体等，创建的所有元素都可以直接在CATIA图形区和结构树上显示［3］。CATIA的产品、形状、草图等都是基于GSM完成的。如果需要获得一些几何信息的时候，可能用GSM无法得到，这时候必须用CGM，因为其低层用的是CGM。论文也是结合GSM和CGM进行开发，实现对模型的信息提取，如获取包容框、显隐、属性等。

2 基于CAA的三维模型质量检测系统设计

2.1系统架构

PDQC（Product Data Quality Check），即基于CATIA平台的三维模型质量检测系统，主要包含单文件交互检测和多文件批量检测两种模式，本文主要研究单文件交互检测模式。软件的体系结构如图1所示。

图1　系统构架图

2.2系统功能分析

PDQC数据质量检测系统以检测集及检测项数据库为基础，用户可以根据不同CATIA模型的要求进行检测项和检测值的配置，形成标准检测集。软件应用时，有两种模式供选择，一种是单文件检测模式，即用户需要在CATIA平台中打开某模型文件，选择已配置的检测集后，对当前模型进行质量检测，检测结果可以即时显示，部分错误可以在CATIA模型中高亮显示，以及模型自动修复，可以保存检测结果并进行查询、统计、报表等操作；另一种是批量检测模式，即用户无需打开具体模型文件，可以选择多个模型文件进行批量检测，检测结果也可以保存并查询、统计、报表。

本文的主要工作为单文件交互检测模块的开发，检测集采用企标管理器进行管理。系统功能结构如图2所示。

图2　功能结构图

（1）企标管理器。企标管理器是对检测项、检测项判定值、检测项错误级别、检测项目集进行编辑、管理的程序。使用该程序，用户可以自由设定检测项目的个数、检测项的判定要求等客户化要求进行编辑。

（2）单文件交互式检测。单文件交互式检测是以菜单或工具条的形式嵌入到CATIA系统内部，可实时对当前模型进行检测。并可对当前检测结果进行修改后，进行再检测，直到检测结果正确为止。提供对检测结果进行查看、错误特征高亮、检测结果自动修复等功能。同时可以将需要统计的检测结果保存下来，进行统计汇总、报表打印。

交互式检测：模块以菜单形式与CATIA平台无缝集成。在CATIA平台下，对当前打开的模型文件进行检测。检测结果直观的显示在程序中。

检测结果查看：检测结果保存后，可以将模型在CATIA平台中打开查看，点取记录的模型错误ID，使该特征在模型中高亮。

错误特征高亮：可以通过点取检测结果中程序提取的错误特征名称或者ID，使该错误特征在模型中高亮显示，方便使用者即时查找错误，即时更改，然后重新检测的反复交互过程。

检测结果自动修复：对于部分检测项，程序提供自动修复功能，程序对该检测项对应的出错的特征进行自动修复，使其满足规范要求，从而节省人工修复时间。例如参考特征必须隐藏，可以实现自动修复。

检测结果统计汇总：对一个或多个检测结果记录文件进行统计、汇总，可按不同的统计类别，显示统计后的数据表及统计图。

报表打印：将统计汇总结果以报表形式打印输出。

（3）多文件批量检测。在该模块下，用户可以根据产品模型实际情况选择检测集，并在不打开CATIA模型的情况下对多个文件同时进行质量检测。检测结果可以根据实际需要对出错的单个产品或全部产品进行保存记录。

2.3三维模型检测系统设计

（1）系统结构设计。通过系统功能的分析，设计出系统的操作流程，如图3所示。首先在CATIA中打开需要检测的模型，然后选取需要执行的检测集，其中检测集通过企标管理器进行检测项定义等管理。然后在交互式模式中进行检测，程序内部通过获取模型相应信息与检测项判定值进行比较，符合判定值要求的通过检测，不符合判定值要求的，程序给出错误提示，用户可以通过提示对模型进行修改并进行重新检测，或者部分出错特征通过自动修复功能进行自动修复。最后对检测结果进行保存，以方便以后的查看及统计汇总工作。

图3　系统操作流程图

（2）基于模型特征遍历的模型检测方法的实现。不论是单文件交互式检测还是多文件批量检测，都需要提取模型信息与标准规范进行比较，符合规范要求的通过检测，不符合规范要求的给出错误提示。这其中最关键的模型信息提取主要是通过模型特征遍历的方式进行的。其中，进行模型遍历的关键程序如下：

//打开当前模型文件

CATFrmEditor*piEditor=CATFrmEditor：GetCurrentEditor（）；

CATDocument*pDocument=piEditor-〉GetDocument（）；

CATInit_var spInit（pDocument）；

CATIPrtContainer_var spPartContainer=（CATIPrtContainer*）spInit-〉GetRootContainer（"CATIPrtContainer"）；

//获取当前部件智能指针

CATIPrtPart_var spPart=spPartContainer-〉GetPart（）；

CATIDescendants_var spPartAsDescendants=NULL_var；

HRESULT hr=spPart-〉QueryInterface（IID_CATIDescendants，（void**）&spPartAsDescendants）；

CATLISTV（CATISpecObject_var）SketcherList；

spPartAsDescendants-〉GetAllChildren（"CATISketch"，SketcherList）；

//通过for循环从集合中提取所需的特征，从而提取特征信息进行判断。

for（int curSketchIdx=1；curSketchIdx＜=SketcherList.Size（）；curSketchIdx++）……

3 系统功能实现与应用实例

PDQC系统的用户界面既保证了系统本身功能的完整性，又满足用户在视觉、操作方面的需求，创造一个轻松、愉快的使用环境。PDQC系统界面与CATIA平台设计思想、风格、操作规范是一致的，用户在使用PDQC时，感觉是在使用CATIA平台的一个功能模块。PDQC系统的主界面有专用的菜单栏和工具条。其功能界面如图4、图5所示。

图4　检测结果界面

图5　检测结果查看界面

4 结束语

本文研究三维模型质量检测系统方案设计与实现，探讨了基于CATIA的三维模型质量检测系统开发的关键技术。开发的系统无缝集成于CATIA平台，并集成企标管理器，最终实现设计和审查工作在统一并行环境下进行，自动对CATIA设计的产品模型数据进行检测，为产品设计、标准化部门人员提供一套完整的基于CATIA的模型质量审查工具，解决手工状态下数字化模型规范化检查过程中工作量大、效率低的问题。以保证CAD数据的规范性、正确性，提高产品设计的质量和效率，提高标准化审查的质量和效率。

［1］张志普，陈海华.三维数字化模型质量检查技术研究［J］.战术导弹控制技术，2010，3.

［2］尤春风．CATIA V5机械设计［M］．北京：清华大学出版社，2002.

CATIA-based Design and Implementation of Quality Check System for 3D Models

XUE Lian
（China Academy of Mechanical Science&Technology China Productivity Center for Machinery，Beijing 100044，China）

In this paper，CATIA application development environment，development tools and the key technology have been introduced.The necessity of checking 3D model was described.The basic framework for quality check system of 3D models has been constructed.Product Data Quality Check（PDQC）based on CATIA platform converted the standard and specification to computer-sensible automated checking project，and formed the specialized solution.

CATIA application development；3D models'quality check；CAA

TP317

A

10.3969/j.issn.1002-6673.2015.02.035

1002-6673（2015）02-092-03

2015-03-12

薛莲（1985-），女。研究方向：企业产品设计信息化技术与开发。