Рост использования технических систем (систем CAD/CAM/CAE/CG) при разработке изделия выявил роль качества данных об изделии (PDQ - product data quality) как ключевой проблемы для реализации успешного процесса совместной разработки изделия на основе данных об изделии.
В отчете NIST (Национальный институт стандартов и технологии США), озаглавленном "Оценка экономического эффекта Международного стандарта обмена данными модели изделия (STEP) в транспортном машиностроении" [4], установлено, что полная реализация STEP в транспортном машиностроении США (аэрокосмическая, автомобильная, судостроительная промышленность) сэкономит 1 миллиард долларов в год. Улучшение PDQ (качества данных об изделии) позволит исключить доработку изделия, что обеспечит дальнейшее сокращение затрат.
Именно установление широко принятой методологии, гарантирующей соответствующее качество данных модели изделия, существенно важно для повышения эффективности использования трехмерных технических систем и сокращения экономических потерь.
SASIG (Strategic Automotive product data Standards Industry Group - Стратегическая промышленная группа по стандартам на данные об изделиях автомобильной промышленности) стала инициатором разработки руководящих указаний по PDQ в автомобильной промышленности. Однако вопросы PDQ не являются исключительной прерогативой автомобильной промышленности, а являются общими для промышленного производства в целом. В разных отраслях промышленности критерии PDQ и их приемлемые значения могут быть разными, и настоящий стандарт направлен на поддержку таких различий.
Кроме того, ожидается, что применение стандартизации методологии PDQ разработчиками программного обеспечения будет способствовать созданию более совершенных систем с точки зрения обеспечения качества данных об изделии.
Е.2 Определение качества данных об изделии
Хотя важность качества данных об изделии давно осознана специалистами, но до сих пор отсутствует четкое определение термина "качество данных об изделии". При рассмотрении "качества данных об изделии" необходимо различать качество "данных об изделии" и качество самого "изделия" и "модели изделия", поскольку обычно эти три разновидности качества путают.
"Изделие" - это физически изготовленный предмет, а "модель изделия" - это математическая модель для представления "изделия" в компьютере. "Данные об изделии" - это численные данные, которые представляют информацию об изделии в соответствии с "моделью изделия".
"Качество изделия" определяется как степень удовлетворения требований пользователя к функциям изделия, его характеристикам и внешнему виду. Существует множество исследований и результатов в области "качества изделия". Например, для управления "качеством изделия" применяют ИСО 9000.
Однако не существует даже базового определения "качества модели изделия".
Поскольку понятие "данные об изделии" основано на понятии "модель изделия", то на сегодняшний день трудно дать более строгое или теоретическое определение "качества данных об изделии".
По этой причине в настоящем стандарте для построения модели "качества данных об изделии" принят описанный ниже практический подход.
Рисунок Е.1 - Качество изделия, модели изделия и данных об изделии
 | |
| 506 × 100 пикс. Открыть в новом окне | |
Рисунок Е.1 - Качество изделия, модели изделия и данных об изделии
Успешному обмену или совместному использованию данных об изделии препятствует разделение данных на ошибочные данные и несоответствующие данные. Каждый из этих классов делится на подклассы, что приводит к чисто геометрическим проблемам, топологическим проблемам, проблемам, возникающим при сочетании геометрических и топологических данных, и проблемам геометрического моделирования. Подробнее это рассматривается в Е.4.
Е.3 Тип целевых данных PDQ-S (качества данных о форме изделия)
Среди разнообразной информации, представляющей данные об изделии, основное внимание в настоящем стандарте уделено данным о трехмерной форме изделия, хотя в стандарт включены также и концептуальные схемы, позволяющие в будущем расширить стандарт и охватить также качество данных, не относящихся к форме. Причина, по которой основное внимание в настоящем стандарте было уделено данным о трехмерной форме изделия, заключается в том, что в настоящее время основная информация и большая часть доработок данных об изделии связаны с улучшением данных о форме. Сосредоточенность на этом вопросе отражается и в названии настоящего стандарта - PDQ-S (Product Data Quality - Shape, Качество данных об изделии - Форма).
Существуют различные способы представления данных о трехмерной форме изделия: граничное представление (В-rep), конструктивное твердотельное представление (CSG) и представление, основанное на параметризованных элементах формы. В настоящем стандарте основное внимание было уделено данным, представляющим параметрические кривые и поверхности, а также граничное представление, поскольку в настоящее время такие данные чаще всего используются при обмене и совместном использовании данных о трехмерной форме.
Хотя использование представленных параметрически в явном виде данных о трехмерной форме с геометрическими ограничениями, представленными в неявном виде с историей их построения, либо сочетание таких представлений возрастает, особенно в среде твердотельного моделирования, потребуется некоторое время, чтобы обмен параметризованными данными стал возможен, поскольку необходимые для этого стандарты, такие как ИСО 10303, будут утверждены в качестве международных стандартов только в ближайшем будущем. В связи с этим вопросы о качестве параметризованных данных о форме отложены на будущее.
Е.4 Критерии качества данных о трехмерной форме
Критерии качества данных о трехмерной форме делятся на следующие классы:
1) ошибочные данные;
2) несоответствующие данные.
Далее каждый из этих классов делится на подклассы, связанные с проблемами, относящимися к:
- геометрическим данным;
- топологическим данным;
- сочетанию геометрических и топологических данных;
- геометрической модели.
Под "ошибочными данными" понимаются неверные данные о форме изделия. Примерами ошибочных данных являются ошибочное определение b-сплайновой поверхности, незамкнутые контуры ребер и несогласованность нормали грани и нормали поверхности, на которой лежит грань.
Под "несоответствующими данными" понимаются данные, непригодные для использования, хотя математически эти данные могут быть верными. Например, к несоответствующим данным относятся самопересекающиеся кривые, не-манифолд ребра, узкий лоскут поверхности и зазор между входящим в границу грани ребром и поверхностью, на которой лежит грань.
Даже если данные о форме приемлемы в вышеописанном смысле, то существуют случаи, когда инженеры, осуществляющие последующую обработку данных, вынуждены эти данные дорабатывать.
Например, разработчики литейных форм вынуждены изменять данные о форме изделия, если в данных не учтен соответствующий литейный уклон. За счет всего лишь знания о том, учтены или нет в данных различные производственные требования, можно сократить затраты на доработку. Следовательно, эти вопросы относятся к области действия настоящего стандарта, поскольку они препятствуют перемещению данных об изделии от предшествующих этапов работ к последующим.
К сожалению, этим вопросам в настоящем стандарте не уделено достаточного внимания, поскольку необходимая для включения в настоящий стандарт информация пока слабо формализована, и это в настоящем стандарте является одним из самых важных открытых вопросов.
Е.5 Предельные значения и точности
Для численной оценки качества данных о форме важную роль играют предельные значения, которые определяются пользователем на основе прикладных протоколов. Примером типичного предельного значения является предельно допустимое расстояние при оценке зазора между лежащей в основе грани поверхности и кривыми, ограничивающими используемый участок поверхности. Это предельно допустимое расстояние подразумевает, что наибольшее расстояние между поверхностью и кривыми должно быть меньше предельного расстояния. Соответствующие предельные значения зависят от многих факторов, таких как размер изделия, конструктивные требования, точность вычисления надежности технических систем и т.д. Следовательно, то, какие предельные значения должны использоваться, должно тщательно определяться на основе соглашения между участниками при выполнении конкретной работы.
В большинстве случаев, особенно когда используются геометрические объекты свободной формы, алгоритм измерения позволяет вычислить приближенное, а не точное значение. В вышеприведенном примере поверхность и кривые состоят из бесконечного числа точек. Поскольку расчет бесконечного числа точек невозможен, то все алгоритмы пытаются рассчитать, используя необходимое конечное число точек. Для того чтобы требовать меньшую, чем ее ожидаемое значение, разность приближенного и точного решений, даже когда точное решение неизвестно, предоставляется спецификация точности. Под точностью понимается такая приемлемость решения, при которой значение разности между приближенным решением и другим приближенным решением, полученным при вычислении с другими, более точными, точками-образцами, оказалось бы меньше, чем заданная точность. Существуют два типа точности: обобщенная точность, применимая ко всем измерениям, и конкретная точность, применимая только к заданному измерению.
Е.6 Предположения о представлении данных об изделии
В настоящем стандарте приняты следующие два предположения:
1) проверка целевых данных об изделии ограничивается данными, представленными в формате ИСО 10303 STEP;
2) данные о качестве хранятся в том же самом STEP-файле, что и целевые данные об изделии.
На сегодняшний день качество данных об изделии - это общий вопрос для всех способов представления данных об изделии в компьютерном виде. Причина, по которой принято предположение 1, заключается в том, что однородность представления данных PDQ и проверяемых целевых данных об изделии, например однородность контекста представления, гарантируется только в том случае, если проверяемые целевые данные об изделии представлены в формате ИСО 10303 STEP. Если решен вопрос с однородностью, то область применения настоящего стандарта легко может быть расширена на другие виды представления данных об изделии.
Как уже было описано, данные PDQ не являются составной частью данных об изделии. Подразумевается, что данные PDQ могут храниться вместе с проверяемыми целевыми данными об изделии, а могут и не храниться. Причина, по которой принято предположение 2, заключается в том, что в настоящее время в ПК4/ТК 184 ИСО не существует методологии ссылки на экземпляр объекта во внешнем файле данных об изделии. Если появится такой механизм для ссылок на экземпляры объектов, находящихся во внешнем файле, то это ограничение немедленно будет снято, а данные PDQ и проверяемые целевые данные об изделии будут представляться в раздельных файлах с необходимыми ссылками при условии, что механизм ссылок на экземпляры объектов, находящихся во внешнем файле, не потребует изменения информационной структуры модели качества.
Приложение F (справочное). Сравнение настоящего стандарта и руководящих указаний SASIG PDQ
Приложение F
(справочное)
F.1 Сходство
F.1.1 Конкретные меры для устранения данных об изделии, имеющих низкое качество
Существует общее понимание того, что низкое качество числовых данных, представляющих трехмерную форму, влекущее за собой для принимающей стороны значительные потери времени и затраты на исправление данных, является главной причиной экономических потерь и значительных задержек при разработке изделия. Как в руководящих указаниях SASIG PDQ [5], так и в проекте PDQ-S перечислены конкретные меры по устранению имеющих низкое качество данных о форме изделия.
F.1.2 Отчет о проверке качества данных об изделии