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目前航天產(chǎn)品三維模型數(shù)據(jù)的保存方法，主要是以軟件自帶格式，存儲在PDM或檔案管理系統(tǒng)中，但這種模型數(shù)據(jù)保存方法存在巨大風(fēng)險(xiǎn)，不能保證數(shù)據(jù)長期可用，數(shù)據(jù)會隨軟件升級而逐漸失效；航天廣泛使用的三維建模軟件的升級換代，新版本軟件在讀取低版本數(shù)據(jù)時(shí)就可能丟失信息或出現(xiàn)無法讀取的情況。

在保存原生模型數(shù)據(jù)的同時(shí)，也備份軟件系統(tǒng)、操作系統(tǒng)和硬件，但生成環(huán)境的復(fù)雜性導(dǎo)致備份環(huán)境異常脆弱，僅靠備份環(huán)境保障數(shù)據(jù)安全還存在較大的風(fēng)險(xiǎn)，若干年后，即使能在備份環(huán)境中恢復(fù)出產(chǎn)品信息，也無法重用這些產(chǎn)品數(shù)據(jù)。

造成上述風(fēng)險(xiǎn)的根本原因就是由于國外CAD軟件生成的模型數(shù)據(jù)格式不對外公開，導(dǎo)致數(shù)據(jù)讀取高度依賴原生軟件，無法保證歸檔數(shù)據(jù)長期可用與安全。

為保證核心數(shù)據(jù)長期安全可控，歐美發(fā)達(dá)國家航空航天組織在上世紀(jì)九十年代相繼啟動(dòng)了多個(gè)面向產(chǎn)品數(shù)據(jù)長期歸檔保存的重大研究項(xiàng)目，這些項(xiàng)目的研究對象都包含三維模型數(shù)據(jù)。例如美國航天局NASA的PGEF項(xiàng)目、歐洲航天PDE項(xiàng)目、歐洲航空組織LOTAR項(xiàng)目等。

由歐洲航空工業(yè)協(xié)會于2002年組織開展的LOTAR項(xiàng)目，目標(biāo)是為產(chǎn)品數(shù)據(jù)的長期歸檔和恢復(fù)開發(fā)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，該項(xiàng)目采用STEP作為三維模型長期存檔的格式，其目的是保證在產(chǎn)品全生命周期中，都可以讀取并重復(fù)使用這些數(shù)據(jù)。

采用STEP標(biāo)準(zhǔn)體系或基于STEP的標(biāo)準(zhǔn)體系作為中性格式是公認(rèn)較好的三維模型長期存檔解決方案。但STEP標(biāo)準(zhǔn)體系目前還沒有完善，相關(guān)的轉(zhuǎn)換工具開發(fā)滯后，已有應(yīng)用協(xié)議還不能完全覆蓋型號研制的所有產(chǎn)品信息。

為解決面向長期保存的三維模型歸檔問題，國內(nèi)航天、航空、核等行業(yè)近年來也開始了相關(guān)研究工作，航空工業(yè)提出了一種將三維模型原生系統(tǒng)環(huán)境與模型同時(shí)長期保存的思路，核工業(yè)探索了三維模型輕量化在歸檔中的應(yīng)用，航天工業(yè)以三維模型中性格式轉(zhuǎn)換為核心，以歸檔前的建模規(guī)范檢查、歸檔過程中的模型比對驗(yàn)證為主線，研究并掌握了三維模型歸檔若干關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)了相關(guān)工具軟件，形成了一種新的解決方案。

4.1提出三維模型的STEP-XML中性格式

三維模型的長期存檔需要建立在一個(gè)更持久的數(shù)據(jù)格式之上，由于STEP提供了一種不依賴具體系統(tǒng)的中性機(jī)制，這種描述的性質(zhì)使得它非常適合作為模型數(shù)據(jù)的長期存檔格式，但由于目前STEP標(biāo)準(zhǔn)還不支持如線纜信息以及視圖管理等信息，在輸出STEP時(shí)會丟失這部分信息，導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真，因此提出了一種新的STEP-XML中性格式標(biāo)準(zhǔn)：通過直接對模型數(shù)據(jù)文件進(jìn)行解析，分析模型中約束、裝配、視圖、管路、線纜、PMI 的描述方法，將其中定義的幾何、約束、裝配、視圖、管路、PMI等所有有效要素的信息解析出來，然后按照STEP的定義創(chuàng)建輸出，至于目前STEP標(biāo)準(zhǔn)中不支持的要素類型，則通過XML擴(kuò)展對其進(jìn)行定義。該中性格式數(shù)據(jù)由幾何數(shù)據(jù)、幾何屬性數(shù)據(jù)、模型屬性數(shù)據(jù)、視圖數(shù)據(jù)、參數(shù)數(shù)據(jù)、標(biāo)注數(shù)據(jù)、電纜數(shù)據(jù)、管路數(shù)據(jù)等構(gòu)成。STEP格式支持幾何數(shù)據(jù)、標(biāo)注數(shù)據(jù)的存儲，其它數(shù)據(jù)則用XML文件存儲。

4.2突破三維模型比對驗(yàn)證等關(guān)鍵技術(shù)

轉(zhuǎn)換后的三維模型與原始模型是否一致，是否滿足“信息無損”的歸檔要求，需要將中性格式的三維模型反向轉(zhuǎn)換為原格式的模型，并與原模型進(jìn)行比對，通過比對來驗(yàn)證確認(rèn)，解決三維模型轉(zhuǎn)換為中性格式結(jié)果正確性的問題。為此采用了全局配準(zhǔn)、局部配準(zhǔn)及特征點(diǎn)配準(zhǔn)等理論方法，將中性格式的三維模型轉(zhuǎn)換為原模型格式，與原模型按照三維模型數(shù)據(jù)類型的特點(diǎn)，分別進(jìn)行幾何比較、特征比較、參數(shù)比較、三維注釋比較、裝配層級比較、裝配位置比較、基準(zhǔn)比較、線纜管路比較等，并檢查確認(rèn)比對結(jié)果，作為三維模型歸檔的一個(gè)重要依據(jù)。通過比對驗(yàn)證技術(shù)來查找和把控轉(zhuǎn)換前和轉(zhuǎn)換為中性格式數(shù)據(jù)后二者的一致性、完備性。通過對三維模型保存為中性格式后返回原生設(shè)計(jì)環(huán)境與原格式的三維模型進(jìn)行配準(zhǔn)比對，在設(shè)計(jì)環(huán)境中對比對規(guī)范中的各項(xiàng)比對內(nèi)容進(jìn)行還原度的評價(jià)，通過檢查比對結(jié)果，最終驗(yàn)證和確認(rèn)模型轉(zhuǎn)換質(zhì)量。

4.3建立基于STEP-XML中性格式的三維模型歸檔流程

對標(biāo)檔案長期保存“真實(shí)、完整、可用、安全”的要求，三維模型歸檔的關(guān)鍵是在原生模型到中性格式模型的信息“無損”轉(zhuǎn)換，其中“無損”是指三維模型所承載的設(shè)計(jì)信息在轉(zhuǎn)換前后保持一致。為確保實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，提出了基于自主的STEP-XML中性格式的三維模型歸檔流程：原生CAD軟件產(chǎn)生的三維模型模型質(zhì)量規(guī)范性檢查后，進(jìn)行數(shù)據(jù)解析和轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生STEP-XML中性格式的模型和輕量化格式的模型，使用原生CAD軟件將中性格式模型讀入并與原生模型進(jìn)行設(shè)計(jì)信息的比對檢查，確保一致性。最終形成面向長期存檔的三維模型歸檔三種格式文件：原生格式、中性格式和輕量化格式，其中原生格式和中性格式可以最大限度地確保模型數(shù)據(jù)的再現(xiàn)和重新利用，而輕量化格式主要用于模型瀏覽。

4.4形成三維模型長期存檔工具平臺的系統(tǒng)解決方案

目前已經(jīng)開發(fā)了模型中性格式轉(zhuǎn)換、模型規(guī)范檢查、模型比對驗(yàn)證等工具軟件，形成面向長期保存的三維模型歸檔工具平臺并在航天某型號成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了三維模型從形成到歸檔的全流程閉環(huán)，為三維模型長期存檔探索了一條新的途徑。 

經(jīng)過多年的實(shí)踐探索，檔案工作者對于三維模型長期存檔問題的認(rèn)識越來越深入，取得了初步的經(jīng)驗(yàn)，但面對層出不窮的三維建模軟件以及數(shù)量龐大的三維模型數(shù)據(jù)，完全解決這一問題還有很長的路要走。后續(xù)建議開展標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范研究，以STEP標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，借鑒LOTAR經(jīng)驗(yàn)，針對三維模型數(shù)據(jù)特點(diǎn)推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)；同時(shí)跨行業(yè)跨部門建立開放的合作框架和合作機(jī)制，形成產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合、廣泛穩(wěn)定的合作研究；當(dāng)然還需要加大投入，三維模型只是產(chǎn)品數(shù)據(jù)的一種類型，后續(xù)還需要將研究范圍從三維模型擴(kuò)展到產(chǎn)品全周期數(shù)據(jù)的長期存檔。

作者/張抒（航天東方紅衛(wèi)星有限公司）

責(zé)編/白雪毅

審核/鄭潔

監(jiān)制/王莉