面向ISO129-5 的金属构件三维标注

武 瑞， 赵正龙， 张晓璐， 陈景玉

（1.徐州工程机械集团有限公司， 江苏 徐州 221004； 2.中机生产力促进中心， 北京 100044）

0 引言

随着计算机技术的快速发展，以CAD/CAPP/CAM 为核心的工程设计系统已逐渐由二维设计模式过渡到三维设计模式，数字化技术、智能技术及绿色技术日益渗透融入到产品研发中。 尤其是日益推广的MBD 技术，促使设计研发手段发生着重大变革[1-3]。在此基础上，国际标准体系也发生了重大变革，以ISO 16792《技术产品文件 数字化产品定义数据通则》 为代表的一批数字化定义标准极大推动了全三维设计的普及。 这对ISO 制图标准的制定提出了新要求，既要方便二维图纸化绘制和展示，又要方便三维模型上添加和视读。

在中国主持制定的ISO 129-5《技术产品文件-尺寸和公差标注-第5 部分：金属构件尺寸标注》标准的过程中，充分考虑了三维标注的需求，定制开发了基于Pro/E的三维标注工具，对标准条款进行了应用，验证了其在三维模式下的可行性和合理性。

1 国际标准中的三维标注要求

1.1 国际标准的三维化发展趋势

技术产品文件（包括二维和三维）的标准化工作由ISO/TC 10 负责， 其范围包括产品研发全生命周期的各类文件、数据、图样：①产品全生命周期中的技术文件及技术信息；②文件准备、管理、存储、检索、复制、交换和使用；③包括手工文件，和软件方式所产生的二维、三维模型、数据文件等。 近年来， 技术产品文件正经历由二维到三维，由纸质到数字化，由单一阶段向全流程应用的转化，其发展趋势见图1。

图1 技术产品文件国际标准趋势Fig.1 Trend of TPD standard

1.2 ISO 三维标注的基本规则

2006 年，ISO/TC 10 在 美 国 标 准ASME Y14.41 的 基础上，制定了ISO 16792《Technical product documentation－ Digital product definition data practices》标准[4]，目前已修订至2015 版，对三维标注的基本规则做出了规定：

——标注模型由设计模型、 标注以及属性三部分内容组成。 其中，设计模型是以图形化方式进行表达，由几何元素组合构成的三维模型； 标注信息主要包括精度要求、 尺寸公差、 符号注释等， 一般直接附着在三维模型中，不需要外部处理即可呈现；属性信息为产品的内置信息，例如编码、原材料等。 其基本构成见图2。

——标注的基本形式沿用二维规则，在三维模型上，标注均放置在固定的标注面内，既保证三维表达效果，也保持延续性。此外标注应与对应模型几何关联，并且在标注面内随模型旋转。 其基本形式见图3。

图2 三维标注模型构成Fig.2 Composition of 3-D annotated model

图3 三维标注基本形式Fig.3 Basic form of 3-D Dimensioning

2 金属构件标注规则

2.1 ISO 129-5 简介

标准规定了主要由型材、板材、棒料等组成的金属构件的标注。 主要包括：

（1）型材的符号化表达与标注。

（2）金属构件的简化表示，主要针对二维条件下的简化画法和标注。

（3）典型构件与典型连接方式的表达形式，描述其标注规则，并给出样例。

其中，型材的符号化表达与标注是核心内容。

2.2 型材符号化表达

针对常见型材，例如热轧型材、冷弯薄壁型材等，以符号和代号的形式进行标注， 替代一般机械制图中面面俱到的尺寸标注。 为便于软件定制，根据ISO 81714 的规则，采用网格（0.1M）的形式对符号进行精确的形状和比例定义，见图4。

图4 符号的0.1M 网格定义Fig,4 Symbol defined by 0.1M grid

以代号的形式，对构件详细规格进行表达，包括型材类型、型材的图形或字母符号、 型材标准号、 型材截面规格等，见图5。

图5 构件的表达代号Fig.5 Code of component

2.3 型材在图纸上的标注形式

在图纸中，构件代号可以沿着构件的轮廓放置，然而，为兼容三维标注，标准也给出了引线标注的样式，见图6。

图6 构件的标注Fig.6 Dimensioning of component

3 金属构件三维标注验证

3.1 三维标注工具简介

在Pro/E 自带三维标注功能基础上， 按照相关标准要求，利用Pro/E 二次开发工具Pro/Toolkit 开发出一套三维模型标注辅助工具，有效的弥补了Pro/E 三维模型标注功能的不足， 使之满足金属构件标注的需求， 其主要包括尺寸标注、符号标注、文本注释、标注视图管理等，总体架构见图7。

图7 三维标注工具架构Fig.7 3-D Dimensioning software architecture

3.2 典型金属构件的三维标注

（1）定义标注视图。首先通过软件提供的视图管理功能建立导引视图， 然后根据导引视图在三维模型上进行详细标注。 这样做的最大好处是实现了二维图纸到三维模型的平滑过渡，既实现了三维标注，又与现行二维设计规范差距最小，设计标注时既清晰又简洁，后续引用也很方便，设计员、工艺员、操作工人、检验员等都很容易接受。在图8 所示的界面内，进行标注视图的定义。 基于定义的标注视图方向，结合标注时注释在图元上的依附点，软件即可自动确定标注面，并将注释放置在面内。

图8 标注视图定义Fig.8 Definition of annotation views

（2）尺寸的标注。 在定义的视图内标注构件的基本尺寸。 软件通过二次开发将Pro/E 中的三维标注功能进行了集成和优化。 为便于软件实现，使用ISO 中规定的尺寸文本放在尺寸线中间的形式。 标注效果如图9 所示。

（3）金属构件代号标注。 根据ISO 129-5 的要求，采用引出注释的方式进行构件代号的标注。根据标准，将型材符号预定义如标注工具中，在填写代号时可调用。标注效果如图10 所示。

图9 标注模型尺寸Fig.9 Dimensions on the model

图10 标注构件代号Fig.10 Code of component on the model

（4）标注的显示控制。 利用工具，可以对标注的信息分类、分视图显示。 完整显示时的标注结果如图11 所示。

图11 标注结果Fig.11 Dimensioning result

4 结束语

本文介绍了面向国际标准ISO129-5 的金属构件三维标注。 通过研究三维数字化表达的特点，在制定标准的过程中就选择了合适的标注样式， 并给出适合软件精确定制的图形化符号；在标准完成后，又通过开发的三维标注工具对标准的可行性和合理性进行了验证，证明该标准要求能很好的兼顾二维与三维表达要求，具有良好的适用性。 通过本文介绍的工作，在高质量完成国际标准编制的同时，也进行了标准与技术协同研发的有益实践。