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JT技术:三维产品数据共享和可视化的首个ISO国际标准
2013-06-25 16:12:07  作者:赵继政  来源:《CAD/CAM与制造业信息化》杂志
  •   发展JT技术的目的是为公用领域的数据交换提供一种标准格式。任何人都可以据此设计一套数据结构和操作方法,以定义电子文档的交换格式。JT数据格式是一种面向行业的、高性能、轻量化、灵活的文件格式,用于捕 ...

  发展JT技术的目的是为公用领域的数据交换提供一种标准格式。任何人都可以据此设计一套数据结构和操作方法,以定义电子文档的交换格式。JT数据格式是一种面向行业的、高性能、轻量化、灵活的文件格式,用于捕获和表达“三维产品定义”数据,促进在整个扩展企业中的协作、验证和可视化。JT格式适用于各类制造行业的应用,并可能扩展到其他行业。目前,已经成为众多大型用户的首选公共数据格式,JT数据格式在2012年12月已被ISO接受为国际标准(ISO IS 14306:2012)。

  JT格式能为企业建立三维数字化资产的单一表示,是一种紧凑高效的表示方法。同时也适于自动化的流处理,能方便地与企业级软件解决方案集成。JT数据采用业界最佳的压缩方法,可以是非常轻量化的、也可以是非常丰富的,比如:能保持原始与CAD信息的关联(装配、产品结构、几何、属性、元数据和产品制造信息PMI),也支持多种剖分和细节层次生成。因此能支持全面完整的上下游过程:从轻量化、基于WEB的查看,到全产品数字样机。

  软件产品开发组织已经开发了多种转换器,能将主流CAD系统的数据转换为JT。

  一、JT技术的应用目标

  (1)用于企业级的三维可视化、协作和数据共享。JT Open Toolkit提供了API访问JT信息,允许可视化应用程序配置和渲染数据,并保持一致性。可用于支持协作应用程序,能为多CAD应用场景提供增强的数据共享功能,也能将轻量化表示用于上下文相关设计,在设计操作需要时,还能提供精确表示。

  (2)用于CAM、CAE、设计、数据管理和标准件。CAM:用于工艺规划、工作单元仿真、加工刀具路径生成等。通过JT Open Toolkit的支持,能将制造工艺或工艺集成开发的相关信息聚集在一起;CAE:为分析提供面模型,或为更详细的分析提供精确模型;数据管理:大多数PDM和数据管理工具都只在文件层次进行操作,JT Open Toolkit允许应用程序深入使用JT数据,能让PDM和数字化制造工具检查产品结构、按照自己的方式建立数据表示;标准件:零件的JT表示,加上JT Open Toolkit提供的可视化和查询功能,能帮助零件供应商把不同的模型统一成一种格式,并可视化表示出来;也能向最终用户提供精确的表示。

  (3)用于Web应用程序、创意媒体和“How To”应用程序。Web应用程序:能将JT表示配置为轻量格式以便于显示,为产品配置使用更精确的表示,或者按照用户选择的选项做即时的剖分;创意媒体:用于非传统的表现和展示。除了能创建动画,丰富的纹理和灯光模型,还能为产品和产品功能提供更创新的演示;“How To”应用程序:现场维护和车间指令应用程序也可以建立在JT数据基础上。除了能创建动画和透视之外,轻量数据还有助于增强应用程序的能力,如提供远程培训或在意外操作情况下提供按需帮助。

  二、体系架构、数据模型和格式规范

  JT提供灵活的划分模式,可以包含一个或多个文件。每个文件可以包含任何相关的JT信息。JT格式是结构化的,从而保证能支持各种自动处理和分发方法。

  JT数据模型体系架构支持装配结构,带装配子结构、零件和实例。JT有能力忠实地表示来自任何CAD系统的信息,使用业界最佳的压缩和编码算法,允许JT文件的创建者在压缩率和数据忠实度之间平衡时能进行细节调整,能支持:产品结构、面片、线束信息、视觉属性、精确几何和拓扑、基本几何集、产品制造信息、属性/特性和元数据。

  除了数据的内容描述,JT数据同时支持复杂的操作,例如剖切、精确测量、碰撞检测、干涉检测、运动仿真,以及极端的图形表示、虚拟现实和数据转换。

  对于查看和处理JT数据的运行时体系架构,JT格式并不作具体的实现规定和定义,这使得JT格式能在不同应用程序之间的互操作中容易重用,也有助于增量更新,在原始CAD数据修订后,不会失去下游数据。

  1. JT文件的基本结构

  JT文件按照“块/段”的序列进行组织。File Header块总是文件的第一个数据块,包含JT文件的版本、以及TOC位置的信息,处理程序可以据此决定如何读取文件。后面是一个TOC Segment和多个Data Segment组成的序列(图1) 。

  TOC Segment使用File Header中的数据,用于定位Data Segment中的所有数据——在TOC Segment中,为每个Data Segment都定义了一个入口。而Data Segment用于存储数据。

  2.Data Segment说明

  Data Segment是数据段的集合,主要包括:Logical Scene Graph (LSG)、JT B-Rep、PMI Data、Meta Data、ShapeLOD、XT B-Rep和Wireframe等。其中,JT B-Rep Segment定义了精确的几何边界表示数据。XT B-Rep Segment定义了Parasolid边界表示(XT)格式的精确几何边界表示数据。而Wireframe Segment定义了精确的三维线框数据。

  (1)LSG Segment。LSG Segment包含了数据元素(Element)的集合。LSG是模型的图形化描述,包含了图形的形状和属性,能表示模型的物理组件、用属性表示这些组件的任意元数据(例如名称、语义角色)、用层次化结构表示组件的关系。LSG中最重要的数据元素是Graph Element。Graph Element是JT模型的最基础描述,包括2种基本数据元素:Node Element和Attribute Element。Node Element是LSG中的节点,一般可分为内部节点和叶节点。叶节点通常是形状节点,用于表示模型的物理组件,包含或引用一些图形表示或几何。内部节点定义了叶节点的层次化组织,形成了空间和逻辑模型关系。Node Element同时也是信息持有者,包含几何形状、属性以及模型组件定义和表示的其他信息,例如:划分、组、实例、零件、元数据、范围、分支和形状等。Attribute Element用于表示图形数据的外观特征,需要与节点相关联,例如颜色、纹理、材质、灯光或位置变换等,这些数据关联到节点上,并在LSG中向下继承。

  (2)Shape LOD Segment。Shape LOD Segment用于定义几何形状数据,例如:节点、多边形和法向量等,可以用Vertex、Tri-Strip Set、Polyline Set、Point Set、Polygon Set和Null等基本数据元素来定义。而对于一些基本体元形状,例如立方体、圆柱体和球等,可以用Primitive Set Shape Element数据元素来定义。

  (3)Meta Data Segment。Meta Data Segments用于在一个单独的JT文件中存储元数据的大集合。这样,有助于在应用程序中实现“延迟装载”。其中,用PMI Manager Meta Data Element数据元素来定义零件/装配的产品和制造信息,例如:PMI实体、PMI关联、PMI用户属性、PMI模型视图和CAD标记数据。

  三、JT Open Toolkit

  JT Open Toolkit是一个程序库,用于读写JT数据,提供给软件开发人员开发JT-Enabled的应用程序。通过它能减少开发JT-Enabled应用程序的编码和维护工作,并保证100%的数据兼容性。JT Open Toolkit适用于多种硬件和操作系统平台,提供了众多带注释代码样例的开发文档,为应用程序的开发提供了样例和框架。

  JT Open Toolkit的主要功能包括:丰富的API用于创建、操作和编辑数据;剖分(Tessellation);自动细节层次(LOD)生成——用户控制的;可定义“仅更新修改的文件”;缝合相邻面,以获得更好的实体建模处理;在JT数据访问功能的关键点进行回调注册(针对“Just In Time”应用程序特定的处理):实体穿越,内存管理,零件填充;将产品结构灵活地映射到文件结构:数据创建过程可以裁减,以改进访问,与原始数据(文件)组织保持一致,后续修改;数据生成控制:面容差,洞和消弧容差;错误处理:多级信息报表;写JT数据时进行数据压缩:按用户的设置来控制, 低速网络环境下改进数据传输。

  最典型的JT-Enabled应用程序是:使用JT文件来传输来自上游应用程序中的数据。这种情况下,将JT数据结构读进内存,作为内部数据表示。

  也可以按照用户需要的方式处理内部数据,然后输出成另外一个JT文件作为归档、或者传输给下游的JT-Enabled应用程序。比如:查看和标记应用程序以JT文件从CAD系统接收设计,在JT文件添加注释后,再返回给设计人员,由CAD系统读入(图2)。

  四、JT Open计划

  JT Open计划是一个面向独立软件供应商和软件最终用户的专门计划,再以推动JT格式作为可视化、协作和数据共享的标准。JT Open组织的成员包括PLM价值链各领域的用户、软件供应商和感兴趣团体,他们共同致力于将JT技术开放地应用于专业业务领域。

  参与JT Open计划,能帮助减少与软件应用相关的成本。在组织和供应链中使用JT能改进效率并减少供应链集成的成本。其他的优势如下。

  (1)向软件供应商提出要求,使JT-Enabled的产品能帮助企业改进过程和降低成本。

  (2)能在各种软件供应商中,组合、匹配业界最佳的JT-Enabled应用程序,得益于功能和成本的市场竞争。

  (3)引导JT技术的未来发展。

  (4)低成本进入大量现有的JT用户市场。

  (5)获得开发JT-Enabled应用程序所需的技术支持、文档化的软件工具包;无限制地使用Jt2Go的增强功能。

  目前,企业会员包括波音、克莱斯勒、福特、大众/奥迪、沃尔沃和宝洁等全球领先的欧美企业。亚洲企业中,日产、现代、本田、塔塔、马自达和铃木等也是会员。遗憾的是,目前还没有中国企业加入。

  五、JT2Go浏览器

  JT2Go是一个免费三维JT浏览器,任何人都可以自由下载使用(www.jt2go.com)。通过JT2Go,使用户方便地操作三维数据,提供对零件、装配、二维图样的全面交互性。用户可以与把JT用作主要设计协作格式的客户、供应商和合作伙伴进行协作。用JT2Go浏览器可以对三维设计模型进行设计审核,征求意见以及任何需要三维模型的工作。JT2Go的基本功能包括如下。

  (1)在全数据管理树中浏览产品制造信息的功能。

  (2)三维数据浏览(JT,PLM XML)缩放、平移、旋转、搜索、区域缩放、全部浏览、产品结构树、属性、标准试图;三维数据打印;基本的三维测量功能、三维截面功能。

  (3)二维数据浏览(CGM,TIF),缩放、平移、旋转、搜索、区域缩放、全部浏览;二维数据打印。

  (4)直接在office文件里面进行三维查看。可以将三维的模型植入任何微软的Office软件包中,比如,Word文档、Excel文档和PowerPoint文档,用于报告评审等。

  (5)嵌入HTML中充当嵌入式浏览器、从URL上载入并浏览查看可视化的JT轻量文件模型。

  (6)合并PLM XML快照;在会话中创建、浏览快照。

  (7)支持轻量化曲面表达、供应商协同。

  新版的JT2GO浏览器将会支持移动设备和触屏技术,可以运行在基于Windows 8的平板和带触屏的桌面计算机。

  六、高级JT应用

  JT2Go是JT技术的入门级产品,在更高的业务要求情况下,用户可能需要相关的JT技术软件供应商合作,获得完整的、高性能的、面向过程的可视化解决方案,以达到更高的业务要求,如图样评审和分析、设计评审、设计研讨和分析、数字样机。这些功能可以用于更多的业务领域:概念设计、沉浸式风格评审、间隙/干涉分析和管理、产品测试和质量验证、容差仿真、工装设计和分析、人机工程、可制造性、可服务性,以及其他功能。

  七、JT在企业中的应用案例

  JT Open的企业会员长期致力于JT技术的应用推广,为JT发展提供应用需求和应用实践,企业用JT技术表达三维产品定义,在内部和整个供应链应用JT进行协作和工程分析、验证,取得了很好的效果。

  Hendrick Motorsports是一家为NASCAR赛车车队提供技术支持的公司。Hendrick Motorsports需要接收和使用不同格式的CAD数据,包括自己创建的和来自供应商的,因此难以在大装配的设计上下文环境中进行验证。通过使用JT,建立了异构CAD数据的中性表示,把来自不同CAD系统的数据集合成一个模型,使异构CAD设计结构的编辑、分析和验证成为可能。同时,JT允许Hendrick Motorsports把三维表示传递给非CAD的用户,从而改善团队协作。通过相关技术的支持,加速了工程更改和实现,保证对下一次比赛的有力支持。

  DENSO Thermal Systems主要生产空调系统、发动机制冷系统、热交换器、散热器和压缩机等。借助JT的支持,DENSO Thermal Systems的设计人员能够建立复杂产品的虚拟原型。

  相比物理原型,这种数字原型有很多显著的优点,最明显的是成本的节约。JT格式能够帮助在网络环境中共享三维模型,而用户不必使用CAD系统,通过仿真功能和JT技术,帮助企业提高了生产效率并减少了产品开发周期。

  意大利的Antonio Carraro是一家历史悠久的企业,主要产品是多用途拖拉机,专门为农业、林业和道路维护领域的客户提供定制的产品。JT数据格式在帮助企业改善协同的计划中起了非常关键的作用:帮助企业在技术部门之外共享和发布信息,并可以通过网络从远程访问,使查找数据、完成工作任务和更改协作变得更容易和便捷。

  八、结语

  JT的优点在于:通过一整套的技术、方法和机制确保开放性、技术领先性和广泛的应用。

  (1)首个ISO标准,拥有广泛的市场接受度和采用度:采用企业多、行业积累的数据规模庞大。

  (2)技术方面:具有Web友好、内存友好、内容可调、特征丰富、体系架构灵活和表示精确等特点,还提供能获得很好技术支持的、实用的JT Open Toolkit。

  (3)开放的运作方式:JT Open计划提供了非常有吸引力的业务方式,确保软件的质量、支持不断增强,以支持产品生命周期过程的各种要求。

  (4)JT Open计划由其会员领导,从而保证能做到持续的改进,更重要的是,为会员提供了持续改进的能力:在一个组织、一个行业内,改进跨供应链进行可视化数据共享的整体效率。

  (5)支持多种应用水平和应用场景:从JT2Go提供的基本的JT应用方式,到企业级可视化、数字样机和虚拟现实等不同水平的工程应用。



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