新一代GPS标准体系的关键概念分析.pdf

新一代GPS标准体系的关键概念分析 王金星 蒋向前 马利民徐振高 李柱 (华中科技大学机械学院仪器系，湖北武汉430074) 摘要：在回顾GPS发展历程的基础上，分析了新一代GPS标准体系中要素、表面模型和不确定 度三个关键概念，并且探讨了它们与以往标准的不同之处，最后对我国在新一代GPS标准体系的研 究和贯彻方面提出了建议。 关键词：GPS；要素：表面模型：不确定度 1前言 GPS(DimensionalGeometricalProduct and Specification 何特征和表面质量)规范与认证，主要涉及产品的设计，制造和检验三个阶段，其基本框架见图l。 设计过程主要是对产品的尺寸，几何特征和表面质量进行规范，力争达到产品的性能最优：制造过 程主要是完成产品的加工和装配，而实际产品总是偏离设计的最佳值，例如尺寸总是表现为一定的 分布；检验过程主要是对实际工件进行测量，确定其是否满足规范要求。GPS采用物像对应原理， 用不确定度把产品的设计，制造和检验集成一体…。 图lGPS的基本框架 建议下， ——总体规划n1，该总体规划对GPS标准进行了分类，并以矩阵和标准链的形式予以表达；二是在 标准，通常称之为新一代GPS标准。新一代GPS标准体系的特点在于将产品的规范、加工和认证作 为一个整体来考虑。从而给新产品的开发提供一套全新的、简便实用的工程工具，这套工程工具可 以为产品功能需求的表达提供更为精确的方法。 是三个基本概念。要素的分类和操作与以往标准相比有很大不同，表面模型是新提出的概念，而不 确定度不再仅指测量不确定皮，而更具一般性，是联系产品功能，设计，制造和检验的纽带。下面 分别对这三个关键概念进行详细论述。 一88— 2要素 要素，即构成工件几何特征的点，线和面，在工件的规范、加工和认证过程中扮演着重要的角 色。工件的规范，表现为对具体要素的要求；工件的加工，表现为具体要素的形成：而工件的认证， 表现为对具体要素的检验。相应地，新一代GPS将要素划分为三个“世界”，设计阶段由设计者想 象的要素存在于规范世界，实际工件的要素存在于物理世界，认证阶段由检验者提取的要素存在于 认证阶段。旧标准对要素的分类和描述相对简单，存在很大缺陷，与计算机辅助设计技术和坐标测 量技术不相适应，不能满足新一代GPS标准体系的要求。为了更好地描述要素，新一代GPS对要素 进行了重新分类和说咧引，具体的分类和它们的内在联系如图2所示。 组成要素 I 导出要素 量岭麽蕊 提取 工 {车 替 代 导出 体 拟合要素I拟合组J莰要素 拟合导出要素 图2新一代GPS标准中要素的分类和关系 下面以圆柱为例加以说明，圆柱面为组成要素，圆柱轴线为导出要素。在设计阶段，如图3口 所示，圆柱面为公称组成要素，由公称圆柱面导出的轴线为公称导出要素，公称要素具有理想的几 何形状。在加工阶段，如图3b所示，圆柱面为实际组成要素，在新的国际标准中，实际要素就是 指实际组成要素，而没有“实际导出要素”这个概念，这是和以前的国际标准所不同的。在认证阶 段，首先要对实际要素的有限个点进行测量得到提取要素，如图3c所示，圆柱面为提取组成要素， 由提取圆柱面导出的轴线为提取导出要素，然后由提取要素按照规定的方法形成拟合要素，如图3d 所示，圆柱面为拟合组成要素，由拟合圆柱面导出的轴线为拟合导出要素，拟合要素虽然也具有理 想的几何形状，但在数值上和公称要素是不同的。 图3圆柱要素说明