现代产品几何量技术规范GPS国际标准体系

的数据传递以及三维图形中的精度表达，促使新一
新一代ＧＰｓ标准制定的最初动力来源于人们
代ＧＰｓ体系基础理论产生了根本性的变革【４，５】。 新一代ＧＰｓ以计量数学作为基础语言结构，给
·国家重大技术标准专项基金伫００２ＢＡ９０６Ａ２０Ⅲｌ－一１６和２００２ＢＡ９０６Ａ２）、 教育部科学技术研究重大项目“新一代ｏＰｓ标准体系的理论研究’Ｙ０３０１） 资助项目。２００４０３０ｌ收到初稿，２００４０９２０收到修改稿
出产品功能、技术规范、制造与计量之间量值传递 的数学方法。为产品设计、制造及计量测试人员提
万方数据
机械工程学报
第４０卷第１２期
供了一套共同语言，建立了一个交流平台，如图１ 所示。
设
图１新一代ＧＰｓ体系的模型
新一代ＧＰｓ的宗旨为：减少１０％的图样设计中 几何技术规范修订成本；减少２０％制造过程中材料 的浪费；节约２０％检测过程中仪器、测量与评估的 成本；缩短３０％产品开发的周期‘”。
语言提出的新的国际标准体系，它以计量数学为基础，给出产品功能、技术规范、制造与计量之间的量值传递的
数学方法，为产品设计、制造及计量测试人员提供了一个无歧义的信息交流平台。详细研究了新体系的框架、概
念及运作方法，给出它的科学基础，提出实际应用的方法。
关键词：现代产品几何技术规范标准和计量运算和运算链不确定度
表２ ＧＰｓ标准链的例子一直线度
（４）补充ＧＰｓ标准。对通用ＧＰｓ标准在要素特 定范畴的补充规定。这些规定是基于制造工艺和要 素本身的类型而提出的。它包含特定特征和要素的 制图标注方法、定义和验证原理。其中一些标准与 加工类型有关，如切削加工、铸造、焊接等：另一 些与机械元素的几何特征有关，如螺纹、键、齿 轮等。
际检验手段的计量特性偏差。执行不确定度来源于 由认证规范上所定义的理想计量学的特征与实际认 证规范的计量学的特征之间的分歧。
（４）依从不确定度。规范不确定度和测量不确 定度合称为“依从不确定度”，是解释产品规范和认 证的不确定度。
（５）总体不确定度。相关不确定度、规范不确 定度和测量不确定度统称为“总体不确定度”。在新 一代ＧＰｓ规范中，相关不确定度、规范不确定度和 测量不确定度这三种类型的不确定度可以直接比 对。设计工程师仅仅负责相关不确定度和规范不确 定度，检验工程师仅对认证不确定度负责。一个产 品，对设计、制造和计量的最优化资源配置基于对 不确定度的合理认识。
（１１相关不确定度。用于描述实际几何产品规 范与工件实际功能的匹配程度。相关不确定度不用 于考虑工件的特定规范验证，而是用于解释当一些 工件规范没有满足时，零件不能实现所需功能的 原因。
ｆ２１规范不确定度。用于制订无歧义的标准。 一个不完整的规范定义，或不清楚的图样标注将导 致规范不确定度。当所有必要的规范运算存在且已 知时，不存在规范不确定度。例如，正确的图样标 注方法以及保证正确测量结果所需必要条件的规 范，如坐标测量机ＣＭＭ触针直径、滤波器类型及 参数、数学拟合算法等。
新一代ＧＰｓ的四个基本标准类型如下。 ｆ１）基础ＧＰＳ标准。确定尺寸和公差的基本原 则、建立ＧＰＳ基本结构和关系的标准。共有两个标 准：ＩｓＯ ８０１５公差的基本原则和Ｉｓｏ厂ｒＲ １４６３８总 体规划的大纲； （２）全局ＧＰｓ标准。涉及或影响几个或全部通 用和补充ＧＰｓ标准。主要包括通用原则和定义标 准，如测量的基准温度，几何特征、尺寸、公差、 通用计量学名词术语与定义，测量不确定度的评估 等。全局标准直接或间接地影响通用ＧＰｓ标准链。 在全局ＧＰｓ标准中最重要是Ｉｓ０ １长度测量温度参 考标准［７】和ＩｓＯ １４６６０—１几何要素的术语和定义标 准【８】，以及两个技术文件：国际标准计量基本和通 用术语（ⅥＭ）【９］和测量不确定度表述指南（ＧｕＭ）”…。 它们在ＧＰｓ中起着重要的核心作用，被归纳为全局 ＧＰＳ标准。 （３）通用ＧＰｓ标准。ＧＰｓ的主体，用来确立不 同几何特性工件的图样表示规则、．定义和检验原则 等，包括７个操作链环联结着１８种几何要素。每个 链环中至少包含一个标准，它们之间相互关联，并 影响着其他链环中的标准。通用ＧＰｓ标准构成了一 个ＧＰｓ矩阵（ＧＰｓ ｍａ仃ｉｘ）：其中“行”是不同几何 要素分类，“列”是标准与计量链。通用ＧＰｓ标准 给出了从设计规范、检测技术到比对原则和量值溯 源的数学工具。表２给出一个直线度标准链结构的 例子。
后果是因为第一代ＧＰｓ的标准化工作分布在国际 标准组织三个独立的技术委员会ＩｓＯ／Ｔｃ３（极限与
几何量技术规范（ＤｉＩＩＩｃｎｓｉｏｎａｌ ａｎｄ ｇｅｏｍｅｍｃａｌ ｐｍｄ． ｕｃｔ ｓＤｅｃｉ６ｃ撕ｏｎ ａｎｄ ｖ嘶ｆｉｃ撕ｏｎ简称ＧＰｓｌ。ＧＰｓ是 贯穿一切几何产品从研究、设计、开发、到制造、
第４０卷第１２期 ２００４年１２月
机械工程学报
ＣＨＩＮＥＳＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ０Ｆ ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
ｖｏｌ ４０ Ｎ０１２
Ｄｃｃ．
２００４
现代产品几何量技术规范（ＧＰＳ）国际标准体系＋
蒋向前
（华中科技大学机械科学与工程学院武汉４３００７４）
摘要：现代产品几何量技术规范（ＧＰｓ）是国际标准化组织“尺寸与几何技术委员会（ＩｓＯ，ｒｃ２１３）”基于新一代ＧＰｓ
技术、质量管理、工业自动化系统与集成等工作的 基础，其重要作用日益为国际社会所认同。
工业全球化的今天，ＧＰｓ已经不是过去集中生 产模式中设计人员、制造人员以及计量测试人员等 为了达到产品的功能要求而进行信息交换的方法，
随着生产技术、工艺水平的发展，这些问题显得越 来越突出，以至于不能适应现代化生产的需要。为 此，在１９９６年国际标准化组织（ＩｓＯ）决定将ＩｓＯ厂ｒｃ３、 ＩｓＯ厂ｒｃ５７、Ｉｓｏ厂ｒｃｌ０／ｓｃ５三个技术委员会合并起 来，成立了一个新的技术委员会ＩｓＯ，ｒｃ ２１３，全面
意图，制造人员不知道如何按照图样完成工件的制 造，或者计量测试人员不知道如何测量，而是图样 技术规范的不完整，设计、制造和检验标准的基础 理论不统一，设计、制造以及计量人员之间没有共 同的技术语言，无法有效地沟通，其后果己导致产 品的平均成本增加占生产费用的２０％口Ｊ。造成这种
争的急需任务。 在产品制造领域，最主要的工具就是现代产品
７
计量 设备 标定
１ 尺寸
２ 距离 ３ 半径
角度
与基准线无关
５
的线的形状
与基准线有关
６
的线的形状
与基准线无关 ７ 的面的形状
与基准线有关 ８ 的面的形状
９ 方向 １０ 位置 １ｌ 圆跳动 １２ 全跳动
１３ 基准
轮廓粗糙度
１５ 轮廓波纹度ห้องสมุดไป่ตู้１６ 基本轮廓
１７ 表面缺陷
１８ 棱边
四种类型的ＧＰＳ标准：全局、基础、通用和补充 ＧＰｓ标准，由大约２００多个ＩｓＯ、ＩｓＯ，ｒＲ及ＩｓＯ厂ｒｓ 文件组成。它包含了ＧＰＳ系统资源的范围，以及它 所涉及的标准与计量中的问题。
中图分类号：ＴＢ９１
０前言
对设计、制造和检验标准之间的不衔接与矛盾的认 识。其原因并不是设计人员表达不清楚自己的设计
随着２ｌ世纪知识的快速扩张和经济的全球化， 企业规模和地域分散性的扩大，传统的内部交流和 联系机制日趋消失，国家之间、地域之间的经济竞 争日趋激烈…。因此，在世界领域内提供和实施可 靠的交流与评判工具，己成为满足工业的全球化竞
模拟真实表面模型…１作为新一代ＧＰＳ标准体 系中最新提出的概念，是指设计者想像中的工件和 它的外部环境物理分界面的几何模型，它不同于公 称表面模型（理想的几何形状），也不同于实际零件 表面（测量获得的表面），而是设计工程师的参照物 ——虚拟的零件真实表面。在设计阶段，设计人员 可以用模拟真实表面模型对实际表面进行模拟，对 限定几何要素进行分离、提取、滤波、拟合、集成、 构造和评估等操作，从而确定在满足功能要求的前 提下几何要素的最大偏差，用来指导公差设计。在 认证阶段，计量测试人员将实际工件与模拟真实表 面模型对应考虑，对与模拟真实表面模型相对应的 几何要素进行分割、提取、滤波、组成、集成、构 造和评估等操作，以确定实际工件的误差大小，最 后对模拟真实表面模型和实际工件进行～致性比 较，从而确定实际工件是否达到规范要求，能否满 足零件的功能要求。图２表示了模拟真实表面模型 （连续表面）的规范过程和实际工件（数字表面）认证 过程的对偶关系”“。
３新一代ＧＰＳ语言理论基础
万方数据
新一代ＧＰＳ语言以计量数学为基础，将设计与
２００４年１２月
蒋向前等：现代产品几何量技术规范（ＧＰｓ）国际标准体系
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测量过程构成一个物像系统，引入“对偶原理”，把 标准与计量用不确定度的传递关系联系起来，从而 将彻底解决从第二次世界大战结束以来一直困扰人 们的基于几何学理论技术标准的繁琐，以及由于测 量方法不统一致使测量评估失控引起的纠纷。
ｆ３１测量不确定度。定义为与测量结果有关的 一个“参数”，表明数值的离散性，取决于测量方法。 测量不确定度可以认为是方法不确定度和执行不确 定度的总和。如果实际认证运算与规范确认运算相 同，则测量不确定度将相对较小。方法不确定度来 源于图纸规范和实际检验手段之间的偏差，忽略实
机械工程学报
第４０卷第１２期
负责构建一个完整的新一代产品几何量技术规范与 认证（ＧＰｓ）的国际标准体系”Ｊ。
随着国际经济的发展和科学技术的进步，信息 技术和网络技术的高度发展，尤其ｃＡＤ／ＣＡｈ倒ｃＡＯ 技术的高度实用化，新的测量原理、技术和设备的 使用，新材料的应用，以及制造精度从微米级到纳 米级的提高，第一代ＧＰｓ理论基础己不再适应现代 制造技术的需求，其精度设计和公差理论不适于在 计算机中处理和在产品设计、制造与检验各个阶段
万方数据
设计意图（规范过程）
根据设计意图对已加工的工件 的一致性认证（测量过程）
图２工件设计与认证过程的对偶性
Ｊ功 能卜＿—叫规范卜＿——－叫认证／测量Ｊ
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