朱健，閆玲，趙鵬德，閆棟

摘 ?要： 針對飛機框肋件設計中存在的重復工作量大、設計模型柔性差、缺乏對后續(xù)CAPP所需信息的銜接等問題，提出采用基于特征的參數(shù)化建模方法，利用visual Basic6.0對三維建模軟件SolidWorks進行二次開發(fā)，建立飛機框肋件的交互式設計與裝配系統(tǒng)。通過某殲擊機典型框肋件實例說明具體設計方法，最終實現(xiàn)模型的尺寸驅(qū)動以及零件間的智能裝配，達到縮短設計周期，提高零件生產(chǎn)效率，提升設計柔性目的。

關鍵詞： 飛機框肋件;參數(shù)化設計;二次開發(fā);智能裝配

中圖分類號： TH166 ? ?文獻標識碼： A ? ?DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.12.004

本文著錄格式：朱健，閆玲，趙鵬德，等. 基于特征的飛機框肋件參數(shù)化設計與裝配[J]. 軟件，2019，40（12）：1820+109

Parametric Design of Aircraft Frame Rib Parts and Assembly Based on Feature

ZHU Jian1， YAN Ling2， ZHAO Peng-de1， YAN Dong1

（1. College of Mechanical and Automotive Engineering， Shanghai University of Engineering and Technology， Shanghai 201620， China;

2. Yanzhou Coal Industry Co.， Ltd. Dongtan Coal Mine， Mechanical and electrical department， 273512）

【Abstract】： In connect with large amount of repetitive labor and poorly flexible of designed model and lack of access to the information needed for subsequent capp processes in the design process for aircraft frame ribbed parts， this paper proposes using feature-based parametric modeling method by the way of taking the secondary development of 3D modeling software SolidWorks by using visual Basic6.0， in order to establish a Interactive design and assembly system for aircraft frame rib parts. The specific design method is illustrated by an example of a typical frame rib of a fighter， and realize the size driven of the model and the intelligent assembly between the parts are realized to achieve shortened design cycle， improve parts production efficiency， and enhance design flexibility.

【Key words】： Aircraft frame ribs; Parametric design; Secondary development; Intelligent assembly

0 ?引言

飛機框肋零件作為飛機主要結構件其總量約占一架殲擊機零件總數(shù)的30%，其結構相對簡單但類型多變，傳統(tǒng)建模方式主要為手工繪制或者通過對三維造型軟件的完全編程式的二次開發(fā)，設計人員需要進行大量的重復勞動，且模型信息不能有效的傳遞至下游生產(chǎn)加工階段，不僅增大成本更延長生產(chǎn)周期，降低產(chǎn)品生產(chǎn)效率，使企業(yè)競爭力下降不利于現(xiàn)代化企業(yè)轉型與發(fā)展[1]。

為解決上述問題，以特征建模為基礎，結合參數(shù)化尺寸驅(qū)動設計方法，將尺寸、約束變量化[2]，并利用三維特征建模軟件SolidWorks對某殲擊機典型框肋件進行三維建模，采用VB程序設計語言搭建可視化人機交互平臺，最終實現(xiàn)對飛機框肋零件模型的自動化建模以及零件間的智能裝配。

1 ?關鍵技術

1.1 ?特征建模

特征是一系列具有特定關系的幾何或拓撲元素，飛機零件特征主要分為：材料特征、功能特征、結構特征、工藝特征。特征造型包括：人機交互式、特征識別和基于特征的設計，本文采用基于特征的設計首先建立特征庫UDFL（User Define Feature Library），零件的建模過程由抽象級別低的點線面造型過程上升為以特征結構單元的實例化過程。以STEP標準位參照對飛機框肋件特征進行分類，如圖1所示為框肋件特征分類拓撲結構。

圖1 ?框肋件特征拓撲結構關系

Fig.1 ?Frame rib feature topological relationship

1.2 ?參數(shù)化設計

參數(shù)化造型技術核心思想在于將零件模型的約束信息參數(shù)化，通過控制參數(shù)數(shù)值變化達到改變模型大小與形狀的目的[7]，在產(chǎn)品設計之初就完成了對模型拓撲結構的定義以及初始參數(shù)的標注，在滿足約束的條件下實現(xiàn)對零件的參數(shù)驅(qū)動機制[5]，面對結構類型多變的飛機框肋零件，這種設計方法無疑提高設計效率，增強了模型的可移植性。

目前參數(shù)化建模技術主要有：基于尺寸驅(qū)動、基于約束驅(qū)動和基于特征模型三種建模方式[4]，第一種方法缺乏對模型的幾何約束關系的描述使得所構建的模型處于無約束狀態(tài)不受控制，第二種方法降解約束時增加了建模難度。

1.3 ?基于特征的參數(shù)化建模

由于飛機框肋件多帶有復雜彎邊、曲面等特征，因此本文提出基于特征模型的參數(shù)化設計方法，將參數(shù)化設計技術與特征建模方法相結合，不僅可以實現(xiàn)對零件模型尺寸、約束的完全控制，并且由于將參數(shù)化信息包含于特征內(nèi)部，使得零件每個特征都單獨且完整的描述飛機框肋件設計所需的所有工程信息，體現(xiàn)出優(yōu)秀的封裝性和繼承性，為后續(xù)的CAPP提供可靠的數(shù)據(jù)來源?；谔卣鞯膮?shù)化建模方法，關鍵在于基于約束的特征描述[6]，如圖2所示為框肋特征結構要素信息層次模型，具體設計流程如下：

Step 1 零件幾何形狀特征描述;

Step 2 特征解構圖元體素解構;

Step 3 建立定形、定位尺寸并參數(shù)化;

Step 4 分析特征、特征與特征間的尺寸與位置約束與拓撲結構關系;

Step 5 基于約束對特征進行參數(shù)化建模。

圖2 ?框肋件特征結構要素層次模型

Fig.2 ?Frame rib feature structure element

hierarchy model

2 ?SolidWorks二次開發(fā)

2.1 ?二次開發(fā)原理

SolidWorks支持全參數(shù)化、特征造型技術，且基于COM（Component Object Model，組件對象模型），完全支持OLE（Object Linking Embedding）標準為用戶提供大量面向?qū)ο蟮念愺w系API接口，形成一個自上而下的多層次樹狀網(wǎng)絡結構[3]如圖3所示。

圖3 ?SolidWorks對象層次關系

Fig.3 ?SolidWorks object hierarchy

傳統(tǒng)的通過零件設計表或是定制尺寸驅(qū)動窗體開發(fā)方式不具有普遍性，無法滿足結構多樣的飛機框肋件建模。本文采用參數(shù)化與編程結合的方法，通過逐級調(diào)用OLE技術所暴露的對象屬性與方法，完成對框肋件模型的定制二次開發(fā)。任意支持COM和OLE技術的編程語言均可以成為SolidWorks開發(fā)工具，如VB、VBA、C、C++、Delphi等[7]。SolidWorks所提供的的對象與方法其語法完全符合使用面向?qū)ο缶幊谭椒ǎ∣OP）的程序設計語言Visual Basic（VB）[3]，因此本文主要討論基于VB對SolidWorks進行二次開發(fā)。

2.2 ?開發(fā)思路

當零件的參數(shù)化特征模型也已確定，提取模型中設定的相關參數(shù)并通過程序設計將參數(shù)暴露給用戶以作為交互接口，用戶通過對參數(shù)的輸入驅(qū)動模型結構、大小的精準、快速的重新構建，其具體開發(fā)過程如圖4所示。

圖4 ?SolidWorks參數(shù)化二次開發(fā)流程

Fig.4 ?SolidWorks parameterization secondary

development process

3 ?設計開發(fā)實例

3.1 ?特征參數(shù)化建模

框肋件是飛機的骨架，大都位于機體控制截面，擔負著支撐飛機外形和承受氣動載荷的雙重任務[8]，以某類典型飛機機翼為例，其內(nèi)部結構如圖5所示主要由隔框、翼肋、長桁、腹板、緣條組裝而成。

圖5 ?飛機機翼內(nèi)部框肋件裝配圖

Fig.5 ?Aircraft wing internal frame rib assembly drawing

根據(jù)開發(fā)方案，首先應基于特征建立框肋件參數(shù)化模型，提取模型中的相關參數(shù)并在人機交互界面顯示表達以供用戶進行參數(shù)輸入，如圖6所示為

人機交互界面示意圖。

圖6 ?飛機框肋件參數(shù)化設計系統(tǒng)

Fig.6 ?Aircraft frame ribs parameterized design system

主程序關鍵代碼如下：

Dim swApp As Object

Dim Part As Object

Set swApp =CreateObject（“SldWorks.Application”）

'連接solidworks

swApp.Visible = True

Set Part = swApp.ActiveDoc

'新建零件特征

Dim swFeature As SldWorks.Feature

......

Sub Main

{

...//特征建模過程

}

3.2 ?智能裝配

當零件建模完成后，傳統(tǒng)的裝配方式一般是設計人員手動選取點、線、面的配合形式，這種方式無疑將耗費大量時間不利于現(xiàn)代化生產(chǎn)與制造。目前應用與自動裝配的方法主要是利用零件空間位姿變換或基于特征的裝配建模法[9]。由于飛機框肋零件結構相對簡單但結構類型復雜多變且多帶有復雜彎邊特征，因此本文將位姿變換法與基于特征的裝配建模法相結合[10]，為前文所述參數(shù)化設計系統(tǒng)增添智能裝配子系統(tǒng)。

由于本文采用的是基于特征的參數(shù)化建模方法，在建模之初零件間各裝配關系與約束信息已經(jīng)包含于模型中，因此只需要對已經(jīng)建立好的模型針對裝配再次進行二次開發(fā)即可達到智能裝配的效果，主要開發(fā)流程如圖7所示。

4 ?結論

基于SolidWorks三維造型軟件，結合參數(shù)化設計與特征建模技術并利用VB程序開發(fā)語言實現(xiàn)對飛機框肋件的特征參數(shù)化建模和智能裝配，提高零件設計生產(chǎn)效率及柔性，其優(yōu)秀的封裝與繼承特性提高零件信息知識的重用性便于與CAPP階段銜接。

圖7 ?智能裝配流程

Fig.7 ?Intelligent assembly flow chart

參考文獻

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