谷永

摘要：現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域，尤其是在飛機產(chǎn)品設(shè)計的裝配過程中，大量標準件的使用，使得裝配特征的提取，裝配約束的添加成為一項繁復耗時的工作。因此，通過CATIACAAV5二次開發(fā)，根據(jù)標準件及其裝配的具體特點，提出了面向快速裝配的三維模型標準件信息表達方法以及標準件規(guī)格自動確定方法，以及標準件批量實例化裝配方法，實現(xiàn)了同種規(guī)格的標準件的成批、智能、自動、快速地裝配，加快了標準件裝配設(shè)計流程，提高了飛機等復雜產(chǎn)品的協(xié)同設(shè)計水平。

關(guān)鍵詞：標準件信息;快速裝配技術(shù)

中圖分類號：TH16? ? ? 文獻標識碼：A

引言

目前，應用最廣泛的飛機標準件裝配設(shè)計系統(tǒng)大多都是在裝配設(shè)計過程中依靠設(shè)計員對裝配基體模型的信息進行判斷。設(shè)計員根據(jù)基體模型的尺寸信息及工程信息，通過查找標準件規(guī)范確定標準件零件號，然后在標準件模型庫中查找此零件號對應的模型，并插入到裝配環(huán)境;在標準件模型調(diào)用到裝配環(huán)境以后，設(shè)計員需手動逐個進行裝配約束關(guān)系的創(chuàng)建，完成裝配過程。這兩部分操作對設(shè)計員本身的素質(zhì)有極高的要求，如果設(shè)計員沒有過硬的專業(yè)素質(zhì)，便不能保證標準件零件號選用的正確性。整個零件選取與裝配的過程都需要設(shè)計員進行手動操作，在給設(shè)計員帶來繁重工作量的同時還降低了工作效率。

1、裝配特征分析

裝配特征是表達標準件之間裝配關(guān)系的一種載體，從裝配設(shè)計的角度來看，裝配特征是一種相比于幾何元素具有更高層次更直觀的信息;參與裝配的標準件是具有若干裝配特征的組合體，而一個完整的裝配體則可看成是標準件按照各種裝配特征關(guān)系連接到一起組成的組合體;裝配特征的引入使得裝配設(shè)計操作的對象不再是底層元素，而是裝配特征，其將標準件中與裝配有關(guān)的屬性和對這些屬性的操作封裝在一起，并在后續(xù)的裝配設(shè)計中將其分配到各個標準件，使設(shè)計人員能在裝配層次上進行裝配設(shè)計。綜合以上定義并結(jié)合快速裝配的需求，本文將裝配特征定義為：具有一定的工程意義并且相互之間可以發(fā)生裝配約束關(guān)系的拓撲關(guān)聯(lián)和幾何元素的集合，并以幾何特征為載體傳達零件的裝配約束關(guān)系。一般將裝配特征分為面特征、線特征和點特征等。如圖1所示，其中面特征主要指零件幾何模型的表面、進行裝配時用到的基準面等;線特征指零件裝配時用的基準軸線、幾何模型的棱角線、圓柱面的軸線等;點特征則主要指標準件裝配時設(shè)置的基準點等。

2、飛機標準件虛擬裝配的關(guān)鍵技術(shù)

2.1、多條件模糊查詢技術(shù)

多條件模糊查詢主要包含2個關(guān)鍵點：一個是多條件查詢，即用戶根據(jù)已知的多個條件來查詢數(shù)據(jù)庫，通過縮小查詢范圍來得到更加精確的信息;另一個是模糊查詢，即用已知的部分信息來匹配數(shù)據(jù)庫信息。數(shù)據(jù)庫中存在大量的字符串信息，而用于查詢的字符串僅僅是數(shù)據(jù)庫存儲字符串的一部分，這時就需要通過模糊查詢來快速進行特征信息匹配。在SQL語言中以Like條件實現(xiàn)這種模糊查詢。模糊查詢時常用模式匹配符來判斷數(shù)據(jù)庫中某一列是否與指定字符串的格式、內(nèi)容相匹配。可查詢的數(shù)據(jù)格式包括char、var char、text、n text、date time和small date time等。多條件模糊查詢技術(shù)的應用，大大提高了查詢的效率，縮小了查詢范圍。

2.2、COM對象接口技術(shù)

傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)對信息的提取有2種方式：一種是通過對CAD文件的分析來獲取產(chǎn)品和零/部件的信息，由于不同的CAD系統(tǒng)都有其特有的文件格式及特殊數(shù)據(jù)，這樣就給文件分析造成了很大的難度，并且容易造成信息遺漏與錯誤;另一種是通過API函數(shù)的調(diào)用來獲取產(chǎn)品和零/部件的信息，這種方式相對于第一種方式來講就容易很多，而且其正確率容易保證。但是由于API函數(shù)沒有封裝到類中，具有數(shù)量大、結(jié)構(gòu)性差和功能查找很不方便的特點，因此使用起來仍然十分繁瑣;又由于API函數(shù)僅局限于C++語言，不能像組件對象模型（Component Object Model，COM）對象那樣使用多種語言并進行遠程調(diào)用，因此不利于與其他系統(tǒng)的集成。本文采用CATIA/Au-to ma tion二次開發(fā)技術(shù)實現(xiàn)信息的提取，而這種技術(shù)正是基于COM對象實現(xiàn)的。通過COM對象，用戶可以使用Java、C++以及Visual Basic語言對產(chǎn)品信息進行提取，并通過COM接口進行訪問。

2.3、裝配建模技術(shù)

裝配建模是基于特征幾何建模的一種延伸，是建立在表達產(chǎn)品功能要求的基礎(chǔ)上的建模技術(shù)，能夠在面向產(chǎn)品裝配特征的建模中獲得良好的效果。參數(shù)化技術(shù)是實現(xiàn)面向裝配的標準件模型定義的必經(jīng)途徑之一，參數(shù)化設(shè)計的本質(zhì)是基于約束的產(chǎn)品描述方法，用一組參數(shù)約束幾何圖形的一組結(jié)構(gòu)尺寸，參數(shù)與尺寸之間相互對應，可通過編輯尺寸值驅(qū)動幾何圖形以達到更改設(shè)計的目的。參數(shù)約束可轉(zhuǎn)化為一系列非線性方程組F（X）=0表示，其中X={x1，x2，…，xn}為表征各幾何元素形狀和位置的幾何特征參數(shù)集合，F(xiàn)={f1，f2，…，fn}為約束方程構(gòu)成的集合。產(chǎn)品的參數(shù)化裝配建模，常采用的解決方法是把產(chǎn)品需要參數(shù)化的主參數(shù)設(shè)置為全局變量，主參數(shù)是一種具有工程含義的廣義參數(shù)，封裝了下層幾何參數(shù)信息和上層非幾何屬性信息，體現(xiàn)了零件、組合件或產(chǎn)品的變形序列，其它參數(shù)與主參數(shù)進行關(guān)聯(lián)。主參數(shù)可以是幾何參數(shù)或特征抑制參數(shù)，也可以是功能參數(shù)。通過修改主參數(shù)，以主變量值直接或間接驅(qū)動各組合件、零件的模型，實現(xiàn)產(chǎn)品的參數(shù)化建模，完成產(chǎn)品的參數(shù)化裝配設(shè)計。裝配模型是描述裝配體中組成產(chǎn)品的零件、零件間的裝配關(guān)系的模型，包括對象的幾何、拓撲和功能數(shù)據(jù)。該模型可通過由零件形狀和裝配操作的裝配關(guān)系得到。裝配模型不僅表達產(chǎn)品的功能，也表達零件的幾何結(jié)構(gòu)和零件之間的空間關(guān)系。

2.4、面向快速裝配的標準件信息

在標準件的快速裝配過程中，標準件信息包含實體幾何模型信息、裝配特征信息、裝配輔助信息等方面的內(nèi)容。實體幾何模型，依據(jù)構(gòu)造標準件實體幾何模型的所需要的信息，按照面向?qū)ο蟮乃枷耄瑢藴始Ｐ瓦M行特征分解，并分別封裝、隱藏，如圖2所示。標準件模型本身的形狀規(guī)則和特征典型有利于進行特征分解和參數(shù)化建模。參數(shù)不僅包含每個特征包含的幾何形狀參數(shù)，還包含每個特征的相對位置關(guān)系，以確保最終能生成一個完整的正確模型。例如，圖2中的六角頭螺栓幾何模型可以分解成螺栓頭拉伸特征、光桿拉伸特征和螺紋特征。這些特征可以分別封裝起來，構(gòu)造幾何模型時，通過參數(shù)的傳遞和特征的重組，構(gòu)造出符合用戶實際需要的具體規(guī)格的標準件模型。

結(jié)束語

基于標準件信息定義方法，通過CATIACAA二次開發(fā)，完整定義了面向快速裝配的全三維模型的標準件信息，開發(fā)了自動確定標準件規(guī)格方法，以及標準件快速裝配實現(xiàn)方法，實現(xiàn)了標準件快速、智能、自動、準確的裝配過程，簡化了設(shè)計流程，減少了設(shè)計人員的大量重復勞動，提高了設(shè)計效率。

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