摘 要：傳統(tǒng)人工模式設(shè)計(jì)飛機(jī)大型梯架工裝存在速度慢、效率低、計(jì)算復(fù)雜繁瑣和梯架工裝設(shè)計(jì)質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，為縮短大型梯架工裝設(shè)計(jì)周期，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量，對(duì)大型梯架工裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。基于大型梯架工裝標(biāo)準(zhǔn)零件構(gòu)建方案、非標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化設(shè)計(jì)方案、各部件裝配定位方案和CATIA CAA技術(shù)開發(fā)大型梯架工裝快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大型梯架工裝的快速設(shè)計(jì)。經(jīng)設(shè)計(jì)實(shí)例驗(yàn)證，使用此系統(tǒng)進(jìn)行大型梯架工裝設(shè)計(jì)平均耗時(shí)僅為傳統(tǒng)人工設(shè)計(jì)平均耗時(shí)的9.2%，降低了大型梯架工裝制造成本，提高了設(shè)計(jì)效率，對(duì)于實(shí)際工程應(yīng)用具有參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：大型梯架工裝；參數(shù)化設(shè)計(jì)；裝配定位；CATIA CAA；二次開發(fā)

中圖分類號(hào)：V262.4" "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1007 - 9734 （2024） 06 - 0005 - 09

0 引 言

在飛機(jī)制造過程中，為保證構(gòu)件質(zhì)量，需要大量工藝裝備（工裝）來輔助[1]，工裝是保證飛機(jī)零部件準(zhǔn)確制造、定位、裝配的基礎(chǔ)，飛機(jī)工裝的設(shè)計(jì)制造水平是反映一個(gè)國家飛機(jī)制造水平的關(guān)鍵指標(biāo)之一[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，工藝裝備的設(shè)計(jì)、制造周期一般占新產(chǎn)品研制開發(fā)周期的40％左右，工裝成本占總研制成本的20％～30％[3]。工裝設(shè)計(jì)制造是飛機(jī)設(shè)計(jì)制造中一個(gè)重要組成部分，其設(shè)計(jì)制造周期已成為影響新機(jī)研制周期的主要因素，飛機(jī)的研制質(zhì)量和周期很大程度上依賴于工裝的設(shè)計(jì)制造質(zhì)量和周期[4-5]。目前飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)工作量大，但規(guī)定的設(shè)計(jì)周期卻越來越短[6]。

飛機(jī)大型梯架工裝是大型飛機(jī)制造和維修過程中的重要工裝，為工作人員提供了安全可靠的工作平臺(tái)，提升了飛機(jī)制造質(zhì)量。目前，我國航空企業(yè)采用MBD（Model Based Definition）技術(shù)，該技術(shù)能夠完整、規(guī)范地表達(dá)梯架工裝產(chǎn)品定義信息，克服傳統(tǒng)工程圖紙復(fù)用性低，可讀性差等缺點(diǎn)，縮短梯架工裝研制周期，降低設(shè)計(jì)制造成本[7-8]。由于梯架工裝沒有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，面對(duì)不同的機(jī)型或工作場(chǎng)地時(shí)，需要依據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對(duì)梯架工裝重新設(shè)計(jì)。采用傳統(tǒng)人工模式構(gòu)建梯架工裝MBD模型時(shí)，存在人工構(gòu)建三維模型速度慢，效率低；典型通用結(jié)構(gòu)重復(fù)設(shè)計(jì)，知識(shí)復(fù)用率低；設(shè)計(jì)人員水平不同導(dǎo)致設(shè)計(jì)的產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，不利于梯架工裝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化等缺點(diǎn)[9-11]。目前我國航空企業(yè)使用的主流三維設(shè)計(jì)軟件為CATIA，為解決上述問題，針對(duì)梯架工裝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)CATIA二次開發(fā)，建立可用于實(shí)際生產(chǎn)的梯架工裝快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)就顯得尤為重要[12]。近年來，我國學(xué)者針對(duì)CATIA二次開發(fā)的應(yīng)用研究已取得了一些成果，例如：程旭等[13]通過應(yīng)用CATIA CAA二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)復(fù)合材料蒙皮零件檢驗(yàn)工裝的快速設(shè)計(jì)，縮短了蒙皮檢驗(yàn)工裝的設(shè)計(jì)周期。張希磊[14]等通過對(duì)汽車覆蓋件模具工裝非標(biāo)斜楔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析，運(yùn)用CATIA CAA二次開發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)汽車覆蓋件模具工裝非標(biāo)斜楔的快速設(shè)計(jì)。

本文以縮短大型梯架類工裝設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量為目標(biāo)，提出一種大型梯架工裝快速設(shè)計(jì)方案，并通過CATIA CAA二次開發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)大型梯架工裝快速設(shè)計(jì)。

1 梯架工裝結(jié)構(gòu)組成

大型梯架工裝結(jié)構(gòu)如圖1所示，根據(jù)各部件作用不同，可分為梯架底座、支撐立柱、護(hù)欄和鋼制工作梯四大部分，各部件結(jié)構(gòu)如圖2所示，各部分通過連接元件相互連接[15]。

梯架底座：梯架底座是大型梯架工裝中的基礎(chǔ)部分，根據(jù)梯架底座構(gòu)成方鋼所處位置將構(gòu)成方鋼分為外圍方鋼和內(nèi)部方鋼。

支撐立柱：支撐立柱是兩層底座之間承力連接部件，主要零件包括連接墊片、支撐方鋼、內(nèi)部短柱和折彎板。

護(hù)欄：是大型梯架工裝中的防護(hù)設(shè)施，根據(jù)隔框數(shù)量又分為單隔框、雙隔框和三隔框護(hù)欄，裝配位置分為梯架工裝頂層和支撐立柱之間兩種情況，主要組成零件為護(hù)欄外輪廓鋼管、護(hù)欄擋板、護(hù)欄橫向固定鋼管和豎向分隔鋼管。

鋼制工作梯：鋼制工作梯是兩層底座的連接部分，主要組成零件為鋼制工作梯梯梁、踏板、扶手外輪廓鋼管、扶手豎直鋼管和扶手傾斜鋼管。

由于梯架工裝面向不同機(jī)型及布置條件具有不確定性，設(shè)計(jì)人員需要依據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)計(jì)算梯架工裝上述零部件尺寸，依據(jù)計(jì)算出來的尺寸在三維建模軟件中反復(fù)進(jìn)行草圖繪制、零件實(shí)體生成等，之后再反復(fù)通過裝配約束將零部件組合為完整的梯架工裝。設(shè)計(jì)流程復(fù)雜繁瑣且容易出錯(cuò)，導(dǎo)致梯架工裝設(shè)計(jì)質(zhì)量不穩(wěn)定。

2 梯架工裝快速設(shè)計(jì)方案

在傳統(tǒng)梯架工裝設(shè)計(jì)過程中，當(dāng)機(jī)型或布置條件發(fā)生變化時(shí)，梯架工裝所有零部件都需通過人工重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)流程繁瑣、低效。為提高梯架工裝設(shè)計(jì)效率，縮短梯架工裝設(shè)計(jì)周期，提出梯架工裝快速設(shè)計(jì)方案如下：

（1）將護(hù)欄擋板和鋼制工作梯踏板定義為標(biāo)準(zhǔn)件，在具體梯架工裝設(shè)計(jì)過程中直接使用。

（2）建立各部件非標(biāo)零件設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)各部件中非標(biāo)零件參數(shù)化設(shè)計(jì)。

（3）建立各部件定位規(guī)則，實(shí)現(xiàn)梯架工裝各部件自動(dòng)裝配。

2.1" 梯架工裝標(biāo)準(zhǔn)零件構(gòu)建方案

梯架工裝標(biāo)準(zhǔn)零件包括護(hù)欄擋板和鋼制工作梯踏板。標(biāo)準(zhǔn)形式護(hù)欄擋板作為護(hù)欄中的防護(hù)裝置，要保證護(hù)欄擋板邊界和各種寬度的護(hù)欄隔框之間都具有適宜距離，防止梯架工裝上的工作人員意外掉落，因此將標(biāo)準(zhǔn)形式護(hù)欄擋板設(shè)計(jì)成400mm*840mm和500mm*840mm兩種規(guī)格，如圖3所示，并制定了護(hù)欄設(shè)計(jì)規(guī)則，如表1所示。表1中數(shù)據(jù)為護(hù)欄兩端軸線距離，依據(jù)此規(guī)則可保證護(hù)欄擋板邊界與護(hù)欄隔框之間保持適宜距離。

鋼制工作梯作為梯架工裝不同層數(shù)人員輸送通道，其標(biāo)準(zhǔn)形式踏板要保證工作人員通行方便，根據(jù)工作人員在梯架工裝不同層數(shù)上下時(shí)的使用情況，將標(biāo)準(zhǔn)形式的踏板設(shè)計(jì)為單人通行踏板和雙人通行踏板兩種形式，其規(guī)格分別為600mm*225mm和900mm*225mm，結(jié)構(gòu)如圖4所示。

將設(shè)計(jì)好的標(biāo)準(zhǔn)形式護(hù)欄擋板和鋼制工作梯踏板保存在固定文件夾路徑下，形成標(biāo)準(zhǔn)零件庫，在設(shè)計(jì)時(shí)直接調(diào)用。

2.2" 梯架工裝非標(biāo)零件參數(shù)化構(gòu)建方案

2.2.1 梯架底座非標(biāo)零件構(gòu)建方案

導(dǎo)入梯架外圍輪廓線，如圖5所示。

步驟1：在對(duì)話框中輸入確定梯架底座外圍方鋼和內(nèi)部方鋼橫截面尺寸，輸入的橫截面尺寸為Ad*Bd*Cd形式，Ad、Bd、Cd分別代表橫截面的長度、寬度和厚度。

步驟2：依據(jù)直線自動(dòng)追蹤算法和公式（1）獲得即將進(jìn)行設(shè)計(jì)的某層梯架底座所有外圍輪廓線和外圍方鋼長度。

直線自動(dòng)追蹤算法流程如下：

Step1：拾取即將進(jìn)行設(shè)計(jì)的某層梯架底座外圍輪廓線中任意直線，通過此直線獲取外圍輪廓線Part文檔，遍歷此文檔結(jié)構(gòu)樹獲得所有外圍輪廓線，將其存入數(shù)組LineList；

Step2：將拾取直線定義為LineA并將其存入另一數(shù)組LineResult中；

Step3：獲取LineA兩端點(diǎn)startP和endP，遍歷LineList中直線，將當(dāng)前循環(huán)直線記為PLine，兩端點(diǎn)為pstartP和pendP，當(dāng)（startP=pstartP∪startP=pendP）或（endP=pstartP∪endP=pendP），將PLine從LineList中移除并將其添加進(jìn)LineResult中，結(jié)束對(duì)LineList的循環(huán)；

Step4：將PLine定義為LineA，重復(fù)Step3繼續(xù)追蹤迭代；

Step5：重復(fù)Step3到Step4，當(dāng)尋找不到新的LineA時(shí)，直線追蹤結(jié)束。

遍歷LineResult中直線，由式（1）得到即將進(jìn)行設(shè)計(jì)的某層梯架底座所有外圍方鋼長度。

[PD1（x1，y1，z1），PD2（x2，y2，z2）lengthD1=（x1-x2）2+（y1-y2）2+（z1-z2）2] （1）

其中，PD1、PD2為LineResult中某直線兩端點(diǎn)；lengthD1為此直線對(duì)應(yīng)外圍方鋼長度。

步驟3：依據(jù)公式（2）確定梯架底座內(nèi)部方鋼長度。

[PlaneD1=ADx+BDy+CDz+DD1PlaneD2=ADx+BDy+CDz+DD2lengthD2=|DD1-DD2|/A2D+B2D+C2D] （2）

其中，PlaneD1、PlaneD2為設(shè)計(jì)人員拾取獲得的內(nèi)部方鋼兩端接觸平面；lengthD2為內(nèi)部方剛長度；AD、BD、CD、DD1、DD2為PlaneD1、PlaneD2平面方程系數(shù)。

2.2.2 支撐立柱非標(biāo)零件構(gòu)建方案

通過對(duì)話框輸入確定支撐立柱支撐方鋼橫截面尺寸、連接墊片尺寸和厚度、折彎板寬度和內(nèi)部短柱橫截面尺寸。通過公式（3）確定支撐方鋼高度、折彎板長度和內(nèi)部短柱長度，支撐方鋼和內(nèi)部短柱橫截面尺寸輸入形式為Az*Bz*Cz，Az、Bz、Cz分別代表橫截面的長度、寬度和厚度，與連接墊片和折彎板有關(guān)的輸入?yún)?shù)如圖6所示。

[PlaneZ1=AZx+BZy+CZz+DZ1PlaneZ2=AZx+BZy+CZz+DZ2HZ1=|DZ1-DZ2|/A2Z+B2Z+C2ZHZ2=HZ1-4*TZ1LZ1=（HZ2-4*HZ3）/3LZ2=WZ1] （3）

其中，PlaneZ1、PlaneZ2為拾取得到的支撐立柱頂部和底部接觸平面；TZ1、HZ3、WZ1為輸入的連接墊片厚度、內(nèi)部短柱在支撐立柱高度方向尺寸、折彎板寬度；HZ1、HZ2、LZ1、LZ2為支撐立柱總體高度、支撐方鋼高度、折彎板長度和內(nèi)部短柱長度；AZ、BZ、CZ、DZ1、DZ2為PlaneZ1、PlaneZ2平面方程系數(shù)。

2.2.3 護(hù)欄非標(biāo)零件構(gòu)建方案

步驟1：通過對(duì)話框輸入確定護(hù)欄轉(zhuǎn)角半徑、外輪廓鋼管半徑、豎直分隔鋼管半徑和橫向固定鋼管半徑，并通過公式（4）、公式（5）和直線均分算法分別得到位于兩支撐立柱之間和位于梯架工裝頂層兩種不同裝配情況的護(hù)欄寬度，護(hù)欄輸入?yún)?shù)如圖7所示，護(hù)欄主要變量如圖8所示。

[Ph1=Planeh1?Lineh1Ph2=Planeh2?Lineh1] （4）

[Ph1（xh1，yh1，zh1），（Ph2（xh2，yh2，zh2）Dh1=（xh1-xh2）2+（yh1-yh2）2+（zh1-zh2）2）] （5）

其中，Planeh1、Planeh2和Lineh1為拾取的與護(hù)欄相鄰的兩支撐立柱的側(cè)面和護(hù)欄緊固元件對(duì)齊線；Ph1和Ph2為Planeh1和Planeh2與Lineh1的交點(diǎn)；Dh1為位于兩支撐立柱之間的護(hù)欄寬度。

直線均分算法均分算法流程如下：

Step1：拾取一條位于梯架工裝頂層的護(hù)欄緊固元件件對(duì)齊線Lineh，依據(jù)設(shè)計(jì)人員選擇單隔框、雙隔框、三隔框，護(hù)欄類型分別對(duì)位于梯架工裝頂層的護(hù)欄寬度Dh2賦初值1000、1600、2400；

Step2：獲取Lineh兩端點(diǎn)Ph3、Ph4，并通過公式（6）獲取護(hù)欄初始數(shù)目NC；

[Ph3（xh3，yh3，zh3），Ph4（xh4，yh4，zh4）NC=（xh3-xh4）2+（yh3-yh4）2+（zh3-zh4）2/Dh] （6）

Step3：若NC為小數(shù)則將NC進(jìn)1化為整數(shù)，將處理后NC記為ND，最后通過公式（7）獲得直線均分長度Dh即為梯架工裝頂層護(hù)欄寬度。

[Dh2=（xh3-xh4）2+（yh3-yh4）2+（zh3-zh4）2/ND] （7）

步驟2：依據(jù)Dh與表1確定護(hù)欄隔框數(shù)n，依據(jù)公式（8）確定護(hù)欄橫向鋼管長度Lh。

[Lh=（Dh-2*Rh1-2*（n-1）*Rh2）/n] （8）

其中，Rh1為輸入的護(hù)欄外輪廓鋼管半徑；Rh2為輸入的護(hù)欄內(nèi)部鋼管半徑；Dh表示Dh1或Dh2 。

2.2.4 鋼制工作梯非標(biāo)零件構(gòu)建方案

輸入確定鋼制工作梯傾斜角度、梯梁截面尺寸、扶手轉(zhuǎn)角半徑、扶手高度、扶手外輪廓鋼管半徑、扶手傾斜鋼管半徑和扶手豎直鋼管半徑，通過公式（9）確定梯梁拉伸長度、扶手兩端距離和扶手傾斜鋼管長度，梯梁橫截面尺寸輸入形式為Ag*Bg*Cg，Ag、Bg、Cg分別代表橫截面的長度、寬度和厚度，與扶手相關(guān)的輸入?yún)?shù)如圖9所示。

[PlaneT1=ATx+BTy+CTz+DT1PlaneT2=ATx+BTy+CTz+DT2LT1=（|DT1-DT2|/A2T+B2T+C2T）/sinα+（LT2-hD1*cosα）/tanαLT3=（|DT1-DT2|/A2T+B2T+C2T）/tanα+2*RT1+20LT4=（LT3/cosα-2*RT1-6*RT2）/4] （9）

其中，PlaneT1、PlaneT2為拾取的鋼制工作梯上下接觸面；LT2、α、RT1、RT2為輸入的梯梁截面高度方向尺寸、鋼制工作梯傾斜角度、扶手外輪廓鋼管半徑和扶手豎直鋼管半徑;hD1為2.2.1中輸入的梯架底座內(nèi)部方鋼在梯架工裝高度方向尺寸；LT1、LT3、LT4為梯梁橫截面拉伸長度、扶手兩端距離和扶手傾斜鋼管長度；AT、BT、CT、DT1、DT2為PlaneT1、PlaneT2平面方程系數(shù)。

傾斜角度及梯梁主要變量如圖10所示。

2.3" 梯架工裝各部件裝配定位方案

2.3.1 梯架底座裝配定位方案

步驟1：梯架底座外圍方鋼裝配定位。

Step1：對(duì)2.2.1中數(shù)組LineResult中直線所圍成的封閉圖形進(jìn)行填充得到填充平面PlaneD3，并獲取PlaneD3法向量u（x，y，z）；

Step2：遍歷LineResult中每條直線，以當(dāng)前循環(huán)直線中點(diǎn)為原點(diǎn)，以當(dāng)前直線方向和u的方向?yàn)樽鴺?biāo)系兩個(gè)軸的方向，為每條直線創(chuàng)建坐標(biāo)系，并將其存入數(shù)組LineAxisList中；

Step3：以和Step2中相同順序?yàn)長ineResult中每條直線對(duì)應(yīng)外圍方鋼創(chuàng)建坐標(biāo)系，以每條外部方鋼中間橫截面幾何中心和橫截面縱向與橫向?yàn)樽鴺?biāo)系原點(diǎn)和兩個(gè)軸的方向，將建好的坐標(biāo)系存入數(shù)組WWFGAxisList中；

Step4：通過for循環(huán)為LineAxisList和WWFGAxisList中相同順序坐標(biāo)系做相合約束，實(shí)現(xiàn)梯架底座外圍方鋼裝配定位。

步驟2：拾取獲得與梯架底座內(nèi)部方鋼對(duì)齊的邊線LineD1，通過公式（10）在LineD1上均勻布置N個(gè)點(diǎn)，記為P1～PN。[PD3（xD3，yD3，zD3），PD4（xD4，yD4，zD4），Ph（xh，yh，zh）xh=hN+1（xD4-xD3）+xD3yh=hN+1（yD4-yD3）+yD3" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（10）zh=hN+1（zD4-zD3）+zD3] 其中，PD3、PD4為LineD1兩端點(diǎn)；N為輸入的在此邊線布置的內(nèi)部方鋼數(shù)量；Ph為在此直線上所布第h個(gè)點(diǎn)，h∈[1，......，N]。

將2.2.1中PlaneD1和2.3.1中LineD1分別進(jìn)行平行和偏移操作，得到PlaneD1P和LineDP，將P1～PN分別投影到PlaneD1P、LineDP得到P1P～PNP和P1L～PNL，以第h根內(nèi)部方鋼為例，將Ph、PhP、PhL和梯架底座內(nèi)部方鋼相應(yīng)三點(diǎn)做相合約束，實(shí)現(xiàn)LineD1上第h根內(nèi)部方鋼的裝配定位，步驟2中的變量如圖11所示。

2.3.2 支撐立柱裝配定位方案

拾取獲得支撐立柱墊片對(duì)齊邊線LineZ，其兩端點(diǎn)記作PZ0和PZN+1，設(shè)在此邊線要布置N個(gè)支撐立柱，輸入每個(gè)支撐立柱與上一支撐立柱的距離分別為DZ1～DZN，D1為第一個(gè)支撐立柱到PZ0的距離，DZh和DZh+1之間以/分隔，通過公式（11）在LineZ布置N個(gè)點(diǎn)，記為PZ1～PZN。

[PZ0（xZ0，yZ0，zZ0），PZh（xZh，yZh，zZh）PZN+1（xZN+1，yZN+1，zZN+1），xZh=（xZh-1+（xZN+1-xZ0）*Dh（xZN+1-xZ0）2+（yZN+1-yZ0）2+（zZN+1-zZ0）2）yZh=（yZh-1+（yZN+1-yZ0）*Dh（xZN+1-xZ0）2+（yZN+1-yZ0）2+（zZN+1-zZ0）2）zZh=（zZh-1+（zZN+1-zZ0）*Dh（xZN+1-xZ0）2+（yZN+1-yZ0）2+（zZN+1-zZ0）2）]" （11）

其中，PZh為PZ0和PZN+1之間所布的第h個(gè)點(diǎn)。

將2.2.2中PlaneZ1和2.3.2中LineZ分別進(jìn)行平行和偏移操作，得到PlaneZ1P和LineZP，將PZ1～PZN分別投影到PlaneZ1P、LineZP得到PZ1P～PZNP和PZ1L～PZNL，以第h根內(nèi)部方鋼為例，將PZh、PZhP、PZhL和支撐立柱相應(yīng)三點(diǎn)做相合約束實(shí)現(xiàn)第h個(gè)支撐立柱裝配定位。

2.3.3 鋼制工作梯裝配定位方案

拾取獲得獲得鋼制工作梯上端對(duì)齊邊線LineT，通過公式（12）在LineT上布置PT[PT1（xT1，yT1，zT1），PT2（xT2，yT2，zT2），PT3（xT3，yT3，zT3）xT2=12（xT1+xT3）yT2=12（yT1+yT3）zT2=12（zT1+zT3）]"[（12）]

其中，PT1、PT3為LineT兩端點(diǎn)。

將2.2.4中PlaneT1和2.3.3中LineT分別進(jìn)行平行和偏移操作，得到PlaneT1P和LineTP，將PT2分別投影到PlaneT1P、LineTP得到PT2P和PT2L，將PT2、PT2P、PT2L和鋼制工作梯相應(yīng)三點(diǎn)做相合約束實(shí)現(xiàn)鋼制工作梯裝配定位。

2.3.4 護(hù)欄裝配定位方案

拾取獲得護(hù)欄緊固件接觸面Planeh3，依據(jù)公式（13）獲得2.2.5中Ph1、Ph2的中點(diǎn)Phz。

連接Ph1、Ph2，做直線Lineh1，將Planeh3和Lineh1分別做偏移和平行操作，獲得Planeh3P和Lineh1L，將Phz分別投影到Planeh3P和Lineh1L，得PhzP和PhzL，將Phz、PhzP、PhzL和護(hù)欄中相對(duì)應(yīng)三點(diǎn)做相合約束實(shí)現(xiàn)位于兩支撐立柱之間的護(hù)欄

[Phz（xhz，yhz，zhz）xhz=12（xh1+xh2）yhz=12（yh1+yh2）zhz=12（zh1+zh2）] [（13）]

梯架頂層護(hù)欄的裝配定位方法與2.3.1中對(duì)梯架底座內(nèi)部方剛裝配定位方法相同，只需將2.3.1中LineD1替換為2.2.3中的Lineh2，將PlaneD1替換為Planeh3，將輸入的N替換為2.2.3中的ND。

3 大型梯架工裝快速設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

基于CATIA CAA技術(shù)開發(fā)了大型梯架工裝快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其中包括梯架底座快速設(shè)計(jì)模塊、支撐立柱快速設(shè)計(jì)模塊、鋼制工作梯快速設(shè)計(jì)模塊和護(hù)欄快速速設(shè)計(jì)模塊，基于CATIA CAA開發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)零件自動(dòng)建模及裝配流程如圖12所示。

各模塊使用界面如圖13～圖16所示。

各模塊操作流程大致如下：

（1）設(shè)計(jì)人員進(jìn)入快速設(shè)計(jì)模塊根據(jù)需要導(dǎo)入?yún)⒖嘉臋n（梯架底座的外輪廓文檔）。

（2）依據(jù)各部件快速設(shè)計(jì)模塊界面提示輸入此部件所含零件的各種尺寸、布置數(shù)量（支撐立柱和梯架底座內(nèi)部方鋼）、參考距離（支撐立柱），選擇部件裝配位置類型（護(hù)欄）。

（3）依據(jù)輸入的各部件所含零件尺寸、裝配位置特點(diǎn)和設(shè)計(jì)人員布置位置意愿，拾取各部件參考元素。

（4）點(diǎn)擊當(dāng)前設(shè)計(jì)部件生成按鈕，各部件快速設(shè)計(jì)模塊獲取設(shè)計(jì)人員輸入、選擇和拾取的參數(shù)，依據(jù)上述快速設(shè)計(jì)方案，自動(dòng)生成當(dāng)前設(shè)計(jì)部件模型并將其裝配到正確位置。

選取三名設(shè)計(jì)人員分別以傳統(tǒng)方式和大型梯架工裝快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)梯架工裝進(jìn)行設(shè)計(jì)，記錄三位設(shè)計(jì)人員各步驟設(shè)計(jì)用時(shí)，將三位設(shè)計(jì)人員平均設(shè)計(jì)用時(shí)作為參考值，對(duì)比梯架工裝傳統(tǒng)方式設(shè)計(jì)平均耗時(shí)和通過大型梯架工裝快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)平均耗時(shí)，如表2所示，大型梯架工裝實(shí)例快速設(shè)流程如圖17所示。

4 結(jié) 論

本研究有如下結(jié)論：

（1）本文以縮短大型梯架工裝設(shè)計(jì)周期為目的對(duì)大型梯架工裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，提出大型梯架工裝快速設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)形式的護(hù)欄擋板和鋼制工作梯的踏板，提出梯架工裝中各部件非標(biāo)零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)方案和各部件裝配定位方案，經(jīng)實(shí)際測(cè)試方案合理有效。

（2）基于CATIA CAA技術(shù)開發(fā)出飛機(jī)大型梯架工裝快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)，在保證飛機(jī)大型梯架工裝設(shè)計(jì)質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)大型梯架工裝的快速設(shè)計(jì)，將飛機(jī)大型梯架工裝設(shè)計(jì)周期縮短至原來的9.2%。

參考文獻(xiàn)：

［1］何宇.淺析飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造技術(shù)[J].黑龍江科技信息，2014（27）：25.

［2］杜輝.飛機(jī)裝配工裝制造執(zhí)行系統(tǒng)中的計(jì)劃與調(diào)度研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2014.

［3］魏法杰，周艷，邢軍.航空企業(yè)工裝管理分層計(jì)劃方法研究[J].航空學(xué)報(bào)，2001（1）：78-82.

［4］劉洪.飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造技術(shù)探討[J].航空制造技術(shù)，2006（12）：69-71.

［5］張耀平，喬順成，陳金平，等.大飛機(jī)工裝數(shù)字化生產(chǎn)線[J].航空制造技術(shù)，2016（1）：64-68.

［6］潘志毅，黃翔，李迎光.飛機(jī)制造大型工裝布局設(shè)計(jì)方法研究與實(shí)現(xiàn)[J].航空學(xué)報(bào)，2008（3）：757-762.

［7］周秋忠，范玉青.MBD技術(shù)在飛機(jī)制造中的應(yīng)用[J].航空維修與工程，2008（3）：55-57.

［8］萬能，茍園捷，莫蓉.機(jī)械加工MBD毛坯模型的特征識(shí)別設(shè)計(jì)方法[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)，2012，24（8）：1099-1107.

［9］郭佼.基于CATIA二次開發(fā)的機(jī)翼參數(shù)化建模[J].中國科技信息，2023（2）：47-50.

［10］張信淋，郝博，劉滕.基于CATIA二次開發(fā)的快速建模技術(shù)[J].成組技術(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)代化，2015，32（3）：15-18，50.

［11］韓志仁，馬志友，車劍昭，等.基于CATIA/CAA的數(shù)控彎管模具快速設(shè)計(jì)[J].航空制造技術(shù)，2022，65（19）：107-113.

［12］陳功，周來水，安魯陵，等.基于CATIA V5的零組件快速裝配設(shè)計(jì)技術(shù)研究[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2007（10）：1345-1349，1353.

［13］程旭，車劍昭，白揚(yáng)，等.飛機(jī)復(fù)合材料蒙皮檢驗(yàn)夾具智能快速設(shè)計(jì)[J].沈陽航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2022，39（6）：40-45.

［14］張希磊，章志兵，柳玉起.基于CATIA平臺(tái)的汽車覆蓋件模具非標(biāo)斜楔智能輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)[J].鍛壓技術(shù)，2017，42（6）：140-145.

［15］王亮，李東升.飛機(jī)數(shù)字化裝配柔性工裝技術(shù)體系研究[J].航空制造技術(shù)，2012（7）：34-39.

責(zé)任編校：劉 燕，孫詠梅

Research on Rapid Design Technology for Aircraft" Large-scale Ladder Fixtures

JIA Zhen1，2，ZHAO Zhenxing1，SONG Guoqiu3，GAO Chao3，HAN Zhiren1，2

（1.College of Aerospace Engineering，Shenyang Aerospace University，Shenyang 110136，China;

2.Key Lab of Fundamental Science for National Defence of Aeronautical Digital Manufacturing Process，Shenyang Aerospace University，Shenyang 110136，China;

3.Fixture Design Institute AVIC Shenyang Aircraft Industrial （Group） Co.，Ltd.，Shenyang 110850，China ）

Abstract： There are problems with slow speed，low efficiency，complex and cumbersome calculations，and unstable design quality in the traditional manual design of aircraft large-scale ladder fixtures.In order to shorten the design cycle of large-scale ladder fixtures and improve design quality， the structure of large-scale ladder fixtures is investigated in this paper.A rapid design system for large-scale ladder fixtures is developed on the basis of the construction scheme of standard parts，parameterized design scheme of non-standard parts，assembly positioning scheme of various components and utilizing CATIA CAA technology，to achieve rapid design of large-scale ladder fixtures.The design example verifies that the average design time of large-scale ladder fixtures using this system is only 9.2% of that of traditional manual design.It is valuable for the practical engineering application to educe the manufacturing cost of large-scale ladder fixtures and improve the design efficiency.

Key words： large-scale ladder fixtures; parameterized design; assembly positioning; CATIA CAA;secondary development