基于參數(shù)化建模的復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品虛擬樣機(jī)復(fù)用

李文威 陳 南 殷國棟

東南大學(xué),南京,211189

基于參數(shù)化建模的復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品虛擬樣機(jī)復(fù)用

李文威 陳 南 殷國棟

東南大學(xué),南京,211189

為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品虛擬樣機(jī)的復(fù)用,提出了一種由程序驅(qū)動(dòng)參數(shù)化虛擬樣機(jī)尺寸參數(shù)來自動(dòng)重建虛擬樣機(jī)的方法。論述了符合參數(shù)化設(shè)計(jì)需要的復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品虛擬樣機(jī)基礎(chǔ)模型建模要求,并在闡述尺寸參數(shù)命名規(guī)則、參數(shù)驅(qū)動(dòng)機(jī)制和約束矩陣方程求解方法的基礎(chǔ)上,開發(fā)了參數(shù)化建模系列程序。該套程序?qū)崿F(xiàn)了復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品虛擬樣機(jī)基礎(chǔ)模型的自動(dòng)參數(shù)化和尺寸參數(shù)程序驅(qū)動(dòng)下的虛擬樣機(jī)自動(dòng)重建。

復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品;參數(shù)化建模;虛擬樣機(jī);模型復(fù)用;二次開發(fā)

0 引言

虛擬樣機(jī)技術(shù)是以虛擬樣機(jī)為核心、以仿真為手段、以各種CAx/DFx為工具的一種數(shù)字化設(shè)計(jì)方法[1]。它通過在計(jì)算機(jī)上構(gòu)建產(chǎn)品模型和進(jìn)行仿真分析,可以在設(shè)計(jì)階段準(zhǔn)確預(yù)測產(chǎn)品各方面的性能,為產(chǎn)品設(shè)計(jì)改進(jìn)提供參考。與實(shí)物樣機(jī)相比,在設(shè)計(jì)、測試和產(chǎn)品評(píng)價(jià)中應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)具有縮短開發(fā)周期、降低開發(fā)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)勢[2]。

復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品往往零件數(shù)量多、零件間裝配關(guān)系復(fù)雜、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律復(fù)雜。在復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中,一般采用虛擬樣機(jī)技術(shù)獲得機(jī)械系統(tǒng)的仿真分析數(shù)據(jù),以供優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)參考。機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是一個(gè)不斷優(yōu)化更改的過程,為驗(yàn)證優(yōu)化效果,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更改后需要重新建立虛擬樣機(jī)并進(jìn)行驗(yàn)證分析。復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品的虛擬樣機(jī)建模過程繁瑣,設(shè)計(jì)更改后的虛擬樣機(jī)重復(fù)建模一方面導(dǎo)致設(shè)計(jì)效率低下,另一方面使得基于虛擬樣機(jī)的整機(jī)仿真優(yōu)化難以實(shí)施。要改變復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品虛擬樣機(jī)建模效率低下的狀況,復(fù)用既有的虛擬樣機(jī)模型是一個(gè)有效途徑。

本文基于參數(shù)化虛擬樣機(jī)尺寸參數(shù)程序驅(qū)動(dòng),提出實(shí)現(xiàn)復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品虛擬樣機(jī)復(fù)用的方法,并給出了其實(shí)現(xiàn)的具體過程,研究結(jié)果對(duì)提高復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品虛擬樣機(jī)建模效率以及縮短優(yōu)化設(shè)計(jì)周期具有重要意義。

1 基于參數(shù)化建模的虛擬樣機(jī)復(fù)用

1.1 復(fù)用過程

參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)為設(shè)計(jì)模型的可變性、可重用性,以及模型裝配等提供了有效手段[3]。參數(shù)化模型記錄了模型的幾何信息,保存了模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及其他設(shè)計(jì)知識(shí)、設(shè)計(jì)約束等信息,適于結(jié)構(gòu)相同而尺寸不同的產(chǎn)品的快速系列化設(shè)計(jì)。

參數(shù)化虛擬樣機(jī)技術(shù)是虛擬樣機(jī)技術(shù)和參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)的融合,它使得虛擬樣機(jī)由于自身尺寸可變而獲得重用,避免了結(jié)構(gòu)相似虛擬樣機(jī)的重復(fù)建模。參數(shù)化虛擬樣機(jī)是在產(chǎn)品參數(shù)化模型基礎(chǔ)上建立的虛擬樣機(jī),由可變部分(尺寸參數(shù))和可重用部分(除尺寸參數(shù)以外的各種設(shè)計(jì)知識(shí)、設(shè)計(jì)約束等信息)組成。由于在虛擬樣機(jī)建模過程中引入了參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù),故參數(shù)化虛擬樣機(jī)的自身尺寸參數(shù)可變,通過驅(qū)動(dòng)這些尺寸參數(shù)就可以重建出結(jié)構(gòu)相似但尺寸不同的系列化虛擬樣機(jī)。

基于參數(shù)化建模的虛擬樣機(jī)模型復(fù)用過程可分為三個(gè)步驟:①構(gòu)建產(chǎn)品基礎(chǔ)模型庫。用戶按照產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計(jì)要求構(gòu)建虛擬樣機(jī)基礎(chǔ)模型,并將與其相關(guān)聯(lián)的零件和裝配體模型一并保存在基礎(chǔ)模型庫中,以供參數(shù)化。②基礎(chǔ)模型的參數(shù)化。通過程序?qū)A(chǔ)模型進(jìn)行參數(shù)化,生成參數(shù)化虛擬樣機(jī),并將模型保存于參數(shù)化模型庫中,作為衍生其他模型的原型。③參數(shù)化虛擬樣機(jī)的尺寸參數(shù)程序驅(qū)動(dòng)。利用程序驅(qū)動(dòng)參數(shù)化模型的尺寸參數(shù),實(shí)時(shí)生成虛擬樣機(jī)實(shí)例模型,并保存模型于實(shí)例模型庫中,供虛擬樣機(jī)仿真分析使用?；趨?shù)化建模的虛擬樣機(jī)復(fù)用過程及其UM L類圖描述如圖1所示。

圖1 基于參數(shù)化建模的虛擬樣機(jī)復(fù)用過程

1.2 虛擬樣機(jī)基礎(chǔ)模型建模要求

構(gòu)建虛擬樣機(jī)基礎(chǔ)模型是實(shí)現(xiàn)虛擬樣機(jī)參數(shù)化的前提?；A(chǔ)模型包括零件基礎(chǔ)模型、裝配體基礎(chǔ)模型和虛擬樣機(jī)基礎(chǔ)模型三部分內(nèi)容。構(gòu)建基礎(chǔ)模型時(shí),除了須符合最基本的建模要求以外,還須符合復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計(jì)的要求。

1.2.1 零件尺寸標(biāo)注方式的規(guī)范化

為滿足零件參數(shù)化設(shè)計(jì)的需要,需規(guī)范零件尺寸的標(biāo)注方式。

(1)位置尺寸標(biāo)注方式的統(tǒng)一。標(biāo)注位置尺寸時(shí),有多種不同的標(biāo)注方法,為了不引起歧義,統(tǒng)一將尺寸的標(biāo)注端點(diǎn)選擇在弧線中心點(diǎn)處。

(2)特征尺寸的顯化處理[4]。在零件設(shè)計(jì)中,采用特征復(fù)制方法得到的特征沒有顯性尺寸,需要對(duì)這類尺寸進(jìn)行顯化處理,才能對(duì)其參數(shù)化。例如,圖2所示鏡像所得的特征應(yīng)進(jìn)行尺寸的顯化處理。

1.2.2 復(fù)雜裝配體規(guī)模的縮減

復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品零件眾多,增加了建模和仿真的難度,須采用子裝配法縮減模型規(guī)模。按照運(yùn)動(dòng)關(guān)系,將彼此沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件合并為子裝配體,再以各子裝配體為基礎(chǔ)裝配成總裝配體。由于總裝配體中,各子裝配體均被視為一個(gè)整體,實(shí)際上相當(dāng)于減小了零件數(shù)量,縮減了模型的規(guī)模。

1.2.3 虛擬樣機(jī)約束副與幾何特征的關(guān)聯(lián)

復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品一般只作結(jié)構(gòu)更改,零部件之間的約束關(guān)系則保持不變,這決定了虛擬樣機(jī)中約束副的類型及方向亦保持不變。因此,虛擬樣機(jī)參數(shù)化的關(guān)鍵是約束副位置的參數(shù)化。在約束副與約束副所依賴的幾何特征之間建立關(guān)聯(lián)以后,約束副位置能夠在模型幾何尺寸改變的同時(shí)獲得同步更新,間接達(dá)到了重建虛擬樣機(jī)的目的。

2 尺寸參數(shù)及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制

2.1 尺寸參數(shù)命名的規(guī)范化

復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品零件尺寸多,隨意命名尺寸參數(shù)容易引起名稱的混淆,而且難于對(duì)同種類型的尺寸參數(shù)進(jìn)行集中處理。筆者提出了一種基于尺寸分類的尺寸參數(shù)規(guī)范命名方法,根據(jù)對(duì)參數(shù)所驅(qū)動(dòng)尺寸的分類,用尺寸的類型信息命名其驅(qū)動(dòng)參數(shù),實(shí)現(xiàn)尺寸參數(shù)命名的規(guī)范化。由于參數(shù)名稱中蘊(yùn)含了參數(shù)所要驅(qū)動(dòng)尺寸的類型信息,故程序?qū)Σ煌愋统叽鐓?shù)的識(shí)別處理更加方便。具體命名規(guī)范如下:

其中,零件圖號(hào)為零件惟一的標(biāo)識(shí)號(hào);尺寸分類1為參數(shù)所驅(qū)動(dòng)尺寸的形位類型,分為位置尺寸(以“l(fā)oc”標(biāo)識(shí) ,如圖 3 中的 D2、D3)和形狀尺寸(以“sha”標(biāo)識(shí),如圖 3中的D 1);尺寸分類 2為參數(shù)所驅(qū)動(dòng)尺寸的度量類型,分為線性尺寸(以“l(fā)in”標(biāo)識(shí),如圖3中的 D3)、徑向尺寸(以“rad”標(biāo)識(shí),如圖3中的 D1)和角度尺寸(以“ang”標(biāo)識(shí),如圖3中的D2);尺寸分類3為參數(shù)所驅(qū)動(dòng)尺寸的驅(qū)動(dòng)類型,分為匹配尺寸(受其他尺寸參數(shù)驅(qū)動(dòng)的尺寸,以“mat”標(biāo)識(shí))和自由尺寸(不受其他尺寸參數(shù)驅(qū)動(dòng)的尺寸,以“fre”標(biāo)識(shí));順序號(hào)為依參數(shù)建立順序賦予的流水號(hào)。

圖3 尺寸分類

例如,圖3零件中尺寸D 1的驅(qū)動(dòng)參數(shù)可以命名為“01001ˉshaˉradˉmatˉ1” ,則代表該參數(shù)是圖號(hào)為01001零件的第一個(gè)參數(shù),其驅(qū)動(dòng)尺寸的類型為形狀尺寸、徑向尺寸和匹配尺寸。根據(jù)這一命名規(guī)則,可將參數(shù)按其所驅(qū)動(dòng)尺寸的類型劃分為表1所示的12個(gè)類別。注意到還有弧長尺寸,為使其同樣適用上述命名規(guī)則,在標(biāo)注時(shí)將其用相應(yīng)的角度尺寸和徑向尺寸來替代。

表1 12種參數(shù)類型

2.2 尺寸參數(shù)驅(qū)動(dòng)的數(shù)學(xué)描述

尺寸參數(shù)驅(qū)動(dòng)使用戶能夠采用數(shù)學(xué)方程式建立各尺寸參數(shù)之間的約束關(guān)系,并通過尺寸參數(shù)去驅(qū)動(dòng)零件的主要尺寸來得到相似的模型。為了使參數(shù)驅(qū)動(dòng)后的裝配體各零件之間以及零件內(nèi)部特征之間不至于發(fā)生結(jié)構(gòu)干涉,應(yīng)先驅(qū)動(dòng)匹配尺寸參數(shù),再修改自由尺寸參數(shù)。

不妨將所有匹配尺寸參數(shù)組成一組向量d,即

式中,dij為零件i的第j個(gè)匹配尺寸對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)參數(shù);m為配合零件總數(shù);ni為零件i的匹配尺寸總數(shù)。

通常情況下,反映參數(shù)之間數(shù)值約束關(guān)系的方程組是線性方程組,用矩陣方程形式表示為

式中,A為尺寸參數(shù)約束矩陣;b為常數(shù)矩陣;s為裝配體所有零件匹配尺寸總數(shù)。

2.3 約束矩陣方程求解

只有約束矩陣方程(式(1))滿足|A|≠0時(shí),參數(shù)化后產(chǎn)品的形式才能唯一。因此,給出的方程式數(shù)目須等于可驅(qū)動(dòng)匹配尺寸總數(shù)。這里矩陣A通常為高階稀疏矩陣,求解式(1)時(shí),可采用效率較高的全選主元高斯-約當(dāng)消去法求解,其具體求解過程可參見文獻(xiàn)[5]。

3 參數(shù)化建模程序的開發(fā)

以SolidWorks為二次開發(fā)平臺(tái)開發(fā)參數(shù)化建模程序,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品虛擬樣機(jī)基礎(chǔ)模型的自動(dòng)參數(shù)化和尺寸參數(shù)程序驅(qū)動(dòng)下的虛擬樣機(jī)自動(dòng)重建功能。為了保證程序的通用性,程序設(shè)計(jì)中遵循了上述尺寸參數(shù)命名規(guī)則和驅(qū)動(dòng)方式。

3.1 總體架構(gòu)

要?jiǎng)?chuàng)建SolidWorks參數(shù)化建模專有程序,需對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開發(fā)。支持OLE編程的開發(fā)工具都能通過調(diào)用So lidWorks內(nèi)部的API函數(shù)而進(jìn)行二次開發(fā)。由于V isual Basic界面開發(fā)功能強(qiáng)大,且已嵌入SolidWorks內(nèi)部,故采用Visual Basic作為二次開發(fā)工具。

參數(shù)化建模程序由通用子程序動(dòng)態(tài)鏈接庫、自動(dòng)參數(shù)化、參數(shù)驅(qū)動(dòng)和參數(shù)可視化修改4個(gè)程序模塊構(gòu)成。其中,自動(dòng)參數(shù)化、參數(shù)驅(qū)動(dòng)和參數(shù)可視化修改模塊的主要功能是通過調(diào)用通用子程序庫內(nèi)部的API函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。圖4為參數(shù)化建模程序的UM L用例圖。用戶使用參數(shù)化建模程序時(shí),只需給定參數(shù)化條件、約束方程文件和自由尺寸參數(shù)值,程序就能分別自動(dòng)完成虛擬樣機(jī)基礎(chǔ)模型的參數(shù)化、虛擬樣機(jī)重建和自由尺寸參數(shù)的修改。

圖4 參數(shù)化建模程序的UML用例圖

3.2 通用子程序動(dòng)態(tài)鏈接庫

為了實(shí)現(xiàn)程序的模塊化,減少冗余代碼,設(shè)計(jì)了通用子程序動(dòng)態(tài)鏈接庫。子程序在VB的ActiveX DLL環(huán)境下編寫,每個(gè)子程序?qū)崿F(xiàn)SolidWorks的一個(gè)特定功能。將寫好的程序編譯成DLL文件對(duì)函數(shù)進(jìn)行封裝,就建成了一個(gè)通用子程序動(dòng)態(tài)鏈接庫,其內(nèi)部的API函數(shù)可供其他程序模塊調(diào)用執(zhí)行。使用通用子程序庫起到了代碼保密、程序模塊化和提高程序運(yùn)行效率的效果。通用子程序庫的部分成員函數(shù)如圖5所示。程序其他模塊對(duì)通用子程序動(dòng)態(tài)鏈接庫的調(diào)用關(guān)系如圖6所示。

3.3 自動(dòng)參數(shù)化模塊

復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品零件尺寸數(shù)量多,人工參數(shù)化費(fèi)時(shí)費(fèi)力。為此,專門設(shè)計(jì)了自動(dòng)參數(shù)化程序,為零部件尺寸自動(dòng)添加驅(qū)動(dòng)參數(shù)。自動(dòng)參數(shù)化程序流程如圖7所示,括號(hào)內(nèi)為引用的通用子程序庫成員函數(shù)名稱。圖7中,n1為零件總數(shù);n2為零件i表面總數(shù);n3為零件i特征總數(shù);n4為特征k顯性尺寸總數(shù)。程序運(yùn)行以后,在基礎(chǔ)模型庫中查找裝配體文件,并遍歷裝配體所有零件的顯性尺寸,依據(jù)尺寸的類型信息為每個(gè)尺寸自動(dòng)加入相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)參數(shù)。

圖5 通用子程序動(dòng)態(tài)鏈接庫的部分成員函數(shù)

圖6 參數(shù)化建模程序的UM L組件圖

圖7 自動(dòng)參數(shù)化模塊程序流程圖

3.4 參數(shù)驅(qū)動(dòng)模塊

參數(shù)驅(qū)動(dòng)的目的是指通過驅(qū)動(dòng)虛擬樣機(jī)各組成零部件的主要尺寸參數(shù)得到零部件裝配關(guān)系和約束關(guān)系相同、尺寸不同的虛擬樣機(jī)模型。SolidWorks不具備求解多元線性方程組的功能,不適合存在大量方程約束的復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品尺寸參數(shù)的驅(qū)動(dòng)。為此,設(shè)計(jì)了參數(shù)驅(qū)動(dòng)程序,以實(shí)現(xiàn)在SolidWorks外部求解線性方程組。參數(shù)驅(qū)動(dòng)程序流程如圖8所示,括號(hào)內(nèi)為引用的通用子程序庫成員函數(shù)名稱。圖8中文件擴(kuò)展名含義如下:eqt為約束方程文件,mat為矩陣文件,ret為結(jié)果文件,p rg為可執(zhí)行參數(shù)化程序腳本文件。

圖8 參數(shù)驅(qū)動(dòng)模塊程序流程圖

使用程序前,用戶應(yīng)事先編寫約束方程文件,用方程約束表示參數(shù)間的函數(shù)關(guān)系。運(yùn)行程序以后,程序?qū)⒆x取的方程文件轉(zhuǎn)換為矩陣方程,然后利用全選主元高斯-約當(dāng)消去法求解矩陣方程。如果方程有解,則根據(jù)求出的參數(shù)值去驅(qū)動(dòng)裝配體的尺寸參數(shù),從而獲得新虛擬樣機(jī)模型。如果因?yàn)槌霈F(xiàn)過約束或約束不足以及約束矛盾的情況而導(dǎo)致方程無解,則程序退出運(yùn)行。

下面通過一個(gè)例子簡要說明參數(shù)驅(qū)動(dòng)程序運(yùn)行過程:

(1)用戶建立約束方程文件,表示參數(shù)間的約束關(guān)系。例如,某裝配體尺寸參數(shù)約束方程文件的內(nèi)容為

(2)運(yùn)行參數(shù)驅(qū)動(dòng)程序,程序自動(dòng)讀取約束方程文件,并將其轉(zhuǎn)化為以下矩陣方程:

(3)采用全選主元高斯-約當(dāng)消去法求解該矩陣方程,得到各參數(shù)取值:

(4)用求得的數(shù)值替換參數(shù)化程序腳本中的原參數(shù)值,并執(zhí)行參數(shù)化程序腳本,對(duì)裝配體進(jìn)行參數(shù)驅(qū)動(dòng),生成新裝配體。虛擬樣機(jī)約束副位置已與裝配體幾何特征相關(guān)聯(lián),在生成新裝配體的同時(shí),虛擬樣機(jī)模型得以重建。

3.5 參數(shù)可視化修改模塊

參數(shù)可視化修改模塊為輔助模塊,用于修改模型的自由尺寸參數(shù),其主界面如圖9所示。程序通過檢索零部件的程序腳本文件,獲取零部件參數(shù)所驅(qū)動(dòng)尺寸的名稱、取值、類型等信息,并在界面中給予顯示。用戶在界面中修改零部件自由尺寸參數(shù)取值并確認(rèn)以后,程序即可驅(qū)動(dòng)零部件尺寸參數(shù)生成新的零部件。參數(shù)驅(qū)動(dòng)原理同圖8中虛線框部分所示。

圖9 參數(shù)可視化修改程序主界面

可以看出,整套參數(shù)化建模程序具有如下特點(diǎn):①開放性。通用子程序動(dòng)態(tài)鏈接庫提供了API接口,可由其他程序調(diào)用執(zhí)行復(fù)用其程序功能。②通用性。程序采用基于尺寸分類的參數(shù)命名規(guī)則編寫,保持了程序功能與要進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)的具體產(chǎn)品無關(guān),適合于任何產(chǎn)品的參數(shù)化建模。③自動(dòng)化。零件尺寸參數(shù)的添加、裝配體尺寸參數(shù)的驅(qū)動(dòng)均由程序自動(dòng)完成,能夠快速、高效地生成系列化產(chǎn)品的虛擬樣機(jī)模型,提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率。

4 應(yīng)用實(shí)例

多色膠印機(jī)是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的精密印刷機(jī)械。現(xiàn)針對(duì)某型多色膠印機(jī)的關(guān)鍵總成——印刷色組的印刷部分建立參數(shù)化虛擬樣機(jī),并通過驅(qū)動(dòng)其尺寸參數(shù)重建虛擬樣機(jī)。鑒于模型規(guī)模龐大,建模和仿真均在計(jì)算機(jī)工作站上完成。虛擬樣機(jī)建模和仿真平臺(tái)選擇SolidW orks及其自帶的多剛體動(dòng)力學(xué)仿真插件SolidWorks/M otion。

(1)構(gòu)建虛擬樣機(jī)基礎(chǔ)模型。建立膠印機(jī)零件基礎(chǔ)模型,統(tǒng)一其位置尺寸的標(biāo)注方式,并對(duì)特征尺寸進(jìn)行顯性處理。合并零部件為子裝配體,將上萬個(gè)零件縮減為幾十個(gè)部件,并在 Solid-Works大型裝配體模式下完成全局裝配體的裝配。在部件之間加入適當(dāng)類型的約束副,Solid-Works/M otion可以自動(dòng)將約束副與幾何特征相關(guān)聯(lián)。

(2)生成參數(shù)化虛擬樣機(jī)。利用參數(shù)化建模程序?qū)⒒A(chǔ)模型參數(shù)化,并轉(zhuǎn)化為參數(shù)化虛擬樣機(jī),同時(shí)生成可執(zhí)行參數(shù)化程序腳本文件。

(3)驅(qū)動(dòng)尺寸參數(shù)重建虛擬樣機(jī)。建立約束方程文件,并利用參數(shù)驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)裝配體主要尺寸參數(shù),快速生成虛擬樣機(jī)實(shí)例模型。由于該虛擬樣機(jī)規(guī)模大、參數(shù)多,限于篇幅,具體結(jié)構(gòu)參數(shù)恕不詳述。尺寸參數(shù)驅(qū)動(dòng)后重建的膠印機(jī)第二色組印刷部分的虛擬樣機(jī)如圖10所示。

圖10 重建的膠印機(jī)第二色組印刷部分虛擬樣機(jī)

相對(duì)實(shí)物樣機(jī)而言,虛擬樣機(jī)不僅是幾何樣機(jī),更是功能樣機(jī)。在虛擬樣機(jī)幾何尺寸改變以后,模型的質(zhì)量屬性、約束副位置等也隨之變化。利用SolidWorks/M otion或 ADAMS對(duì)虛擬樣機(jī)實(shí)例進(jìn)行仿真分析,其結(jié)果可以作為評(píng)價(jià)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案優(yōu)劣的依據(jù)。

5 結(jié)論

(1)提出了基于參數(shù)化虛擬樣機(jī)尺寸參數(shù)程序驅(qū)動(dòng),實(shí)現(xiàn)復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品虛擬樣機(jī)復(fù)用的方法,在復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品虛擬樣機(jī)建模方面做了有益探索。

(2)論述了符合虛擬樣機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)需要的復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品虛擬樣機(jī)基礎(chǔ)模型建模要求,提出了基于尺寸分類的尺寸參數(shù)命名規(guī)則,對(duì)尺寸參數(shù)驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行了數(shù)學(xué)描述,給出了約束矩陣方程的求解方法,為參數(shù)化建模程序的開發(fā)提供了理論指導(dǎo)。

(3)所開發(fā)的通用參數(shù)化建模程序具有開放性、通用性和自動(dòng)化的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品虛擬樣機(jī)模型的程序自動(dòng)參數(shù)化和尺寸參數(shù)驅(qū)動(dòng)下虛擬樣機(jī)的自動(dòng)建模,為虛擬樣機(jī)技術(shù)在仿真優(yōu)化中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

(4)本文所提出的基于參數(shù)化建模的復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品虛擬樣機(jī)復(fù)用方法仍存在一些有待研究和改進(jìn)的問題,如裝配尺寸約束方程的自動(dòng)生成方法等,這需要通過進(jìn)一步的研究給予解決。

[1] 杜平安,于德江,岳萍.虛擬樣機(jī)技術(shù)的技術(shù)與方法體系研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2007,19(15):3447-3451.

[2] Chen Xi.Agent-based Distributed Concep tual Design of Virtual Prototyping for Comp lex Products[C]//2007 International Conference on Computational Inte lligence and Security W orkshops.Piscataway:IEEE,2007:378-381.

[3] 夏鴻建,王波興,陳立平.多體系統(tǒng)仿真分析平臺(tái)參數(shù)化建模技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2007,13(8):1511-1518.

[4] 王恒,寧汝新,唐承統(tǒng).三維裝配尺寸鏈的自動(dòng)生成[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2005,41(6):181-187.

[5] 周長發(fā).科學(xué)與工程數(shù)值算法:Visual Basic版[M].北京:清華大學(xué)出版社,2002.

Reuse of Virtual Prototyping for Comp lex Mechanical Products Based on ParametricM odeling

LiWenwei Chen Nan Yin Guodong
Southeast University,Nan jing,211189

In order to reuse virtual p rototyping for com plex mechanical products,an automatic reconstruction approach of virtual prototyping w as proposed through program drive to the size parameters of parameterized virtual prototyping.Themodeling requirements for thebasic virtual prototyping of comp lexm echanical productswere described under the demands of parametric design.The parameter naming rule was presented.Them athematicalmodelof parameter drivemechanism was described.The solvingm ethod o f constraintmatrix equation was demonstrated.On the basis of allabove,w e developed a series of parametric modeling program for com plex mechanical products.This set of programs achieves the functions of autom atic dimension parameterization of the basic virtual prototyping and the automatic reconstruction of the virtual prototyping based on parameter drive.

com plex mechanical product;parametricmodeling;virtual prototyping;model reuse;secondary development

TH 128;TP311.1

1004—132X(2011)05—0530—06

2010—05—13

江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化專項(xiàng)資金項(xiàng)目(BT2007072)

(編輯 袁興玲)

李文威,男,1981年生。東南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院博士研究生。研究方向?yàn)闄C(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析、優(yōu)化與控制。陳 南,男,1953年生。東南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授、博士研究生導(dǎo)師。殷國棟,男,1976年生。東南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副教授、博士。