參數(shù)化方法在飛機(jī)相似結(jié)構(gòu)件建模中的應(yīng)用

（中航工業(yè)沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司，遼寧 沈 陽 1 10850）

傳統(tǒng)的飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法是先繪制精確圖形，再從中抽象幾何關(guān)系，最后存儲結(jié)果。參數(shù)化設(shè)計(jì)(Parametric Design)也稱為尺寸驅(qū)動（Dimension-Driven），是通過改動圖形的某一部分或某幾部分的尺寸，或者修改已經(jīng)定義好的參數(shù)，自動完成對圖形中相關(guān)部分的改動，從而實(shí)現(xiàn)對圖形的驅(qū)動[1]。參數(shù)化技術(shù)經(jīng)過十多年的發(fā)展，也已經(jīng)成為CAD技術(shù)的重要分支。以下述結(jié)構(gòu)中，具有一系列相似結(jié)構(gòu)件，如圖1所示。

圖1 相似結(jié)構(gòu)件

下面我以CATIA軟件為例，詳述兩種不同方法的建模過程。

1 傳統(tǒng)方法建立結(jié)構(gòu)件

1.1 建模過程

根據(jù)每個零件的結(jié)構(gòu)關(guān)系及尺寸分別建模，具體步驟如下：

（1）新建數(shù)模在單個零件中引用相應(yīng)的基準(zhǔn)、理論軸線、理論曲面；

（2）建立精確的草圖；

（3）最后在模塊中用航空鈑金的相關(guān)命令，分別用形成腹板面、彎邊、下陷、減輕孔，最后完成建模并保存；

（4）新建下一個數(shù)模并重復(fù)上述三個步驟，直至所有數(shù)模完成。

1.2 原方法的優(yōu)點(diǎn)

每個零件單獨(dú)設(shè)計(jì)，單獨(dú)符合圖紙，便于不同設(shè)計(jì)人員分別設(shè)計(jì)，如有結(jié)構(gòu)上的錯誤，僅為單獨(dú)零件的問題，便于分別管理。

1.3 原方法的缺點(diǎn)

相似的結(jié)構(gòu)，相似的設(shè)計(jì)過程，單獨(dú)分多次完成，效率低，思路不連貫，單獨(dú)零件容易出現(xiàn)特殊錯誤。

2 參數(shù)化建模方法建立結(jié)構(gòu)件

參數(shù)化建模方法，以尺寸驅(qū)動為特征，存儲了設(shè)計(jì)的全過程，能設(shè)計(jì)出一系列而不是單一的數(shù)模，對已有設(shè)計(jì)的修改，只需變動相應(yīng)的參數(shù)，而無需運(yùn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過程。而尺寸驅(qū)動是通過約束來完成，約束是參數(shù)化設(shè)計(jì)的核心，約束一詞在不同的領(lǐng)域中有不同的含義。在參數(shù)化領(lǐng)域里，約束可以解釋為特定元素之間必須滿足的一組關(guān)系[1]。

約束是對幾何元素大小、位置、相對關(guān)系等的限制，分為尺寸約束和位置約束兩類。尺寸約束限制元素的尺寸大小，如長度、半徑深度等，位置約束限制元素的空間位置和相對位置關(guān)系。同時(shí)約束分為欠約束、全約束和過約束三種狀態(tài)。欠約束是指元素還有未被限制的自由度，表現(xiàn)為某個參數(shù)是自由的狀態(tài)，可以隨意變更，在草圖狀態(tài)通常以白顏色顯示；全約束是指元素的所有自由度都被限制，大小位置無法變更，在草圖狀態(tài)通常顯示為綠色；過約束是指元素的自由度被過分限制，表現(xiàn)為某個參數(shù)重復(fù)限制，以致產(chǎn)生錯誤，在草圖狀態(tài)通常顯示為粉紫色。以上三種狀態(tài)只有全約束是合理的，全約束狀態(tài)雖然不會提示錯誤，但是存在在不經(jīng)意間誤改的可能性，是不被提倡的，而過約束是一種錯誤狀態(tài)，會有錯誤提示。

2.1 建模過程

（1）進(jìn)行 1.1 中的（1）、（2）、（3）過程，但是在該過程中，要特別注意參數(shù)的約束和引用，盡量引用通用的理論基準(zhǔn)，力求規(guī)范，便于查找。

（2）創(chuàng)建參數(shù)表。CATIA V5參數(shù)化設(shè)計(jì)中可以利用的參數(shù)表有兩種，一種是文本格式的參數(shù)表，另一種是Excel格式的參數(shù)表[2]。本文建立Excel格式的參數(shù)表，因?yàn)樗容^直觀，步驟為：單擊（design Table）按鈕，彈出設(shè)計(jì)表格對話框，選擇新增設(shè)計(jì)表格選項(xiàng)，彈出篩選表格參數(shù)對話框后，將需要的參數(shù)選人右側(cè)的方框中并保存，如圖2所示。

圖2 創(chuàng)建參數(shù)表

（3）將建好的數(shù)模分別根據(jù)結(jié)構(gòu)件同類數(shù)據(jù)集的個數(shù)復(fù)制相同個數(shù)并更改為各自的名稱，表格也按照相應(yīng)同類數(shù)據(jù)集的個數(shù)復(fù)制相同個數(shù)并更改為相應(yīng)的名稱。

（4）打開下一個需要更改的數(shù)模，單擊（design Table）按鈕，彈出設(shè)計(jì)表格對話框，選擇從預(yù)先存在的文件中創(chuàng)建設(shè)計(jì)表選項(xiàng)，建立該參數(shù)與相應(yīng)名稱的Excel參數(shù)表的鏈接，更改相應(yīng)Excel參數(shù)表中的數(shù)據(jù)，單擊刷新按鈕并保存Excel參數(shù)表和數(shù)模，如圖3所示。

圖3 更改數(shù)模

（5）重復(fù)上述（4）的過程，將余下幾個數(shù)模及Excel參數(shù)表分別建立鏈接，并相應(yīng)更改Excel參數(shù)表中的數(shù)據(jù)，分別保存相應(yīng)的Excel參數(shù)表和數(shù)模。

2.2 參數(shù)化建模方法的優(yōu)點(diǎn)

在圖紙和基準(zhǔn)相對確定的條件下，采用參數(shù)化建模的方法，減少了一系列重復(fù)的勞動，提高了效率，簡化了過程，并且通過參數(shù)化的管理使參數(shù)更加直觀，便于更改，便于協(xié)調(diào)，使一系列相似零件的建模過程的思路得以從頭至尾的貫穿。同時(shí)，防止個別零件因引用基準(zhǔn)或者操作失誤而引起的個別錯誤，起到了防錯的目的。

2.3 參數(shù)化建模方法的缺點(diǎn)

在飛機(jī)設(shè)計(jì)并行階段，圖紙或基準(zhǔn)不穩(wěn)定，因?yàn)槔碚摶鶞?zhǔn)、理論軸線的更改，可能造成一系列相似零件基準(zhǔn)的不正確，而所有零件都需要相應(yīng)個別替換基準(zhǔn)，無法僅僅通過設(shè)計(jì)表的更改而完成。同理，采用參數(shù)化建模方法也不便于將該相似結(jié)構(gòu)件拆分給不同設(shè)計(jì)員來完成，造成思路不統(tǒng)一、不連貫，也就失去了參數(shù)化建模方法的優(yōu)勢。

3 結(jié)束語

在飛機(jī)結(jié)構(gòu)系列化的建模過程中，引用參數(shù)化的設(shè)計(jì)方法，無疑為設(shè)計(jì)員節(jié)約了時(shí)間，轉(zhuǎn)換為更為便捷的參數(shù)的控制手段，在參數(shù)中體現(xiàn)原有飛機(jī)設(shè)計(jì)中圖紙尺寸控制結(jié)構(gòu)的思想，可以通過參數(shù)表中參數(shù)的控制，達(dá)到裝配件中各個零件的尺寸和結(jié)構(gòu)要求，同時(shí)也能體現(xiàn)零件之間配合的硬性要求，可以成為飛機(jī)圖紙的另外一種體現(xiàn)形式。在飛機(jī)設(shè)計(jì)趨于無紙化、數(shù)字化的新時(shí)代，也為飛機(jī)數(shù)模設(shè)計(jì)過程提供了新的思路，結(jié)合CTAIA V5在三維立體結(jié)構(gòu)中顯示的優(yōu)勢，增加了人機(jī)交流的另外一種直接的語言，可以達(dá)到飛機(jī)結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)的更良好的控制。

[1]潘雙夏.基于工程約束的產(chǎn)品參數(shù)化建模策略研究[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖學(xué)學(xué)報(bào)，2001，（9）：840-845.

[2]尤春風(fēng).CATIA V5高級應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.