基于標(biāo)準(zhǔn)件信息定義的快速裝配技術(shù)研究

谷永

摘要：現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其是在飛機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的裝配過程中，大量標(biāo)準(zhǔn)件的使用，使得裝配特征的提取，裝配約束的添加成為一項(xiàng)繁復(fù)耗時(shí)的工作。因此，通過CATIACAAV5二次開發(fā)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件及其裝配的具體特點(diǎn)，提出了面向快速裝配的三維模型標(biāo)準(zhǔn)件信息表達(dá)方法以及標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)格自動(dòng)確定方法，以及標(biāo)準(zhǔn)件批量實(shí)例化裝配方法，實(shí)現(xiàn)了同種規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)件的成批、智能、自動(dòng)、快速地裝配，加快了標(biāo)準(zhǔn)件裝配設(shè)計(jì)流程，提高了飛機(jī)等復(fù)雜產(chǎn)品的協(xié)同設(shè)計(jì)水平。

關(guān)鍵詞：標(biāo)準(zhǔn)件信息;快速裝配技術(shù)

中圖分類號(hào)：TH16? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

目前，應(yīng)用最廣泛的飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件裝配設(shè)計(jì)系統(tǒng)大多都是在裝配設(shè)計(jì)過程中依靠設(shè)計(jì)員對(duì)裝配基體模型的信息進(jìn)行判斷。設(shè)計(jì)員根據(jù)基體模型的尺寸信息及工程信息，通過查找標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)范確定標(biāo)準(zhǔn)件零件號(hào)，然后在標(biāo)準(zhǔn)件模型庫中查找此零件號(hào)對(duì)應(yīng)的模型，并插入到裝配環(huán)境;在標(biāo)準(zhǔn)件模型調(diào)用到裝配環(huán)境以后，設(shè)計(jì)員需手動(dòng)逐個(gè)進(jìn)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(duì)設(shè)計(jì)員本身的素質(zhì)有極高的要求，如果設(shè)計(jì)員沒有過硬的專業(yè)素質(zhì)，便不能保證標(biāo)準(zhǔn)件零件號(hào)選用的正確性。整個(gè)零件選取與裝配的過程都需要設(shè)計(jì)員進(jìn)行手動(dòng)操作，在給設(shè)計(jì)員帶來繁重工作量的同時(shí)還降低了工作效率。

1、裝配特征分析

裝配特征是表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)件之間裝配關(guān)系的一種載體，從裝配設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)件是具有若干裝配特征的組合體，而一個(gè)完整的裝配體則可看成是標(biāo)準(zhǔn)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(jì)操作的對(duì)象不再是底層元素，而是裝配特征，其將標(biāo)準(zhǔn)件中與裝配有關(guān)的屬性和對(duì)這些屬性的操作封裝在一起，并在后續(xù)的裝配設(shè)計(jì)中將其分配到各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件，使設(shè)計(jì)人員能在裝配層次上進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)。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?fù)潢P(guān)聯(lián)和幾何元素的集合，并以幾何特征為載體傳達(dá)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(diǎn)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(jìn)行裝配時(shí)用到的基準(zhǔn)面等;線特征指零件裝配時(shí)用的基準(zhǔn)軸線、幾何模型的棱角線、圓柱面的軸線等;點(diǎn)特征則主要指標(biāo)準(zhǔn)件裝配時(shí)設(shè)置的基準(zhǔn)點(diǎn)等。

2、飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)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(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：一個(gè)是多條件查詢，即用戶根據(jù)已知的多個(gè)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(gè)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(chǔ)字符串的一部分，這時(shí)就需要通過模糊查詢來快速進(jìn)行特征信息匹配。在SQL語言中以Like條件實(shí)現(xiàn)這種模糊查詢。模糊查詢時(shí)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?？刹樵兊臄?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(yīng)用，大大提高了查詢的效率，縮小了查詢范圍。

2.2、COM對(duì)象接口技術(shù)

傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)對(duì)信息的提取有2種方式：一種是通過對(duì)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(cuò)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(duì)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(diǎn)，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(duì)象模型（Component Object Model，COM）對(duì)象那樣使用多種語言并進(jìn)行遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)信息的提取，而這種技術(shù)正是基于COM對(duì)象實(shí)現(xiàn)的。通過COM對(duì)象，用戶可以使用Java、C++以及Visual Basic語言對(duì)產(chǎn)品信息進(jìn)行提取，并通過COM接口進(jìn)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(dá)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(shí)現(xiàn)面向裝配的標(biāo)準(zhǔn)件模型定義的必經(jīng)途徑之一，參數(shù)化設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)，可通過編輯尺寸值驅(qū)動(dòng)幾何圖形以達(dá)到更改設(shè)計(jì)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(jìn)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(dòng)各組合件、零件的模型，實(shí)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(jì)。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(duì)象的幾何、拓?fù)浜凸δ軘?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(dá)產(chǎn)品的功能，也表達(dá)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(biāo)準(zhǔn)件信息

在標(biāo)準(zhǔn)件的快速裝配過程中，標(biāo)準(zhǔn)件信息包含實(shí)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(shí)體幾何模型，依據(jù)構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)件實(shí)體幾何模型的所需要的信息，按照面向?qū)ο蟮乃枷耄瑢?biāo)準(zhǔn)件模型進(jìn)行特征分解，并分別封裝、隱藏，如圖2所示。標(biāo)準(zhǔn)件模型本身的形狀規(guī)則和特征典型有利于進(jìn)行特征分解和參數(shù)化建模。參數(shù)不僅包含每個(gè)特征包含的幾何形狀參數(shù)，還包含每個(gè)特征的相對(duì)位置關(guān)系，以確保最終能生成一個(gè)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(shí)，通過參數(shù)的傳遞和特征的重組，構(gòu)造出符合用戶實(shí)際需要的具體規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)件模型。

結(jié)束語

基于標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)件信息，開發(fā)了自動(dòng)確定標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)格方法，以及標(biāo)準(zhǔn)件快速裝配實(shí)現(xiàn)方法，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)件快速、智能、自動(dòng)、準(zhǔn)確的裝配過程，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)流程，減少了設(shè)計(jì)人員的大量重復(fù)勞動(dòng)，提高了設(shè)計(jì)效率。

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