數(shù)字化環(huán)境下的模線樣板并行設(shè)計(jì)分析

◎李凡

模線樣板是飛機(jī)制造過(guò)程中連接設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)的關(guān)鍵，其可為飛機(jī)制造提供準(zhǔn)確的尺寸依據(jù)，也可進(jìn)行零件、組件以及各個(gè)部件尺寸的有效協(xié)調(diào)。在實(shí)踐應(yīng)用中，通常采用模擬量傳遞的方式進(jìn)行模線樣板的設(shè)計(jì)與制造，然而由于制造工藝較為陳舊、研究與分析需要較長(zhǎng)時(shí)間，并且存在數(shù)據(jù)傳輸誤差等問(wèn)題?；诖耍斜匾跀?shù)字化環(huán)境下進(jìn)行模線樣板的并行設(shè)計(jì)。

一、模線樣板的類別及具體作用分析

在零件及工藝裝備的制造過(guò)程中，結(jié)構(gòu)模線起到了至關(guān)重要的作用，其主要作用科學(xué)描述零件間的裝備關(guān)系。同時(shí)，結(jié)構(gòu)模線也可對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行表達(dá)。此外，樣板也可作為剛性量具而使用，其可實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)零件、組件形狀的準(zhǔn)確描述，因此，模線樣板是飛機(jī)設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域中不可或缺的重要工具之一。

1.外形樣板的作用。此類模線樣板的作用是表達(dá)零件自身的平面結(jié)構(gòu)形狀，在零件或模具的制造檢驗(yàn)中較為常用。樣板外緣主要用于無(wú)彎邊零件的外廓表達(dá)，對(duì)于零件的有彎邊部分，則可通過(guò)樣板外緣的外形交叉線進(jìn)行輪廓的表達(dá)。

2.展開樣板的作用。展開樣板的作用是表達(dá)平面零件展開后的形狀，也可對(duì)單曲度零件的展開形態(tài)進(jìn)行描述，是零件制造中材料準(zhǔn)備的依據(jù)，也可將之作為零件制造過(guò)程中的沖切模型進(jìn)行應(yīng)用。

3.切內(nèi)樣板與反切外樣板。此種樣板主要用于沖壓成形零件的檢驗(yàn)。

4.反切內(nèi)樣板與切外樣板。此種樣板在模具制造過(guò)程中較為常用。

二、利用CATIAV5 技術(shù)構(gòu)建的模線樣板平行設(shè)計(jì)框架

1.工作流程管理模塊。按照模線樣板設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中技術(shù)工作流程規(guī)范以及各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行活動(dòng)的展開及活動(dòng)信息的定義，保證模線樣板符合技術(shù)流程等規(guī)定。

2.技術(shù)協(xié)調(diào)模塊。當(dāng)各項(xiàng)技術(shù)工作之間發(fā)生信息沖突，如某項(xiàng)技術(shù)工作的開展需要前續(xù)丁作提供一定的信息支持，而前續(xù)工作發(fā)現(xiàn)該信息無(wú)法提供或不愿提供時(shí)，通過(guò)技術(shù)協(xié)調(diào)加以解決。

3.約束關(guān)系管理模塊。

（1）零件三維數(shù)模設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建。表達(dá)一個(gè)零件的三維信息，可以用不同的造型順序、方式來(lái)表達(dá)，這里存在著一個(gè)最合理、最有效的方式。對(duì)于某一類零件就應(yīng)該制定出—個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，盡量都采取類似的設(shè)計(jì)方案。比如鈑金類零件，即可以采用鈑金模塊來(lái)設(shè)計(jì)，也可以采用先建立零件的外表皮，然后長(zhǎng)厚度來(lái)生成，還可以先做一個(gè)零件毛胚，然后逐步挖掉多余部分，最后形成零件。但最好的方式是采用鈑金模塊設(shè)計(jì)，模線設(shè)計(jì)可以直接調(diào)用鈑金模塊中的展開菜單直接展開，非常便于展開樣板的設(shè)計(jì)。

（2）以飛機(jī)坐標(biāo)系作為零件裝配位置的設(shè)計(jì)依據(jù)。對(duì)于設(shè)計(jì)中必須引用的基準(zhǔn)，如長(zhǎng)桁軸線、框基準(zhǔn)面和大梁基準(zhǔn)面等必須統(tǒng)一放置在—個(gè)結(jié)構(gòu)數(shù)下，用“飛機(jī)基準(zhǔn)”來(lái)命名，在其底下的基準(zhǔn)，命名必須規(guī)范。這樣，對(duì)于工藝及工裝設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，引用數(shù)模就非常清楚。

三、模線樣板并行設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)分析

1.建立零件數(shù)模庫(kù)。此數(shù)據(jù)庫(kù)用于存放飛機(jī)所有零件的三維開放的CATIA 模型數(shù)據(jù)，實(shí)施零件的造型設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工模夾具設(shè)計(jì)和工程圖繪制等工作。在設(shè)計(jì)的原始模型建立環(huán)節(jié)，模線樣板設(shè)計(jì)方案和結(jié)果的優(yōu)劣在很大程度上受此影響。因此產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)要合理采用先進(jìn)造型技術(shù)，提高設(shè)計(jì)者的速度和產(chǎn)品質(zhì)量。

2.構(gòu)建公用數(shù)據(jù)庫(kù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)主要存放零件的非幾何信息，目前對(duì)于零件的非幾何信息一般局限于產(chǎn)品的裝配信息和定位信息等；此外，還存有常用模線樣板的非幾何信息。

3.應(yīng)用零件工藝庫(kù)。此數(shù)據(jù)庫(kù)用于存放零件模型中加工制造信息如材料信息、工裝要求信息以及精度要求信息等，這些多采用自然語(yǔ)言進(jìn)行信息的表述。模型中的非幾何信息是在設(shè)計(jì)過(guò)程中逐步建立起來(lái)的，設(shè)計(jì)過(guò)程中非幾何信息生成，并允許設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)CATIA 軟件的接口添加材料、制造要求和精度要求等屬性信息。

4.模線樣板的具體設(shè)計(jì)。飛機(jī)預(yù)研階段，產(chǎn)品設(shè)計(jì)未完全設(shè)計(jì)完成時(shí)，模線設(shè)計(jì)及早介入，利用飛機(jī)理論外形數(shù)模，成熟度50%～60%的零件數(shù)模，按照飛機(jī)設(shè)計(jì)的一些共性特征，盡早進(jìn)行工藝及方案的準(zhǔn)備。將原有的分工方式進(jìn)行轉(zhuǎn)變，以服務(wù)對(duì)象分工方式取代原有的按飛機(jī)部件的分工方式，無(wú)需進(jìn)行整體模線的繪制，只需繪制單個(gè)零件的模線?？蓪?duì)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行分工，使之分別負(fù)責(zé)型材、鈑金以及機(jī)加各個(gè)工序的設(shè)計(jì)工作，使工作更加細(xì)致與專業(yè)。同一零件可由三個(gè)工作人員同時(shí)負(fù)責(zé)模線樣板的設(shè)計(jì)工作，分別負(fù)責(zé)模線的繪制、草圖的制定以及數(shù)控程序的編制。工作完成需通過(guò)三人的校對(duì)與審核，這種方式可避免設(shè)計(jì)過(guò)程中失誤問(wèn)題的出現(xiàn)。

5.實(shí)施虛擬裝配。在模線樣板設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要隨時(shí)對(duì)模線樣板進(jìn)行裝配干涉檢驗(yàn)，檢驗(yàn)過(guò)程與模線樣板設(shè)計(jì)并行進(jìn)行，由檢驗(yàn)結(jié)果直接對(duì)模線樣板進(jìn)行修改，使其滿足裝配要求。虛擬裝配即為數(shù)字化預(yù)裝配，當(dāng)設(shè)計(jì)人員、工藝計(jì)劃人員以及工藝裝備設(shè)計(jì)人員需要時(shí)，就可以把模線樣板組裝起來(lái)，在計(jì)算機(jī)上完成產(chǎn)品的裝配模擬工作。通過(guò)數(shù)字化預(yù)裝配，進(jìn)行模線樣板的結(jié)構(gòu)、布局和干涉檢驗(yàn)，根據(jù)零件模型所處的機(jī)身坐標(biāo)系的位置，進(jìn)行模線樣板的安裝。

6.工藝設(shè)計(jì)的應(yīng)用。進(jìn)行模線樣板的數(shù)控編程，確定模線樣板的工藝過(guò)程、工藝操作內(nèi)容、工藝裝備（設(shè)備、工夾量輔具）和工藝參數(shù)等。在并行設(shè)計(jì)過(guò)程中，工藝設(shè)計(jì)貫穿于模線樣板設(shè)計(jì)的全過(guò)程。根據(jù)飛機(jī)模線樣板設(shè)計(jì)特點(diǎn)，可將工藝設(shè)計(jì)劃分為：工藝方案設(shè)計(jì)、工藝路線設(shè)計(jì)、工藝指令設(shè)計(jì)、M—BOM 設(shè)計(jì)以及工藝數(shù)據(jù)的管理等。

結(jié)語(yǔ)：為實(shí)現(xiàn)模線樣板設(shè)計(jì)與制造平臺(tái)的建立，可對(duì)并行化技術(shù)組織管理方式以及零件三維數(shù)模進(jìn)行模線樣板信息提取，促進(jìn)該平臺(tái)的建立利用。對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的充分利用有利于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)質(zhì)量的提高，并且對(duì)實(shí)現(xiàn)模樣板與圖紙的合一有促進(jìn)作用，可推動(dòng)航天事業(yè)以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。