基于CATIA的輪胎產(chǎn)品設(shè)計圖系列化擴展及PLM集成

李 華，張 敏，吳東霞，黃明新，楊 旭，吳月仙，程麗娜

（中策橡膠集團股份有限公司，浙江 杭州 310018）

輪胎的設(shè)計千變?nèi)f化，但在變化的同時又存在著一定的規(guī)則性和標準性。通過數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)重用和知識融合理論，可以對輪胎設(shè)計進行標準化分類[1]。在同一設(shè)計規(guī)則下的輪胎產(chǎn)品系列設(shè)計開發(fā)項目中，圖紙設(shè)計一般分為首規(guī)格圖紙設(shè)計和多規(guī)格圖紙設(shè)計的同系列擴展兩個階段，即當首規(guī)格圖紙設(shè)計完成后，可根據(jù)設(shè)計規(guī)則對后續(xù)多規(guī)格的圖紙設(shè)計進行參數(shù)化設(shè)計，以使同一設(shè)計規(guī)則的系列化設(shè)計更具規(guī)則性和規(guī)范性。常規(guī)設(shè)計中，一般由項目負責人在首規(guī)格圖紙設(shè)計完成后進行所有規(guī)格的參數(shù)設(shè)計，而后分發(fā)給項目組的各規(guī)格負責人各自進行圖紙設(shè)計繪制開發(fā)。此時就容易出現(xiàn)為滿足實際設(shè)計需要更改設(shè)計從而導(dǎo)致設(shè)計參數(shù)非同一數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)錯誤問題，且同設(shè)計規(guī)則的系列設(shè)計包含輪胎規(guī)格的數(shù)量達幾十個，需要耗費大量的設(shè)計時間。

為了解決同一數(shù)據(jù)源不統(tǒng)一和開發(fā)效率不足的問題，提高設(shè)計開發(fā)準確性，國內(nèi)眾多輪胎企業(yè)都開啟了輪胎參數(shù)化設(shè)計的二次開發(fā)。郝永濤等[2]提出了自動化智能輪胎設(shè)計的概念，建立了計算機輔助設(shè)計3D輪胎數(shù)字化模型開發(fā)設(shè)計平臺。丁海峰等[3]利用CATIA對輪胎進行實體建模研究，可提高設(shè)計效率和準確性以及創(chuàng)新開發(fā)能力。張金巨[4]利用CATIA對輪胎花紋進行了參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)研究。利用參數(shù)化設(shè)計的數(shù)據(jù)協(xié)同作用，可避免上、下游設(shè)計數(shù)據(jù)不一致導(dǎo)致的設(shè)計錯誤，實現(xiàn)輪胎數(shù)字化模型的整體設(shè)計優(yōu)化，便于后續(xù)輪胎設(shè)計參數(shù)修改時模型自動更新[5-8]。

本工作在CATIA V5R22版本下，采用配置表設(shè)計，在創(chuàng)建輪胎產(chǎn)品數(shù)字化模型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，配合CAA二次開發(fā)，利用CATIA參數(shù)驅(qū)動功能自動化逐個進行各規(guī)格輪胎的全參數(shù)化自動設(shè)計。同時對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的各級節(jié)點進行屬性定義，結(jié)合CAA二次開發(fā)對數(shù)字化模型結(jié)構(gòu)中的關(guān)系、屬性、參數(shù)等進行自動提取，通過產(chǎn)品生命周期管理（PLM）系統(tǒng)與CATIA軟件的集成開發(fā)功能，實現(xiàn)對零件編碼的創(chuàng)建和調(diào)用的規(guī)范管理。借助PLM系統(tǒng)強大的數(shù)據(jù)庫管理及規(guī)范的版本管理規(guī)則，為工程師開發(fā)新的輪胎產(chǎn)品設(shè)計及調(diào)整設(shè)計參數(shù)提供便利的方法，可以實現(xiàn)輪胎產(chǎn)品設(shè)計圖的數(shù)字化管理[9]。

1 配置表設(shè)計及產(chǎn)品數(shù)字化模型創(chuàng)建

根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計要求，對設(shè)計參數(shù)進行分類定義并創(chuàng)建配置表，在CATIA環(huán)境下創(chuàng)建參數(shù)并建立關(guān)聯(lián)關(guān)系。在Profile（輪廓）、Pattern（花紋）和Sidewall（胎側(cè)）的裝配設(shè)計結(jié)構(gòu)中，分別設(shè)計Profile配置表、Pattern配置表和Sidewall_PTT/Sidewall_CHS/Sidewall_STB配置表，分別對應(yīng)輪廓設(shè)計參數(shù)、花紋設(shè)計參數(shù)和胎側(cè)設(shè)計參數(shù)（胎側(cè)分區(qū)定位參數(shù)/胎側(cè)字符串參數(shù)/胎側(cè)活絡(luò)塊參數(shù)）[10]。以上5個配置表均由Size進行配置行選擇，每行配置對應(yīng)1個產(chǎn)品設(shè)計參數(shù)，其中Profile，Sidewall_CHS和Sidewall_STB配置表如圖1所示。

圖1 輪胎產(chǎn)品配置表設(shè)計

搭建產(chǎn)品設(shè)計圖裝配結(jié)構(gòu)，并采用模板調(diào)用或自行創(chuàng)建兩種方式相結(jié)合的方法，創(chuàng)建各級部件和子部件，利用上游數(shù)據(jù)發(fā)布作為下游設(shè)計輸入的方式完成具有上、下關(guān)聯(lián)設(shè)計的輪胎產(chǎn)品設(shè)計數(shù)字化模型的搭建，如圖2所示。在上、下游協(xié)同設(shè)計中，將Profile節(jié)點的Size進行發(fā)布，供下游鏈接使用，以此實現(xiàn)變更Profile產(chǎn)品配置行時，全裝配設(shè)計圖的自動更新。

圖2 輪胎產(chǎn)品數(shù)字化模型

2 編碼對象設(shè)計

對數(shù)模結(jié)構(gòu)中各級節(jié)點的參數(shù)和屬性進行設(shè)計和創(chuàng)建，為后續(xù)程序開發(fā)參數(shù)的提取做準備。對裝配結(jié)構(gòu)中所有參數(shù)進行分類，根據(jù)實際設(shè)計需要，將不參與編碼的參數(shù)對象放入數(shù)模結(jié)構(gòu)樹“參數(shù)”的“_UNTEAD_”參數(shù)集中，程序?qū)υ摬糠謪?shù)集直接跳過，不進行提??；參與編碼的參數(shù)對象直接放入數(shù)模結(jié)構(gòu)的“參數(shù)”下，同時根據(jù)設(shè)計要求對各級部件進行Code（零件編號）等“屬性”創(chuàng)建，以供程序提?。ㄒ妶D3）。

圖3 編碼對象設(shè)計中參數(shù)、屬性及關(guān)系的創(chuàng)建

3 CAA二次開發(fā)和PLM集成

利用CAA二次開發(fā)功能，實現(xiàn)數(shù)字化模型全自動逐行擴展，同時提取擴展裝配各級節(jié)點的參數(shù)作為特征，集成PLM系統(tǒng)進行零件圖紙的編碼后，再次利用CAA二次開發(fā)功能接收PLM傳遞的所有編碼，并寫入數(shù)字化模型對應(yīng)的各級節(jié)點，最后完成輪胎產(chǎn)品設(shè)計圖的本地保存及PLM管理，具體流程如圖4所示。

圖4 系列擴展及PLM集成流程

具體步驟如下。

（1）Sidewall_STB配置表中的Size配對。在輪胎產(chǎn)品的5個配置表中，只有Sidewall_STB配置表的Size與上游Profile設(shè)計發(fā)布的Size對應(yīng)關(guān)系為多對一關(guān)系。因此，首先利用CAA二次發(fā)開功能，實現(xiàn)在上游Size確定的情況下，程序自動選中Sidewall_STB配置表中相同Size的所有配置行進行數(shù)字化模型的逐行更新。

（2）逐行更新數(shù)模生成編碼臨時文件。配合數(shù)字化模型上游Profile發(fā)布的Size驅(qū)動，利用CAA二次發(fā)開功能逐行對所有配置表同Size行的設(shè)計參數(shù)進行選配，自動對數(shù)字化模型全裝配和各配置行對應(yīng)產(chǎn)品圖進行更新。同時，利用CAA開發(fā)對編碼對象設(shè)計中所述的參數(shù)及各級部件的“屬性”參數(shù)進行提取，生成編碼臨時文件，供PLM系統(tǒng)調(diào)用。

（3）以編碼為對象的集成。利用CAA二次開發(fā)功能，集成PLM提取編碼臨時文件，將CAA提取的所有參數(shù)作為圖紙零件編碼的特征，以此特征對各級圖紙零件進行編號并將編號回寫到臨時文件中的Code行，生成編碼中轉(zhuǎn)文件，如圖5所示。

圖5 編碼中轉(zhuǎn)文件

（4）將編號寫入數(shù)字化模型和圖紙。利用CAA二次開發(fā)功能，提取編碼中轉(zhuǎn)文件中的各級節(jié)點零件編碼，并回寫到數(shù)字化模型參數(shù)和工程圖中。對所有已寫入圖紙編碼的文件進行本地化保存?zhèn)浞荨?/p>

（5）以設(shè)計圖及數(shù)模關(guān)系保存為對象的集成。利用CAA二次開發(fā)功能，集成PLM將本地保存?zhèn)浞莸膱D紙文件及數(shù)字化模型結(jié)構(gòu)關(guān)系自動上傳，如圖6所示。PLM保存的零件/圖紙信息包含參數(shù)信息，滿足裝配設(shè)計的查詢和重用。

每擴展一個配置產(chǎn)品，程序自動循環(huán)步驟（2）—（5），直至對配置表中所有配置產(chǎn)品系列擴展完畢，生成所有配置產(chǎn)品的設(shè)計圖及PLM集成保存。

4 結(jié)語

本工作對輪胎全裝配產(chǎn)品圖的系列化擴展及PLM集成保存管理進行探討，通過對配置表設(shè)計和全裝配數(shù)字化模型的創(chuàng)建，結(jié)合CAA二次開發(fā)及其與PLM的集成，實現(xiàn)單一產(chǎn)品設(shè)計參數(shù)的自動抓取并使用PLM系統(tǒng)進行零件編號，然后回傳至CATIA端，寫入數(shù)字化模型及圖紙文件中，并自動上傳至PLM系統(tǒng)保存。由此，在相同設(shè)計規(guī)則下，只需要設(shè)計一個數(shù)字化模型，利用參數(shù)驅(qū)動、CAA二次開發(fā)和PLM集成開發(fā)，可全自動化地完成同系列產(chǎn)品的全裝配設(shè)計圖的生成、編號和PLM管理。

該系列化擴展設(shè)計及程序開發(fā)前，系列產(chǎn)品的設(shè)計由于由數(shù)個工程師負責，設(shè)計標準不統(tǒng)一，且開發(fā)效率低，容易出現(xiàn)人為制圖錯誤。且一旦進行系列設(shè)計參數(shù)更改，全部設(shè)計圖都需要重新人工制圖。采用配置表設(shè)計和數(shù)字化模型設(shè)計后，所有設(shè)計參數(shù)更改都可在配置表中進行，利用參數(shù)驅(qū)動自動重新出圖，極大地縮短了產(chǎn)品的設(shè)計周期。其次，通過PLM系統(tǒng)集成的程序開發(fā)，解決了以往設(shè)計圖紙由各負責工程師管理的保存散亂、安全性差等問題，提升設(shè)計開發(fā)過程中圖紙文件的保存、查詢和版本管理。同時集成PLM保存輪胎配置產(chǎn)品的數(shù)字化模型結(jié)構(gòu)，在以往的本地化、無協(xié)同設(shè)計階段是無法實現(xiàn)的。通過模型結(jié)構(gòu)的保存，最大限度地還原了產(chǎn)品設(shè)計的裝配原型，拓展了其后續(xù)在模具編號、模具部件管理方面的應(yīng)用，可大幅度縮短產(chǎn)品設(shè)計和模具開發(fā)周期，提升模具管理精度，提高輪胎產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量。