CATIA V5三維標(biāo)準(zhǔn)件庫的創(chuàng)建與應(yīng)用

2016-11-11  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

1 引言

隨著我國制造業(yè)數(shù)字化進程的不斷推進,飛機產(chǎn)品設(shè)計已經(jīng)全面進入3D設(shè)計的數(shù)字化時代,各種3D設(shè)計軟件越來越成熟和多樣化。目前航空產(chǎn)品廣泛采用CATIA軟件進行數(shù)字化定義與設(shè)計,其標(biāo)準(zhǔn)件零件庫的開發(fā)已成為實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)字化定義與數(shù)字化裝配技術(shù)的重要基礎(chǔ)。為了滿足產(chǎn)品研發(fā)的需要,適應(yīng)企業(yè)內(nèi)部實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和無紙化設(shè)計的迫切需求,創(chuàng)建滿足企業(yè)使用的CATIA三維標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫是十分必要的。通過該數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建和應(yīng)用可在企業(yè)內(nèi)部實現(xiàn)一次建模、重復(fù)使用,達到充分共享和高效利用公共資源的目的。

2 標(biāo)準(zhǔn)件庫的構(gòu)成與特點

我所開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)件庫應(yīng)用系統(tǒng)由服務(wù)器端的三維標(biāo)準(zhǔn)件圖形庫和客戶端的標(biāo)準(zhǔn)件調(diào)用軟件構(gòu)成。服務(wù)器端圖形數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)件三維實體模型是根據(jù)企業(yè)實際需求,在CATIA V5軟件環(huán)境下創(chuàng)建的,其存儲格式為CATPart(零件)或CArIProduct(組件)文檔。數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)件按類別和層次分解成樹狀結(jié)構(gòu),便于使用和維護?？蛻舳说臉?biāo)準(zhǔn)件調(diào)用和維護管理軟件可根據(jù)企業(yè)需求單獨開發(fā),也可在CATIA的Catalog功能基礎(chǔ)上進行少量的二次開發(fā)或直接使用CATIA的Catalog功能。具體采用的方式根據(jù)企業(yè)的實際情況決定。

標(biāo)準(zhǔn)件庫應(yīng)用系統(tǒng)以WINDOWS中文系統(tǒng)和CATIA V5軟件為操作平臺,且與CATIA V5軟件直接集成,其主要特點如下:

a.在CATIA V5裝配設(shè)計環(huán)境中實現(xiàn)對于特定類別與規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)件的調(diào)用;

b.友好的全中文化人機界面,各類標(biāo)準(zhǔn)件具有直觀的三維預(yù)覽圖標(biāo),界面清晰、使用方便、操作簡單;

c.分類清楚、規(guī)格齊全、標(biāo)注規(guī)范、檢索快捷、調(diào)用實時便捷;

d.采用參數(shù)化設(shè)計手段,占用存貯空間小;

e.具有開放性的接口,擴充容易,維護方便。只要補充相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)件,就可以滿足企業(yè)不同時期的使用需求。

3 標(biāo)準(zhǔn)件庫的創(chuàng)建

3.1 前期準(zhǔn)備工作

為了縮短數(shù)據(jù)庫開發(fā)周期,首先應(yīng)對企業(yè) 使用的標(biāo)準(zhǔn)件進行清理、分類,必要時應(yīng)征求產(chǎn)品開發(fā)人員的需求意見,確定數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)框架和標(biāo)準(zhǔn)件清單。同時開發(fā)組還應(yīng)進行任務(wù)分工,制定建庫計劃,以保證建庫工作的順利進行。

此外,如要單獨開發(fā)調(diào)用程序和數(shù)據(jù)庫維護管理程序,還應(yīng)根據(jù)企業(yè)實際情況編制軟件需求報告和開發(fā)計劃。需求和計劃應(yīng)保證標(biāo)準(zhǔn)件庫應(yīng)用系統(tǒng)功能的實用性,同時控制開發(fā)風(fēng)險,為軟件開發(fā)的順利進行和標(biāo)準(zhǔn)件庫應(yīng)用系統(tǒng)按期交付使用提供保障。

3.2 參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件三維實體模型的創(chuàng)建過程

開發(fā)該標(biāo)準(zhǔn)件庫的大部分工作是創(chuàng)建各類標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)化三維實體模型。首先在CATIA V5環(huán)境中對各類零部件進行實體建模,在建模過程中引入?yún)?shù)變量,并對實體模型的尺寸元素逐個加以約束,然后按照標(biāo)準(zhǔn)文本創(chuàng)建設(shè)計表、驗證模型及其尺寸參數(shù)的正確性、最后將創(chuàng)建好的參數(shù)化模型導(dǎo)人數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)。這樣,設(shè)計人員便可在CATIA V5軟件環(huán)境下通過調(diào)用程序方便快捷地對標(biāo)準(zhǔn)件庫進行檢索、瀏覽和調(diào)用了。

3.2.1 實體建模

實體建模就是用CATIA V5軟件的各個功能模塊將標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計成三維實體模型(如圖1所示)。這些實體模型實際上就是CATIA V5中的CATPart(零件)或CATProduct(組件)文檔。為了實現(xiàn)參數(shù)化,建立標(biāo)準(zhǔn)件的實體模型時需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)引入?yún)?shù)變量(如圖2所示),并對實體的各尺寸元素逐個定義幾何約束關(guān)系(如圖3所示)。在定義約束關(guān)系過程中應(yīng)使約束關(guān)系盡量優(yōu)化,避免出現(xiàn)重復(fù)的過約束情況或遺漏必要的函數(shù)關(guān)系。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)件實體模型

圖2 引入?yún)?shù)變量

圖3 對各元素定義幾何約束關(guān)系

3.2.2 參數(shù)化

CATIA V5軟件提供了參數(shù)化的零件庫設(shè)計手段。參數(shù)化設(shè)計是指系統(tǒng)通過尺寸驅(qū)動的方式,以獨立的幾何約束條件和簡單的等式,尋找特定的解決方案。CATIA V5中的參數(shù)化設(shè)計是指系統(tǒng)在一個實體模型基礎(chǔ)上按即定的幾何約束關(guān)系生成一系列具有相同或相似幾何特征的三維實體模型。參數(shù)化設(shè)計的優(yōu)點是以后面要創(chuàng)建的設(shè)計表中的尺寸值來控制幾何模型,利用CATIA V5軟件創(chuàng)建實體模型時應(yīng)參照標(biāo)準(zhǔn)不同的幾何特征對各實體元素建立獨立或相關(guān)的幾何參數(shù)和約束關(guān)系,這些參數(shù)所控制的幾何特征的相對位置是確定的,但參數(shù)的數(shù)值可以改變,這樣生成一系列不同規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)件實體模型。

標(biāo)準(zhǔn)件的三維實體建模,要求對這些實體模型進行優(yōu)化的參數(shù)化設(shè)計。根據(jù)實體的外形、尺寸(直徑、長度、角度)等來選擇適當(dāng)?shù)膮?shù)變量。按此要求設(shè)計出的實體才能適用于每組不同的參數(shù)值。CATIA V5中的實體模型由系統(tǒng)特定的關(guān)鍵字來描述控制,這些關(guān)鍵字包括實體類型、直徑、長度、角度等。將這些關(guān)鍵字用參數(shù)變量或根據(jù)約束關(guān)系生成的表達式來表達,這個過程就是參數(shù)化。參數(shù)化定義的圖形是完全受約束的,參數(shù)化的設(shè)計方法更適合于標(biāo)準(zhǔn)件這類設(shè)計過程和目標(biāo)比較明確的零件。

3.3 創(chuàng)建設(shè)計參數(shù)表

CATIA V5的設(shè)計參數(shù)表給我們提供了一種快速創(chuàng)建三維標(biāo)準(zhǔn)件實體的方法和工具。同一系列標(biāo)準(zhǔn)件的區(qū)別可能僅僅在于它們之間的參數(shù)值不同(對大部分標(biāo)準(zhǔn)件而言是這樣的,只有少數(shù)標(biāo)準(zhǔn)件可能因規(guī)格變化,其幾何特征有所不同)。對同一系列的標(biāo)準(zhǔn)件需要建立一個設(shè)計參數(shù)表(Design Table),如圖4所示,再根據(jù)系統(tǒng)提示將之前定義的有效獨立變量添加為將要建立的Excel數(shù)據(jù)表的列參數(shù),如圖5所示。然后用Excel表格處理軟件生成數(shù)據(jù)表(如GB931.xls),通過這個數(shù)據(jù)表產(chǎn)生CATIA文檔的外部數(shù)值。在數(shù)據(jù)表的首行對參數(shù)變量進行定義,數(shù)據(jù)表的每列代表CATIA文檔的某些屬性,如標(biāo)記示例代表文檔名稱和編號,其它列是與文檔中各參數(shù)(獨立關(guān)鍵字)相關(guān)聯(lián)的參數(shù)變量名。數(shù)據(jù)表的每行代表一組區(qū)別于同一類零件不同規(guī)格的尺寸參數(shù)和標(biāo)識(如圖6所示)。

圖4 創(chuàng)建設(shè)計參數(shù)表

圖5 添加外部數(shù)據(jù)表列參數(shù)

圖6 生成設(shè)計參數(shù)表數(shù)據(jù)

3.4 參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件模型的入庫

保存前面所做的工作,至此,一個參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件三維實體模型的創(chuàng)建過程已基本完成。為了保證實體模型的正確入庫,在完成參數(shù)化實體建模后,應(yīng)參照標(biāo)準(zhǔn)文本校驗?zāi)Ｐ偷恼_性和系列尺寸可驅(qū)動性(如圖7所示)。如果在校驗過程中發(fā)現(xiàn)實體模型有誤,可回到Sketcher或?qū)嶓w狀態(tài)對其進行修改,直至與標(biāo)準(zhǔn)一致。最后的工作是用數(shù)據(jù)庫維護和管理程序?qū)?shù)化標(biāo)準(zhǔn)件實體模型進行入庫。這樣只要在客戶端安裝標(biāo)準(zhǔn)件庫調(diào)用軟件,便可在CATIA V5環(huán)境下方便地調(diào)用庫中的標(biāo)準(zhǔn)件實體模型,共享該標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫中的模型信息資源。

圖7 參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件實體尺寸驅(qū)動

4 標(biāo)準(zhǔn)件庫的使用和維護

我所開發(fā)的CATIA三維標(biāo)準(zhǔn)件庫應(yīng)用系統(tǒng)包括了現(xiàn)階段我所常用的典型標(biāo)準(zhǔn)件三維數(shù)字化實體模型,已廣泛地應(yīng)用于各類產(chǎn)品的設(shè)計建模工作中。通過網(wǎng)絡(luò),設(shè)計人員可以實時便捷地得到所需的三維標(biāo)準(zhǔn)件圖形,極大地減少了設(shè)計過程中重復(fù)創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)件模型或?qū)Σ煌b配狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)件模型所進行修改的工作量,快速實現(xiàn)對飛機各零件的連接與協(xié)調(diào),大大減少了制造過程中的不合格品率,避免由此造成的巨大浪費。

在提供給設(shè)計使用的同時,我們很注重收集各方面的使用反饋意見,及時地修正和完善該標(biāo)準(zhǔn)件庫應(yīng)用系統(tǒng)的不足之處,及時補充新的標(biāo)準(zhǔn)件模型,逐步豐富和完善調(diào)用軟件的功能特性。同時做好數(shù)據(jù)庫的維護管理工作,以便更好地滿足設(shè)計使用需要,為提高設(shè)計和協(xié)調(diào)效率及企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化水平服務(wù)。

5 意義與作用

標(biāo)準(zhǔn)件在飛機的設(shè)計和生產(chǎn)中具有重要的作用,合理地采用標(biāo)準(zhǔn)件可以減少設(shè)計和生產(chǎn)工作量,縮短研制周期,降低研制風(fēng)險,提高飛機的可靠性、維修性,提高飛機的“三化”水平。隨著設(shè)計手段和生產(chǎn)工藝水平的不斷提高,異地?zé)o紙設(shè)計生產(chǎn)是未來飛機設(shè)計生產(chǎn)的發(fā)展方向。由于異地?zé)o紙化設(shè)計的基礎(chǔ)是三維數(shù)字產(chǎn)品定義,所以三維標(biāo)準(zhǔn)件庫就成為三維產(chǎn)品數(shù)字化定義中重要的組成部分。

標(biāo)準(zhǔn)件庫系統(tǒng)的創(chuàng)建和使用,免去了工程技術(shù)人員在設(shè)計過程中創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)件三維模型的工作,為產(chǎn)品研制三維建模、二維發(fā)圖和實現(xiàn)數(shù)字化預(yù)裝配及協(xié)調(diào)提供了極大的方便。該標(biāo)準(zhǔn)件庫在三維數(shù)字產(chǎn)品定義的設(shè)計工作中實時便捷地向設(shè)計人員提供實體了標(biāo)準(zhǔn)件與標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)方面的技術(shù)信息,保證了設(shè)計人員在計算機上能快速完成各零件的連接與協(xié)調(diào),為方便設(shè)計員開展飛機數(shù)字化設(shè)計和協(xié)調(diào),全面實現(xiàn)電子樣機打好了基礎(chǔ)。

標(biāo)準(zhǔn)件庫系統(tǒng)的全面應(yīng)用大大減少了設(shè)計人員設(shè)計工作量和設(shè)計時間,對于提高工程設(shè)計質(zhì)量,有效利用人力資源,提高設(shè)計人員的工作效率,縮短整個產(chǎn)品的研制周期,有效降低設(shè)計成本,具有重要的應(yīng)用價值。同時對提高企業(yè)的CAD技術(shù)水平創(chuàng)造了良好的技術(shù)基礎(chǔ)條件,對信息技術(shù)下的標(biāo)準(zhǔn)化工作有著積極的影響和推動作用。

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