CATIA標準化建模在飛機結構設計中的應用

袁 芳 付友波

（西安飛機工業（集團）有限責任公司，陜西 西安 710089）

隨著科技進步，設計手段不斷更新換代，由原來利用尺子圓規手工繪圖發展到現在利用計算機繪圖，然后又從2D發展到3D，給結構設計帶來了極大的便利，飛機結構設計不僅僅是繪圖，CATIA軟件的應用使得產品在還沒有制造出來之前即可看到實體效果，進行預裝配、運動模擬、應力計算以及各種仿真分析，提前預知產品缺陷，預防浪費。

在CATIA三維建模日益普及的今天，在經歷了幾年的摸索、總結后，形成了建模標準來規范三維建模，但在提高模型質量、提高建模速度，增強模型可讀性、編輯性等方面還有待探索，筆者認為，應加入一些標準結構件庫、標準特征庫的等相關內容，使所建立的模型更便于技術交流與傳承，同時也是對標準化體系的完善和補充。

1 標準化結構建模總體思路

對飛機結構件來說，蒙皮、框、長桁、梁、接頭等典型結構件構成了飛機主要結構，完全可以將典型結構件梳理分類，將設計規范、標準通過參數形式編入設計表中，建立起標準結構件模板，或借助CATIA二次開發功能建立標準結構件庫，或將典型特征通過參數方式做成智能特征模板，方便設計員在進行結構設計時按需調用不同規格的模板零件或典型特征，既簡化了設計過程，又規范了建模操作，大大提高了工作效率。

2 典型案例及分析

2.1 案例1（典型框的結構建模）

在某機初步設計階段，筆者嘗試借助CATIA二次開發功能，將普通框分為兩大類進行建模編程（如圖1、2），將設計規范相關內容編入參數約束（如表1），應用時，設計人員只需根據窗口提示，輸入必要的參數，直接調用框零件模型，不需再建立結構模型的每個特征，既提高了工作效率，又使得所建模型不會隨設計人員的建模水平而產生差異。

按圖3的過程建模，大約需要25步操作，將花費大量的時間，建立典型結構件庫后只需進行調用操作，簡單的幾步就能實現相同的功能，極大地縮短了建模時間，節省了成本。

圖1 A型普通框參數界面

圖2 B型普通框參數界面

表1 各參數間的關系式列表

圖3 普通框建模結構樹

2.2 案例2（典型型材的結構建模）

飛機結構中用標準型材制成的結構件所占比例較大，有必要將《型材手冊》中的型材全部錄入數據庫，實現標準電子化，再通過圖4所示程序實現型材的快速建模，建模時間由120s～150s縮短為2s～5s（如圖5），將極大地減輕設計員勞動強度，提高了設計效率。

經濟效益分析：按某型機5 000個型材模型，將大約省時135×5 000=675 000s=187.5h，省電約45度。不僅為新機研制的其他科研任務爭取更多的時間，而且更加節能，又節省了人力成本。

圖4 電子型材庫

圖5 建立標準前后花費時間對比

2.3 案例3（典型特征結構建模）

飛機結構件上還有許多特征比如減輕孔、加強窩、下陷、長桁缺口等都有相應的航標、企標等標準來規范產品制造，這些典型特征可以用CATIA軟件的PowerCopy功能以及知識工程模塊中相關功能，建立特征庫實現標準化、參數化建模，在零件建模過程中按需調用并按提示輸入相關參數，即可得到所需特征（如圖6、7、8），省去了建立該特征時查手冊、創建特征的每一步過程，同時也可避免一些人為輸入方面的低級錯誤的發生。

3 主要解決的問題及應用效果

圖6 減輕孔標準特征的調用

圖7 減輕孔調用過程中的參數輸入

圖8 減輕孔調用結果

以上案例主要解決建模規范化、參數化問題，達到通過輸入參數即可調用典型結構件或在零件上生成典型特征，最終建立滿足用戶需求的電子樣機，縮短產品研制周期。

通過實踐證明以上方法能規范飛機結構件三維建模，如果在飛機設計過程中得到廣泛應用，尤其針對典型結構件，將會大大提高模型質量、工作效率，增強模型可讀性、編輯性；此外，還能為設計新手的工作起到指導性的作用，節省了培訓時間，避免造成時間上的浪費。

因此，把典型結構件、典型特征的有關內容編入建模標準，進行補充、完善，并推行下去是相當必要的。

4 結束語

建立三維標準結構件庫、標準特征庫，實際上是把前人建模的經驗固化、傳承的過程，讓后來者少走彎路，節能增效，盡管CATIA建模標準化體系還是一項新生事物，還有大量工作要做、要完善，但我們已經意識到它的重要性、必要性，已經邁出了第一步，嘗試用各種方式完善標準化體系，實現標準電子化，典型件、典型特征標準化，給廣大設計人員提供便捷，同時對于下游用戶的讀取、分析、數控加工等環節也會大有益處。相信在不遠的將來，CATIA三維建模標準化體系必將越來越完善，給三維結構設計插上翅膀。