基于CATIA/VPM系統的管路標準件庫的創建與應用

王莉萍 陳春鵬

摘 要：在CATIA 管路設計模塊中，管路標準件庫的應用能大大提高飛機數字樣機的設計效率。文章根據實際需求，詳細介紹了基于CATIA/VPM系統管路標準件庫的創建、使用及維護方法。

關鍵詞：CATIA/VPM；管路標準件庫；參數化；設計表

1 前言

在飛機數字樣機的設計過程中需要使用大量的管路標準件，如果管路標準件按照通用標準件建模，然后從庫中調用，用裝配約束的方式定位管路標準件與管子的位置關系，這種方式導致設計和更改的效率非常低。為了提高CATIA 管路設計的設計效率，管路標準件在建模時不僅具有幾何模型信息，還包含管路屬性信息，如公稱尺寸、端口形式等，使用時能夠實現與管子自動匹配、自動布放等功能。目前，對CATIA管路模型客戶化研究[1][2]、管路類標準件建庫[3]的基本原理等方面相關研究比較深入，而針對在CATIA/VPM協同設計管理環境下，如何進行環境設置及如何創建、使用、維護管路標準件庫沒有做深入的探討。

本文以航標HB4-24（擴口式擰入式三通管接頭）模型的建立為例來詳細闡述在CATIA/VPM系統下管路標準件庫的創建、使用及維護方法。

2 管路標準件庫工作原理及環境設置

CATIA管路環境是管路設計規則文件、管路資源管理文件、管路資源的集合。管路環境設計的主要工作是根據企業設計需求創建特征字典文件、定義設計規則，如管路子彎曲半徑規則、自動放置零件的規則等等，并建立公用的庫文件，如管路標準件庫、管路設備庫、管路符號庫等。因此企業在管路設計前必須根據實際需求對管路環境進行定制。本文對如何定制管路環境方面[1][2]不做介紹，重點闡述管路標準件庫的工作原理及其在VPM系統為實現對管路標準件的調用而對環境文件進行的設置。

2.1 管路標準件庫工作原理

管路標準件庫是組織和管理管路標準件的文檔，用于存放、檢索和管理標準件，由TubingParts .catalog和Specifications.catalog兩種庫組成。TubingParts.catalog用于管理按照功能特征進行分類的標準件，如直通接頭、三通接頭、四通接頭、管螺母、堵帽等類型，Specifications.Catalog文件用于管理按照物理特征進行分類的標準件，如標準件號、公稱直徑、壁厚、端頭類型、材料類型等。其中，TubingParts .catalog是基本庫，統一組織和管理全部的管路標準件，管路標準件均從此庫中調用。

Tubing Parts .Catalog一般按以下進行分類進行搭建：

（a）Branch（分支）：Tee（三通）、Cross（四通）等等；

（b）Elbows（肘管）；

（c）Tubes（管道）：直管、彎管、柔性管；

（d）Fitting（擬合）：Union（直通管接頭）、Nut（螺母）等等；

（e）Flange（法蘭）；

（f）Sealing Part（密封零件）：Gasket，Ring；

（g）Valve（閥門）。

關于如何建立TubingParts.catalog，蔣代兵在“CATIA管路環境客戶化定制”[1]一文中作了詳細說明，按照所述方法建立TubingParts.catalog。與蔣代兵介紹不同的是，為了能在CATIA/VPM中調用管路標準件， TubingParts.catalog不是保存在本地環境中，而是保存VPM系統中，即服務器上。

2.2 環境設置

在CATIA/VPM系統中進行關聯設計時，為了保證管路標準件庫數據的唯一性、可共享性，除了將TubingParts.catalog文件存放存放在服務器上，還必須對本地管路環境中的TUB.xml文件進行以下設置，使TubingParts.catalog文件指向ENOVIA，如圖1所示。

圖1 環境設置

通過以上配置，實現了在調用管路標準件時，系統直接指向VPM系統中的TubingParts.catalog文件，從而調用該目錄中的標準件。只要更新該目錄中的文件，即可實現管路標準件庫的同步更新。

3 管路標準件庫的創建

創建管路標準件的模型是建立管路標準件庫的基礎，通過約束標準件模型的尺寸，關聯參數表、添加管路屬性，然后創建該模型的catalog文件，最后將catalog與TubingParts.catalog進行鏈接，這樣就完成了管路標準件的入庫。

3.1 管路標準件模型的建立

（a）參數化模型的創建

參數化建模是利用CATIA的Part模塊，根據標準中的幾何信息如HB4-24將標準件設計成一個參數化的實體模型，方法與通用標準件的建模類似[4]，這里不再贅述。

（b）參數表的創建

對于管路標準件的參數表，表格中除了應包含幾何信息外，還應有零件編號、公稱尺寸、端頭形式、材料類別、重量等管路標準件所必需的參數。建立好的設計表如圖2所示：

圖2 設計表的創建

（c）定義類別

管路模塊中的Build Tubing Part命令功能非常強大，通過此命令可以對管路標準件進行類別定義、參數化驅動和管路連接屬性定義，為管路標準件添加管路信息。

在Tubing Design并新建一個Product，通過工具->項目管理->選擇/瀏覽以選擇相應的項目（根據客戶進行定制）。選擇Build Tubing Part命令進入Creat Part頁面，選擇Set Object Type命令，在類別中選擇Tee，并通過Open Existing Part選項加載剛創建的HB4-24的模型文件。

（d）參數化驅動

使用Build Tubing Part命令中Design Table選項將零件與已創建的表格關聯，實現參數化驅動。需要注意的是，不僅幾何參數需要關聯，管路屬性如公稱尺寸、材料類別、端口形式等參數也要進行關聯。

（e）添加管路屬性

使用Build Tubing Part命令中的Manage Connector選項為管路模型的每個端口添加連接器，用Associate Attributes To Connectors選項設置連接器的屬性，如連接器的公稱直徑及端頭形式，從而實現在調用管路標準件時能與管子自動匹配。如此一個具有管路屬性的管路標準件的建模就完成了。

3.2 管路標準件入庫

首先創建HB4-24-2002的catalog文件，選擇Add Part Family命令將含有設計表的HB4-24-2002的主模型載入catalog文件中，使用Resolve功能依據創建的設計表解析生成多個標準件模型。再打開TubingParts.catalog，選擇Add Link To another catalog命令，將HB4-24的catalog文件中的模型鏈接到TubingParts的Tee目錄中，這樣就完成了HB4-24的入庫工作，CATIA系統將根據CATpart文件對應的參數表自動將一系列的標準件組織和管理起來。按照類似方法，將所有創建的管路標準件模型的目錄文件按不同類別與TubingParts.catalog關聯，形成管路標準件庫（圖3）。

4 管路標準件的使用

當管路標準件庫建立好后，在管路模塊（Tubing Design）中用Place Tubing Parts命令即可實現從VPM管路標準件庫調用標準件。根據實際需求選擇標準件的類型：直通、三通等，如選擇直通管接頭，之后系統根據管線直徑自動在管路標準件庫中尋找相應的管接頭與之匹配，圖中管線直徑為8mm，則HB4-5-6等與之匹配進行安裝，如圖4所示。這種調用標準件的方式大大提高了設計效率。

圖4 管路標準件的調用

5 管路標準件維護

管路標準件庫的維護功能可分為標準件的添加、刪除及修改，具體就涉及到模型的更新和設計表信息的更新。不管是模型更新還是設計表更新，都需要在管路標準件庫目錄中進行同步操作，從而達到實現更新標準件數據的目的。下面分別針對這兩類情況進行闡述。

（a）模型更新

在VPM系統中搜索TubingParts文件，通過open reference document命令打開標準件的主模型，完成主模型修改后，保存在ENOVIA。在打開的catalog文件中，找到主模型所在的章節或者系列進行同步操作。這樣根據設計表解析的一系列的標準件模型就被更新了。

（b）設計表更新

標準件數據的添加及參數值的修改須通過對設計表的更新來實現。首先在LCA中用將文檔簽入簽出的方法，對設計表進行更新。設計表發生更改后，主模型與設計表之間的鏈接關系會斷開，因此需要重新定義鏈接。在主模型中用Edit中的Links命令修復設計表與主模型的鏈接關系后，回到catalog文件中進行同步操作。

6 結束語

在飛機的數字樣機設計過程中，管路標準件庫的建立及使用能夠大大提高設計效率和設計質量，減少設計中的錯誤和重復設計工作，有效降低設計成本。目前中航通飛研究院某大型水陸兩棲飛機的管路標準件庫正是按照上述方法進行實施和構建的。隨著CATIA管路模塊更大的推廣和更多的普及應用，管路標準件庫也將在設計中起到更重要的作用。

參考文獻

[1]蔣代兵.CATIA管路環境客戶化定制[J].航空標準化與質量，2006（ 3）.

[2]楊小龍.CATIA軟件Tubing Design模塊應用研究[J].直升機技術，2008（1）.

[3]李祥等.基于CATIA的管路類標準件庫的設計與實現[J].制造業自動化，2012，3（34）.

[4]寇飛行，CATIA V5下三維標準件庫建立方法[J]，飛機工程，2005（3）.

作者簡介：王莉萍，女， 工程師，研究方向：飛機標準及標準件的應用。

陳春鵬，男， 工程師，研究方向：飛機氣動力設計