基于NX的汽車智能緊固件庫的研究與開發

閆仕軍，馬正歡，王珂，晉占峰，徐文強，湯俊

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基于NX的汽車智能緊固件庫的研究與開發

閆仕軍，馬正歡*，王珂，晉占峰，徐文強，湯俊

（泛亞汽車技術中心有限公司，上海 201201）

文章研究了基于NX建立汽車緊固件庫的幾種方法，討論了各種方法的特點。提出了基于知識工程（KBE）的智能選型裝配技術。以NX系統為平臺，開發了基于知識工程（KBE）的汽車智能緊固件庫，實現了緊固件快速智能選型、智能成組裝配、對手件自動篩選以及輸出緊固件信息等功能，使汽車的設計效率較之以前大大提高。

緊固件庫；NX；智能定位；快速選型；成組裝配

引言

在汽車設計過程中需要用到大量的緊固件，緊固件的作用是緊固連接機械零件，其應用非常廣泛，它的特點是品種規格繁多，性能用途各異，而且產品標準化、系列化程度高。

現有的緊固件庫的使用過程比較復雜，工作量大，主要存在以下弊端[1]：

（1）緊固件模型存儲在服務器中，裝配時需逐級查找，選型困難；

（2）在NX中裝配定位繁瑣，需要先建立定位點及定位方向，操作復雜；

（3）緊固件不能成組裝配，需要逐個裝配，操作繁瑣，效率低下；

（4）緊固件的屬性信息需要人工輸出，經常需要查詢相關標準或機械設計手冊，不方便企業常用緊固件知識的累積和傳遞；

（5）裝配對手件時，需要查找對手件型號及信息，進行繁復的操作；

（6）負責零件設計工程師基于CAD系統設計零件，緊固件工程師主要的工作系統是緊固件管理系統。零件設計工程師在選擇緊固件時需要向緊固件工程師咨詢，設計結束后也需要向緊固件工程師查詢緊固件基本信息，工作效率低。

本文研究了緊固件篩選規則及智能裝配等技術，實現符合工程師使用習慣的選型和智能裝配功能，利用數據庫技術和參數化建模技術，通過二次開發，在NX環境下開發了緊固件庫系統。

1 基于NX的緊固件庫的開發方法

NX軟件的特征建模技術為零部件參數化設計提供了技術基礎，NX內嵌的電子表格、表達式、知識熔接模塊以及二次開發工具Open API，MenuScript，UIStyler，BlockSytler等為建立基于NX的緊固件庫提供了方便。目前，基于NX的緊固件庫常用開發方法主要有：零件族法、用戶自定義特征法、知識熔接法、程序設計法。在篩選邏輯及數據庫方面，程序設計法能實現復雜的篩選邏輯及數據庫處理，而其他3種方法則只能實現簡單的數據庫篩選；在使用方便性方面，零件家族法、用戶自定義特征法都要借助于NX的表達式和電子表格以及標準手冊來對參數進行修改，以生成該系列其它的標準件，而知識熔接法、程序設計法在調入時就可選擇所需的標準件，因而更加方便、實用；在智能化方面，程序設計法可以按照工程師實際需求進行定制化、智能化開發，而其他3種方法無法滿足要求[2-5]。

綜合比較以上建庫方法，考慮到緊固件庫系統的要求，本文采用程序設計的方法。這樣可以發揮程序設計在數據管理、智能化開發和用戶交互界面定制化開發方面的優勢。

2 系統結構及組成

操作界面包括菜單和對話框，主要作用是管理緊固件庫所有的對話框以及對話框相關的圖片，通過對話框連接篩選模塊、屬性處理、緊固件生成及智能定位模塊。

圖1 系統結構圖

緊固件篩選模塊的主要功能是讀取緊固件數據庫，按數據的邏輯關系傳遞給對話框界面，初始化篩選功能區；根據工程師的選擇及篩選邏輯，快速的篩選出符合要求的緊固件型號，供工程師選擇。

對手件篩選模塊的主要功能是讀取對手件數據庫，根據用戶篩選的緊固件信息，在對手件數據庫中篩選出符合要求的對手件型號及相關信息，寫入對手件選擇列表，供用戶選擇。

緊固件生成模塊通過配置數據庫查找到相應的緊固件模板文件，程序驅動模板進行參數化修改，生成符合尺寸要求的緊固件模型。

智能定位模塊通過工程師選擇的定位邊界，自動整理成一系列的封閉定位環，求解定位點和坐標系，實現智能定位，成組裝配。

緊固件智能選型庫與緊固件數據庫互通互聯，緊固件智能選型庫的數據來源于緊固件庫。緊固件工程師基于緊固件庫工作，維護緊固件基本信息。零件設計工程師基于CAD系統工作，通過緊固件智能選型系統，智能選擇需要的緊固件。

3 關鍵技術

3.1 緊固件篩選

由于緊固件品種規格繁多，工程師選型困難，本文研究并實現了方便快捷的多級緊固件篩選功能。篩選功能流程如圖2所示：

圖2 篩選流程圖

讀取緊固件數據庫并初始化篩選區域：通過數據庫技術，將緊固件數據庫讀入程序中，將界面初始化。

選擇篩選條件：篩選條件包含“科室”、“組”、“整車結構分類”、“零件分類”和“功能分類”5級下拉列表，工程師選擇下拉列表的選項，程序將根據用戶當前及前幾級下拉列表選擇的篩選出符合緊固件數據庫要求的篩選條件，并更新后面幾級的下拉列表的選項。用戶全部選擇完成后，在基本信息列表中列出篩選結果，如圖3所示。

圖3 篩選操作界面

通過功能分類描述進一步篩選：根據工程師輸入的功能分類描述檢索關鍵字，在基本信息列表中的功能分類描述列進行模糊查找，將不符合檢索要求的列去除。

根據用戶在基本信息列表中的選擇，在緊固件數據庫中篩選符合要求的緊固件型號，并讀取相關屬性，寫入緊固件型號列表中，供工程師選擇。

3.2 智能定位模塊

工程師在進行緊固件定位時，需要定位的位置有多種可能性，如圖4所示，人工操作NX進行定位非常復雜，需要根據的不同的定位環來計算并生成定位點及定位方向。本模塊設計并實現了通過選擇多段邊界，就可以由程序整理成定位環并自動定位。

圖4 裝配環示意圖

智能定位模塊流程如圖5所示：

圖5 智能定位模塊流程圖

邊界鏈表的存儲：將工程師所選的邊界存儲在std::vector 的鏈表中。

整理邊界形成定位環：鏈表中有N個邊界，對鏈表中第i（0,N-1）個邊界寫入邊界環的結構體，對后面的邊界j（i+1,N）進行循環遍歷，判斷邊界j的起點或終點是否和邊界i的起點或終點重合，若重合則將邊界寫入邊界環的結構體。通過UF_MODL_ask_edge_verts()函數，讀取邊界的起點和終點。如果邊界i的端點只有一個則是圓環邊界或者橢圓環邊界，直接寫入邊界環結構體，進入下一邊界環的循環。

計算定位點及定位坐標系：通過邊界環結構體中邊界的數量和邊界的類型，判斷邊界環的類型。對圓形和橢圓形邊界環通過UF_CURVE_ask_curve_struct_data()函數讀取圓心，作為定位點。讀取圓環或橢圓環的相接面中的平面，計算出定位方向。對于矩形環、腰形環、六邊形環和帶圓角的矩形環，對其所有邊界的兩個端點求和取平均值，得到定位點；用所有邊界的公共相交平面，計算出定位方向。

裝入緊固件并進行定位：通過UF_ASSEM_add_part_to_ assembly()函數，將緊固件模型定位到當前工作部件中。

3.3 對手件選型模塊

整車零件設計由多部門協同完成，緊固件設計時通常由連接雙方協同完成。以座椅和下車體為例，座椅設計工程師負責發布螺栓，下車體設計工程師負責發布螺母。之前的工作操作復雜，座椅工程師需要線下通知下車體工程師。初始設計或設計變更時經常出現溝通不暢引起的設計不一致。

本模塊設計了對手件推薦模塊。通過與緊固件數據庫互通互聯，零件設計時，基于緊固件數據庫將對手件緊固件同步設計。

4 實例

應用MenuScript技術，添加“Vehicle Fastening”菜單到NX中，菜單如圖6所示。

圖6 緊固件庫菜單

應用BlockStyle和NX Open技術，開發了緊固件庫工具，緊固件庫操作界面如圖7所示：

圖7 緊固件庫操作界面

操作界面包含由以下幾個功能區域組成：緊固件篩選及選擇、對手件選擇、緊固件屬性信息和定位邊界選擇。

緊固件篩選及選擇區域包含“基本信息篩選”、“功能描述檢索”、“整車結構分類、零件分類和功能描述組合列表”、“緊固件列表”；緊固件屬性信息區域包含BOM信息列表和緊固件屬性信息列表；模型導入區域包含選擇緊固件裝配環和選擇對手件裝配環。

導入緊固件如圖8所示：

圖8 緊固件導入結果

信息輸出如圖9所示：

圖9 信息輸出

5 結論

本文研究了基于NX軟件建立緊固庫的幾種方法；提出了基于智能定位的成組裝配技術；采用BlockStyle和NX Open技術，開發了緊固件庫工具；實現了符合工程師設計習慣的快速篩選和智能定位功能，通過屬性輸出功能使得工程師可以快速得到緊固件的屬性信息。經工程師測評，在緊固件設計方面，使用本緊固件庫使設計效率較之以前大大提高。

[1] 于義春,李興榮.基于Creo2.0的三維標準緊固件工具的開發與應用[J].機車車輛工藝,2015（2）:39-41.

[2] 袁智軍,周磊,梁海峰,危學兵,王輝.基于內飾件基礎結構庫的門飾板設計[J].汽車技術,2016（4）:1-5.

[3] 潘康華,陸江峰.緊固件工具的研究與應用[J].機械工業標準化與質量,2014（2）:22-25.

[4] 廖友軍,馮曉鋒.Pro/E環境下緊固件零件庫的快速建立方法[J].現代制造技術與裝備,2010（6）.

[5] 馮君.基于UG的汽車覆蓋件模具標準件智能設計系統[D].武漢:華中科技大學,2011.

Research and development of intelligent vehicle fasteners library based on NX

Yan Shijun, Ma Zhenghuan*, Wang Ke, Jin Zhanfeng, Xu Wenqiang, Tang Jun

( Pan Asia Technical Automotive Center Co., Ltd, Shanghai 201201 )

This paper studies different methods of establishing vehicle fasteners library on NX platform. The intelligent group assembly technology is presented. A vehicle fasteners library is established on NX platform including the functions of quick selection, intelligent group assembly, counterpart auto selection and information output. Design efficiency is greatly improved by application of standard fasteners library than before.

fasteners library; NX;intelligent assembly; quick selection; group assembly

U462

A

1671-7988(2019)09-50-04

U462

A

1671-7988(2019)09-50-04

閆仕軍（1968-），男，高級工程師，碩士，就職于泛亞汽車技術中心有限公司，從事企業架構，整車BOM及知識工程研究及實施工作；

馬正歡（1986-），男，工程師，碩士，就職于泛亞汽車技術中心有限公司，從事知識工程和虛擬集成設計研究。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.09.015