基于標準件信息定義的快速裝配技術研究

谷永

摘要：現代產品設計領域，尤其是在飛機產品設計的裝配過程中，大量標準件的使用，使得裝配特征的提取，裝配約束的添加成為一項繁復耗時的工作。因此，通過CATIACAAV5二次開發，根據標準件及其裝配的具體特點，提出了面向快速裝配的三維模型標準件信息表達方法以及標準件規格自動確定方法，以及標準件批量實例化裝配方法，實現了同種規格的標準件的成批、智能、自動、快速地裝配，加快了標準件裝配設計流程，提高了飛機等復雜產品的協同設計水平。

關鍵詞：標準件信息;快速裝配技術

中圖分類號：TH16? ? ? 文獻標識碼：A

引言

目前，應用最廣泛的飛機標準件裝配設計系統大多都是在裝配設計過程中依靠設計員對裝配基體模型的信息進行判斷。設計員根據基體模型的尺寸信息及工程信息，通過查找標準件規范確定標準件零件號，然后在標準件模型庫中查找此零件號對應的模型，并插入到裝配環境;在標準件模型調用到裝配環境以后，設計員需手動逐個進行裝配約束關系的創建，完成裝配過程。這兩部分操作對設計員本身的素質有極高的要求，如果設計員沒有過硬的專業素質，便不能保證標準件零件號選用的正確性。整個零件選取與裝配的過程都需要設計員進行手動操作，在給設計員帶來繁重工作量的同時還降低了工作效率。

1、裝配特征分析

裝配特征是表達標準件之間裝配關系的一種載體，從裝配設計的角度來看，裝配特征是一種相比于幾何元素具有更高層次更直觀的信息;參與裝配的標準件是具有若干裝配特征的組合體，而一個完整的裝配體則可看成是標準件按照各種裝配特征關系連接到一起組成的組合體;裝配特征的引入使得裝配設計操作的對象不再是底層元素，而是裝配特征，其將標準件中與裝配有關的屬性和對這些屬性的操作封裝在一起，并在后續的裝配設計中將其分配到各個標準件，使設計人員能在裝配層次上進行裝配設計。綜合以上定義并結合快速裝配的需求，本文將裝配特征定義為：具有一定的工程意義并且相互之間可以發生裝配約束關系的拓撲關聯和幾何元素的集合，并以幾何特征為載體傳達零件的裝配約束關系。一般將裝配特征分為面特征、線特征和點特征等。如圖1所示，其中面特征主要指零件幾何模型的表面、進行裝配時用到的基準面等;線特征指零件裝配時用的基準軸線、幾何模型的棱角線、圓柱面的軸線等;點特征則主要指標準件裝配時設置的基準點等。

2、飛機標準件虛擬裝配的關鍵技術

2.1、多條件模糊查詢技術

多條件模糊查詢主要包含2個關鍵點：一個是多條件查詢，即用戶根據已知的多個條件來查詢數據庫，通過縮小查詢范圍來得到更加精確的信息;另一個是模糊查詢，即用已知的部分信息來匹配數據庫信息。數據庫中存在大量的字符串信息，而用于查詢的字符串僅僅是數據庫存儲字符串的一部分，這時就需要通過模糊查詢來快速進行特征信息匹配。在SQL語言中以Like條件實現這種模糊查詢。模糊查詢時常用模式匹配符來判斷數據庫中某一列是否與指定字符串的格式、內容相匹配。可查詢的數據格式包括char、var char、text、n text、date time和small date time等。多條件模糊查詢技術的應用，大大提高了查詢的效率，縮小了查詢范圍。

2.2、COM對象接口技術

傳統的CAD系統對信息的提取有2種方式：一種是通過對CAD文件的分析來獲取產品和零/部件的信息，由于不同的CAD系統都有其特有的文件格式及特殊數據，這樣就給文件分析造成了很大的難度，并且容易造成信息遺漏與錯誤;另一種是通過API函數的調用來獲取產品和零/部件的信息，這種方式相對于第一種方式來講就容易很多，而且其正確率容易保證。但是由于API函數沒有封裝到類中，具有數量大、結構性差和功能查找很不方便的特點，因此使用起來仍然十分繁瑣;又由于API函數僅局限于C++語言，不能像組件對象模型（Component Object Model，COM）對象那樣使用多種語言并進行遠程調用，因此不利于與其他系統的集成。本文采用CATIA/Au-to ma tion二次開發技術實現信息的提取，而這種技術正是基于COM對象實現的。通過COM對象，用戶可以使用Java、C++以及Visual Basic語言對產品信息進行提取，并通過COM接口進行訪問。

2.3、裝配建模技術

裝配建模是基于特征幾何建模的一種延伸，是建立在表達產品功能要求的基礎上的建模技術，能夠在面向產品裝配特征的建模中獲得良好的效果。參數化技術是實現面向裝配的標準件模型定義的必經途徑之一，參數化設計的本質是基于約束的產品描述方法，用一組參數約束幾何圖形的一組結構尺寸，參數與尺寸之間相互對應，可通過編輯尺寸值驅動幾何圖形以達到更改設計的目的。參數約束可轉化為一系列非線性方程組F（X）=0表示，其中X={x1，x2，…，xn}為表征各幾何元素形狀和位置的幾何特征參數集合，F={f1，f2，…，fn}為約束方程構成的集合。產品的參數化裝配建模，常采用的解決方法是把產品需要參數化的主參數設置為全局變量，主參數是一種具有工程含義的廣義參數，封裝了下層幾何參數信息和上層非幾何屬性信息，體現了零件、組合件或產品的變形序列，其它參數與主參數進行關聯。主參數可以是幾何參數或特征抑制參數，也可以是功能參數。通過修改主參數，以主變量值直接或間接驅動各組合件、零件的模型，實現產品的參數化建模，完成產品的參數化裝配設計。裝配模型是描述裝配體中組成產品的零件、零件間的裝配關系的模型，包括對象的幾何、拓撲和功能數據。該模型可通過由零件形狀和裝配操作的裝配關系得到。裝配模型不僅表達產品的功能，也表達零件的幾何結構和零件之間的空間關系。

2.4、面向快速裝配的標準件信息

在標準件的快速裝配過程中，標準件信息包含實體幾何模型信息、裝配特征信息、裝配輔助信息等方面的內容。實體幾何模型，依據構造標準件實體幾何模型的所需要的信息，按照面向對象的思想，將標準件模型進行特征分解，并分別封裝、隱藏，如圖2所示。標準件模型本身的形狀規則和特征典型有利于進行特征分解和參數化建模。參數不僅包含每個特征包含的幾何形狀參數，還包含每個特征的相對位置關系，以確保最終能生成一個完整的正確模型。例如，圖2中的六角頭螺栓幾何模型可以分解成螺栓頭拉伸特征、光桿拉伸特征和螺紋特征。這些特征可以分別封裝起來，構造幾何模型時，通過參數的傳遞和特征的重組，構造出符合用戶實際需要的具體規格的標準件模型。

結束語

基于標準件信息定義方法，通過CATIACAA二次開發，完整定義了面向快速裝配的全三維模型的標準件信息，開發了自動確定標準件規格方法，以及標準件快速裝配實現方法，實現了標準件快速、智能、自動、準確的裝配過程，簡化了設計流程，減少了設計人員的大量重復勞動，提高了設計效率。

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