簡(jiǎn)述基于UG WAVE技術(shù)的堆內(nèi)構(gòu)件參數(shù)化設(shè)計(jì)方法

屈英前 王尚武 劉紅倩 袁志敏 白曉峰

摘 要 參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)已成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中一種最重要的設(shè)計(jì)方法?；赨G WAVE技術(shù)的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法對(duì)堆內(nèi)構(gòu)件進(jìn)行了參數(shù)化設(shè)計(jì)。參數(shù)化設(shè)計(jì)可及時(shí)為其他相關(guān)專業(yè)提供模型，更能方便、快捷地更新模型。并且支持并行設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計(jì)，基于此可建立設(shè)計(jì)平臺(tái)，把熱工水力計(jì)算、力學(xué)計(jì)算、流場(chǎng)分析等融為一體，以提高設(shè)計(jì)效率，加快產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞 參數(shù)化設(shè)計(jì);UG WAVE;堆內(nèi)構(gòu)件

引言

早期的CAD系統(tǒng)是先繪制出圖形，然后通過人際交互進(jìn)行尺寸標(biāo)注，其缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在[1]：①不支持草圖設(shè)計(jì);②不能支持全部設(shè)計(jì)過程;③缺乏對(duì)產(chǎn)品內(nèi)部不同組件關(guān)系的表示;④信息表達(dá)不完整，在不同的設(shè)計(jì)階段表現(xiàn)出不同的設(shè)計(jì)屬性;另一方面，這些數(shù)據(jù)信息又表現(xiàn)出多樣性;⑤不能進(jìn)行變動(dòng)和系列化設(shè)計(jì)。參數(shù)化設(shè)計(jì)正是針對(duì)這些不足應(yīng)運(yùn)而生的。目前，參數(shù)化設(shè)計(jì)已成為CAD中最熱門的應(yīng)用技術(shù)之一，能否實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)也稱為評(píng)價(jià)CAD系統(tǒng)優(yōu)劣的重要技術(shù)指標(biāo)，這是因?yàn)樗虾唾N近現(xiàn)代CAD中概念設(shè)計(jì)以及并行設(shè)計(jì)思想。

本文介紹了參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)及其在UG軟件中的實(shí)現(xiàn)方式，闡述了基于UG WAVE技術(shù)的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，并進(jìn)行了堆內(nèi)構(gòu)件的參數(shù)化設(shè)計(jì)。

1參數(shù)化設(shè)計(jì)方法

參數(shù)化是指將設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)結(jié)果用靈活可變的參數(shù)來(lái)表示，以便在人際交互的過程中根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)加以更改。參數(shù)化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)方法最大的不同在于它存儲(chǔ)了設(shè)計(jì)的整個(gè)過程，設(shè)計(jì)人員的任何修改都能快速反應(yīng)到幾何模型上，并且能設(shè)計(jì)出一族形狀相似而不是單一的產(chǎn)品模型。

2UG參數(shù)化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方法

2.1 系統(tǒng)參數(shù)與尺寸約束

UG NX具有完善的系統(tǒng)參數(shù)自動(dòng)提取功能，它能在草圖設(shè)計(jì)時(shí)，將輸入的尺寸約束作為特征參數(shù)保存起來(lái)，并且在此后的設(shè)計(jì)中進(jìn)行可視化修改，從而達(dá)到最直接的參數(shù)驅(qū)動(dòng)建模的目的。UG的尺寸約束的特點(diǎn)就是將形狀與尺寸聯(lián)合起來(lái)考慮，通過尺寸約束實(shí)現(xiàn)對(duì)幾何形狀的控制。設(shè)計(jì)時(shí)必須以完整的尺寸參考為出發(fā)點(diǎn)（全約束），不能漏注尺寸或多尺寸。

2.2 使用表達(dá)式驅(qū)動(dòng)圖形

表達(dá)式是UG NX中參數(shù)化設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的工具，在零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)中起著很重要作用。使用表達(dá)式可以定義和控制零件的尺寸參數(shù)，通過建立算術(shù)和條件表達(dá)式可以控制一個(gè)零件之間的尺寸和位置關(guān)系，也可以控制幾個(gè)草圖之間的相互關(guān)系的設(shè)計(jì)，使之產(chǎn)生相關(guān)項(xiàng)。使用表達(dá)式很容易對(duì)零件進(jìn)行修改，也容易實(shí)現(xiàn)零件的系列化設(shè)計(jì)。

2.3 利用電子表格驅(qū)動(dòng)圖形

UG的電子表格（Spreadsheet）提供了一個(gè)Microsoft Excel與UG間的智能接口。在建模應(yīng)用模塊中，UG電子表格式是較為高級(jí)的表達(dá)式編輯器，可以將參數(shù)信息從部件提取到Excel中，在更新部件前可進(jìn)行手工處理。事實(shí)上，表格驅(qū)動(dòng)的界面及內(nèi)部函數(shù)為相關(guān)的參數(shù)化設(shè)計(jì)提供了方便而有力的工具。

2.4 基于Wave的自頂向下裝配設(shè)計(jì)

從設(shè)計(jì)人員的思維角度來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)是一個(gè)不斷細(xì)化求解、從全局到局部的過程，這是一種稱為“Top-Down”的自頂向下的設(shè)計(jì)過程。

本文使用表達(dá)式結(jié)合WAVE技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)，其優(yōu)點(diǎn)在于：可利用WAVE的更新機(jī)制，通過修改總體參數(shù)進(jìn)行可控制的更新;其參數(shù)化設(shè)計(jì)及控制結(jié)構(gòu)支持并行設(shè)計(jì)，各零部件細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)可同時(shí)展開，相互不影響;控制結(jié)構(gòu)的建立有利于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的管理與控制。

3堆內(nèi)構(gòu)件參數(shù)化設(shè)計(jì)

3.1 建立堆內(nèi)構(gòu)件的控制結(jié)構(gòu)和裝配結(jié)構(gòu)，抽取總體參數(shù)

①抽取總體參數(shù)。堆內(nèi)構(gòu)件的總體參數(shù)是指堆芯幾何尺寸（堆芯當(dāng)量半徑、堆芯活性段高度）、吊籃筒體內(nèi)外徑等，根據(jù)這些參數(shù)來(lái)開展堆內(nèi)構(gòu)件的設(shè)計(jì)?？紤]整個(gè)堆內(nèi)構(gòu)件控制結(jié)構(gòu)時(shí)，以堆芯為中心，在徑向、軸向和周向三個(gè)方向上分別確定各設(shè)備、部件之間的約束和重要數(shù)值，從而確定出堆內(nèi)構(gòu)件的總體參數(shù)。將抽取的總體參數(shù)輸入到UG表達(dá)式里。②劃分堆內(nèi)構(gòu)件主要的子系統(tǒng)。堆內(nèi)構(gòu)件的子系統(tǒng)主要包括可拆接頭組件、壓緊彈簧組件、壓緊組件和吊籃組件等。為了簡(jiǎn)化控制結(jié)構(gòu)，4個(gè)主要的子系統(tǒng)（設(shè)備）下不再分成較小的子系統(tǒng)。③建立堆內(nèi)構(gòu)件控制結(jié)構(gòu)圖。建立三個(gè)絕對(duì)基準(zhǔn)面和三個(gè)絕對(duì)基準(zhǔn)軸。其中+ZC指向上，為堆芯中心線;XC和YC面為絕對(duì)基準(zhǔn)面，即堆芯活性段上端面。同時(shí)建立所需要的徑向、軸向和周向參考面，如壓緊筒體內(nèi)徑參考面、吊籃內(nèi)徑參考面等。

3.2 建立起始部件和鏈接部件

根據(jù)堆內(nèi)構(gòu)件的子系統(tǒng)劃分和各子系統(tǒng)中的主要零部件，建立起始部件和鏈接部件。建立起始部件時(shí)，選擇相應(yīng)的基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)軸和參考面，將控制結(jié)構(gòu)中的參數(shù)傳遞給起始部件，使其含有重要的位置、幾何信息，通過引用集的方式傳遞給鏈接部件，也就是實(shí)際的零部件。對(duì)于鏈接部件，使用參數(shù)化的特征建模技術(shù)完成部件的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，期間依然可以引用已定義的總體參數(shù)。

3.3 堆內(nèi)構(gòu)件三維模型裝配

利用自頂向下裝配建模的方法，完成各級(jí)系統(tǒng)的裝配工作。因?yàn)閮刹考幸呀?jīng)含有了位置信息，因此在裝配時(shí)使用絕對(duì)坐標(biāo)，不使用配對(duì)關(guān)系進(jìn)行定位。在裝配時(shí)，只需裝配鏈接部件。

3.4 設(shè)計(jì)評(píng)估及模型更新

整個(gè)堆內(nèi)構(gòu)件裝配完成后，可以計(jì)算堆內(nèi)構(gòu)件的重量、重心等物理屬性。利用堆內(nèi)構(gòu)件的實(shí)體模型，開展力學(xué)計(jì)算、流場(chǎng)分析、虛擬制造、虛擬安裝/拆卸、虛擬維修等方面的工作。

當(dāng)堆內(nèi)構(gòu)件模型評(píng)估結(jié)果與設(shè)計(jì)要求不符時(shí)，需要更改模型。此時(shí)只需修改頂級(jí)總體參數(shù)，利用WAVE的更新機(jī)制，進(jìn)行可控制的更新，包括實(shí)時(shí)更新、局部更新，預(yù)測(cè)總體參數(shù)變更影響到哪些零部件。

4結(jié)束語(yǔ)

基于UG WAVE技術(shù)的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法可及時(shí)為其他相關(guān)專業(yè)提供模型，方便、快捷地更新模型。并且支持并行設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計(jì)，基于此可建立設(shè)計(jì)平臺(tái)，把熱工水力計(jì)算、力學(xué)計(jì)算、流場(chǎng)分析等融為一體，可提高設(shè)計(jì)效率，加快產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 董玉德，譚建榮，趙韓.基于約束參數(shù)化的設(shè)計(jì)技術(shù)研究現(xiàn)狀分析[J].中國(guó)圖像圖形學(xué)報(bào)，2002（6）：532-537.