CATIA V5三維標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的創(chuàng)建與應(yīng)用

2016-11-11  by:CAE仿真在線  來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

1 引言

隨著我國(guó)制造業(yè)數(shù)字化進(jìn)程的不斷推進(jìn),飛機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)已經(jīng)全面進(jìn)入3D設(shè)計(jì)的數(shù)字化時(shí)代,各種3D設(shè)計(jì)軟件越來(lái)越成熟和多樣化。目前航空產(chǎn)品廣泛采用CATIA軟件進(jìn)行數(shù)字化定義與設(shè)計(jì),其標(biāo)準(zhǔn)件零件庫(kù)的開(kāi)發(fā)已成為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)字化定義與數(shù)字化裝配技術(shù)的重要基礎(chǔ)。為了滿足產(chǎn)品研發(fā)的需要,適應(yīng)企業(yè)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和無(wú)紙化設(shè)計(jì)的迫切需求,創(chuàng)建滿足企業(yè)使用的CATIA三維標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫(kù)是十分必要的。通過(guò)該數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)建和應(yīng)用可在企業(yè)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)一次建模、重復(fù)使用,達(dá)到充分共享和高效利用公共資源的目的。

2 標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的構(gòu)成與特點(diǎn)

我所開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)由服務(wù)器端的三維標(biāo)準(zhǔn)件圖形庫(kù)和客戶端的標(biāo)準(zhǔn)件調(diào)用軟件構(gòu)成。服務(wù)器端圖形數(shù)據(jù)庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)件三維實(shí)體模型是根據(jù)企業(yè)實(shí)際需求,在CATIA V5軟件環(huán)境下創(chuàng)建的,其存儲(chǔ)格式為CATPart(零件)或CArIProduct(組件)文檔。數(shù)據(jù)庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)件按類(lèi)別和層次分解成樹(shù)狀結(jié)構(gòu),便于使用和維護(hù)?？蛻舳说臉?biāo)準(zhǔn)件調(diào)用和維護(hù)管理軟件可根據(jù)企業(yè)需求單獨(dú)開(kāi)發(fā),也可在CATIA的Catalog功能基礎(chǔ)上進(jìn)行少量的二次開(kāi)發(fā)或直接使用CATIA的Catalog功能。具體采用的方式根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況決定。

標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)以WINDOWS中文系統(tǒng)和CATIA V5軟件為操作平臺(tái),且與CATIA V5軟件直接集成,其主要特點(diǎn)如下:

a.在CATIA V5裝配設(shè)計(jì)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對(duì)于特定類(lèi)別與規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)件的調(diào)用;

b.友好的全中文化人機(jī)界面,各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)件具有直觀的三維預(yù)覽圖標(biāo),界面清晰、使用方便、操作簡(jiǎn)單;

c.分類(lèi)清楚、規(guī)格齊全、標(biāo)注規(guī)范、檢索快捷、調(diào)用實(shí)時(shí)便捷;

d.采用參數(shù)化設(shè)計(jì)手段,占用存貯空間小;

e.具有開(kāi)放性的接口,擴(kuò)充容易,維護(hù)方便。只要補(bǔ)充相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)件,就可以滿足企業(yè)不同時(shí)期的使用需求。

3 標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的創(chuàng)建

3.1 前期準(zhǔn)備工作

為了縮短數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)周期,首先應(yīng)對(duì)企業(yè) 使用的標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行清理、分類(lèi),必要時(shí)應(yīng)征求產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員的需求意見(jiàn),確定數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)框架和標(biāo)準(zhǔn)件清單。同時(shí)開(kāi)發(fā)組還應(yīng)進(jìn)行任務(wù)分工,制定建庫(kù)計(jì)劃,以保證建庫(kù)工作的順利進(jìn)行。

此外,如要單獨(dú)開(kāi)發(fā)調(diào)用程序和數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)管理程序,還應(yīng)根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況編制軟件需求報(bào)告和開(kāi)發(fā)計(jì)劃。需求和計(jì)劃應(yīng)保證標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)功能的實(shí)用性,同時(shí)控制開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn),為軟件開(kāi)發(fā)的順利進(jìn)行和標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)按期交付使用提供保障。

3.2 參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件三維實(shí)體模型的創(chuàng)建過(guò)程

開(kāi)發(fā)該標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的大部分工作是創(chuàng)建各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)化三維實(shí)體模型。首先在CATIA V5環(huán)境中對(duì)各類(lèi)零部件進(jìn)行實(shí)體建模,在建模過(guò)程中引入?yún)?shù)變量,并對(duì)實(shí)體模型的尺寸元素逐個(gè)加以約束,然后按照標(biāo)準(zhǔn)文本創(chuàng)建設(shè)計(jì)表、驗(yàn)證模型及其尺寸參數(shù)的正確性、最后將創(chuàng)建好的參數(shù)化模型導(dǎo)人數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)。這樣,設(shè)計(jì)人員便可在CATIA V5軟件環(huán)境下通過(guò)調(diào)用程序方便快捷地對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)進(jìn)行檢索、瀏覽和調(diào)用了。

3.2.1 實(shí)體建模

實(shí)體建模就是用CATIA V5軟件的各個(gè)功能模塊將標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)成三維實(shí)體模型(如圖1所示)。這些實(shí)體模型實(shí)際上就是CATIA V5中的CATPart(零件)或CATProduct(組件)文檔。為了實(shí)現(xiàn)參數(shù)化,建立標(biāo)準(zhǔn)件的實(shí)體模型時(shí)需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)引入?yún)?shù)變量(如圖2所示),并對(duì)實(shí)體的各尺寸元素逐個(gè)定義幾何約束關(guān)系(如圖3所示)。在定義約束關(guān)系過(guò)程中應(yīng)使約束關(guān)系盡量?jī)?yōu)化,避免出現(xiàn)重復(fù)的過(guò)約束情況或遺漏必要的函數(shù)關(guān)系。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)件實(shí)體模型

圖2 引入?yún)?shù)變量

圖3 對(duì)各元素定義幾何約束關(guān)系

3.2.2 參數(shù)化

CATIA V5軟件提供了參數(shù)化的零件庫(kù)設(shè)計(jì)手段。參數(shù)化設(shè)計(jì)是指系統(tǒng)通過(guò)尺寸驅(qū)動(dòng)的方式,以獨(dú)立的幾何約束條件和簡(jiǎn)單的等式,尋找特定的解決方案。CATIA V5中的參數(shù)化設(shè)計(jì)是指系統(tǒng)在一個(gè)實(shí)體模型基礎(chǔ)上按即定的幾何約束關(guān)系生成一系列具有相同或相似幾何特征的三維實(shí)體模型。參數(shù)化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是以后面要?jiǎng)?chuàng)建的設(shè)計(jì)表中的尺寸值來(lái)控制幾何模型,利用CATIA V5軟件創(chuàng)建實(shí)體模型時(shí)應(yīng)參照標(biāo)準(zhǔn)不同的幾何特征對(duì)各實(shí)體元素建立獨(dú)立或相關(guān)的幾何參數(shù)和約束關(guān)系,這些參數(shù)所控制的幾何特征的相對(duì)位置是確定的,但參數(shù)的數(shù)值可以改變,這樣生成一系列不同規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)件實(shí)體模型。

標(biāo)準(zhǔn)件的三維實(shí)體建模,要求對(duì)這些實(shí)體模型進(jìn)行優(yōu)化的參數(shù)化設(shè)計(jì)。根據(jù)實(shí)體的外形、尺寸(直徑、長(zhǎng)度、角度)等來(lái)選擇適當(dāng)?shù)膮?shù)變量。按此要求設(shè)計(jì)出的實(shí)體才能適用于每組不同的參數(shù)值。CATIA V5中的實(shí)體模型由系統(tǒng)特定的關(guān)鍵字來(lái)描述控制,這些關(guān)鍵字包括實(shí)體類(lèi)型、直徑、長(zhǎng)度、角度等。將這些關(guān)鍵字用參數(shù)變量或根據(jù)約束關(guān)系生成的表達(dá)式來(lái)表達(dá),這個(gè)過(guò)程就是參數(shù)化。參數(shù)化定義的圖形是完全受約束的,參數(shù)化的設(shè)計(jì)方法更適合于標(biāo)準(zhǔn)件這類(lèi)設(shè)計(jì)過(guò)程和目標(biāo)比較明確的零件。

3.3 創(chuàng)建設(shè)計(jì)參數(shù)表

CATIA V5的設(shè)計(jì)參數(shù)表給我們提供了一種快速創(chuàng)建三維標(biāo)準(zhǔn)件實(shí)體的方法和工具。同一系列標(biāo)準(zhǔn)件的區(qū)別可能僅僅在于它們之間的參數(shù)值不同(對(duì)大部分標(biāo)準(zhǔn)件而言是這樣的,只有少數(shù)標(biāo)準(zhǔn)件可能因規(guī)格變化,其幾何特征有所不同)。對(duì)同一系列的標(biāo)準(zhǔn)件需要建立一個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)表(Design Table),如圖4所示,再根據(jù)系統(tǒng)提示將之前定義的有效獨(dú)立變量添加為將要建立的Excel數(shù)據(jù)表的列參數(shù),如圖5所示。然后用Excel表格處理軟件生成數(shù)據(jù)表(如GB931.xls),通過(guò)這個(gè)數(shù)據(jù)表產(chǎn)生CATIA文檔的外部數(shù)值。在數(shù)據(jù)表的首行對(duì)參數(shù)變量進(jìn)行定義,數(shù)據(jù)表的每列代表CATIA文檔的某些屬性,如標(biāo)記示例代表文檔名稱(chēng)和編號(hào),其它列是與文檔中各參數(shù)(獨(dú)立關(guān)鍵字)相關(guān)聯(lián)的參數(shù)變量名。數(shù)據(jù)表的每行代表一組區(qū)別于同一類(lèi)零件不同規(guī)格的尺寸參數(shù)和標(biāo)識(shí)(如圖6所示)。

圖4 創(chuàng)建設(shè)計(jì)參數(shù)表

圖5 添加外部數(shù)據(jù)表列參數(shù)

圖6 生成設(shè)計(jì)參數(shù)表數(shù)據(jù)

3.4 參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件模型的入庫(kù)

保存前面所做的工作,至此,一個(gè)參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件三維實(shí)體模型的創(chuàng)建過(guò)程已基本完成。為了保證實(shí)體模型的正確入庫(kù),在完成參數(shù)化實(shí)體建模后,應(yīng)參照標(biāo)準(zhǔn)文本校驗(yàn)?zāi)Ｐ偷恼_性和系列尺寸可驅(qū)動(dòng)性(如圖7所示)。如果在校驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)實(shí)體模型有誤,可回到Sketcher或?qū)嶓w狀態(tài)對(duì)其進(jìn)行修改,直至與標(biāo)準(zhǔn)一致。最后的工作是用數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)和管理程序?qū)?shù)化標(biāo)準(zhǔn)件實(shí)體模型進(jìn)行入庫(kù)。這樣只要在客戶端安裝標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)調(diào)用軟件,便可在CATIA V5環(huán)境下方便地調(diào)用庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)件實(shí)體模型,共享該標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫(kù)中的模型信息資源。

圖7 參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件實(shí)體尺寸驅(qū)動(dòng)

4 標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的使用和維護(hù)

我所開(kāi)發(fā)的CATIA三維標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)包括了現(xiàn)階段我所常用的典型標(biāo)準(zhǔn)件三維數(shù)字化實(shí)體模型,已廣泛地應(yīng)用于各類(lèi)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)建模工作中。通過(guò)網(wǎng)絡(luò),設(shè)計(jì)人員可以實(shí)時(shí)便捷地得到所需的三維標(biāo)準(zhǔn)件圖形,極大地減少了設(shè)計(jì)過(guò)程中重復(fù)創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)件模型或?qū)Σ煌b配狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)件模型所進(jìn)行修改的工作量,快速實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)各零件的連接與協(xié)調(diào),大大減少了制造過(guò)程中的不合格品率,避免由此造成的巨大浪費(fèi)。

在提供給設(shè)計(jì)使用的同時(shí),我們很注重收集各方面的使用反饋意見(jiàn),及時(shí)地修正和完善該標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)的不足之處,及時(shí)補(bǔ)充新的標(biāo)準(zhǔn)件模型,逐步豐富和完善調(diào)用軟件的功能特性。同時(shí)做好數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)管理工作,以便更好地滿足設(shè)計(jì)使用需要,為提高設(shè)計(jì)和協(xié)調(diào)效率及企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化水平服務(wù)。

5 意義與作用

標(biāo)準(zhǔn)件在飛機(jī)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中具有重要的作用,合理地采用標(biāo)準(zhǔn)件可以減少設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工作量,縮短研制周期,降低研制風(fēng)險(xiǎn),提高飛機(jī)的可靠性、維修性,提高飛機(jī)的“三化”水平。隨著設(shè)計(jì)手段和生產(chǎn)工藝水平的不斷提高,異地?zé)o紙?jiān)O(shè)計(jì)生產(chǎn)是未來(lái)飛機(jī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的發(fā)展方向。由于異地?zé)o紙化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是三維數(shù)字產(chǎn)品定義,所以三維標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)就成為三維產(chǎn)品數(shù)字化定義中重要的組成部分。

標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)系統(tǒng)的創(chuàng)建和使用,免去了工程技術(shù)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)件三維模型的工作,為產(chǎn)品研制三維建模、二維發(fā)圖和實(shí)現(xiàn)數(shù)字化預(yù)裝配及協(xié)調(diào)提供了極大的方便。該標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)在三維數(shù)字產(chǎn)品定義的設(shè)計(jì)工作中實(shí)時(shí)便捷地向設(shè)計(jì)人員提供實(shí)體了標(biāo)準(zhǔn)件與標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)方面的技術(shù)信息,保證了設(shè)計(jì)人員在計(jì)算機(jī)上能快速完成各零件的連接與協(xié)調(diào),為方便設(shè)計(jì)員開(kāi)展飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)和協(xié)調(diào),全面實(shí)現(xiàn)電子樣機(jī)打好了基礎(chǔ)。

標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)系統(tǒng)的全面應(yīng)用大大減少了設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)工作量和設(shè)計(jì)時(shí)間,對(duì)于提高工程設(shè)計(jì)質(zhì)量,有效利用人力資源,提高設(shè)計(jì)人員的工作效率,縮短整個(gè)產(chǎn)品的研制周期,有效降低設(shè)計(jì)成本,具有重要的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)對(duì)提高企業(yè)的CAD技術(shù)水平創(chuàng)造了良好的技術(shù)基礎(chǔ)條件,對(duì)信息技術(shù)下的標(biāo)準(zhǔn)化工作有著積極的影響和推動(dòng)作用。

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