基于CATIA的管路類標準件庫的設(shè)計與實現(xiàn)

李 祥，杜寶江，崔 熠，馬 群

（上海理工大學，上海 200093）

0 引言

CATIA已經(jīng)成為國際航空工業(yè)首選的輔助設(shè)計軟件，在汽車制造領(lǐng)域，CATIA的應(yīng)用也日趨廣泛。目前對CATIA通用性標準件庫構(gòu)建方法的相關(guān)研究比較深入，針對CATIA管路模塊的研究主要圍繞客戶化環(huán)境定制、管路模塊的功能運用等方面，而對管路模塊的基本原理和組織結(jié)構(gòu)的研究及闡述都不明確，僅能滿足基本的使用需求，不足以指導管路模塊的工程實際應(yīng)用。而且目前還沒有一種通用性的管路類標準件庫的構(gòu)建方法，導致CATIA的管路模塊在實際工程應(yīng)用中有很大的局限性。

1 管路類標準件庫的基本原理

1）通過引入特征的概念，將管路類標準件按照功能特征和物理特征進行分類。使用一系列的目錄文件（目錄文件是catalog格式的CATIA文件，由CATIA的目錄編輯器進行創(chuàng)建和修改）組織管理標準件、建立特征與標準件之間的映射關(guān)系。管路類標準件的主要功能特征可分為：直通接頭、三通接頭、四通接頭、卡箍、管袖、管螺母、軟管、彎管、堵帽和塞子等類型；主要物理特征可分為：標準件件號、公稱直徑、壁厚、端頭類型、材料類型、等級和標準等。

Tubing Parts Catalog和Specifications Catalog文件分別用于管理按照功能特征進行分類以及按照物理特征進行分類的標準件。管路模塊根據(jù)不同的索引驅(qū)動方式，從不同的目錄文件中調(diào)用標準件。功能特征索引方式從Tubing Parts目錄文件中調(diào)用，物理特征索引方式則從Specifications目錄文件中調(diào)用。

標準件與目錄文件的映射關(guān)系如圖1所示，Tubing Parts Catalog文件是所有標準件按照功能特征進行分類的集合，Specifications Catalog文件是Tubing Parts Catalog文件中滿足指定物理特征標準件的集合。

圖1 標準件與目錄文件的映射關(guān)系

2）利用規(guī)則文件建立管路模塊與不同功能類型標準件的屬性鏈接。規(guī)則文件就如同標準件庫的骨骼，只有完善的規(guī)則體系，才能實現(xiàn)標準件的自動過濾、自動配合和自動關(guān)聯(lián)等管路模塊優(yōu)勢功能。主要規(guī)則有：標準件彎曲規(guī)則、長度規(guī)則、直徑規(guī)則、旋轉(zhuǎn)規(guī)則、分支規(guī)則、焊接規(guī)則、自動調(diào)用規(guī)則和功能特征映射規(guī)則等。例如，彎曲規(guī)則，用于在裝配軟管過程中使軟管的變形自動滿足設(shè)定的彎曲半徑；直徑規(guī)則，用于對標準件按照公稱直徑進行過濾，使調(diào)用的標準件自動匹配設(shè)定的管路半徑；自動調(diào)用規(guī)則，用于將管接頭與管壁進行自動配合，實現(xiàn)自動裝配的功能。功能特征映射規(guī)則，用于在使用標準檢索方式時調(diào)用按照功能特征進行分類的標準件。規(guī)則文件采用txt格式，便于建立與catalog文件的鏈接及其內(nèi)容的修改。

3）利用資源管理文件對管路模塊的資源進行標識，特別是指定標準件庫中各個文件的調(diào)用位置。資源管理文件就如同標準件庫的神經(jīng)中樞，負責將管路模塊的各個功能部分連接到一起，對資源進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)。其采用XML格式、樹形層次化結(jié)構(gòu)和模塊化組織管理，可方便的管理及利用資源。當不同的功能模塊調(diào)用相同的資源文件時，只要在資源管理文件中統(tǒng)一對其路徑進行標識即可實現(xiàn)，方便的實現(xiàn)了資源的共享。當相同的功能模塊需要調(diào)用不同的資源文件時，只要建立不同的資源管理文件即可實現(xiàn)。對管路模塊使用資源管理文件進行管理的方式，為其標準件庫實現(xiàn)協(xié)同應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

資源管理文件的組織結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖2 資源管理文件的組織結(jié)構(gòu)

資源管理文件共分三個層次：項目資源層次定義可以被所有模塊共同使用的資源，主要包括模塊的資源索引文件、特征目錄相關(guān)路徑等；模塊層次定義在該模塊的所有應(yīng)用下可使用的資源，主要包括各種目錄文件、報表文件等；應(yīng)用層次定義僅能在該應(yīng)用下使用的資源，例如在Tubing Design應(yīng)用中的零件屬性信息、解析零件文件夾等。

2 管路類標準件庫的組成結(jié)構(gòu)

通過以上論述，我們可以得出管路類標準件庫必須要包含：

1）定義標準件特征的特征文件，即.CATfct文件，其由CATIA的特征字典編輯器進行創(chuàng)建和修改，是標準件庫的核心控制文件。管路標準件庫的標準件均基于此文件進行創(chuàng)建、編輯及修改；

2）將標準件按照功能特征進行分類管理的Tubing Parts Catalog目錄文件；

3）將標準件按照物理特征進行分類管理的Tubing Specifications目錄文件；

4）定義各種規(guī)則的規(guī)則文件，通過txt文件定義規(guī)則，由目錄文件Tubing Design Rules進行統(tǒng)一管理；進行項目管理的資源管理的Project.xml文件。

5）系統(tǒng)環(huán)境配置文件，對CATIA的啟動環(huán)境進行設(shè)定；

6）管線目錄文件，用于設(shè)定管線的選用目錄及管徑的規(guī)格，其在標準件的調(diào)用過程中作為尺寸篩選條件，其結(jié)構(gòu)與組織形式與規(guī)則文件類似，由目錄文件CATTub Tubing Line進行統(tǒng)一管理。

值得一提的是：Tubing Parts Catalog目錄文件的結(jié)構(gòu)目錄與Tubing Design Rules中文件Tubing-FunctionPhysical.txt的結(jié)構(gòu)必須一致，以保證標準件的正確調(diào)用。

標準件庫的主要文件目錄結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3 管路類標準件庫的構(gòu)建過程

圖 3 標準件庫的主要文件結(jié)構(gòu)

默認環(huán)境下CATIA的管路模塊標準件庫僅提供簡單的樣例，在工程實際應(yīng)用中，要滿足各種設(shè)計單位不同的使用需求，僅僅依靠修改CATIA的環(huán)境變量以及進行管路模塊的客戶化環(huán)境定制是遠遠不夠的，需要重新修改或建立標準件庫的關(guān)鍵文件。根據(jù)以上的研究總結(jié)，可以得出一種通用性的管路類標準件庫的構(gòu)建方法。

1）創(chuàng)建零件庫的核心控制文件：CATfct文件。由于CATIA文件對管路類零件進行了詳細的描述與分類。

2）按照標準、使用習慣、實際使用需求，通過建立或修改相應(yīng)的規(guī)則文件，實現(xiàn)設(shè)計

員可以方便快捷的對零件進行檢索和調(diào)用。

3）創(chuàng)建零件選用目錄。首先在管路模塊中建立零件的三維模型，定義連接點等屬性信息；然后創(chuàng)建零件的設(shè)計表，其中包含零件的參數(shù)化信息；最后將零件導入至Tubing Parts Catalog目錄文件中。

4）設(shè)定資源的調(diào)用路徑及配置方式。在Project.xml文件中，設(shè)定管路零件庫的各個文件的調(diào)用路徑及模塊功能的配置方式，保證CATIA可以調(diào)用零件庫的相關(guān)文件。

管路類標準件庫構(gòu)建完成后的效果如圖4!圖6所示，圖4管路類標準件庫的標準件調(diào)用界面，如圖4所示，根據(jù)實際的工程需求在標準件的下拉列表中，根據(jù)標準件的材料對同一類標準件進行了分類，方便設(shè)計員查找及調(diào)用。如圖5Tubing Parts Catalog的目錄結(jié)構(gòu)所示，在目錄文件中即對標準件按照材料進行了分類管理。如圖6核心控制文件的目錄結(jié)構(gòu)所示，在CATfct文件中定義了管路類標準件的類型。

圖4 管路類標準件庫的標準件調(diào)用界面

圖5 Tubing Parts Catalog的目錄結(jié)構(gòu)

圖6 核心控制文件的目錄結(jié)構(gòu)

4 管路類標準件協(xié)同應(yīng)用的實現(xiàn)

為了滿足數(shù)字化協(xié)調(diào)設(shè)計的需求，工程實際使用標準件庫的過程中必須保證標準件的來源唯一，同時標準件庫的信息可共享，冗余少，可進行集中控制等。這就要求標準件庫必須是共享式的，以保證數(shù)據(jù)的唯一性及數(shù)據(jù)更新的快捷。根據(jù)管路模塊的特點及實際的工程要求，本文利用B/S架構(gòu)對企業(yè)服務(wù)器及客戶端進行相關(guān)配置實現(xiàn)標準件庫的協(xié)同應(yīng)用。

圖7 標準件庫的網(wǎng)絡(luò)布局

標準件庫的網(wǎng)絡(luò)布局如圖7所示。在企業(yè)服務(wù)器上存放Tubing、CATfct和Project.xml文件等標準庫的主文件。在設(shè)計員本機僅存放CATSettings文件，使設(shè)計員可以根據(jù)工作需求進行不同的CATIA設(shè)置。在服務(wù)器上共享標準件庫文件，在設(shè)計員本地將共享文件映射為本地磁盤，通過修改配置文件的路徑，即可將CATIA的調(diào)用目錄指向服務(wù)器。在Environment Editor和Project.xml中進行路徑的設(shè)定。需要修改的路徑如表1所示（假設(shè)映射的盤符為Y：，存放目錄為TubingProject）。

表 1 標準件庫文件路徑設(shè)定

通過以上配置，實現(xiàn)了設(shè)計員的CATIA管路標準件庫均指向Y:TubingProject目錄，即服務(wù)器上的TubingProject目錄，均使用該目錄中設(shè)定的規(guī)則，調(diào)用該目錄中標準件。只要更新該目錄中的文件，即可實現(xiàn)所有設(shè)計員標準件庫的同步更新。同時與設(shè)計員個人使用習慣有關(guān)的CATSettings文件均保存在本機的C:TubingProject CATSettings目錄中，保證了實際工程應(yīng)用中設(shè)計員個性化需求。

5 結(jié)論

本文對CATIA的管路模塊的標準件庫的結(jié)構(gòu)進行了研究和分析，闡述了標準件庫的構(gòu)建過程，實現(xiàn)了標準件庫的共享式應(yīng)用。采用本文闡述的方式構(gòu)建的CATIA管路模塊標準件庫可以滿足企業(yè)的實際使用需求，保證了標準件的來源唯一，

標準件庫的更新維護方便，為數(shù)字化協(xié)同設(shè)計提供了應(yīng)用基礎(chǔ)。本文的研究成果已經(jīng)應(yīng)用于上海飛機設(shè)計研究院的標準件管理系統(tǒng)中。

[1] Dassault Systemes CATIA V5 User’s Documentation.

[2] 楊小龍.CATIA軟件Tubing Design模塊應(yīng)用研究[J].直升機技術(shù), 2008(1): 45-48.