基于MBD的標(biāo)準(zhǔn)件信息快速獲取及標(biāo)注方法研究

韓志仁，王 珂，劉明星

(沈陽航空航天大學(xué) 航空制造工藝數(shù)字化國防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，沈陽 110136)

機(jī)械工程

基于MBD的標(biāo)準(zhǔn)件信息快速獲取及標(biāo)注方法研究

韓志仁，王 珂，劉明星

(沈陽航空航天大學(xué) 航空制造工藝數(shù)字化國防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，沈陽 110136)

在基于全三維信息模型(MBD模型)的數(shù)字化制造中，連接信息快速提取是三維工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題之一。針對該問題，提出了標(biāo)準(zhǔn)件信息快速獲取及標(biāo)注的算法，通過簡化拾取元素，自動(dòng)檢索結(jié)構(gòu)樹相關(guān)信息以及關(guān)聯(lián)標(biāo)注等技術(shù)，利用CATIA二次開發(fā)技術(shù)，建立了標(biāo)準(zhǔn)件信息標(biāo)注平臺。實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)件信息的快速獲取和標(biāo)注，對基于三維數(shù)字化制造的工藝編制和生產(chǎn)現(xiàn)場信息快速提取具有重要意義，在很大程度上提高了數(shù)字化制造生產(chǎn)準(zhǔn)備的效率。

標(biāo)準(zhǔn)件信息；標(biāo)注；CAA；MBD

基于模型的數(shù)字化定義(Model Based Definition，MBD)技術(shù)是產(chǎn)品數(shù)字化定義的先進(jìn)方法，其核心內(nèi)容是產(chǎn)品的幾何模型，所有相關(guān)的工藝描述信息、屬性信息、管理信息等都附著在產(chǎn)品的三維模型中[1-3]，其中也包含著飛機(jī)制造過程中必不可少的標(biāo)準(zhǔn)件信息。標(biāo)準(zhǔn)件是機(jī)械產(chǎn)品的重要組成部分，它對縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造周期、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量都具有十分重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。

飛機(jī)裝配是飛機(jī)制造的主要環(huán)節(jié)。由于飛機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件及連接使用的連接件數(shù)量又多，為了保證裝配工作的順利進(jìn)行，各方面制造和管理工作必須按照AO(裝配大綱)進(jìn)行[4-5]。在編制AO的過程中，三維實(shí)體模型作為生產(chǎn)制造過程中的唯一依據(jù)[6]，工藝人員需要快速在模型上得到連接使用的標(biāo)準(zhǔn)件信息，如標(biāo)準(zhǔn)件名稱，標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)量等。

在特殊的Partnote數(shù)模(簡稱A數(shù)模)上，人工獲取上述信息，需要多次繁瑣操作——選擇法矢、右鍵設(shè)置結(jié)構(gòu)樹居中、然后人工觀察法矢對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)件信息。如果數(shù)字模型數(shù)據(jù)量大，操作過程會浪費(fèi)大量時(shí)間，大大增加了工藝人員的工作負(fù)擔(dān)。因此，通過對CATIA軟件進(jìn)行二次開發(fā)設(shè)計(jì)出標(biāo)準(zhǔn)件信息快速獲取和標(biāo)注系統(tǒng)，可以使工藝人員在人機(jī)交互時(shí)手工操作量大幅度減小，同時(shí)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)件信息快速直觀的顯示和標(biāo)注，使其從繁瑣、重復(fù)的工作中解放出來，大大提高工作效率。

1 標(biāo)準(zhǔn)件信息快速獲取及標(biāo)注技術(shù)研究

1.1 標(biāo)準(zhǔn)件位置的表示方法

在飛機(jī)全三維綜合信息模型中，連接標(biāo)準(zhǔn)件位置通常采用點(diǎn)、法矢表示，點(diǎn)表示標(biāo)準(zhǔn)件的位置，法矢表示標(biāo)準(zhǔn)件安裝方向，如圖1所示，“點(diǎn)線集”中“矢量線”表示標(biāo)準(zhǔn)件的方向，“釘孔點(diǎn)”表示標(biāo)準(zhǔn)件的位置，連接使用的標(biāo)準(zhǔn)件牌號等信息通過A數(shù)模中的“標(biāo)準(zhǔn)件”描述。蒙皮與桁條加強(qiáng)件通過螺栓和螺母連接，一組連接需要三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件，即一個(gè)螺栓、一個(gè)螺母和一個(gè)墊片，連接完成完全裝配圖如圖2所示。A數(shù)模已經(jīng)完整地描述了連接需要的所有信息。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)件位置在數(shù)模上的幾何表示

圖2 完全裝配圖示

1.2 標(biāo)準(zhǔn)件信息關(guān)聯(lián)標(biāo)注

信息標(biāo)注需要兩個(gè)要素：標(biāo)注的對象，標(biāo)注的內(nèi)容。實(shí)際生產(chǎn)中，工藝人員經(jīng)常在數(shù)模上進(jìn)行一些標(biāo)注操作，比如標(biāo)注一些文字信息說明基準(zhǔn)孔的位置、加工要求等。當(dāng)標(biāo)注對象數(shù)量不止一個(gè)，但是標(biāo)注內(nèi)容一樣時(shí)，使用關(guān)聯(lián)標(biāo)注可以實(shí)現(xiàn)快速標(biāo)注功能，雙擊標(biāo)注的信息，標(biāo)注的對象會高亮顯示。

標(biāo)注過程中，關(guān)聯(lián)的幾何元素即“矢量線”中的法矢，是標(biāo)注的對象，其他的信息存放在參數(shù)“標(biāo)準(zhǔn)件”中，包含標(biāo)注需要的文字信息。選擇一根法矢，該直線所在“矢量線”中的元素將通過函數(shù)自動(dòng)關(guān)聯(lián)在一起，同時(shí)完成標(biāo)準(zhǔn)件信息標(biāo)注，雙擊標(biāo)注信息，標(biāo)注的“矢量線”就會在數(shù)模上高亮顯示出來，如圖8中高亮顯示的直線所示。

信息的標(biāo)注和獲取方法如圖3所示。

圖3 信息的標(biāo)注和獲取方法研究

圖4 信息的獲取方法研究

1.3 獲取標(biāo)注信息

如上所述，關(guān)聯(lián)標(biāo)注需要的文字內(nèi)容：標(biāo)準(zhǔn)件牌號、標(biāo)準(zhǔn)件名稱、數(shù)量。關(guān)聯(lián)標(biāo)注的對象：關(guān)聯(lián)的幾何元素。信息的獲取方法研究如圖4所示。

選擇一根法矢(L)(矢量線中的一個(gè)元素)，法矢L對應(yīng)的“點(diǎn)線集”(J)由公式J=FGetFather(L)計(jì)算得到。J中包括矢量線(X)、標(biāo)準(zhǔn)件(S)和釘孔點(diǎn)三個(gè)子級。

其中：

FGetDirectC:獲取“點(diǎn)線集”下的三個(gè)子級函數(shù)

Size()：獲取矢量線總個(gè)數(shù)函數(shù)

FGetFather:獲取父級節(jié)點(diǎn)函數(shù)

FGetX:獲取節(jié)點(diǎn)矢量線函數(shù)

FGetS:獲取標(biāo)準(zhǔn)件函數(shù)

FGetName：獲取標(biāo)準(zhǔn)件名稱、牌號函數(shù)

通過上述公式計(jì)算，得到標(biāo)注所需內(nèi)容(如圖8中文本編輯器所示)，該內(nèi)容包括標(biāo)準(zhǔn)件牌號、標(biāo)準(zhǔn)件名稱和標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)量。

2 基于CATIA/CAA的二次開發(fā)

2.1 CATIA二次開發(fā)方式

CATIA軟件是由法國Dassualt Systems公司開發(fā)的一款包含CAD/CAM/CAE/PDM于一體的三維制圖軟件，為了滿足不同用戶的使用要求，它給用戶預(yù)留了進(jìn)行二次開發(fā)的接口，這些接口給用戶提供了一系列開發(fā)工具，用以完成用戶界面定制、幾何形體生成等功能[7-9]。

本文是使用組件應(yīng)用架構(gòu)開發(fā)環(huán)境CAA-RADE對CATIA進(jìn)行二次開發(fā)。Dassualt Systems提供的CAA產(chǎn)品包括：

CAA RADE快速開發(fā)環(huán)境，基于Microsoft Visual Studio；

CAA CATIA V5 API，CATIA V5應(yīng)用開發(fā)工具；

CAA ENOVIA LCA V5 API，ENOVIA LCA應(yīng)用開發(fā)工具；

CAA DELMIA V5 API，DELMIA V5應(yīng)用開發(fā)工具[10-12]；

2.2 開發(fā)的框架及實(shí)施過程

(1)新建工作空間

(2)創(chuàng)建module

在新創(chuàng)建的工作空間下添加module，開發(fā)的具體程序代碼基本上都放在module中

(3)載入必須的API函數(shù)

(4)插入菜單、對話框等資源，具體的添加過程是打開CAA RADE菜單“Insert”，選擇“CATIA Resource”下的“Command”。可選擇Statechart command，dialog-box based command和Basiccommand。Basic command用來創(chuàng)建一個(gè)空的響應(yīng)類，在函數(shù)Activate中添加響應(yīng)[13-15]。

(5)編譯調(diào)試

3 應(yīng)用實(shí)例

根據(jù)本文提出的算法，建立了基于CAA/CATIA的標(biāo)準(zhǔn)件信息標(biāo)注平臺(如圖5)。標(biāo)注屬性欄里可以選擇標(biāo)注需要的顏色和字體大小，然后直接點(diǎn)擊選擇的直線，該直線表示的標(biāo)準(zhǔn)件牌號，標(biāo)準(zhǔn)件名稱，以及標(biāo)準(zhǔn)件的個(gè)數(shù)將自動(dòng)標(biāo)注出來。雙擊標(biāo)注的信息，關(guān)聯(lián)的矢量線高亮顯示，在數(shù)模上可以明顯地看到該“矢量線”的分布，如圖6所示。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)件信息快速標(biāo)注窗口

圖6 標(biāo)注實(shí)例

4 結(jié)論

通過對產(chǎn)品模型的標(biāo)準(zhǔn)件信息獲取及標(biāo)注的研究，在CAA/CATIA環(huán)境下，建立了標(biāo)準(zhǔn)件信息獲取及標(biāo)注平臺，實(shí)現(xiàn)了實(shí)際生產(chǎn)和裝配過程中快速獲取標(biāo)準(zhǔn)件信息功能，同時(shí)直觀顯示關(guān)聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)件位置，操作簡單。該平臺大幅度減少工藝人員和裝配人員不必要的勞動(dòng)，提高了數(shù)字化制造的水平，一定程度上降低研制成本，為工藝設(shè)計(jì)數(shù)字化奠定一定的基礎(chǔ)。

[1]余志強(qiáng)，陳嵩，孫煒，等.基于MBD的三維數(shù)模正飛機(jī)制造過程中的應(yīng)用[J].航空制造技術(shù),2009,25:82-85.

[2]劉榮來,吳玉光.三維標(biāo)注信息的管理方法研究[J].圖學(xué)學(xué)報(bào),2014，35(2):313-318.

[3]李永毅,楚王偉,王曉剛.MBD模式下的飛機(jī)結(jié)構(gòu)零件工藝設(shè)計(jì)研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2014,36(4):130-134.

[4]曹德君,田錫天,等.基于輕量化三維產(chǎn)品模型的裝配建模技術(shù)研究[J].機(jī)床與液壓,2009,37(11):173-176.

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(責(zé)任編輯：劉劃 英文審校：宋曉英)

ResearchonthearithmeticofrapidacquisitionandannotationofstandardpartsinformationbasedonMBD

HAN Zhi-ren,WANG Ke,LIU Ming-xing

(National Key Discipline Laboratory of Aeronautical Manufacturing Technology Digitization,Shenyang Aerospace University,Shenyang 110136,China)

In the digital manufacturing of full 3D information model(MBD model),one of the key point of 3D process design is rapid acquisition of standard part information.To solve this problem,an algorithm of rapid acquisition and annotation of standard part information is proposed.Applying CATIA secondary development technology,an annotation platform of standard part information is built through some technology such as simplifying picking information,retrieving structure tree information and associative dimensioning.The realization of rapid acquisition and annotation of standard part information is meaningful for the programing of 3D digital manufacturing process and rapid acquisition of production information,and it improves the efficiency of digital manufacturing to a great extent.

information of standard parts;marking;CAA;MBD

2014-09-09

韓志仁(1964-)，男，河北唐山人，教授，主要研究方向：鈑金成形、CAE和飛機(jī)數(shù)字化制造技術(shù)，E-mail:hanren888@163.com。

2095-1248(2014)06-0031-05

V221+.92

A

10.3969/j.issn.2095-1248.2014.06.006