一种基于MBD的部件装配工艺设计辅助系统

发布时间：2017-03-11 作者：郭喜锋高红詹有河秦月韩志仁来源：航空制造技术

关键字：MBD 部件装配

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介绍了MBD模式下装配信息的表达特点，并针对这些特点，在Visual Studio2005平台下，利用CAA技术对CATIA进行二次开发，开发出部件装配工艺设计辅助系统。该系统方便、实用，为部件装配工艺设所需信息提供快速、准确、规范的提取手段，提高了装配工艺设计的数字化水平。

飞机部件装配是飞机制造中的主要环节，据统计，部件装配工作量约占全机工作量的40%。部件装配工艺设计是部件装配的重要工作内容，是连接飞机设计和部件装配过程的纽带。

传统的飞机制造以设计的二维图纸为依据，数据的传递以模拟量为主，工艺文件大多以纸质的形式存在，部件装配所需的信息都存放在工程图纸和相应的技术文件中，装配工艺设计所需信息主要依靠工程技术人员阅读大量的图纸获取。

随着计算机技术的应用和航空制造业MBD技术的实施，三维产品数模作为单一数据源成为飞机制造的依据，数据的传递以数字量为主。在MBD模式下，研究如何从装配数模中快速而准确获取部件装配工艺人员所需要的信息，提高工艺设计效率，降低人为出错率，缩短工艺设计和工艺准备周期，是一项非常有意义的工作。

1、MBD模式下装配信息的表达

MBD(Model Based Definition， MBD)，即基于模型的定义，是一个用集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息的方法体，它详细规定了三维实体模型中产品尺寸、公差标注规则和工艺信息表达方法[}'}o MBD技术使得产品数据以基于三维模型的形式传递。因此，装配信息的表达形式出现了新的特点。

1.1几何信息的表达

几何信息的表达指的是零件装配位置关系和装配层次的表达。

零件间的装配位置关系需要在设计零件三维模型时进行协调，每个零件在整架飞机上都有其装配位置，在建立零件三维模型时需要将零件在其装配位置进行建模，所有的零件组装在一起时就形成了一架飞机的三维模型。这种装配位置关系使得工程技术人员在不做其他约束的条件下，可以对部件进行任意组合，而不破坏它们的相对位置关系。

装配层次反映的是装配体和零件之间的关系。一架飞机由不同的部件组合而成，部件有不同的组件或者组件与零件组合而成，组件由不同零件装配而来。部件一组件一零件，这种层次关系以树状结构的形式在设计软件中呈现，如图1所示。

1.2非几何信息的表达

非几何信息主要包括装配技术要求、装配件的连接信息和其他注释。其中，装配件的连接信息中包含标准件的信息。这些信息在每个组件中以零件为基本组织单元(如图1所示连接信息)，并以参数形式有规律地出现在CATZA的结构树中(图2)。为了模型的轻量化，对于铆钉、抽钉等连接件用点和直线表示，如图3所示。

图1 MBD中装配层次关系的表达

Fig.1 Expression of assembly hierarchy in MBD

图2 MBD中非几何信息的表达

Fig.2 Expression of non-geometric information in MBD

图3 MBD中标准件的表示

Fig.3 Representation of standard parts in MBD

MBD技术的实施，规范了设计数模，为快速提取编制装配工艺文件所需的装配信息奠定了基础。

2、CATIA与CAA

CATIA提供了多种二次开发的接口。用CAA对CATIA进行二次开发是CATIA二次开发方式中最重要的一种，能实现从简单到复杂的一系列CATIA功能，且操作界面友好，与CATIA本身无缝集成，是国内高校和软件公司普遍采用的方式。

CATIA的结构树与实体模型关联，通过结构树用户可以利用“几何居中”命令找到与之相关联的实体模型；通过实体模型利用“结构树居中”命令找到结构树中实体模型对应的名字。在装配设计模块下，CATIA可以通过“在新窗口打开命令”在新开窗口打开小的部件数模。

CAA(Component Application Architecture)，即组件应用架构。它通过快速开发环境BADE ( Rapid Application Development Enviroment)和API来实现CATIA的不同功能。RADE以Microsoft Visual StudioVC++.net为载体(VC++.net 2005如图4所示)。VS是目前CATIA应用的主要版本，与其对应的CAA VS的结构如图5所示。

图4 VC++.net 2005

Fig.4 VC++.net 2005

图5 CAA V5组件架构

Fig.5 CAA V5 component architecture

3、MBD模式下部件装配工艺设计的基础性工作

部件装配工艺人员在装配工艺设计时，经常要做以下几方面的工作。

3.1部件装配数模的组合

一个部件装配体由成百上千个零件组成，这个部件装配体中，不仅有部(组)件装配信息，还包括零件的制造信息，信息量庞大。为了更好地查看这些信息，工艺人员通常需要将当前关注的部分组件进行组合。由于这些部件位于不同的装配体内，无法使用CAITA中的“在新窗口打开命令”将这些组件在一个装配文件下打开，只有新建一个“Product”文件，把这些部件依次加载或者拷贝，随着部件数量的增多，这一过程就显得比较繁琐，无形中增加了工艺人员的工作量，迫切需要在CATIA中开发一个功能，通过鼠标的点击拾取，将这些组件迅速打开并进行组合。

3.2连接件信息的处理

飞机部件装配中涉及到大量的铆钉、抽钉等连接件。装配工艺人员的一项重要工作就是处理这些连接件的信息。主要有以下内容：

(1)连接件规格和数量的统计。装配工艺人员需要统计连接件的规格(直径、长度)和数量，一是要统计部件或者整机连接件各个规格的总量，提交给生产管理部门作为生产定额；二是编制到装配工艺文件中，以装配图号为单元做统计，作为库房发放和工人领用，或者是最后分工核对的依据。如前文I .2节所述，这些信息以参数的形式存在于CATIA中的结构树中，需要工艺人员把结构树逐一点开进行查询连接件的牌号，并手动测量夹层厚度，利用相应的公式计算其长度，最后进行汇总。这需要做大量机械式重复工作，效率和正确性都无法保证，统计结果可能因人而异。如果能通过对CATIA进行二次开发，让用户点击表示连接件的法矢，软件能自动测量夹层厚度，并在CATIA中显示铆钉长度，且将查询、汇总这些工作让计算机在CATIA软件环境下统一处理并快速输出，对工作效率的提升作用是不言而喻的。

(2)连接件间距和边距的测量。装配工艺人员需要对数模中连接件的间距和边距进行测量，对于不符合要求的反馈给设计者，正确的要予以标注，写人工艺文件中，并作为工人操作和检验部门的依据。这一工作大多是用CATIA中自带的测量功能，逐一选择表示连接件的法矢(图3)进行，且无法直接测量弧线间的距离。

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第1页：一种基于MBD的部件装配工艺设计辅助系统(1)
第2页：一种基于MBD的部件装配工艺设计辅助系统(2)

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