歡迎參加第十三屆產(chǎn)品創(chuàng)新數(shù)字化國際峰會 11月29-30日 天津

    飛機部件裝配是飛機制造中的主要環(huán)節(jié)，據(jù)統(tǒng)計，部件裝配工作量約占全機工作量的40％。部件裝配工藝設(shè)計是部件裝配的重要工作內(nèi)容，是連接飛機設(shè)計和部件裝配過程的紐帶。

    傳統(tǒng)的飛機制造以設(shè)計的二維圖紙為依據(jù)，數(shù)據(jù)的傳遞以模擬量為主，工藝文件大多以紙質(zhì)的形式存在，部件裝配所需的信息都存放在工程圖紙和相應(yīng)的技術(shù)文件中，裝配工藝設(shè)計所需信息主要依靠工程技術(shù)人員閱讀大量的圖紙獲取。

    隨著計算機技術(shù)的應(yīng)用和航空制造業(yè)MBD技術(shù)的實施，三維產(chǎn)品數(shù)模作為單一數(shù)據(jù)源成為飛機制造的依據(jù)，數(shù)據(jù)的傳遞以數(shù)字量為主。在MBD模式下，研究如何從裝配數(shù)模中快速而準(zhǔn)確獲取部件裝配工藝人員所需要的信息，提高工藝設(shè)計效率，降低人為出錯率，縮短工藝設(shè)計和工藝準(zhǔn)備周期，是一項非常有意義的工作。

    1 MBD模式下裝配信息的表達(dá)

    MBD(Model Based Definition，MBD)，即基于模型的定義，是一個用集成的三維實體模型來完整表達(dá)產(chǎn)品定義信息的方法體，它詳細(xì)規(guī)定了三維實體模型中產(chǎn)品尺寸、公差標(biāo)注規(guī)則和工藝信息表達(dá)方法。MBD技術(shù)使得產(chǎn)品數(shù)據(jù)以基于三維模型的形式傳遞。因此，裝配信息的表達(dá)形式出現(xiàn)了新的特點。

    1．1 幾何信息的表達(dá)

    幾何信息的表達(dá)指的是零件裝配位置關(guān)系和裝配層次的表達(dá)。零件間的裝配位置關(guān)系需要在設(shè)計零件三維模型時進(jìn)行協(xié)調(diào)，每個零件在整架飛機上都有其裝配位置，在建立零件三維模型時需要將零件在其裝配位置進(jìn)行建模，所有的零件組裝在一起時就形成了一架飛機的三維模型。這種裝配位置關(guān)系使得工程技術(shù)人員在不做其他約束的條件下，可以對部件進(jìn)行任意組合，而不破壞它們的相對位置關(guān)系。裝配層次反映的是裝配體和零件之間的關(guān)系。一架飛機由不同的部件組合而成，部件有不同的組件或者組件與零件組合而成，組件由不同零件裝配而來。部件一組件一零件，這種層次關(guān)系以樹狀結(jié)構(gòu)的形式在設(shè)計軟件中呈現(xiàn)，如圖1所示。

    圖1 MBD中裝配層次關(guān)系的表達(dá)

    1.2 非幾何信息的表達(dá)

    非幾何信息主要包括裝配技術(shù)要求、裝配件的連接信息和其他注釋。其中，裝配件的連接信息中包含標(biāo)準(zhǔn)件的信息。這些信息在每個組件中以零件為基本組織單元（如圖l所示連接信息），并以參數(shù)形式有規(guī)律地出現(xiàn)在CATZA的結(jié)構(gòu)樹中（圖2）。為了模型的輕量化，對于鉚釘、抽釘?shù)冗B接件用點和直線表示，如圖3所示。

    圖2 MBD中非幾何信息的表達(dá)

    圖3 MBD中標(biāo)準(zhǔn)件的表示

    MBD技術(shù)的實施，規(guī)范了設(shè)計數(shù)模，為快速提取編制裝配工藝文件所需的裝配信息奠定了基礎(chǔ)。

    2 CATIA與CAA

    CATIA提供了多種二次開發(fā)的接口。用CAA對CATlA進(jìn)行二次開發(fā)是CATIA二次開發(fā)方式中最重要的一種，能實現(xiàn)從簡單到復(fù)雜的一系列CATIA功能，且操作界面友好，與CATIA本身無縫集成，是國內(nèi)高校和軟件公司普遍采用的方式。

    CATIA的結(jié)構(gòu)樹與實體模型關(guān)聯(lián)，通過結(jié)構(gòu)樹用戶可以利用“幾何居中”命令找到與之相關(guān)聯(lián)的實體模型；通過實體模型利用“結(jié)構(gòu)樹居中”命令找到結(jié)構(gòu)樹中實體模型對應(yīng)的名字。在裝配設(shè)計模塊下，CATIA可以通過“在新窗口打開命令”在新開窗口打開小的部件數(shù)模，CAA(Component Application Architercture),即組件應(yīng)用架構(gòu)。它通過快速開發(fā)環(huán)境RADE(Rapid Application Development Enviroment)和API來實現(xiàn)CATIA的不同功能。RADE以Microsoft Visual StudioVC++,net為載體（VC++.net 2005如圖4所示）。V5是目前CATIA應(yīng)用的主要版本，與其對應(yīng)的CAA V5的結(jié)構(gòu)如圖5所示。

    圖4  VC++,net 2005

    圖5 CAAV5組件架構(gòu)

    3 MBD模式下部件裝配工藝設(shè)計的基礎(chǔ)性工作

    部件裝配工藝人員在裝配工藝設(shè)計時，經(jīng)常要做以下幾方面的工作。

    3.1 部件裝配數(shù)模的組合

    一個部件裝配體由成百上千個零件組成，這個部件裝配體中，不僅有部（組）件裝配信息，還包括零件的制造信息，信息量龐大。為了更好地查看這些信息，工藝人員通常需要將當(dāng)前關(guān)注的部分組件進(jìn)行組合。由于這些部件位于不同的裝配體內(nèi)，無法使用CAITA中的“在新窗口打開命令”將這些組件在一個裝配文件下打開，只有新建一個“Product”文件，把這些部件依次加載或者拷貝，隨著部件數(shù)量的增多，這一過程就顯得比較繁瑣，無形中增加了工藝人員的工作量，迫切需要在CATIA中開發(fā)一個功能，通過鼠標(biāo)的點擊拾取，將這些組件迅速打開并進(jìn)行組合。

    3.2 連接件信息的處理

    飛機部件裝配中涉及到大量的鉚釘、抽釘?shù)冗B接件。裝配工藝人員的一項重要工作就是處理這些連接件的信息。主要有以下內(nèi)容：

    (l)連接件規(guī)格和數(shù)量的統(tǒng)計。裝配工藝人員需要統(tǒng)計連接件的規(guī)格（直徑、長度）和數(shù)量，一是要統(tǒng)計部件或者整機連接件各個規(guī)格的總量，提交給生產(chǎn)管理部門作為生產(chǎn)定額；二是編制到裝配工藝文件中，以裝配圖號為單元做統(tǒng)計，作為庫房發(fā)放和工人領(lǐng)用，或者是最后分工核對的依據(jù)。如前文l.2節(jié)所述，這些信息以參數(shù)的形式存在于CATIA中的結(jié)構(gòu)樹中，需要工藝人員把結(jié)構(gòu)樹逐一點開進(jìn)行查詢連接件的牌號，并手動測量夾層厚度，利用相應(yīng)的公式計算其長度，最后進(jìn)行匯總。這需要做大量機械式重復(fù)工作，效率和正確性都無法保證，統(tǒng)計結(jié)果可能因人而異。如果能通過對CATIA進(jìn)行二次開發(fā)，讓用戶點擊表示連接件的法矢，軟件能自動測量夾層厚度，并在CATIA中顯示鉚釘長度，且將查詢、匯總這些丁作讓計算機在CATIA軟件環(huán)境下統(tǒng)一處理并快速輸出，對工作效率的提升作用是不言而喻的。

    (2)連接件間距和邊距的測量。裝配工藝人員需要對數(shù)模中連接件的間距和邊距進(jìn)行測量，對于不符合要求的反饋給設(shè)計者，正確的要予以標(biāo)注，寫入工藝文件中，并作為工人操作和檢驗部門的依據(jù)。這一工作大多是用CATIA中自帶的測量功能，逐一選擇表示連接件的法矢（圖3）進(jìn)行，且無法直接測量弧線間的距離。

    3.3 裝配注釋信息的提取

    裝配注釋信息是對部件裝配的技術(shù)要求，包括通用裝配注釋和密封、疲勞件、關(guān)鍵件等信息。這些信息都需要從數(shù)模中提取出來，編制到工藝文件中，用于指導(dǎo)工人操作。但是，通用裝配注釋信息和密封信息位于裝配體結(jié)構(gòu)樹的不同位置（圖3），提取時需要從結(jié)構(gòu)樹中，按照層次關(guān)系逐個打開，并復(fù)制到裝配工藝文件中，操作繁瑣。而疲勞件、關(guān)鍵件的標(biāo)識在零件的屬性頁，工藝人員容易遺忘。如果能將信息按一定的格式要求快速輸出到Excel表格中，必能大大提高工怍效率和質(zhì)量。

    4 系統(tǒng)的主要功能及運行實例

    針對MBD模式下裝配工藝設(shè)計的基礎(chǔ)性工作中遇到的問題，本文利用CAA技術(shù)對CATlA進(jìn)行二次開發(fā)，開發(fā)出一套MBD模式下的部件裝配工藝設(shè)計輔助系統(tǒng)。該系統(tǒng)可與CATIA V5本身無縫集成，其主要功能如下。

    4.1 部分裝配件導(dǎo)入

    該功能主要用于快速組合裝配體。通過用戶的簡單交互拾取，即可將不同的裝配體組件快速組合起來，同時又保證了其相對位置的正確性（圖6）。

    圖6 部分裝配件導(dǎo)入功能

    4.2 標(biāo)準(zhǔn)連接件長度的計算

    用戶拾取表示連接件的法矢，系統(tǒng)會遍歷CATIA的結(jié)構(gòu)樹，找出用戶所選的連接件的類型，自動計算出對應(yīng)的夾層厚度，并將連接件長度和夾層厚度顯示出來（圖7所示）。連接件規(guī)格信息放在后臺的數(shù)據(jù)庫中，該信息可以有數(shù)據(jù)庫管理員進(jìn)行增加或者刪除。系統(tǒng)運行機制如同8所示。

    圖7 標(biāo)準(zhǔn)件長度的測量與統(tǒng)計

    圖8 連接件長度測量運行機制

    4.3 部件裝配信息提取

    用戶拾取CATIA中表示裝配件連接信息的零件，選擇需要檢索的內(nèi)容（也可手動輸入），系統(tǒng)遍歷CATIA的結(jié)構(gòu)樹，即可輸出相應(yīng)的連接信息。檢索內(nèi)容選項調(diào)用CAA的控件Check Button，使用戶可以選擇一個或者多個檢索項。輸出項用MultiList控件。這些信息可同時導(dǎo)出到Excel文件中，利用Excel自身的統(tǒng)計匯總功能可進(jìn)一步匯總，如圖9和圖10所示。

    圖9 部件裝配信息提取對話框

    圖10 部件裝配信息輸出到Excel表格中

    4.4 連接件間距和邊距的測量

    用戶拾取兩個點及參考平面，并選取標(biāo)注方式，系統(tǒng)即可將成排的連接件進(jìn)行標(biāo)注，標(biāo)注的文本屬性可通過對話框進(jìn)行設(shè)置（圖11）。通過拾取法矢和邊界，系統(tǒng)可將所選法矢到邊界的距離測出來（圖12）。拾取法矢的方式可以單個拾取，也調(diào)用CATIA本身的命令(圖13)框選批量拾取。

    5 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

    系統(tǒng)運行過程實質(zhì)是對部件裝配工藝設(shè)計信息的分析、處理和輸出的過程。信息的輸入形式、檢索方式、輸出形式是系統(tǒng)的3大關(guān)鍵技術(shù)。

    5.1 交互式的信息輸入

    輸入方式對系統(tǒng)的運行速度和用戶體驗有直接影響。輸入信息過多，用戶會感覺操作不方便。輸入信息過少，會增加系統(tǒng)的推理時間。系統(tǒng)的輸入兼顧了用戶體驗和系統(tǒng)運行時間，通過用戶的簡單的“交互式”拾取操作即完成信息的輸入，如圖6、圖7和圖8所示。同時對于需要批量操作的，系統(tǒng)后臺調(diào)用CATIA內(nèi)部命令“批量拾取命令”完成（圖13）。

    圖11 連接件間距批注

    圖12 連接件邊距測量

    圖13 批量拾取命令

    5.2 基于結(jié)構(gòu)樹的信息檢索

    一方面，MBD技術(shù)的實施保證了設(shè)計數(shù)模的規(guī)范性；另一方面，CATIA的結(jié)構(gòu)樹與實體模型關(guān)聯(lián)，系統(tǒng)利用輸入信息，通過對CATIA結(jié)構(gòu)樹的遍歷，以關(guān)鍵詞為導(dǎo)向即可快速找到所需信息，同時可進(jìn)行數(shù)模測量、標(biāo)注等操作。

    5.3 多形式、多功能的信息輸出

    系統(tǒng)可將運算結(jié)果按用戶指定格式輸出到Excel形式的文檔中，同時也可以以標(biāo)注的形式顯示在CATIA中的文件中（圖7）。無論哪種形式用戶都可以通過復(fù)制一粘貼將輸出的數(shù)據(jù)移到CAPP或者其他應(yīng)用系統(tǒng)中（圖10）。或通過點擊“取消”或“關(guān)閉”按鈕，不保存這些數(shù)據(jù)，只臨時查看。

    6 結(jié)束語

    本文通過對CATIA V5進(jìn)行二次開發(fā)，建立了人機交互的設(shè)計環(huán)境，構(gòu)建了基于MBD模式下的部件裝配工藝信息快速提取平臺。該平臺可以快速提取數(shù)模中的裝配信息，對提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、運算，并按照用戶要求以多種形式輸出，用戶可將這些輸出結(jié)果拷貝到CAPP等系統(tǒng)中，從而高效、準(zhǔn)確地輔助裝配工藝文件的編制。后期可以將系統(tǒng)與CAPP系統(tǒng)進(jìn)行通信，直接將提取的裝配信息放置在裝配大綱的編制平臺上。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。

轉(zhuǎn)載請注明出處：拓步ERP資訊網(wǎng)http://www.guhuozai8.cn/

本文標(biāo)題：一種基于MBD的部件裝配工藝設(shè)計輔助系統(tǒng)

本文網(wǎng)址：http://www.guhuozai8.cn/html/solutions/14019321396.html