基于MBD的标准件信息快速获取及标注方法研究

韩志仁，王 珂，刘明星

(沈阳航空航天大学 航空制造工艺数字化国防重点学科实验室，沈阳 110136)

机械工程

基于MBD的标准件信息快速获取及标注方法研究

韩志仁，王 珂，刘明星

(沈阳航空航天大学 航空制造工艺数字化国防重点学科实验室，沈阳 110136)

在基于全三维信息模型(MBD模型)的数字化制造中，连接信息快速提取是三维工艺设计的关键问题之一。针对该问题，提出了标准件信息快速获取及标注的算法，通过简化拾取元素，自动检索结构树相关信息以及关联标注等技术，利用CATIA二次开发技术，建立了标准件信息标注平台。实现了标准件信息的快速获取和标注，对基于三维数字化制造的工艺编制和生产现场信息快速提取具有重要意义，在很大程度上提高了数字化制造生产准备的效率。

标准件信息；标注；CAA；MBD

基于模型的数字化定义(Model Based Definition，MBD)技术是产品数字化定义的先进方法，其核心内容是产品的几何模型，所有相关的工艺描述信息、属性信息、管理信息等都附着在产品的三维模型中[1-3]，其中也包含着飞机制造过程中必不可少的标准件信息。标准件是机械产品的重要组成部分，它对缩短产品设计制造周期、降低生产成本、提高产品质量都具有十分重要的技术经济意义。

飞机装配是飞机制造的主要环节。由于飞机结构复杂，零件及连接使用的连接件数量又多，为了保证装配工作的顺利进行，各方面制造和管理工作必须按照AO(装配大纲)进行[4-5]。在编制AO的过程中，三维实体模型作为生产制造过程中的唯一依据[6]，工艺人员需要快速在模型上得到连接使用的标准件信息，如标准件名称，标准件数量等。

在特殊的Partnote数模(简称A数模)上，人工获取上述信息，需要多次繁琐操作——选择法矢、右键设置结构树居中、然后人工观察法矢对应的标准件信息。如果数字模型数据量大，操作过程会浪费大量时间，大大增加了工艺人员的工作负担。因此，通过对CATIA软件进行二次开发设计出标准件信息快速获取和标注系统，可以使工艺人员在人机交互时手工操作量大幅度减小，同时实现标准件信息快速直观的显示和标注，使其从繁琐、重复的工作中解放出来，大大提高工作效率。

1 标准件信息快速获取及标注技术研究

1.1 标准件位置的表示方法

在飞机全三维综合信息模型中，连接标准件位置通常采用点、法矢表示，点表示标准件的位置，法矢表示标准件安装方向，如图1所示，“点线集”中“矢量线”表示标准件的方向，“钉孔点”表示标准件的位置，连接使用的标准件牌号等信息通过A数模中的“标准件”描述。蒙皮与桁条加强件通过螺栓和螺母连接，一组连接需要三个标准件，即一个螺栓、一个螺母和一个垫片，连接完成完全装配图如图2所示。A数模已经完整地描述了连接需要的所有信息。

图1 标准件位置在数模上的几何表示

图2 完全装配图示

1.2 标准件信息关联标注

信息标注需要两个要素：标注的对象，标注的内容。实际生产中，工艺人员经常在数模上进行一些标注操作，比如标注一些文字信息说明基准孔的位置、加工要求等。当标注对象数量不止一个，但是标注内容一样时，使用关联标注可以实现快速标注功能，双击标注的信息，标注的对象会高亮显示。

标注过程中，关联的几何元素即“矢量线”中的法矢，是标注的对象，其他的信息存放在参数“标准件”中，包含标注需要的文字信息。选择一根法矢，该直线所在“矢量线”中的元素将通过函数自动关联在一起，同时完成标准件信息标注，双击标注信息，标注的“矢量线”就会在数模上高亮显示出来，如图8中高亮显示的直线所示。

信息的标注和获取方法如图3所示。

图3 信息的标注和获取方法研究

图4 信息的获取方法研究

1.3 获取标注信息

如上所述，关联标注需要的文字内容：标准件牌号、标准件名称、数量。关联标注的对象：关联的几何元素。信息的获取方法研究如图4所示。

选择一根法矢(L)(矢量线中的一个元素)，法矢L对应的“点线集”(J)由公式J=FGetFather(L)计算得到。J中包括矢量线(X)、标准件(S)和钉孔点三个子级。

其中：

FGetDirectC:获取“点线集”下的三个子级函数

Size()：获取矢量线总个数函数

FGetFather:获取父级节点函数

FGetX:获取节点矢量线函数

FGetS:获取标准件函数

FGetName：获取标准件名称、牌号函数

通过上述公式计算，得到标注所需内容(如图8中文本编辑器所示)，该内容包括标准件牌号、标准件名称和标准件数量。

2 基于CATIA/CAA的二次开发

2.1 CATIA二次开发方式

CATIA软件是由法国Dassualt Systems公司开发的一款包含CAD/CAM/CAE/PDM于一体的三维制图软件，为了满足不同用户的使用要求，它给用户预留了进行二次开发的接口，这些接口给用户提供了一系列开发工具，用以完成用户界面定制、几何形体生成等功能[7-9]。

本文是使用组件应用架构开发环境CAA-RADE对CATIA进行二次开发。Dassualt Systems提供的CAA产品包括：

CAA RADE快速开发环境，基于Microsoft Visual Studio；

CAA CATIA V5 API，CATIA V5应用开发工具；

CAA ENOVIA LCA V5 API，ENOVIA LCA应用开发工具；

CAA DELMIA V5 API，DELMIA V5应用开发工具[10-12]；

2.2 开发的框架及实施过程

(1)新建工作空间

(2)创建module

在新创建的工作空间下添加module，开发的具体程序代码基本上都放在module中

(3)载入必须的API函数

(4)插入菜单、对话框等资源，具体的添加过程是打开CAA RADE菜单“Insert”，选择“CATIA Resource”下的“Command”。可选择Statechart command，dialog-box based command和Basiccommand。Basic command用来创建一个空的响应类，在函数Activate中添加响应[13-15]。

(5)编译调试

3 应用实例

根据本文提出的算法，建立了基于CAA/CATIA的标准件信息标注平台(如图5)。标注属性栏里可以选择标注需要的颜色和字体大小，然后直接点击选择的直线，该直线表示的标准件牌号，标准件名称，以及标准件的个数将自动标注出来。双击标注的信息，关联的矢量线高亮显示，在数模上可以明显地看到该“矢量线”的分布，如图6所示。

图5 标准件信息快速标注窗口

图6 标注实例

4 结论

通过对产品模型的标准件信息获取及标注的研究，在CAA/CATIA环境下，建立了标准件信息获取及标注平台，实现了实际生产和装配过程中快速获取标准件信息功能，同时直观显示关联标准件位置，操作简单。该平台大幅度减少工艺人员和装配人员不必要的劳动，提高了数字化制造的水平，一定程度上降低研制成本，为工艺设计数字化奠定一定的基础。

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(责任编辑：刘划 英文审校：宋晓英)

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

韩志仁(1964-)，男，河北唐山人，教授，主要研究方向：钣金成形、CAE和飞机数字化制造技术，E-mail:hanren888@163.com。

2095-1248(2014)06-0031-05

V221+.92

A

10.3969/j.issn.2095-1248.2014.06.006