參數化方法在飛機相似結構件建模中的應用

（中航工業沈陽飛機工業（集團）有限公司，遼寧 沈 陽 1 10850）

傳統的飛機結構設計方法是先繪制精確圖形，再從中抽象幾何關系，最后存儲結果。參數化設計(Parametric Design)也稱為尺寸驅動（Dimension-Driven），是通過改動圖形的某一部分或某幾部分的尺寸，或者修改已經定義好的參數，自動完成對圖形中相關部分的改動，從而實現對圖形的驅動[1]。參數化技術經過十多年的發展，也已經成為CAD技術的重要分支。以下述結構中，具有一系列相似結構件，如圖1所示。

圖1 相似結構件

下面我以CATIA軟件為例，詳述兩種不同方法的建模過程。

1 傳統方法建立結構件

1.1 建模過程

根據每個零件的結構關系及尺寸分別建模，具體步驟如下：

（1）新建數模在單個零件中引用相應的基準、理論軸線、理論曲面；

（2）建立精確的草圖；

（3）最后在模塊中用航空鈑金的相關命令，分別用形成腹板面、彎邊、下陷、減輕孔，最后完成建模并保存；

（4）新建下一個數模并重復上述三個步驟，直至所有數模完成。

1.2 原方法的優點

每個零件單獨設計，單獨符合圖紙，便于不同設計人員分別設計，如有結構上的錯誤，僅為單獨零件的問題，便于分別管理。

1.3 原方法的缺點

相似的結構，相似的設計過程，單獨分多次完成，效率低，思路不連貫，單獨零件容易出現特殊錯誤。

2 參數化建模方法建立結構件

參數化建模方法，以尺寸驅動為特征，存儲了設計的全過程，能設計出一系列而不是單一的數模，對已有設計的修改，只需變動相應的參數，而無需運行產品設計的全過程。而尺寸驅動是通過約束來完成，約束是參數化設計的核心，約束一詞在不同的領域中有不同的含義。在參數化領域里，約束可以解釋為特定元素之間必須滿足的一組關系[1]。

約束是對幾何元素大小、位置、相對關系等的限制，分為尺寸約束和位置約束兩類。尺寸約束限制元素的尺寸大小，如長度、半徑深度等，位置約束限制元素的空間位置和相對位置關系。同時約束分為欠約束、全約束和過約束三種狀態。欠約束是指元素還有未被限制的自由度，表現為某個參數是自由的狀態，可以隨意變更，在草圖狀態通常以白顏色顯示；全約束是指元素的所有自由度都被限制，大小位置無法變更，在草圖狀態通常顯示為綠色；過約束是指元素的自由度被過分限制，表現為某個參數重復限制，以致產生錯誤，在草圖狀態通常顯示為粉紫色。以上三種狀態只有全約束是合理的，全約束狀態雖然不會提示錯誤，但是存在在不經意間誤改的可能性，是不被提倡的，而過約束是一種錯誤狀態，會有錯誤提示。

2.1 建模過程

（1）進行 1.1 中的（1）、（2）、（3）過程，但是在該過程中，要特別注意參數的約束和引用，盡量引用通用的理論基準，力求規范，便于查找。

（2）創建參數表。CATIA V5參數化設計中可以利用的參數表有兩種，一種是文本格式的參數表，另一種是Excel格式的參數表[2]。本文建立Excel格式的參數表，因為他比較直觀，步驟為：單擊（design Table）按鈕，彈出設計表格對話框，選擇新增設計表格選項，彈出篩選表格參數對話框后，將需要的參數選人右側的方框中并保存，如圖2所示。

圖2 創建參數表

（3）將建好的數模分別根據結構件同類數據集的個數復制相同個數并更改為各自的名稱，表格也按照相應同類數據集的個數復制相同個數并更改為相應的名稱。

（4）打開下一個需要更改的數模，單擊（design Table）按鈕，彈出設計表格對話框，選擇從預先存在的文件中創建設計表選項，建立該參數與相應名稱的Excel參數表的鏈接，更改相應Excel參數表中的數據，單擊刷新按鈕并保存Excel參數表和數模，如圖3所示。

圖3 更改數模

（5）重復上述（4）的過程，將余下幾個數模及Excel參數表分別建立鏈接，并相應更改Excel參數表中的數據，分別保存相應的Excel參數表和數模。

2.2 參數化建模方法的優點

在圖紙和基準相對確定的條件下，采用參數化建模的方法，減少了一系列重復的勞動，提高了效率，簡化了過程，并且通過參數化的管理使參數更加直觀，便于更改，便于協調，使一系列相似零件的建模過程的思路得以從頭至尾的貫穿。同時，防止個別零件因引用基準或者操作失誤而引起的個別錯誤，起到了防錯的目的。

2.3 參數化建模方法的缺點

在飛機設計并行階段，圖紙或基準不穩定，因為理論基準、理論軸線的更改，可能造成一系列相似零件基準的不正確，而所有零件都需要相應個別替換基準，無法僅僅通過設計表的更改而完成。同理，采用參數化建模方法也不便于將該相似結構件拆分給不同設計員來完成，造成思路不統一、不連貫，也就失去了參數化建模方法的優勢。

3 結束語

在飛機結構系列化的建模過程中，引用參數化的設計方法，無疑為設計員節約了時間，轉換為更為便捷的參數的控制手段，在參數中體現原有飛機設計中圖紙尺寸控制結構的思想，可以通過參數表中參數的控制，達到裝配件中各個零件的尺寸和結構要求，同時也能體現零件之間配合的硬性要求，可以成為飛機圖紙的另外一種體現形式。在飛機設計趨于無紙化、數字化的新時代，也為飛機數模設計過程提供了新的思路，結合CTAIA V5在三維立體結構中顯示的優勢，增加了人機交流的另外一種直接的語言，可以達到飛機結構件設計的更良好的控制。

[1]潘雙夏.基于工程約束的產品參數化建模策略研究[J].計算機輔助設計與圖學學報，2001，（9）：840-845.

[2]尤春風.CATIA V5高級應用[M].北京：清華大學出版社，2006.