邊界模型在飛機數字化設計中的應用

張石柱 劉木君 江聲蘭 張元龍

摘? 要：文章根據國內飛機設計行業現狀，結合飛機數字化設計中的應用實踐，介紹了邊界模型的分類、功能使用方法及注意事項，以更好推進飛機數字化設計工作，提高工作效率。

關鍵詞：關聯設計;骨架模型;邊界模型;數字化設計

中圖分類號：V221? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）03-0094-02

Abstract： According to the present situation of domestic aircraft design industry and the application practice in aircraft digital design， this paper introduces the classification， functional usage and matters needing attention of boundary model， in order to better promote the work of aircraft digital design and improve work efficiency.

Keywords： relational design; skeleton model; boundary model; digital design

引言

飛機設計中，一個零件的修改往往涉及多個部件下的多個零件，在整個飛機設計中，引用關系復雜，數據量驚人;同時零件中還含有豐富的工程信息，零件設計文檔也需與強度分析、數控加工等文檔間有可追溯的能力。為解決以上問題，飛機設計中多采用關聯設計技術。

關聯設計技術是管理和應用零件間特征或幾何元素之間的關系的技術，是一種特殊形式的參數化設計方法，其驅動參數為上游設計的幾何特征，其表現為上游設計對下游設計的影響關系[1]。

不受控制的關聯設計關系中零件會同時引用多個零件，容易發生循環引用，為理順父子關系，避免循環應用等情況，引入骨架模型的概念。

1 邊界模型的提出

骨架模型是存放設計基準或需要協調、重復引用的元素的零件，它們一般由點、線、平面、面片、坐標系等組成，是整個模型基本設計思路的外在表達[2]。骨架模型的兩個主要功能：為產品裝配建立裝配基準;為零部件設計建立形狀基準，零部件設計參考骨架模型完成。

在實踐摸索中，骨架模型還擴展出一些其他功能，其中一些稱之為邊界骨架模型，或邊界模型。邊界模型用來存放、管理各種接口、邊界的元素，是各種接口、邊界的設計要求的外在表達[3]。

當前邊界模型的應用大致分為四類：總體布置邊界模型、協調接口邊界模型、功能邊界模型和連接邊界模型。

2 邊界模型的原理

2.1 總體布置邊界模型

內涵及作用：這類邊界模型的目的是將總體重要站位、界面、開口、對接等元素進行三維實體化，以便于下游使用。它可以更準確地反映和控制總體的設計參數，提供下游唯一的布置邊界，利于統一輸入，兼具骨架模型的作用。

控制原則：這類模型一般采用單向控制原則，按功能基線文件→總體布置邊界模型→各系統數模的方向單向輸出，由總體部門確定及維護。此類模型一旦發布，不會輕易變更。這類模型一般為頂層數模，是關聯設計中的被關聯對象。

應用場景：對接框站位模型、艙門開口邊界模型、大部件對接交點模型等。

2.2 協調接口邊界模型

內涵及作用：這類邊界模型目的是將飛機設計中各系統協調接口控制文件進行三維實體化， 主要管理、存放各系統協調確定的接口元素，是各系統協調關系的外在體現。它保證各系統的協調接口來源的唯一性，利于觀察和管理各專業協調關系，有利于進行協調接口設計核查。

控制原則：這類模型可以采用兩種原則進行控制。一種是協調各方采用同一個協調接口邊界模型，由各使用系統共同指定元素的建立原則，這種方法的優點是數據唯一，缺點使用方在進行關聯式需要進行數據轉化;另一個方法是，各系統針對協調元素各自建立協調接口邊界模型，要求針對同一元素不同模型表達的信息必須相同，但表現形式可以不同，如一個通過直徑5mm的通過孔，可以用直徑5mm的3D圓曲線表達，也可用“孔軸線+注釋”的方式表達，這種方式的優點是使用方可直接引用元素進行關聯設計，缺點是需要專人核查邊界模型的對應性。

應用場景：各系統與尾翼接口對接邊界模型、航電系統與機體結構接口對接邊界模型等。

2.3 功能邊界模型

內涵及作用：這類邊界模型的目的是將飛機各功能基線文件中的功能區域及功能要求進行三維實體化，它主要用于管理、識別各種功能區，存放、標記機體結構功能性要求的元素，如防火區域標識及基礎要求等，是各種功能區位置、要求的外在體現。它利于指導功能區的設計，方便進行設計核查。

控制原則：這類模型采用單向控制原則，由功能基線文件向數模單向輸出。這類模型包含三項主要內容：功能要求、覆蓋區域、需求來源。功能要求根據設計階段的不同可以不斷細化，如由鳥撞功能要求根據設計階段的不同可以按：適航條款→強度設計要求→結構設計要求→具體零部件尺寸進行細化。功能邊界模型一般作為一種參考，而非關聯設計的輸入。

應用場景：全機踩踏區功能邊界模型、全機防火區功能邊界模型、輪胎爆破防護區邊界模型等。

2.4 對接邊界模型

內涵及作用：這類邊界模型的目的是協調接口邊界模型的一種變種，它提供了更大的自由度。主要用于管理機體結構之間的連接協調接口元素，是各部段、構件連接要求的外在體現。

結構連接邊界模型主要有以下作用：利于觀察和管理結構專業內部的連接協調接口，方便進行機體結構連接設計及檢查。

控制原則：這類模型的內容可以由約定雙方自由決定，它可以僅作為檢查手段使用，而非關聯設計中的一環。結構連接邊界模型作為一種參考，而非關聯設計的輸入。

應用場景：機身與尾翼對接區緊固件劃分邊界模型、艙門開閉邊界模型等。

3 結束語

關聯設計和骨架模型是當前飛機數字化設計中的常用手段。本文以工作中的實踐應用，結合我國現階段設計行業的狀況，提出的邊界模型作為一種特殊的骨架模型，擴展了骨架模型的內涵，用邊界模型輔助飛機設計，可以提升工作質量，提高工作效率。

參考文獻：

[1]劉俊堂，劉看旺.關聯設計技術在飛機研制中的應用[J].航空制造技術，2008（14）：45-47.

[2]張石柱，劉木君，戴桅.基于骨架模型的關聯設計在飛機設計中的應用[J].沈陽航空航天大學學報，2012（Z1）：66-68.

[3]江聲蘭，張元龍.飛機結構邊界模型研究[J].中國科技研究，2019（14）：44-45.