基于CATIA/VBA的飛機結構質量分塊的二次開發

摘 要：在飛機結構設計過程中，需要對飛機結構慣性載荷進行處理，將飛機結構零件按一定尺寸進行質量分塊，分別給出各質量分塊的重量及重心坐標等參數，此項操作常在飛機設計軟件CATIA中進行，由于飛機全機結構尺寸相對于小塊質量體尺寸過大，這就導致小塊質量體數量過大，手工進行處理較為繁雜，基于VBA的CATIA二次開發技術能夠實現小塊質量體自動劃分，提高設計效率。

關鍵詞：CATIA;VBA;飛機結構;質量分塊

1 質量分塊方案

在飛機設計過程中，一般在飛機結構零件設計完成后，通過CATIA中慣量測量工具，可提取出飛機零、組件的重量、重心坐標，基于上述手段，可以將零件質量分塊后的各質量分塊重量、重心坐標導出，進而準確計算每一質量塊的慣性載荷。

實際操作中，通過以下步驟將零件進行質量分塊：

1）在空間定位一點1，點1一般可選為零件外廓頂點。

2）將XY、YZ、ZX平面用平面/平行通過點命令偏移，形成平面1、平面2、平面3。

3）以平面1、平面2、平面3為基準，用平面/偏移平面命令進行平面前后偏移（假設偏移量25mm），偏移后的平面為平面4、平面5、平面6、平面7、平面8、平面9。

4）以平面4-9為基準，用分割命令切割零件（注意平面方向），形成一質量塊（質量塊尺寸50mm×50mm×50mm）。

5）判斷切割后零件幾何體體積是否不為零，若為零則跳至8）。

6）復制零件幾何體。

7）選擇性粘貼/按結果將復制的零件幾何體粘貼在零件中。

8）將點1移動一個質量塊棱長50mm，由1）重新開始執行。

9）重復5）-7）操作，直至零件完成質量分塊。

10）用“測量慣量/導出”命令將質量分塊的重量、重心坐標導出成TXT文檔。

11）新建Excel文檔，用“數據/自文本”命令，將TXT文檔導入Excel，即為所需質量分塊重量、重心坐標數據。

以立方體為例，上述過程如下圖1所示：

在實際操作中，因飛機結構各零件選用材料不一致，為了簡化操作流程，將材料相同的零件復制“零部件幾何體”至同一Part文檔下，然后再將“幾何體”裝配至“零件幾何體”下，形成一個整體零件，再按上述流程進行操作，可以不必每個零件都進行一次質量分塊，減少工作量;假設質量分塊尺寸為w，零件外廓尺寸Xmm×Ymm×Zmm，則理論上需要分割數量為X/w×Y/w×Z/w后取整數。

2 CATIA二次開發

2.1 CATIA二次開發簡介

所謂的CATIA二次開發，就是利用CATIA系統提供的API接口進行程序設計開發，拓展原生CAD軟件功能，實現CAD軟件功能個性化和操作自動化，CATIA提供了兩種編程API，一種是Automation API，采用組件對象歐美系技術把相關模塊接口封裝在獨立的組件內，另一種是C++/Java API，在C++的快速集成環境（RADE）中進行程序設計。一般把基于Automation API的CATIA二次開發系統稱為CATIA VBA二次開發，將基于C++/Java API的CATIA二次開發系統成為CATIA CAA二次開發，由于VBA能夠實現窗體化操作，便于執行質量分塊操作，所以本文基于VBA進行CATIA二次開發。

2.2 VBA界面設計

根據上文中描述的零件質量分塊過程，設計VBA程序界面，其中“選擇文檔”用于對需要進行質量劃分的零件Part文檔進行選定，“測量定位”中“X、Y、Z”最高、最低點坐標用于描述零件的外廓在坐標系中的值，“質量分塊尺寸”中“棱長”用來表示分塊后各質量塊的最大外廓尺寸。

2.3 程序腳本編寫

編程訪問CATIA對象有兩種腳本，一種是進程內的腳本，另一種是進程外的腳本。

進程內的腳本是由CATIA的腳本引擎來解析執行宏腳本命令的。 在CATIA軟件打開后，在CATIA窗口中點擊“工具->宏->啟動錄制”，然后打開需要進行質量分塊的零件Part文檔，執行上述操作步驟1）-7），操作完成后點擊停止錄制按鈕，點擊“工具->宏->宏…->編輯”命令可以察看生成的進程內的腳本。

進程外訪問即指腳本運行不由CATIA來調用，CATIA作為一個OLE自動化服務器，外部程序通過COM接口來訪問CATIA內部對象，質量分塊程序的進程外腳本主要實現進程內腳本的循環操作。可以在VBA程序中嵌入訪問CATIA的程序，進程外的腳本不同于進程內腳本，外部程序首先要連接到CATIA上，如果CATIA沒有啟動還必須先啟動它，VBA中通過以下腳本實現CATIA的連接以及啟動：

Dim CATIA As Object

On Error Resume Next

Set CATIA = GetObject（， “CATIA.Application”）

If Err.Number <> 0 Then

Set CATIA = CreateObject（“CATIA.Application”）

CATIA.Visible = True

End If

On Error GoTo 0

進程內腳本實現零件的質量分塊操作，進程外腳本實現質量分塊定位點的循環操作。

3 CATIA質量分塊的實現

1）本文中以飛機結構中常見的機加框零件為例進行演示，啟動VBA程序，輸入相對于原點坐標的零件“X、Y、Z”最大最小值，棱長尺寸定為50mm。

2）點擊開始，程序自動運行，完成框零件質量分塊，如下圖2所示：

（3）用CATIA中“測量慣量”工具，導出質量分塊重量、重心TXT文檔數據至本地，新建EXCLE文檔，數據->自文本，導入TXT文檔數據，從導入數據可知VBA程序共將框分割成405塊，用時185s。

4 結束語

本文介紹了CATIA VBA二次開發概念，并介紹了結構質量分塊的必要性及方法，在此方法的基礎上，結合CATIA VBA二次開發工具，實現了結構零件質量分塊的自動化。從質量分塊結果可以看出，采用CATIA VBA二次開發可以大大降低工作的繁雜性，提高工作效率，縮短飛機設計周期。在CATIA VBA二次開發基礎上，可以使飛機設計流程中一些重復且繁雜的工作自動化，解放設計人員，提高設計質量。

參考文獻

[1]胡挺，吳立軍.CATIA二次開發技術基礎[M].北京：電子工業出版社，2006.

作者簡介

詹雷（1987-），男，漢族，陜西咸陽人，工程師，從事飛機結構設計方面的研究。