王莉萍 陳春鵬

摘 要：在CATIA 管路設(shè)計(jì)模塊中，管路標(biāo)準(zhǔn)件庫的應(yīng)用能大大提高飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)的設(shè)計(jì)效率。文章根據(jù)實(shí)際需求，詳細(xì)介紹了基于CATIA/VPM系統(tǒng)管路標(biāo)準(zhǔn)件庫的創(chuàng)建、使用及維護(hù)方法。

關(guān)鍵詞：CATIA/VPM；管路標(biāo)準(zhǔn)件庫；參數(shù)化；設(shè)計(jì)表

1 前言

在飛機(jī)數(shù)字樣機(jī)的設(shè)計(jì)過程中需要使用大量的管路標(biāo)準(zhǔn)件，如果管路標(biāo)準(zhǔn)件按照通用標(biāo)準(zhǔn)件建模，然后從庫中調(diào)用，用裝配約束的方式定位管路標(biāo)準(zhǔn)件與管子的位置關(guān)系，這種方式導(dǎo)致設(shè)計(jì)和更改的效率非常低。為了提高CATIA 管路設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)效率，管路標(biāo)準(zhǔn)件在建模時(shí)不僅具有幾何模型信息，還包含管路屬性信息，如公稱尺寸、端口形式等，使用時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)與管子自動(dòng)匹配、自動(dòng)布放等功能。目前，對CATIA管路模型客戶化研究[1][2]、管路類標(biāo)準(zhǔn)件建庫[3]的基本原理等方面相關(guān)研究比較深入，而針對在CATIA/VPM協(xié)同設(shè)計(jì)管理環(huán)境下，如何進(jìn)行環(huán)境設(shè)置及如何創(chuàng)建、使用、維護(hù)管路標(biāo)準(zhǔn)件庫沒有做深入的探討。

本文以航標(biāo)HB4-24（擴(kuò)口式擰入式三通管接頭）模型的建立為例來詳細(xì)闡述在CATIA/VPM系統(tǒng)下管路標(biāo)準(zhǔn)件庫的創(chuàng)建、使用及維護(hù)方法。

2 管路標(biāo)準(zhǔn)件庫工作原理及環(huán)境設(shè)置

CATIA管路環(huán)境是管路設(shè)計(jì)規(guī)則文件、管路資源管理文件、管路資源的集合。管路環(huán)境設(shè)計(jì)的主要工作是根據(jù)企業(yè)設(shè)計(jì)需求創(chuàng)建特征字典文件、定義設(shè)計(jì)規(guī)則，如管路子彎曲半徑規(guī)則、自動(dòng)放置零件的規(guī)則等等，并建立公用的庫文件，如管路標(biāo)準(zhǔn)件庫、管路設(shè)備庫、管路符號庫等。因此企業(yè)在管路設(shè)計(jì)前必須根據(jù)實(shí)際需求對管路環(huán)境進(jìn)行定制。本文對如何定制管路環(huán)境方面[1][2]不做介紹，重點(diǎn)闡述管路標(biāo)準(zhǔn)件庫的工作原理及其在VPM系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)對管路標(biāo)準(zhǔn)件的調(diào)用而對環(huán)境文件進(jìn)行的設(shè)置。

2.1 管路標(biāo)準(zhǔn)件庫工作原理

管路標(biāo)準(zhǔn)件庫是組織和管理管路標(biāo)準(zhǔn)件的文檔，用于存放、檢索和管理標(biāo)準(zhǔn)件，由TubingParts .catalog和Specifications.catalog兩種庫組成。TubingParts.catalog用于管理按照功能特征進(jìn)行分類的標(biāo)準(zhǔn)件，如直通接頭、三通接頭、四通接頭、管螺母、堵帽等類型，Specifications.Catalog文件用于管理按照物理特征進(jìn)行分類的標(biāo)準(zhǔn)件，如標(biāo)準(zhǔn)件號、公稱直徑、壁厚、端頭類型、材料類型等。其中，TubingParts .catalog是基本庫，統(tǒng)一組織和管理全部的管路標(biāo)準(zhǔn)件，管路標(biāo)準(zhǔn)件均從此庫中調(diào)用。

Tubing Parts .Catalog一般按以下進(jìn)行分類進(jìn)行搭建：

（a）Branch（分支）：Tee（三通）、Cross（四通）等等；

（b）Elbows（肘管）；

（c）Tubes（管道）：直管、彎管、柔性管；

（d）Fitting（擬合）：Union（直通管接頭）、Nut（螺母）等等；

（e）Flange（法蘭）；

（f）Sealing Part（密封零件）：Gasket，Ring；

（g）Valve（閥門）。

關(guān)于如何建立TubingParts.catalog，蔣代兵在“CATIA管路環(huán)境客戶化定制”[1]一文中作了詳細(xì)說明，按照所述方法建立TubingParts.catalog。與蔣代兵介紹不同的是，為了能在CATIA/VPM中調(diào)用管路標(biāo)準(zhǔn)件， TubingParts.catalog不是保存在本地環(huán)境中，而是保存VPM系統(tǒng)中，即服務(wù)器上。

2.2 環(huán)境設(shè)置

在CATIA/VPM系統(tǒng)中進(jìn)行關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證管路標(biāo)準(zhǔn)件庫數(shù)據(jù)的唯一性、可共享性，除了將TubingParts.catalog文件存放存放在服務(wù)器上，還必須對本地管路環(huán)境中的TUB.xml文件進(jìn)行以下設(shè)置，使TubingParts.catalog文件指向ENOVIA，如圖1所示。

圖1 環(huán)境設(shè)置

通過以上配置，實(shí)現(xiàn)了在調(diào)用管路標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)，系統(tǒng)直接指向VPM系統(tǒng)中的TubingParts.catalog文件，從而調(diào)用該目錄中的標(biāo)準(zhǔn)件。只要更新該目錄中的文件，即可實(shí)現(xiàn)管路標(biāo)準(zhǔn)件庫的同步更新。

3 管路標(biāo)準(zhǔn)件庫的創(chuàng)建

創(chuàng)建管路標(biāo)準(zhǔn)件的模型是建立管路標(biāo)準(zhǔn)件庫的基礎(chǔ)，通過約束標(biāo)準(zhǔn)件模型的尺寸，關(guān)聯(lián)參數(shù)表、添加管路屬性，然后創(chuàng)建該模型的catalog文件，最后將catalog與TubingParts.catalog進(jìn)行鏈接，這樣就完成了管路標(biāo)準(zhǔn)件的入庫。

3.1 管路標(biāo)準(zhǔn)件模型的建立

（a）參數(shù)化模型的創(chuàng)建

參數(shù)化建模是利用CATIA的Part模塊，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中的幾何信息如HB4-24將標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)成一個(gè)參數(shù)化的實(shí)體模型，方法與通用標(biāo)準(zhǔn)件的建模類似[4]，這里不再贅述。

（b）參數(shù)表的創(chuàng)建

對于管路標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)表，表格中除了應(yīng)包含幾何信息外，還應(yīng)有零件編號、公稱尺寸、端頭形式、材料類別、重量等管路標(biāo)準(zhǔn)件所必需的參數(shù)。建立好的設(shè)計(jì)表如圖2所示：

圖2 設(shè)計(jì)表的創(chuàng)建

（c）定義類別

管路模塊中的Build Tubing Part命令功能非常強(qiáng)大，通過此命令可以對管路標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行類別定義、參數(shù)化驅(qū)動(dòng)和管路連接屬性定義，為管路標(biāo)準(zhǔn)件添加管路信息。

在Tubing Design并新建一個(gè)Product，通過工具->項(xiàng)目管理->選擇/瀏覽以選擇相應(yīng)的項(xiàng)目（根據(jù)客戶進(jìn)行定制）。選擇Build Tubing Part命令進(jìn)入Creat Part頁面，選擇Set Object Type命令，在類別中選擇Tee，并通過Open Existing Part選項(xiàng)加載剛創(chuàng)建的HB4-24的模型文件。

（d）參數(shù)化驅(qū)動(dòng)

使用Build Tubing Part命令中Design Table選項(xiàng)將零件與已創(chuàng)建的表格關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化驅(qū)動(dòng)。需要注意的是，不僅幾何參數(shù)需要關(guān)聯(lián)，管路屬性如公稱尺寸、材料類別、端口形式等參數(shù)也要進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

（e）添加管路屬性

使用Build Tubing Part命令中的Manage Connector選項(xiàng)為管路模型的每個(gè)端口添加連接器，用Associate Attributes To Connectors選項(xiàng)設(shè)置連接器的屬性，如連接器的公稱直徑及端頭形式，從而實(shí)現(xiàn)在調(diào)用管路標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)能與管子自動(dòng)匹配。如此一個(gè)具有管路屬性的管路標(biāo)準(zhǔn)件的建模就完成了。

3.2 管路標(biāo)準(zhǔn)件入庫

首先創(chuàng)建HB4-24-2002的catalog文件，選擇Add Part Family命令將含有設(shè)計(jì)表的HB4-24-2002的主模型載入catalog文件中，使用Resolve功能依據(jù)創(chuàng)建的設(shè)計(jì)表解析生成多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件模型。再打開TubingParts.catalog，選擇Add Link To another catalog命令，將HB4-24的catalog文件中的模型鏈接到TubingParts的Tee目錄中，這樣就完成了HB4-24的入庫工作，CATIA系統(tǒng)將根據(jù)CATpart文件對應(yīng)的參數(shù)表自動(dòng)將一系列的標(biāo)準(zhǔn)件組織和管理起來。按照類似方法，將所有創(chuàng)建的管路標(biāo)準(zhǔn)件模型的目錄文件按不同類別與TubingParts.catalog關(guān)聯(lián)，形成管路標(biāo)準(zhǔn)件庫（圖3）。

4 管路標(biāo)準(zhǔn)件的使用

當(dāng)管路標(biāo)準(zhǔn)件庫建立好后，在管路模塊（Tubing Design）中用Place Tubing Parts命令即可實(shí)現(xiàn)從VPM管路標(biāo)準(zhǔn)件庫調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)件。根據(jù)實(shí)際需求選擇標(biāo)準(zhǔn)件的類型：直通、三通等，如選擇直通管接頭，之后系統(tǒng)根據(jù)管線直徑自動(dòng)在管路標(biāo)準(zhǔn)件庫中尋找相應(yīng)的管接頭與之匹配，圖中管線直徑為8mm，則HB4-5-6等與之匹配進(jìn)行安裝，如圖4所示。這種調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)件的方式大大提高了設(shè)計(jì)效率。

圖4 管路標(biāo)準(zhǔn)件的調(diào)用

5 管路標(biāo)準(zhǔn)件維護(hù)

管路標(biāo)準(zhǔn)件庫的維護(hù)功能可分為標(biāo)準(zhǔn)件的添加、刪除及修改，具體就涉及到模型的更新和設(shè)計(jì)表信息的更新。不管是模型更新還是設(shè)計(jì)表更新，都需要在管路標(biāo)準(zhǔn)件庫目錄中進(jìn)行同步操作，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)更新標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)的目的。下面分別針對這兩類情況進(jìn)行闡述。

（a）模型更新

在VPM系統(tǒng)中搜索TubingParts文件，通過open reference document命令打開標(biāo)準(zhǔn)件的主模型，完成主模型修改后，保存在ENOVIA。在打開的catalog文件中，找到主模型所在的章節(jié)或者系列進(jìn)行同步操作。這樣根據(jù)設(shè)計(jì)表解析的一系列的標(biāo)準(zhǔn)件模型就被更新了。

（b）設(shè)計(jì)表更新

標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)的添加及參數(shù)值的修改須通過對設(shè)計(jì)表的更新來實(shí)現(xiàn)。首先在LCA中用將文檔簽入簽出的方法，對設(shè)計(jì)表進(jìn)行更新。設(shè)計(jì)表發(fā)生更改后，主模型與設(shè)計(jì)表之間的鏈接關(guān)系會斷開，因此需要重新定義鏈接。在主模型中用Edit中的Links命令修復(fù)設(shè)計(jì)表與主模型的鏈接關(guān)系后，回到catalog文件中進(jìn)行同步操作。

6 結(jié)束語

在飛機(jī)的數(shù)字樣機(jī)設(shè)計(jì)過程中，管路標(biāo)準(zhǔn)件庫的建立及使用能夠大大提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤和重復(fù)設(shè)計(jì)工作，有效降低設(shè)計(jì)成本。目前中航通飛研究院某大型水陸兩棲飛機(jī)的管路標(biāo)準(zhǔn)件庫正是按照上述方法進(jìn)行實(shí)施和構(gòu)建的。隨著CATIA管路模塊更大的推廣和更多的普及應(yīng)用，管路標(biāo)準(zhǔn)件庫也將在設(shè)計(jì)中起到更重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]蔣代兵.CATIA管路環(huán)境客戶化定制[J].航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2006（ 3）.

[2]楊小龍.CATIA軟件Tubing Design模塊應(yīng)用研究[J].直升機(jī)技術(shù)，2008（1）.

[3]李祥等.基于CATIA的管路類標(biāo)準(zhǔn)件庫的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2012，3（34）.

[4]寇飛行，CATIA V5下三維標(biāo)準(zhǔn)件庫建立方法[J]，飛機(jī)工程，2005（3）.

作者簡介：王莉萍，女， 工程師，研究方向：飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用。

陳春鵬，男， 工程師，研究方向：飛機(jī)氣動(dòng)力設(shè)計(jì)