閆仕軍，馬正歡，王珂，晉占峰，徐文強(qiáng)，湯俊

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基于NX的汽車智能緊固件庫的研究與開發(fā)

閆仕軍，馬正歡*，王珂，晉占峰，徐文強(qiáng)，湯俊

（泛亞汽車技術(shù)中心有限公司，上海 201201）

文章研究了基于NX建立汽車緊固件庫的幾種方法，討論了各種方法的特點(diǎn)。提出了基于知識(shí)工程（KBE）的智能選型裝配技術(shù)。以NX系統(tǒng)為平臺(tái)，開發(fā)了基于知識(shí)工程（KBE）的汽車智能緊固件庫，實(shí)現(xiàn)了緊固件快速智能選型、智能成組裝配、對(duì)手件自動(dòng)篩選以及輸出緊固件信息等功能，使汽車的設(shè)計(jì)效率較之以前大大提高。

緊固件庫；NX；智能定位；快速選型；成組裝配

引言

在汽車設(shè)計(jì)過程中需要用到大量的緊固件，緊固件的作用是緊固連接機(jī)械零件，其應(yīng)用非常廣泛，它的特點(diǎn)是品種規(guī)格繁多，性能用途各異，而且產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、系列化程度高。

現(xiàn)有的緊固件庫的使用過程比較復(fù)雜，工作量大，主要存在以下弊端[1]：

（1）緊固件模型存儲(chǔ)在服務(wù)器中，裝配時(shí)需逐級(jí)查找，選型困難；

（2）在NX中裝配定位繁瑣，需要先建立定位點(diǎn)及定位方向，操作復(fù)雜；

（3）緊固件不能成組裝配，需要逐個(gè)裝配，操作繁瑣，效率低下；

（4）緊固件的屬性信息需要人工輸出，經(jīng)常需要查詢相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，不方便企業(yè)常用緊固件知識(shí)的累積和傳遞；

（5）裝配對(duì)手件時(shí)，需要查找對(duì)手件型號(hào)及信息，進(jìn)行繁復(fù)的操作；

（6）負(fù)責(zé)零件設(shè)計(jì)工程師基于CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)零件，緊固件工程師主要的工作系統(tǒng)是緊固件管理系統(tǒng)。零件設(shè)計(jì)工程師在選擇緊固件時(shí)需要向緊固件工程師咨詢，設(shè)計(jì)結(jié)束后也需要向緊固件工程師查詢緊固件基本信息，工作效率低。

本文研究了緊固件篩選規(guī)則及智能裝配等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)符合工程師使用習(xí)慣的選型和智能裝配功能，利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)和參數(shù)化建模技術(shù)，通過二次開發(fā)，在NX環(huán)境下開發(fā)了緊固件庫系統(tǒng)。

1 基于NX的緊固件庫的開發(fā)方法

NX軟件的特征建模技術(shù)為零部件參數(shù)化設(shè)計(jì)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，NX內(nèi)嵌的電子表格、表達(dá)式、知識(shí)熔接模塊以及二次開發(fā)工具Open API，MenuScript，UIStyler，BlockSytler等為建立基于NX的緊固件庫提供了方便。目前，基于NX的緊固件庫常用開發(fā)方法主要有：零件族法、用戶自定義特征法、知識(shí)熔接法、程序設(shè)計(jì)法。在篩選邏輯及數(shù)據(jù)庫方面，程序設(shè)計(jì)法能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的篩選邏輯及數(shù)據(jù)庫處理，而其他3種方法則只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)庫篩選；在使用方便性方面，零件家族法、用戶自定義特征法都要借助于NX的表達(dá)式和電子表格以及標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)來對(duì)參數(shù)進(jìn)行修改，以生成該系列其它的標(biāo)準(zhǔn)件，而知識(shí)熔接法、程序設(shè)計(jì)法在調(diào)入時(shí)就可選擇所需的標(biāo)準(zhǔn)件，因而更加方便、實(shí)用；在智能化方面，程序設(shè)計(jì)法可以按照工程師實(shí)際需求進(jìn)行定制化、智能化開發(fā)，而其他3種方法無法滿足要求[2-5]。

綜合比較以上建庫方法，考慮到緊固件庫系統(tǒng)的要求，本文采用程序設(shè)計(jì)的方法。這樣可以發(fā)揮程序設(shè)計(jì)在數(shù)據(jù)管理、智能化開發(fā)和用戶交互界面定制化開發(fā)方面的優(yōu)勢(shì)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組成

操作界面包括菜單和對(duì)話框，主要作用是管理緊固件庫所有的對(duì)話框以及對(duì)話框相關(guān)的圖片，通過對(duì)話框連接篩選模塊、屬性處理、緊固件生成及智能定位模塊。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

緊固件篩選模塊的主要功能是讀取緊固件數(shù)據(jù)庫，按數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系傳遞給對(duì)話框界面，初始化篩選功能區(qū)；根據(jù)工程師的選擇及篩選邏輯，快速的篩選出符合要求的緊固件型號(hào)，供工程師選擇。

對(duì)手件篩選模塊的主要功能是讀取對(duì)手件數(shù)據(jù)庫，根據(jù)用戶篩選的緊固件信息，在對(duì)手件數(shù)據(jù)庫中篩選出符合要求的對(duì)手件型號(hào)及相關(guān)信息，寫入對(duì)手件選擇列表，供用戶選擇。

緊固件生成模塊通過配置數(shù)據(jù)庫查找到相應(yīng)的緊固件模板文件，程序驅(qū)動(dòng)模板進(jìn)行參數(shù)化修改，生成符合尺寸要求的緊固件模型。

智能定位模塊通過工程師選擇的定位邊界，自動(dòng)整理成一系列的封閉定位環(huán)，求解定位點(diǎn)和坐標(biāo)系，實(shí)現(xiàn)智能定位，成組裝配。

緊固件智能選型庫與緊固件數(shù)據(jù)庫互通互聯(lián)，緊固件智能選型庫的數(shù)據(jù)來源于緊固件庫。緊固件工程師基于緊固件庫工作，維護(hù)緊固件基本信息。零件設(shè)計(jì)工程師基于CAD系統(tǒng)工作，通過緊固件智能選型系統(tǒng)，智能選擇需要的緊固件。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 緊固件篩選

由于緊固件品種規(guī)格繁多，工程師選型困難，本文研究并實(shí)現(xiàn)了方便快捷的多級(jí)緊固件篩選功能。篩選功能流程如圖2所示：

圖2 篩選流程圖

讀取緊固件數(shù)據(jù)庫并初始化篩選區(qū)域：通過數(shù)據(jù)庫技術(shù)，將緊固件數(shù)據(jù)庫讀入程序中，將界面初始化。

選擇篩選條件：篩選條件包含“科室”、“組”、“整車結(jié)構(gòu)分類”、“零件分類”和“功能分類”5級(jí)下拉列表，工程師選擇下拉列表的選項(xiàng)，程序?qū)⒏鶕?jù)用戶當(dāng)前及前幾級(jí)下拉列表選擇的篩選出符合緊固件數(shù)據(jù)庫要求的篩選條件，并更新后面幾級(jí)的下拉列表的選項(xiàng)。用戶全部選擇完成后，在基本信息列表中列出篩選結(jié)果，如圖3所示。

圖3 篩選操作界面

通過功能分類描述進(jìn)一步篩選：根據(jù)工程師輸入的功能分類描述檢索關(guān)鍵字，在基本信息列表中的功能分類描述列進(jìn)行模糊查找，將不符合檢索要求的列去除。

根據(jù)用戶在基本信息列表中的選擇，在緊固件數(shù)據(jù)庫中篩選符合要求的緊固件型號(hào)，并讀取相關(guān)屬性，寫入緊固件型號(hào)列表中，供工程師選擇。

3.2 智能定位模塊

工程師在進(jìn)行緊固件定位時(shí)，需要定位的位置有多種可能性，如圖4所示，人工操作NX進(jìn)行定位非常復(fù)雜，需要根據(jù)的不同的定位環(huán)來計(jì)算并生成定位點(diǎn)及定位方向。本模塊設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了通過選擇多段邊界，就可以由程序整理成定位環(huán)并自動(dòng)定位。

圖4 裝配環(huán)示意圖

智能定位模塊流程如圖5所示：

圖5 智能定位模塊流程圖

邊界鏈表的存儲(chǔ)：將工程師所選的邊界存儲(chǔ)在std::vector 的鏈表中。

整理邊界形成定位環(huán)：鏈表中有N個(gè)邊界，對(duì)鏈表中第i（0,N-1）個(gè)邊界寫入邊界環(huán)的結(jié)構(gòu)體，對(duì)后面的邊界j（i+1,N）進(jìn)行循環(huán)遍歷，判斷邊界j的起點(diǎn)或終點(diǎn)是否和邊界i的起點(diǎn)或終點(diǎn)重合，若重合則將邊界寫入邊界環(huán)的結(jié)構(gòu)體。通過UF_MODL_ask_edge_verts()函數(shù)，讀取邊界的起點(diǎn)和終點(diǎn)。如果邊界i的端點(diǎn)只有一個(gè)則是圓環(huán)邊界或者橢圓環(huán)邊界，直接寫入邊界環(huán)結(jié)構(gòu)體，進(jìn)入下一邊界環(huán)的循環(huán)。

計(jì)算定位點(diǎn)及定位坐標(biāo)系：通過邊界環(huán)結(jié)構(gòu)體中邊界的數(shù)量和邊界的類型，判斷邊界環(huán)的類型。對(duì)圓形和橢圓形邊界環(huán)通過UF_CURVE_ask_curve_struct_data()函數(shù)讀取圓心，作為定位點(diǎn)。讀取圓環(huán)或橢圓環(huán)的相接面中的平面，計(jì)算出定位方向。對(duì)于矩形環(huán)、腰形環(huán)、六邊形環(huán)和帶圓角的矩形環(huán)，對(duì)其所有邊界的兩個(gè)端點(diǎn)求和取平均值，得到定位點(diǎn)；用所有邊界的公共相交平面，計(jì)算出定位方向。

裝入緊固件并進(jìn)行定位：通過UF_ASSEM_add_part_to_ assembly()函數(shù)，將緊固件模型定位到當(dāng)前工作部件中。

3.3 對(duì)手件選型模塊

整車零件設(shè)計(jì)由多部門協(xié)同完成，緊固件設(shè)計(jì)時(shí)通常由連接雙方協(xié)同完成。以座椅和下車體為例，座椅設(shè)計(jì)工程師負(fù)責(zé)發(fā)布螺栓，下車體設(shè)計(jì)工程師負(fù)責(zé)發(fā)布螺母。之前的工作操作復(fù)雜，座椅工程師需要線下通知下車體工程師。初始設(shè)計(jì)或設(shè)計(jì)變更時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)溝通不暢引起的設(shè)計(jì)不一致。

本模塊設(shè)計(jì)了對(duì)手件推薦模塊。通過與緊固件數(shù)據(jù)庫互通互聯(lián)，零件設(shè)計(jì)時(shí)，基于緊固件數(shù)據(jù)庫將對(duì)手件緊固件同步設(shè)計(jì)。

4 實(shí)例

應(yīng)用MenuScript技術(shù)，添加“Vehicle Fastening”菜單到NX中，菜單如圖6所示。

圖6 緊固件庫菜單

應(yīng)用BlockStyle和NX Open技術(shù)，開發(fā)了緊固件庫工具，緊固件庫操作界面如圖7所示：

圖7 緊固件庫操作界面

操作界面包含由以下幾個(gè)功能區(qū)域組成：緊固件篩選及選擇、對(duì)手件選擇、緊固件屬性信息和定位邊界選擇。

緊固件篩選及選擇區(qū)域包含“基本信息篩選”、“功能描述檢索”、“整車結(jié)構(gòu)分類、零件分類和功能描述組合列表”、“緊固件列表”；緊固件屬性信息區(qū)域包含BOM信息列表和緊固件屬性信息列表；模型導(dǎo)入?yún)^(qū)域包含選擇緊固件裝配環(huán)和選擇對(duì)手件裝配環(huán)。

導(dǎo)入緊固件如圖8所示：

圖8 緊固件導(dǎo)入結(jié)果

信息輸出如圖9所示：

圖9 信息輸出

5 結(jié)論

本文研究了基于NX軟件建立緊固庫的幾種方法；提出了基于智能定位的成組裝配技術(shù)；采用BlockStyle和NX Open技術(shù)，開發(fā)了緊固件庫工具；實(shí)現(xiàn)了符合工程師設(shè)計(jì)習(xí)慣的快速篩選和智能定位功能，通過屬性輸出功能使得工程師可以快速得到緊固件的屬性信息。經(jīng)工程師測(cè)評(píng)，在緊固件設(shè)計(jì)方面，使用本緊固件庫使設(shè)計(jì)效率較之以前大大提高。

[1] 于義春,李興榮.基于Creo2.0的三維標(biāo)準(zhǔn)緊固件工具的開發(fā)與應(yīng)用[J].機(jī)車車輛工藝,2015（2）:39-41.

[2] 袁智軍,周磊,梁海峰,危學(xué)兵,王輝.基于內(nèi)飾件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫的門飾板設(shè)計(jì)[J].汽車技術(shù),2016（4）:1-5.

[3] 潘康華,陸江峰.緊固件工具的研究與應(yīng)用[J].機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量,2014（2）:22-25.

[4] 廖友軍,馮曉鋒.Pro/E環(huán)境下緊固件零件庫的快速建立方法[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2010（6）.

[5] 馮君.基于UG的汽車覆蓋件模具標(biāo)準(zhǔn)件智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)[D].武漢:華中科技大學(xué),2011.

Research and development of intelligent vehicle fasteners library based on NX

Yan Shijun, Ma Zhenghuan*, Wang Ke, Jin Zhanfeng, Xu Wenqiang, Tang Jun

( Pan Asia Technical Automotive Center Co., Ltd, Shanghai 201201 )

This paper studies different methods of establishing vehicle fasteners library on NX platform. The intelligent group assembly technology is presented. A vehicle fasteners library is established on NX platform including the functions of quick selection, intelligent group assembly, counterpart auto selection and information output. Design efficiency is greatly improved by application of standard fasteners library than before.

fasteners library; NX;intelligent assembly; quick selection; group assembly

U462

A

1671-7988(2019)09-50-04

U462

A

1671-7988(2019)09-50-04

閆仕軍（1968-），男，高級(jí)工程師，碩士，就職于泛亞汽車技術(shù)中心有限公司，從事企業(yè)架構(gòu)，整車BOM及知識(shí)工程研究及實(shí)施工作；

馬正歡（1986-），男，工程師，碩士，就職于泛亞汽車技術(shù)中心有限公司，從事知識(shí)工程和虛擬集成設(shè)計(jì)研究。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.09.015