谷永

摘要：飞机装配型架是飞机装配中重要的工艺装备，研究其快速设计技术，对于保证型架的设计质量，提高设计效率，具有重要的意义。本文紧密结合航空企业生产需求，对飞机装配型架骨架、卡板的快速建模技术及支座参数化设计技术进行了研究。

关键词：飞机装配型架；快速设计；研究

引言

构成飞机产品的零部件数量众多、形状复杂、刚度差、加工精度要求高。这些特性导致无法仅靠零件的加工准确度装配得到合格的部件，必须采用专用的装配工艺装备。飞机产品在部件装配和总装配中，都用这些生产装备进行定位夹紧，控制产品的形状几何参数。装配型架是其中主要一类，主要功用是保证装配件的准确度及互换性、提高生产效率。在飞机制造中，装配型架的制造占全机工装制造量的50%，实现装配型架快速设计，将大大提高装配型架设计效率。

1、产品快速设计技术

快速设计也称为快速响应设计，运用计算机技术，实现产品的高效设计，减少设计人员的工作量。产品快速设计则是在计算机辅助设计与制造技术基础上发展而来，主要有以下几种：模块化产品设计技术：针对产品的结构和功能特点，将产品划分为若干设计模块独立设计，再组合模块构成产品，具有可组合性和可互换性两个特征。模块之间功能不同或者性能、规格不同，具有标准接口。模块化产品设计具有柔性制造的特点，通过组合和匹配不同模块，就可以快速获得性能、功能、结构上具有差异化的产品，是飞机工装设计与制造的发展方向之一。当前航空市场份额最大的两家公司波音、空客的生产工艺装备已采用模块化设计。基于实例推理技术：查找实例库中先前成功解决类似问题的办法来解决当前问题。人工智能充分利用了人类以往处理某类问题的知识和经验，然而传统人工智能在知识获取上存在瓶颈，而实例推理几乎不需要提取专家知识，从而避开了该瓶颈。实例推理技术应用广泛，东芝公司在电机设计上运用了实例推理技术，通过多个已有电机的信息来设计新的电机。洛克希德·马丁公司和乔治亚理工学院开发了MIDAS系统，该系统包含飞机液压系统的实例库，协助设计人员对飞机液压系统进行概念设计。

2、飞机装配型架快速设计系统实现

2.1、系统开发平台介绍

CATIA是法国达索（D assault）公司与IBM共同开发的集成了CAD、CAM、CAE和PDM的一体化软件，在众多领域均有应用，尤其在航空领域具有无可争议的领导地位[51]。目前达索公司推出的最新版本为CATIAV6版本，由于版本更新成本高，国内大部分主机厂仍然广泛使用CATIAV5版本。V5版本不仅使CATIA的运行环境从工作站扩展到个人PC，而且采用了软件组件结构作为体系架构，实现了二进制层次的代码重用。基于组件的体系结构和面向对象的设计原则，使得CATIA具有良好的专用应用开发基础，目前主要有两种CATIA二次开发的方式：自动化应用接口（Automation API）和组件应用架构（Component Application Architecture），简称CAA。自动化应用接口容易上手，但是功能有限，因此本文采用了CAA进行CATIA二次开发。CAA是基于组件的定制开发，采用了标准接口技术和对象连接与嵌入技术，对组件对象进行组合和扩展。这种可拓展的、开放的、模块化开发架构，方便第三方供应商定制应用解决方案满足用户需求。达索公司为CAA开发人员提供了一整套C++函数库，架构。以Microsoft Visual Studio.NET为载体，安装RADE（Rapid Application Development Environment）模块，在.NET环境中增加CAA编程工具组，之后用户便可以通过编写C++程序与CATIA进行通信，从而对CATIA进行二次开发。

2.2、飞机装配型架快速设计系统框架

目前国内外主流的商用CAD/CAM软件均为通用的CAD/CAM平台，例如CATIA、UG、PRO/E、CAXA、Solid works等，没有针对飞机工装设计开发的平台。本文结合国内某主机厂的生产需求，全面研究在数字化设计环境下飞机装配型架的快速设计技术，并在CATIA平台上开发了装配型架快速设计系统。飞机装配型架快速设计系统的系统框架如图1所示，基于CATIAV5R18的CAA二次开发平台和.NETS tudio Visual Microsoft集成开发环境进行开发，由平台层、基础库层、应用层组成。CATIA软件作为本系统的支撑，本系统所有的解决方案均以工具条的形式嵌入到CATIA的框架中；基础库层为系统提供调用的资源，包括支座模型库、型材截面库；应用层面向用户，拥有友好的交互界面，提供装配型架骨架线框生成、线框编辑、骨架型材创建、型材相贯处理、卡板快速建模、支座参数化设计、支座快速修改等解决方案。

2.3、系统应用实例

根据不同的设计对象，飞机装配型架快速设计系统分为三部分，分别为骨架快速建模、卡板快速建模和支座参数化设计，本节将举例阐述各部分的功能。

2.3.1、骨架快速建模应用实例

本模块由两个工具条组成，一个是在装配设计中的骨架设计工具条，包含线框生成、型材扫掠、相贯处理，另一个是零件设计中的线框辅助编辑工具条。

点击工具条上的骨架线框生成命令图标。选择产品数模、基准平面，设定判别平面结构和立体结构型架的阀值尺寸、立体结构平行线框的间距和骨架结构与装配件间用于定位的间隙。

2.3.2、卡板快速建模应用实例

本模块集成在CATIA装配环境中，工具条仅有一个命令，用以实现卡板夹紧部分的快速创建。点击工具条上创建卡板命令图标弹出对话框。

在零件名称文本框中输入卡板名称；单击蒙皮曲面文本框，在三维模型中选择蒙皮曲面；单击卡板平面文本框，在三维模型中选择放置平面；单击卡板偏移文本框，輸入不小于0的数。如果需要确认选择了哪个蒙皮曲面或卡板平面，用鼠标点击蒙皮曲面文本框或卡板平面文本框，此时所选蒙皮曲面或卡板平面将高亮显示。通过后台输入校验后，创建卡板外形按钮可用，单击创建卡板外形按钮，生成所示卡板外形轮廓。

结束语

飞机装配型架的骨架存在很多常见的结构，这些结构近似于待装配件的外形，将待装配件形状尺寸直接决定的部分骨架用线框进行表示，骨架实体可由型材截面扫掠线框得到。在骨架生成模块中，利用生成工程图的方式获取装配件在装配型架设计基准面的投影，提取投影的点集并生成点集的凸包，之后获取凸包的最小面积外接矩形。由最小面积外接矩形和装配型架设计基准面得到装配型架AABB包围盒的坐标系。通过待装产品的包围盒得到其空间位置信息，结合设计人员输入的参数生成骨架线框。建立可扩充的骨架型材截面库，提供型材截面用于扫掠骨架线框创建装配型架骨架，并对骨架相交部分进行相贯处理。

（作者单位：沈阳飞机工业（集团）有限公司）