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基于CATIA V5的汽车三维标准件库的建立

2012/9/28    来源:万方数据    作者:王翔      
关键字:CATIA  知识工程  参数化设计  汽车三维标准件库  
本文提出一种在CATIA V5环境下运用知识工程参数化建立标准件库的设计方法。这种方法通过运用CATIA的知识工程顾问模块,以产品知识为基础,参数化地建立标准件模型,再把标准件模型导入Catalog模板实现标准件库的建立。并以标准件六角头螺栓的设计为例,详细地阐述了这种设计方法在产品设计中的具体实现过程。

0 引言

    近几年,我国汽车工业的迅速发展给汽车零配件企业带来了新的挑战和机遇,同时对企业竞争力提出了更高的要求。降低成本、提高质量和快速响应市场是企业提高竞争力的重要途径。利用CAD技术和软件进行设计时,合理地处理设计过程中的重复工作问题(如相似结构、相似零件等)是一种解决方式。而选择和使用标准件,也是一种实现高效率设计行之有效的途径。因而,对CAD系统中标准件库的开发探索,已成为推进和深化CAD软件应用的重要手段。CATIA V5作为世界范围内应用面最广、影响最大的CAD软件,具有强大的知识工程和参数化建模的功能,并允许用户自由和开放式地自行建立和使用标准件库。

    笔者将要探讨的就是运用CATIA的知识工程顾问模块指导产品的参数化设计,从而尽可能优化和合理地建立产品的标准件库。

1 知识工程

    所谓知识工程,其核心就是将有关的学科知识、相关设计标准及规范、设计参数选择规律、设计历史资料等建成知识库并嵌入到设计软件中,通过逻辑判断和推理,实现产品的智能化设计。知识工程的核心问题包括知识的表示、知识的利用和知识的获取这三大块。知识工程在知识密集型活动的概念建模活动中处于非常重要的地位。一个好的知识工程系统应该具有基本原理的丰富知识、通用的问题求解能力和自行推理能力;应该能快速地进行假设和搜索解答;应该能解决具有专家水平的问题,做出具有专家水平的解答。

    在CATIA软件中,知识工程原理通过知识工程模块(Knowledge ware)和嵌入各模块的知识工程语言包(Knowledge Language Packages)来体现。其核心是知识工程语言(EKL),分4个等级,由低到高分别是数学工程语言(M2EKL)、核心工程语言(C2EKL)、高级工程语言(A2EKL)和扩展工程语言(X2FKL)。前3类语言一般应用在公式、设计表、规则、检查、行为等知识工程工具中,而X-FKIL一般是在用户二次开发知识工程语言中应用。CATIA环境下可以运用知识工程的原理进行参数化设计建立标准件库,不仅几何尺寸可以设置成参数,零部件的特征变量亦可设置成参数。

2 参数化设计与知识工程

    所谓参数化设计就是采用预定义的办法建立图形的几何约束集,指定一组尺寸作为参数与几何约束集相关联,并将所有的关联式融入到应用程序中,然后采用人机交互方式通过对话框修改参数尺寸,最终由程序根据这些参数顺序地执行表达式来实现的方法。

    在CATIA知识工程中,参数化与知识顾问模块的功能是将隐式的设计实践转化为嵌入整个设计过程的显式知识。CATIA知识工程及专家系统可以将用户成熟经验做成模板,使得相似的设计可重复使用;还可以通过运用CATIA的知识顾问模块,以产品知识为基础,参数化地建立标准件模型,再把标准件模型导入Catalog模板实现标准件库的建立,用以指导产品的设计和加工。这样,不仅能完成参数化设计的尺寸驱动和特征驱动,而且能实时地检查设计,提出设计建议,进行人机对话。

    这种参数化设计方法结合了先进的知识工程原理,把产品的设计知识融入了整个产品的设计过程,通过为产品设计建立的产品知识库不仅是简单地表示、利用知识,而且还能更进一步获取知识。用户的知识以方程式、规则、反应和检查的形式嵌入到设计中,可以在任何时候重用。用户通过定义特征、公式、规则和检查,产生Parameters(参数)、Design Tables(设计表)、Formulas(方程)、Checks(检查)以及Rules(规划)等知识对象。CATIA知识顾问模块中的工具可以对产品设计实施参数化,利用企业积累的设计规范或标准对产品设计进行智能化检查、实现设计标准和三维几何模型统一的集成化和智能化,从而有利于企业产品知识的继承和积累,对企业新产品的开发大有裨益。

3 参数化地建立产品标准件库的必要性

    标准件是工程设计中用途最广泛的基本单元,其绘制也是设计人员重复劳动最多的环节,像紧固件、连接件等,以往使用时都要翻阅国家标准,每次重新绘制,工作繁琐、重复性大,导致产品开发周期长,市场竞争力差,同时也在一定程度上限制了工程设计人员的创造能力。

    CATIA软件自进入实用阶段以来,虽然有自己的标准件库功能(ISO、ASTM、DIN等),但其格式是开发商自己定义的专业格式而且还不全面,不能有效地与我国的企业标准结合起来,同时具体到各个部门和企业都拥有自己制定的一些标准,这些CATIA标准件库里面是没有的,并且CATIA原有的标准件库有着操作繁琐,更新性较差等等缺点,完整地符合国家标准的参数化三维标准件库还不完备。因此建立三维参数化标准件库对产品总体结构设计、产品总装图和零件图的生成都具有十分重要的意义。

4 在CATIA V5环境下参数化地建立三维标准件库的方法

    六角头螺栓是车辆中常见的标准件,型号多,种类全。如果能建立一个参数化模型库,在实际产品设计中根据需要从六角头螺栓库调用合适的六角头螺栓造型图,直接嵌入到产品的造型设计过程之中,无疑将大大加快设计进度,降低设计成本。

    在CATIA V5环境下建立三维标准件库,可以有两种方法:

    (1)利用CATIA的Formula功能、Design Table功能和Catalog功能,用户可以很容易地建立自己的三维标准件库。

    (2)利用CATIA提供的二次开发接口,使用VB开发环境来建立标准件库应用程序。

    下面以CB/T 5782-2000六角头螺栓为例,采用第一种方法,简单说明如何在CATIA知识顾问模块中,用基于知识工程的参数化设计方法建立和使用三维标准件库。

 

责任编辑:程玥
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