一种基于特征的飞机结构件快速设计建模方法

技术领域

本发明属于计算机辅助设计领域，具体涉及到一种基于特征的飞机结构件快速设计建模方法

背景技术

飞机结构件属于典型的小批量、多品种产品，不利于知识的积累和重用，随着飞机结构件逐步向大型化、整体化和复杂化方向发展，目前飞机结构件设计存在着种类繁多、结构复杂、设计繁琐、整体结构紧凑等特点，飞机结构件的高效、高质量设计是保证飞机性能和研制进度的重要条件，为改变传统的飞机结构件设计方法，引入参数化建模技术，以提高飞机结构件的设计效率。

现阶段的专利公开以及文献资料显示：1)专利(CN202011262345.6)公开了一种基于飞机结构件的人机混合增强智能设计方法，该方法通过设计人员与专家系统进行交互的方式来实现飞机结构件设计知识、经验的积累和重用，但是，该方法需要大量难以获取的规则信息，实用性不强；2)专利(CN202110887001.6)公开了一种基于CATIA CAA的飞机结构件变形设计快速建模方法，通过修改实例库中已有旧实例的各项参数来完成对零件的变型设计，一定程度上提高了飞机结构件的设计效率，但是该方法需要大量的满足其变型设计需求的旧实例，而且不能实现对零件特征的增减操作、难以保证变型设计后零件曲面过渡光滑、无法提取零件特征信息；3)专利(CN202210195576.2)公开了一种基于实例推理的人机混合增强飞机结构件设计方法，该方法通过对待设计零件与实例库中零件进行相似度计算检索最佳相似零件，并对其进行变型设计来提高飞机结构件设计效率，但相似度计算过程中难免会出现相似度很高，但是每个特征都不相同的情况，此时仍然需要对所有特征进行变型设计，使得效率并没有提高。

综上，现有的飞机结构件设计方法虽然能一定程度上提高了飞机结构件设计效率，但仍存在知识获取难度大、需要往实例库中存储大量零件实例以供变型设计需求、难以对单个零件特征进行尺寸的修改与增减、设计精度低等诸多问题，而在飞机结构件设计过程中，需要考虑设计人员的操作便捷性、零件设计的精确性、特征参数修改与特征增减的自由性，从而提升设计效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于特征的飞机结构件快速设计建模方法，以解决飞机结构件设计中产品设计周期长、产品合格率低的问题。其方法是将同种零件的结构分解为一个个特征，然后将这些特征分解，从而创建特征模板，再根据所要设计的零件需求修改特征模板参数，从而将特征模板实例化，然后对特征进行特征重构、特征拼接，即可完成目标零件的建立。相比于传统零件单独创建的方法，大大缩短了设计步骤以及设计周期，并且提高了产品合格率。

为实现上述发明目的，本申请的技术方案如下：该方法流程图如图1所示。

一种基于特征的飞机结构件快速设计建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将飞机结构件特征分解，对分解好的特征进行结构分析，并建立特征CAA程序模板；

步骤二：进行建模设计，建模时首先建立约束关系，然后调用特征模板，根据所设计的零件外形尺寸参数要求，通过人机交互界面输入特征参数，通过参数与约束关系驱动特征模板实例化；

步骤三：将特征实例与零件基体进行特征重构、拼接操作，以此来实现通过对特征的修改来对零件进行变型设计，从而快速建立零件模型；

步骤四：对含有复杂曲面的零件特征进行曲面简化修正，使得模型曲面表面过渡光滑；对含对称特征的零件进行对称反件生成，免去对称件的重复建模步骤；

步骤五：对已经建立好的零件模型进行特征的识别与提取，从而建立特征提取库，对特征识别与提取的特征模型进行三维标注。

进一步的，步骤一所述的特征CAA程序模板的创建采用动态编程建模法，即利用CATIA软件提供的开发平台，通过CAA对CATIA软件进行二次开发的动态编程建模法，建立飞机复杂零件典型特征模板文件。

进一步的，步骤一所述的飞机结构件特征分解依据形状进行划分，具体分为：槽特征、孔特征、筋特征和辅助特征，其中槽特征包含平底槽、斜底槽和曲底槽；孔特征包括通孔、盲孔；筋特征包括直顶筋、斜顶筋、开口筋；辅助特征包括工艺凸台和基准面。

进一步的，步骤三对零件的全部特征或零件中的部分特征的几何参数进行单独或批量化修改时，通过设计人员在人机交互界面输入所要修改的参数驱动程序将新输入的参数加入特征模板程序中，而其余各特征参数并未发生变化，不会破坏零件模型原有的约束条件，实现了零件模型约束的联动。

进一步的，步骤三中进行特征的重构与拼接时，每个特征单元都需要尺寸参数的确定，各个特征之间必须有位置、约束关系。

进一步的，步骤四所述的对零件模型的曲面进行简化修正，采用的是几何元素删除法中的顶点删除法，即在三角网格中，一顶点与它周围三角面片可以被认为是共面的(这可以通过设定点到平面距离的阈值来判断)，且这一点的删除不会带来拓扑结构的改变，即不会影响零件的特征，就将这点删除，同时所有与该顶点相连的面均在原始模型中删除，然后对其领域重新三角化，以填补由于这一点被删除所带来的空洞。

进一步的，步骤三所述的通过修改特征对飞机结构件进行变型设计有两种方式：1)通过修改单个或多个特征尺寸参数可驱动特征尺寸变化，实现飞机结构件基于改变零件特征尺寸的变型设计；2)通过布尔运算驱动特征模板程序与零件基体来实现基体与特征的联合、相交、相减操作，实现飞机结构件基于增减特征的变型设计。

进一步的，步骤五所述的特征的识别与提取的具体流程为：首先获取参数化建立好的三维模型、当前文档编辑器和当前文档，获取零件的根容器和第一个元素，获取零件的句柄，并调用相关函数遍历零件的特征树，找到相应的特征并实例化对象，此时将对象赋给对应文档，初始化文档；然后根据特征提取库提取出零件所有的特征，将CATPart类型特征转化为CATICkeParm类型特征列表；最后进行循环步骤，通过浏览特征列表中的特征信息，与特征提取库中的特征参数进行对比，判断特征列表中特征参数与提取库的特征参数是否一致，若一致，则提取特征参数信息，若不一致，则继续浏览特征列表信息，直到此循环结束为止。

更进一步的，通过上述五步即可实现零件的特征的尺寸变化和特征的增减，继续通过该方法创建其他目标零件特征，可实现多次连续创建或修改多个零件特征。

附图说明

为了更清楚地表达本发明实施例的技术方案，下面将通过附图来进行进一步地描述，下面描述的附图仅仅是本发明的实施例，并不构成对本发明的限制。

图1是本发明提供的基于特征的飞机结构件快速设计建模方法的流程图；

图2是本发明提供的典型飞机结构件舵面悬挂接头建模基准及主要特征图；

图3是本发明提供的基于修改特征参数的典型飞机结构件舵面悬挂接头模型变型设计前后对比图；

图4是本发明提供的基于增减特征的典型飞机结构件翼梁模型变型设计前后对比图；

图5是本发明提供的飞机结构件特征信息标注流程图。

附图标记说明如下：

1、接头耳片轴线；2、耳孔轴线；3、接头耳片中心面；4、支持端面；5、端面上边缘线；6、下翼面贴合面；7、孔特征；8、槽特征；9、耳片特征；10、筋特征；11、基体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

(1)步骤一，如图2所示，以舵面悬挂接头为例阐述基于特征的飞机结构件快速设计建模方法的具体操作过程，根据舵面悬挂接头的结构特点，分析主要特征的组成并建立相对应的位置与约束关系，舵面悬挂接头是以长方体为建模基体11，将槽特征8、孔特征7、筋特征10和耳片特征9等按次序与基体相结合构成整体模型。每个特征单元都需要尺寸参数的确定，各个特征之间必须有位置、约束关系，其位置、约束关系构成零件的建模基准，包括接头耳片轴线1、耳孔轴线2、接头耳片中心面3、支持端面4、端面上边缘线5、下翼面贴合面6，将确定好的建模基准事先建立。

(如下表格所示，且顺序为表1，其中表1是本发明提供的飞机结构件按形状的特征分类表)。

(2)步骤二，在步骤一的基础上，打开创建好的舵面悬挂接头的建模基准11，调用已经创建好的舵面悬挂接头的特征CAA程序模板，通过人机交互界面依次拾取建模基准：耳片轴线1、耳孔轴线2、接头耳片中心面3、支持端面4、端面上边缘线5、下翼面贴合面6，设计人员判断建模基准是否齐全，若不齐全，则需要重新拾取，若齐全则进入下一个步骤。

(3)步骤三，在步骤二的基础上，根据设计要求修改特征参数，确定舵面悬挂接头各特征的主要几何参数，主要为耳片外半径、耳片内径、耳片厚、槽口宽度、距离上边缘距离、端面厚，修改好特征参数后，点击“开始建模”，系统自动驱动CAA模板程序，通过布尔运算完成修改完特征参数后的舵面悬挂接头特征与零件基体的特征拼接操作，创建修改参数后的舵面悬挂接头模型，完成对舵面悬挂接头特征模板的基于修改特征参数的变型设计，其特征参数修改前后的舵面悬挂接头模型对比如图3所示。

(4)步骤四，若零件模型根据设计需求，需要增减特征，则先按步骤二、三类似步骤建立好零件模型，将其作为特征建模基体11，再调用所需添加的特征CAA模板程序，重复步骤一到步骤三的操作，即可完成零件基于增减特征的变型设计。以翼梁模型增减特征为例阐述这一操作，通过步骤二、三所述步骤建立翼梁模型基体，然后选择用户所需要添加的单侧凸台基准孔与长桁缺口两种特征与翼梁模型基体分别进行增、减的布尔运算，从而得到了添加单侧凸台基准孔与长桁缺口特征的翼梁模型，翼梁添加单侧凸台基准孔与长桁缺口两特征前后对比如图4所示。

(5)通过上述四个步骤创建好的零件模型，可以根据用户设计需求自由实现特征的增减与特征尺寸的修改，对零件进行变型设计的自由度大大提高。

(6)通过上述四个步骤创建好的零件模型，若需要进行三维标注，系统可自动提取特征信息并完成模型三维尺寸标注，其特征标注流程图如图5所示，其特征提取库如下表表格所示，且顺序为表2，其中表2是本发明提供的飞机结构件特征信息提取库)。

最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方案进行修改或者等同替换，而这些并未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。