邊界模型在飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張石柱 劉木君 江聲蘭 張?jiān)?/p>

摘? 要：文章根據(jù)國內(nèi)飛機(jī)設(shè)計(jì)行業(yè)現(xiàn)狀，結(jié)合飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)踐，介紹了邊界模型的分類、功能使用方法及注意事項(xiàng)，以更好推進(jìn)飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)工作，提高工作效率。

關(guān)鍵詞：關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì);骨架模型;邊界模型;數(shù)字化設(shè)計(jì)

中圖分類號：V221? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）03-0094-02

Abstract： According to the present situation of domestic aircraft design industry and the application practice in aircraft digital design， this paper introduces the classification， functional usage and matters needing attention of boundary model， in order to better promote the work of aircraft digital design and improve work efficiency.

Keywords： relational design; skeleton model; boundary model; digital design

引言

飛機(jī)設(shè)計(jì)中，一個零件的修改往往涉及多個部件下的多個零件，在整個飛機(jī)設(shè)計(jì)中，引用關(guān)系復(fù)雜，數(shù)據(jù)量驚人;同時零件中還含有豐富的工程信息，零件設(shè)計(jì)文檔也需與強(qiáng)度分析、數(shù)控加工等文檔間有可追溯的能力。為解決以上問題，飛機(jī)設(shè)計(jì)中多采用關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)技術(shù)。

關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)技術(shù)是管理和應(yīng)用零件間特征或幾何元素之間的關(guān)系的技術(shù)，是一種特殊形式的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，其驅(qū)動參數(shù)為上游設(shè)計(jì)的幾何特征，其表現(xiàn)為上游設(shè)計(jì)對下游設(shè)計(jì)的影響關(guān)系[1]。

不受控制的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)關(guān)系中零件會同時引用多個零件，容易發(fā)生循環(huán)引用，為理順父子關(guān)系，避免循環(huán)應(yīng)用等情況，引入骨架模型的概念。

1 邊界模型的提出

骨架模型是存放設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或需要協(xié)調(diào)、重復(fù)引用的元素的零件，它們一般由點(diǎn)、線、平面、面片、坐標(biāo)系等組成，是整個模型基本設(shè)計(jì)思路的外在表達(dá)[2]。骨架模型的兩個主要功能：為產(chǎn)品裝配建立裝配基準(zhǔn);為零部件設(shè)計(jì)建立形狀基準(zhǔn)，零部件設(shè)計(jì)參考骨架模型完成。

在實(shí)踐摸索中，骨架模型還擴(kuò)展出一些其他功能，其中一些稱之為邊界骨架模型，或邊界模型。邊界模型用來存放、管理各種接口、邊界的元素，是各種接口、邊界的設(shè)計(jì)要求的外在表達(dá)[3]。

當(dāng)前邊界模型的應(yīng)用大致分為四類：總體布置邊界模型、協(xié)調(diào)接口邊界模型、功能邊界模型和連接邊界模型。

2 邊界模型的原理

2.1 總體布置邊界模型

內(nèi)涵及作用：這類邊界模型的目的是將總體重要站位、界面、開口、對接等元素進(jìn)行三維實(shí)體化，以便于下游使用。它可以更準(zhǔn)確地反映和控制總體的設(shè)計(jì)參數(shù)，提供下游唯一的布置邊界，利于統(tǒng)一輸入，兼具骨架模型的作用。

控制原則：這類模型一般采用單向控制原則，按功能基線文件→總體布置邊界模型→各系統(tǒng)數(shù)模的方向單向輸出，由總體部門確定及維護(hù)。此類模型一旦發(fā)布，不會輕易變更。這類模型一般為頂層數(shù)模，是關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)中的被關(guān)聯(lián)對象。

應(yīng)用場景：對接框站位模型、艙門開口邊界模型、大部件對接交點(diǎn)模型等。

2.2 協(xié)調(diào)接口邊界模型

內(nèi)涵及作用：這類邊界模型目的是將飛機(jī)設(shè)計(jì)中各系統(tǒng)協(xié)調(diào)接口控制文件進(jìn)行三維實(shí)體化， 主要管理、存放各系統(tǒng)協(xié)調(diào)確定的接口元素，是各系統(tǒng)協(xié)調(diào)關(guān)系的外在體現(xiàn)。它保證各系統(tǒng)的協(xié)調(diào)接口來源的唯一性，利于觀察和管理各專業(yè)協(xié)調(diào)關(guān)系，有利于進(jìn)行協(xié)調(diào)接口設(shè)計(jì)核查。

控制原則：這類模型可以采用兩種原則進(jìn)行控制。一種是協(xié)調(diào)各方采用同一個協(xié)調(diào)接口邊界模型，由各使用系統(tǒng)共同指定元素的建立原則，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)唯一，缺點(diǎn)使用方在進(jìn)行關(guān)聯(lián)式需要進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化;另一個方法是，各系統(tǒng)針對協(xié)調(diào)元素各自建立協(xié)調(diào)接口邊界模型，要求針對同一元素不同模型表達(dá)的信息必須相同，但表現(xiàn)形式可以不同，如一個通過直徑5mm的通過孔，可以用直徑5mm的3D圓曲線表達(dá)，也可用“孔軸線+注釋”的方式表達(dá)，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是使用方可直接引用元素進(jìn)行關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，缺點(diǎn)是需要專人核查邊界模型的對應(yīng)性。

應(yīng)用場景：各系統(tǒng)與尾翼接口對接邊界模型、航電系統(tǒng)與機(jī)體結(jié)構(gòu)接口對接邊界模型等。

2.3 功能邊界模型

內(nèi)涵及作用：這類邊界模型的目的是將飛機(jī)各功能基線文件中的功能區(qū)域及功能要求進(jìn)行三維實(shí)體化，它主要用于管理、識別各種功能區(qū)，存放、標(biāo)記機(jī)體結(jié)構(gòu)功能性要求的元素，如防火區(qū)域標(biāo)識及基礎(chǔ)要求等，是各種功能區(qū)位置、要求的外在體現(xiàn)。它利于指導(dǎo)功能區(qū)的設(shè)計(jì)，方便進(jìn)行設(shè)計(jì)核查。

控制原則：這類模型采用單向控制原則，由功能基線文件向數(shù)模單向輸出。這類模型包含三項(xiàng)主要內(nèi)容：功能要求、覆蓋區(qū)域、需求來源。功能要求根據(jù)設(shè)計(jì)階段的不同可以不斷細(xì)化，如由鳥撞功能要求根據(jù)設(shè)計(jì)階段的不同可以按：適航條款→強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求→結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求→具體零部件尺寸進(jìn)行細(xì)化。功能邊界模型一般作為一種參考，而非關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的輸入。

應(yīng)用場景：全機(jī)踩踏區(qū)功能邊界模型、全機(jī)防火區(qū)功能邊界模型、輪胎爆破防護(hù)區(qū)邊界模型等。

2.4 對接邊界模型

內(nèi)涵及作用：這類邊界模型的目的是協(xié)調(diào)接口邊界模型的一種變種，它提供了更大的自由度。主要用于管理機(jī)體結(jié)構(gòu)之間的連接協(xié)調(diào)接口元素，是各部段、構(gòu)件連接要求的外在體現(xiàn)。

結(jié)構(gòu)連接邊界模型主要有以下作用：利于觀察和管理結(jié)構(gòu)專業(yè)內(nèi)部的連接協(xié)調(diào)接口，方便進(jìn)行機(jī)體結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)及檢查。

控制原則：這類模型的內(nèi)容可以由約定雙方自由決定，它可以僅作為檢查手段使用，而非關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)中的一環(huán)。結(jié)構(gòu)連接邊界模型作為一種參考，而非關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的輸入。

應(yīng)用場景：機(jī)身與尾翼對接區(qū)緊固件劃分邊界模型、艙門開閉邊界模型等。

3 結(jié)束語

關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)和骨架模型是當(dāng)前飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)中的常用手段。本文以工作中的實(shí)踐應(yīng)用，結(jié)合我國現(xiàn)階段設(shè)計(jì)行業(yè)的狀況，提出的邊界模型作為一種特殊的骨架模型，擴(kuò)展了骨架模型的內(nèi)涵，用邊界模型輔助飛機(jī)設(shè)計(jì)，可以提升工作質(zhì)量，提高工作效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉俊堂，劉看旺.關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)技術(shù)在飛機(jī)研制中的應(yīng)用[J].航空制造技術(shù)，2008（14）：45-47.

[2]張石柱，劉木君，戴桅.基于骨架模型的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)在飛機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].沈陽航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2012（Z1）：66-68.

[3]江聲蘭，張?jiān)?飛機(jī)結(jié)構(gòu)邊界模型研究[J].中國科技研究，2019（14）：44-45.