本文探討了為CATIA V5建立三維標(biāo)準(zhǔn)件庫的相關(guān)內(nèi)容。

　　1 前言

　　目前，航空產(chǎn)品設(shè)計正由 2D 輔助設(shè)計逐步走向3D 主流設(shè)計的數(shù)字化時代，各種專業(yè)化的3D 設(shè)計軟件越來越成熟和多樣化，遺憾的是所有專業(yè)軟件公司均不能提供直接滿足設(shè)計使用的標(biāo)準(zhǔn)件三維圖形庫。據(jù)不完全統(tǒng)計，我們已列入型號標(biāo)準(zhǔn)件選用范圍的國家標(biāo)準(zhǔn)、航空標(biāo)準(zhǔn)、國家軍用標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)約有500 多個品種，常用的達(dá)400 多種。為滿足型號研制的需要，提高CAD 的技術(shù)水平，利用現(xiàn)有的技術(shù)資源，創(chuàng)建滿足設(shè)計使用的CATIA 三維標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫，并開發(fā)相應(yīng)的軟件系統(tǒng)是十分必要的。通過建立其數(shù)字化設(shè)計體系可以實現(xiàn)統(tǒng)一建模、按需調(diào)用，為加速產(chǎn)品設(shè)計提供實用有效的工具，能夠進(jìn)一步促進(jìn)數(shù)字化設(shè)計工作的有序開展。

　　2 建立CATIA V5 三維標(biāo)準(zhǔn)件庫的基本思路

　　2.1 實體建模

　　利用 CATIA V5 軟件的各個功能模塊將標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計成三維實體模型。

　　2.2 參數(shù)化模型

　　創(chuàng)建參數(shù)表(design table)實現(xiàn)Part 的系列化。通過“formula”對實體的各元素逐個定義幾何約束關(guān)系，將定義的參數(shù)賦予實體特征的系統(tǒng)參數(shù)

　　2.3 模型的管理

　　利用 CATIA V5 中的Catalog 編輯工具來實現(xiàn)對三維標(biāo)準(zhǔn)件模型的集中管理。

　　3 CATIA V5 三維標(biāo)準(zhǔn)件庫的簡介

　　3.1 標(biāo)準(zhǔn)件庫的構(gòu)成(見圖1)

　　標(biāo)準(zhǔn)件三維實體模型是在CATIA V5R8 軟件環(huán)境下創(chuàng)建的。庫中標(biāo)準(zhǔn)件按大類別(一類緊固件、二類機(jī)體構(gòu)件和鎖……)、小類別(螺栓、螺釘、螺母……)分解成樹狀結(jié)構(gòu)，庫中的類別采用中文名稱，零件模型全部按照各標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)記示例命名，且各類標(biāo)準(zhǔn)件具有直觀的三維預(yù)覽圖標(biāo)(見圖2)。

　　3.2 標(biāo)準(zhǔn)件庫的主要功能與特點

　　3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)件庫的使用主要用于飛機(jī)設(shè)計過程中，所以它必須具備以下的功能:

　　a) 在 CATIA V5R8 裝配設(shè)計環(huán)境中實現(xiàn)對于特定類別與規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)件的調(diào)用;

　　b) 在調(diào)用窗口中實現(xiàn)對于不同規(guī)格零件的查詢和預(yù)覽。

　　3.2.2 三維標(biāo)準(zhǔn)件庫與 CATIA V5 直接集成，根據(jù)(國家標(biāo)準(zhǔn)、國家軍用標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)表進(jìn)行驅(qū)動，其主要特點如下：

　　a) 分類清楚、規(guī)格齊全、標(biāo)注規(guī)范;

　　b) 界面清晰、檢索快捷、調(diào)用方便;

　　c) 全參數(shù)化驅(qū)動，開放性接口，易于修改及擴(kuò)充。

　　3.3 標(biāo)準(zhǔn)件模型使用環(huán)境要求

　　標(biāo)準(zhǔn)件庫應(yīng)用系統(tǒng)是利用 CATIA V5R8 系統(tǒng)的庫管理功能集成開發(fā)的，并與CATIA 系統(tǒng)緊密集成。其使用環(huán)境要求與CATIA 軟件的使用要求相同。按軟件“向下兼容”的規(guī)則，標(biāo)準(zhǔn)件庫可以在CATIA V5R8 及高于V5R8 的版本中使用。

　　3.4 標(biāo)準(zhǔn)件模型創(chuàng)建過程

　　首先，進(jìn)行實體建模。利用CATIA V5R8 軟件的各個功能模塊將標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計成三維實體模型。為了實現(xiàn)參數(shù)化，建立標(biāo)準(zhǔn)件的實體模型時需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)圖紙引入?yún)?shù)變量。同時，對實體的各元素逐個定義幾何約束關(guān)系，將需要定義幾何約束關(guān)系的特征尺寸與相關(guān)參數(shù)的關(guān)系用表達(dá)式表示出來。選擇事先建好的數(shù)據(jù)表，系統(tǒng)將對模型和數(shù)據(jù)表中名稱相同的變量自動產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。至此，一個標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化模型的創(chuàng)建工作就基本完成了(見圖3)。

　　3.5 標(biāo)準(zhǔn)件模型的管理和維護(hù)

　　利用 CATIA V5 中的Catalog 編輯工具來實現(xiàn)對三維標(biāo)準(zhǔn)件模型的管理。在Catalog 編輯環(huán)境中，建立相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)件結(jié)點。選中結(jié)點，利用參數(shù)表中的數(shù)據(jù)自動驅(qū)動三維模型，并生成一系列預(yù)覽圖片。這個過程也可稱為“入庫”(見圖4)。標(biāo)準(zhǔn)件模型的維護(hù)也是在 Catalog 編輯環(huán)境中完成。根據(jù)需要可方便地對標(biāo)準(zhǔn)件庫進(jìn)行擴(kuò)充或修改。

　　4 系統(tǒng)的使用

　　在 CATIA V5R8 的Assembly design 界面下，點擊catalog 快捷按鈕，選擇庫文件***.catalog，能列出三維標(biāo)準(zhǔn)件庫的一級目錄，點擊一級目錄打開下一級目錄，其目錄的結(jié)構(gòu)層次如圖2。最下一級目錄下面直接掛三維標(biāo)準(zhǔn)件模型，模型以各個規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)件的標(biāo)記示例列出，并以各個規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)件的標(biāo)記示例為文件名保存在規(guī)定的路徑下。

　　在調(diào)用窗口中按類別層次找到要調(diào)用的標(biāo)準(zhǔn)件種類和規(guī)格，右擊選擇“copy”(見圖5)，然后到裝配窗口中右擊父結(jié)點，選擇“paste”即可完成調(diào)用(見圖6)，也可以在調(diào)用窗口中找到要調(diào)用的標(biāo)準(zhǔn)件種類和規(guī)格，雙擊完成調(diào)用(圖 5、圖6)

　　5 實際應(yīng)用效果

　　目前，建立的 CATIA V5 三維標(biāo)準(zhǔn)件庫已經(jīng)包含了國標(biāo)、國軍標(biāo)、航標(biāo)、企標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)件418 項;不同品種規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)件模型35795 個。完全滿足了型號研制的使用需求。三維標(biāo)準(zhǔn)件庫建立后已廣泛地應(yīng)用于新機(jī)研制以及改進(jìn)改型的設(shè)計工作中，通過實際應(yīng)用，設(shè)計人員可以實時便捷地得到所需三維標(biāo)準(zhǔn)件圖形，極大地減少設(shè)計過程 中重復(fù)繪制標(biāo)準(zhǔn)件圖形或?qū)Σ煌b配狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)件圖進(jìn)行修改的工作量，快速實現(xiàn)對飛機(jī)各零件的連接與協(xié)調(diào)，為設(shè)計繪制組件圖、裝配圖等圖樣提供了極大的方便。并且減少了產(chǎn)品發(fā)圖后的更改、錯誤與重復(fù)性的工作，避免由此造成的巨大浪費。通過建立三維標(biāo)準(zhǔn)件庫，有利于行業(yè)內(nèi)部實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化信息交流，為產(chǎn)品快速設(shè)計提供了實用有效的工具。總之，在數(shù)字化產(chǎn)品定義的設(shè)計工作中，隨著 CAD 技術(shù)應(yīng)用的進(jìn)一步深入，設(shè)計人員的使用要求也會不斷提高，三維標(biāo)準(zhǔn)件庫也將會在使用中不斷趨于完善。