基于特征的飞机复杂零件变型设计技术分析-technical analysis of variant design of aircraft complex parts based on featuresWord格式.docx

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关键字：

飞机复杂零件；

特征库；

变型设计；

CATIA；

二次开发

Abstract

Theplaneisthecrystallizationofhumanwisdom,thelevelofmanufacturingtechnologyanditsdesigncandirectlyrepresentacountry'

slevelofdevelopmentofscienceandtechnology.Thepartsofthestructureoftheaircraftisverycomplex,inthedesignprocesspropleoftenneedtomodifytheproblemofthepartmodel,butrepeatedmodelingeffectofaircraftdesignworkefficiencyseriously.Ifthevariantdesignmethodisappliedtotheaircraftdesignprocessofcomplexpartswhichcaneffectivelysolvethisproblem.

Thebiggestadvantageliesinthecharacteristicsofvariantdesignontheexistingexamplesandrelevantknowledgereuse.First,thearticalsummarizedandclassifiedforaircraftstructureandsheetmetalwhicharetherepresentcomplexpartsofaircraft.Thenestablishthepartfeaturetemplates,classifyknowledgerelatedtothevariantdesignandbuildfeaturelibrarycontainstheenterpriseknowledge.Thenthisarticalmakeadetailedresearchforthevariantdesignmethodwhichfacedtotheaircraftcomplexpartsdesign.Thispapermainlythroughthemethodofvariantdesignbasedonparametrictechnology,variantdesignmethodbasedonfeatureandvariantdesignbasedonconstraintsredefinedtoachieveaircraftcomplexpartsdesign.

Finally,accordingtotheresearch,wechooseasecondarydevelopmenttoolnamedCAA,whichisprovidedbyDassaultSystemesandbuildacomplexpartvariantdesignsystembasedonfeathers.Atlastthearticalrunthevariantdesignsystembyexamples,thustheresearchresulthasbeenbasicallyreachedtheexpectedrequirements.Itcanbeprovedthatthesystemcanimprovedesignefficiency,reducerepeatmodelingworkloadetc.

Keywords:

AircraftComplexParts;

FeaturesLibrary;

VariantDesign;

CATIA;

SecondaryDevelopment

目 录

第1章绪论 1

1.1课题研究背景与意义 1

1.1.1课题研究背景 1

1.1.2课题来源与研究意义 2

1.2国内外相关技术的发展与现状 3

1.2.1CAD技术 3

1.2.2变型设计技术 5

1.3课题主要研究内容及结构安排 9

第2章飞机复杂零件的结构分析 12

2.1飞机总体结构分析 12

2.2特征的概念及分类方法 15

2.2.1特征的定义 15

2.2.2特征的分类 16

2.3飞机复杂零件的特征分析 17

2.4本章小结 20

第3章飞机复杂零件特征库的建立方法 21

3.1飞机复杂零件特征模版的建立方法 21

3.1.1基于参数化的特征模型设计原理 21

3.1.2CATIA中特征模型的设计方法 22

3.1.3CATIA中特征模版的建立方法 25

3.2飞机复杂零件特征库的知识应用 32

3.2.1知识的分类 32

3.2.2知识的获取 33

3.2.3知识的重用 35

3.3飞机复杂零件特征库的设计方法 36

3.3.1特征库的功能需求 36

3.3.2特征库的设计方法 37

3.4本章小结 39

第4章基于特征的飞机复杂零件变型设计技术研究 41

4.1基于参数化的变型设计 41

4.1.1特征的参数分析 41

4.1.2基于参数的变型设计方法实现 42

4.2基于特征的变型设计 45

4.2.1零件的特征模型 45

4.2.2基于特征的变型设计方法实现 47

4.3基于约束重定义的变型设计 51

4.3.1零件的约束条件 51

4.3.2基于约束条件重定义的变型方法实现 52

4.4本章小结 54

第5章变型设计系统框架的搭建及功能验证 55

5.1开发平台及工具 55

5.1.1CATIA软件概述 55

5.1.2CATIA的二次开发 55

5.2变型设计系统框架的设计 58

5.2.1接口的实现原理 58

5.2.2交互式界面的实现方法 59

5.3基于特征的飞机复杂零件变型设计系统框架介绍 64

5.4变型设计系统模块功能验证 66

5.4.1特征库的响应及检索 66

5.4.2参数变型模块 68

5.4.3特征变型模块 69

5.4.4约束条件重定义变型模块 72

5.4.5系统运行环境配置及发布 73

5.5本章小结 75

结论 76

参考文献 78

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 83

致谢 84

第1章绪论

1.1课题研究背景与意义

1.1.1课题研究背景

飞机是一种庞大且复杂的可以驶离地面的飞行器系统，它蕴含着人类最好的创意和最高的科技水平，是人类历史上最伟大的发明之一。

无论是在军事方面还是在民生方面，飞机的发明都给人类的生活带来不可忽视的影响。

随着飞机设计制造技术正在不断革新与发展，人类对飞机功能需求的不断变化和提高，因而人类对飞机产品的要求也越来越高。

飞机产品不仅要在功能上满足用户的需求，而且在设计过程中还要满足严格的外形气动要求等技术条件。

另外，飞机产品还具有型号种类多样、内部构造复杂、整体结构紧凑以及涉及材料种类繁多和零件和组件的数量旁大等特点，所以飞机的设计制造不仅过程复杂、协作面广，而且不易管理、需要投入大量的人力、财力和物力，是一项综合的高科技产业[1]。

正因为如此，飞机制造业特别是大型飞机制造业与普通的机械加工工业有很多不同，它是现代科技高度集成的产物，能反映一个国家甚至全人类的最新、最高水平的科学技术成就；

它的制造技术水平可以代表一个国家制造业的总体水平。

因此，提高飞机的设计制造技术对于与一个国家的装备制造业的发展、国防建设甚至经济发展有着重大的推动作用。

身处各个国家在飞机制造领域激烈竞争的大环境下，各国的军用飞机制造商需求。

而制造商在寻求更先进的飞机制造方式的同时，也在为降低成本、提高设计效率、缩短研制周期作出努力。

通过对大量飞机设计制造经验的分析和总结，美国Boeing公司认为飞机设计过程中的很多环节还存在着很多可以改进余地。

据统计数据表明，工程设计过程中产生的花费只占整个产品投资的10％，但它对后续环节90％的资金消耗起着决定性的作用。

减少设计过程中的更改和返工现象对节省制造成本产生很大影响，而要想从根本上减少更改和返工现象，老旧的串行设计模式已不再适用，以参数化技术和变型设计技术为代表的数字化制造技术是最佳的选择。

在计算机技术和数字化设计技术飞速发展的今天，基于CAD/

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CAM/CAPP等软件的数字化协同研发制造已经被广泛的运到了现代飞机设计过程中[2]。

法国DassaultSystem推出的CAD/CAE/CAM一体化软件CATIA凭借其先进的混合建模技术和开放式可扩展的V5架构成为当今世界最常用的产品开发系统，广泛应用于Boeing、Airbus、Bombardier等世界领先的飞机制造企业。

我国的飞

机制造企业也已经意识到转变传统设计模式已势在必行，并为此转变付出了实际行动[3]。

由于国内的数字化设计制造技术起步较晚，虽然在这方面已经取得了一部分成果，但仍存在对数字化制造管理重视不足、全三维建模的应用不足、复杂零件参数化程度不够、产品研制可重用性应用较差等问题。

这意味着，当前我国的飞机设计制造企业还缺少一款专门针对飞机设计过程的可以节省重复建模时间、有效提高设计效率的支持知识重用的变型设计平台。

为解决这一问题，很多诸如

CATIA等CAD/CAE/CAM设计软件被二次开发，对现有的数字化设计系统加以行业知识和扩展功能的个性化嵌入，开发出用户定制的数字化设计系统已成为当前我国乃至世界飞机制造业主要的发展趋势。

本文研究出的根据基于特征的飞机复杂零件变型设