基于CATIA知識工程的標準件智能化設計

2013-05-14 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

辜斌劉勇王永峰來源:萬方數據
關鍵字:CATIA 知識工程標準件智能化設計
針對CATIA知識工程的特點,應用智能化設計理論,對CATIA中標準件智能化設計的實現方法進行了研究。通過高強度大六角頭螺栓連接件庫的設計實例,介紹了標準件智能化設計的基本開發手段和一般步驟。

0 引言
對市場需求的快速響應已成為制造業者生存發展的重要因素之一,傳統的參數化標準件庫已不能適應產品快速變型設計的要求,其調用裝配過程繁瑣,且不具備隨關聯部件自動變換型號的能力。將知識工程理論引入標準件的設計可以很好地解決這些問題,實現標準件的智能化設計。
    1 CATIA知識工程的特點
所謂知識工程,其核心就是將有關的學科知識、相關設計標準及規范、設計參數選擇規律、設計歷史資料等建成知識庫并嵌人到設計軟件中,通過邏輯判斷和推理,實現產品的智能化設計。
在CATIA軟件中,知識工程原理通過知識工程模塊(Knowledge ware)和嵌人各模塊的知識工程語言包(Knowledge Language Packages)來體現。其核心是知識工程語言(EKL),分4個等級,由低到高分別是數學工程語言(M-EKL )、核心工程語言(C-EKL)、高級工程語言(A-EKI.)和擴展工程語言(X-EKL) o前3類語言一般應用在公式、設計表、規則、檢查、行為等知識工程工具中,而X-EKI.一般是在用戶二次開發知識工程語言中應用.
    2 標準件智能化設計的實現方法
由于標準件擁有嚴格的設計標準和明確的選擇規律,完全符合應用知識工程原理的條件,因此如果將這些規律建成知識庫嵌人其三維模型中,形成智能化的標準件庫,再應用基于模板的二次開發技術開發應用于標準件庫模板的界面,就可達到標準件設計智能化、自動化之目的。
    2. 1 建立智能化標準件庫模板
智能化標準件庫是以功能套件為基本單元構成,套件的各組成零件由知識庫驅動,并利用知識庫定義套件的外部引用接口。以緊固件中的螺栓連接為例,它的功能套件是不同形式的螺栓、螺母、墊片組合的裝配體模型。這些套件中包含了以設計標準構建的驅動零件尺寸的知識庫和以選擇規則編寫的驅動套件外部接口的知識庫。
建立智能化的標準件庫模板一般要遵從以下幾個步驟:①根據國家標準明確功能套件的組成零件,將各零件參數化,并根據設計標準來建立驅動零件模型的數據表(Design Table),將各組成零件模型裝配成套件模型,并參數化裝配約束關系,這一步要利用CATIA知識工程中的公式(Formula )和設計表(Design Table)工具,主要實現語言是數學工程語言(M-EKL)和核心工程語言(C-EK L );②依據設計標準,建立驅動零件參數表的知識庫,其功能是將裝配參數與零件參數聯系起來,達到以裝配參數驅動零件參數表的目的,這里依據功能套件所包含的知識容量不同,在CAT1A中用多種手段來表達這些規律,如規則(Rule )、檢查( Check )、反應(Reactions )、動作(Actions)以及VBA腳本,此處將會使用到CATIA的高級工程語言(A-EKL) ;③通過分析選擇規律,建立功能套件的選擇規則知識庫,其作用是由選擇規則和外部關聯元素來驅動裝配參數,這一步對于標準件來說十分關鍵,因為標準件的參數變化都是離散的,只有建立好了選擇這些離散數值的知識庫,才能保證標準件模型能隨產品模型自動變型,此知識庫的建立將可能使用CATI A知識工程的所有手段。
    2. 2 建立標準件庫模板的自動應用界面
    傳統的CAD二次開發是利用API函數的開發來完成構造特殊三維幾何模型功能的程序。而隨著知識工程引人到CAD中,構造特殊三維模型的工作完全能夠通過知識工程工具直觀、高效地完成。因此,標準件智能化設計二次開發的重點是解決人機界面設計和標準件庫模板調用的自動化問題。

基于CATIA知識工程的標準件智能化設計autocad案例圖片1

(1)其目標是建立友好的人機界面,使其能基于標準件庫智能化的接口傳遞相應參數,不僅指數值參數,也包括點、線、面等參考
(2)分析套件的裝配關系可知,夾緊長度l和螺紋規格d是套件的主要裝配參數。依據設計標準,由l和d建立驅動零件的形狀參數表的知識庫,并應用公式(Formula)工具參數化各零件的約束關系,建立參數化的裝配模型。
(3)根據國標規定的l與螺栓公稱長度l、安裝孔直徑D與d的關系表,利用規則(Rule)工具建立選擇規則知識庫,以使裝配模型能根據外部條件自動選擇合乎標準的零件,型號選擇規則流程圖見圖2。

基于CATIA知識工程的標準件智能化設計autocad案例圖片2

(4)建立智能化庫文件的應用界面。通過分析實際應用環境,選擇兩個安裝面和安裝孔特征作為輸人條件輸人給應用界面程序。程序再將螺栓連接智能化庫的套件實例化到應用環境,并將定位參數和驅動參幾何元素),并且能夠盡量利用程序自動獲取這些存在于調用環境里的參數。在實現過程中,關鍵要注意應用環境與標準件庫之間的關系,必須根據應用環境設計產生參數的算法,以滿足自動調用標準件庫的需要。在CATIA中,可以利用VB或是CAA開發工具,通過擴展工程語言(X-EKI.)實現這些算法.
3 應用實例
以鋼結構用高強度大六角頭螺栓聯接智能化設計為例,簡單說明應用上述方法實現標準件智能化設計的過程。
(1)根據國標(GB-T 1228.GB-T 1229,GB-T1230,GB-T 1231)和使用情況可將該庫劃分為兩個套件構成,一個套件是在螺栓頭端與螺母端都加墊圈的安裝方案,另一個是只在螺母端加墊圈的安裝方案。將螺栓、螺母、墊圈由國標數據參數化并與設計表相關聯,三維模型與部分設計表見圖l.數傳遞給實例化后的三維模型。該模型再通過自帶的選擇規則知識庫和驅動零件參數表知識庫自動判斷輸人的參數條件,變型為適合安裝環境的標準件型號.智能化螺栓聯接庫的應用結果見圖3。

基于CATIA知識工程的標準件智能化設計autocad案例圖片3

一個智能化的螺栓聯接庫就此建立。應用此標準件庫,可在友好的界面下快速地完成連接螺栓的智能化設計,并且實例化到應用環境中的螺栓連接套件會隨關聯部件的變化而自動變換型號。
4 結論
研究了基于知識工程的標準件智能化設計方法,總結出標準件智能化設計的一般步驟,并以鋼結構用高強度大六角頭螺栓聯接智能化設計為例,利用CATIA的知識工程語言實現了一個標準件庫的智能化設計。這種基于知識工程的智能化設計是解決產品快速變型設計的有效手段,不僅能在標準件設計中應用,在其它存在規范和標準的機械產品設計中也值得嘗試。

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