CN103853862A - 一种火炮零部件模板化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火炮零部件模板化设计方法，该方法通过研究火炮零部件典型特征、参数化建模与参数化提取、三维结构设计与多学科仿真技术、火炮相关设计知识流程化、模板封装技术与火炮知识管理等技术，对火炮武器***中各个零部件的典型特征、相关知识和设计仿真流程进行彻底梳理和筛选，确定有代表性的流程进行模板的定制、固化，实现火炮零部件的模板化设计方法，为火炮武器***各种关重件、零部件的高效设计提供一个技术途径。本发明对火炮零部件的设计具有重要意义，可以使设计手段实现规范化、流程化、知识化，提高设计水平。

Description

一种火炮零部件模板化设计方法

技术领域：

本发明涉及火炮武器***设计技术领域，更具体的说，本发明涉及一种火炮武器***零部件模板化设计方法。

背景技术：

火炮武器***研发是一项复杂的***工程，火炮武器***设计具有设计工作量大、人工反复多、跨部门环节多、设计分析周期长的特点，目前多数火炮武器***设计采用非参数化的人工经验方式，设计方法主要依靠CAD+CAE技术，用通用的CAD软件建模，再通过各种方式转化为下游CAE所能接受的模型和文件格式，建模和模型转化均需要由设计人员做大量的工作。

由于传统CAD***均是通用的几何建模方式，即使参数化模型，在继承方面也存在较大的问题，导致几何模型，在后继的分析计算等需求中，难以反复迭代更新，甚至要重新建模才可以使用，下次迭代均需要重复同样的工作。因此从实际的设计需求出发，应该建立基于模板化的方法快速建立总体设计模型，设计者在模板支持下只需调整必要的设计参数即可建立模型及对模型进行快速修改。

经过多年的技术发展，火炮武器***总体拓扑结构与布局趋于稳定，不同火炮武器***的各种典型零部件结构具有一定的通用性，其设计方法和过程有一定的规律可循。尤其是在数字化设计与仿真手段的支持下，可以使其设计手段实现规范化、流程化、知识化，提高设计水平和效率。

在国内外现有技术可以查到南京理工大学谢义林在其硕士论文“基于相似原理炮口制退器CAD研究”中，提出以炮口制退器腔室结构为特征进行参数化设计，对炮口制退器的特征进行了分类并进一步探讨了炮口制退器形状特征库的建立。依托商业化软件I-DEAS二次开发建立用户程序与I-DEAS间的接口文件。此项研究的仅为火炮武器***的一种特定的零部件，不具有通用性，无法建立腔室结构零件库。因此，该方法尚不能应用到火炮武器***其它零部件设计且工程实际参考作用有限。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是通过研究火炮武器***零部件典型特征、参数化建模与参数化提取、三维结构设计与多学科仿真分析交互迭代、火炮武器***相关设计知识流程化与封装，对火炮武器***中各个零部件的典型特征、相关知识和设计仿真流程进行模板的定制、固化，实现火炮武器***零部件的模板化设计，为火炮武器***各种关重件、零部件的高效设计提供一种方法。

本发明已实现身管、炮尾、炮闩等火炮关重件模板化设计方法，根据火炮武器***零部件的设计知识和要求建立一组可以完全控制三维模型形状和大小的设计参数，实现对设计参数的查询、修改，进而根据新的参数值更新该零部件的三维模型，从而实现火炮关重件设计参数的提取与封装。并通过仿真分析模板固化了载荷工况的确定与施加、网格的划分、结果的分析与评价、报告的书写等仿真分析流程及仿真经验将知识融入到设计过程中并指导设计工作。

本发明应用程序已在32位Windows XP/2003/7操作***，4*1.9G双核CPU，内存4G，硬盘120GB，标准商用计算机上经过测试运行，运行速度满足工程实效需求。

火炮零部件模板化设计方法技术，对火炮武器***总体理论、整体拓扑结构、零部件参数关联性、匹配性和接口技术、仿真模板实现开发定制，固化成模板的方式，实现了火炮武器***零部件设计知识与技术积累与重用，使火炮武器***研制效率得到大幅度提升，有益效果具体表现在以下几方面：

(1)通过模板开发过程，梳理出火炮武器***设计、仿真相关经验方法，设计人员可随时调取、检索和扩充相关知识、实现知识共享。

(2)通过各类设计、仿真模板的定制，将实现各类专业模板库的建设，包括参数化快速建模模板库、身管设计模板库、炮栓设计模板库、关键零部件建模模板库、标准件模板库等。

(3)将火炮武器***总体设计全过程有机的整合到一个平台内；

(4)形成规范化体系和过程的自动化，提升工作效率和资源利用率；

(5)设计、仿真分析经验得到固化，最大程度实现这些经验的积累与重用，提高火炮武器***设计水平和设计效率；

(6)经过在主流标准商用计算机上测试运行，运行速度满足工程实效需求，具备有良好的应用基础条件。

附图说明：

图1是本发明基于实体类型模板的实现原理图；

图2是本发明火炮武器***零部件模板化设计***工作界面示意图；

图3是本发明基于参数的实体模板制作流程图；

图4是本发明基于脚本录制的模板制作流程图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的详述。

图1所示是本发明基于实体类型的模板实现原理图。火炮知识生成工程师1根据自己丰富的工程设计经验的开始建模2并在CAD环境6下生成火炮零部件的实体模型3；火炮知识生成工程师1总结设计经验对模型进行分析，进行模型参数化4，并在CAD环境6下生成参数化模型5；对提取的参数8进行名称、类型、输入输出特性等参数设置9；通过界面设计工具制作人机交互界面10，在提取的参数和界面控件之间建立数据关联实现绑定11，此时生成模板12实现模板封装7。

图2是本发明火炮武器***零部件模板化设计***工作界面示意图。在三维CAD工作环境21下实现参数化快速建模51、外弹道快速设计52、内弹道快速设计53、毁伤分析54、反后坐装置设计55及火炮强度及动力学特性的快速仿真分析56，主要包括设计模板开发***61、分析模板开发***62、复杂分析流程模板开发***63、工具软件集成***64和模板管理***65五部分，通过网络服务22可以访问模板库23、基础数据库24及相应工具软件25。各部分功能如下：

(1)CAD工作环境21：由于在火炮武器***的设计、建模、分析过程完全基于三维模型，因此***直接将市场主流的CAD软件嵌入***中，所有模板生成的几何、网格、分析结果都通过CAD工作环境完成，而用户也可以在CAD软件中直接操作由模板生成的设计对象；

(2)设计模板开发***61：为火炮武器***零部件模板化设计提供CAD设计模板开发功能，将设计过程中拓扑结构类似的几何零部件的建模过程参数化，形成固定模板，提高几何建模效率；

(3)分析模板开发***62：封装并集成火炮武器***总体和零部件的分析计算和仿真计算中的各种商业软件、经验公式和自研程序等，将类似的分析流程固定下来，形成分析模板，实现火炮武器***总体和零部件性能多方位、快速分析和评估；

(4)复杂分析流程模板开发***63：将已经开发的各种设计模板、分析模板、优化模板等采用流程设计方法串起来，形成集设计、分析、优化为一体的复杂流程，实现设计与仿真的流程化、自动化、并使零部件的设计过程规范化；

(5)工具软件集成***64：将火炮武器***设计、分析中用到的各种工具集成到模板化设计建模语言环境中，实现模型、数据、过程等格式转换、相关关联和自动传递等；

(6)模板管理***65：采用数据库对设计、分析、优化等各种模板进行管理，支持模板的分类、查询、调用和进一步的复杂模板开发等；

(7)模板库23：模板是提取设计过程中可重复进行的设计、建模、分析操作过程并封装后形成的模块化组件，通过在模板集成与流程定义客户端环境中使用模板可以实现快速建模、设计方案的快速更改以及调用专业软件完成计算分析等。模板库主要包括炮口制退器设计、炮身设计、炮闩设计、反后座装置设计、高低机设计、方向机设计、平衡机设计、摇架设计、托架设计、上架设计、下架设计、炮塔设计、总体布置、有限元分析、多体动力学分析、流体力学分析、内外弹道分析、多学科优化等模板；

(8)基础数据库24：基础数据库主要包括火炮武器***总体设计所需的火炮武器***总体设计参数、炮身、炮架、自动机、反后座装置等的专用性能数据、模型、重量特性等。

图3是本发明基于参数的实体模板制作流程图。首先标记所需的CAD模型开始创建模板31，然后标记CAD模型中需要修改的参数来提取参数32，通过拖拽的方式定制模板人机交互界面33，定义输出数据最后形成封装模板34，将模板发布至模板库中实现模板应用35。

图4是本发明基于脚本录制的模板制作流程图。首先标记脚本文件开始创建模板31，然后标记脚本文件中的输入数据及人机交互数据41，通过拖拽的方式定制模板人机交互界面33，建立界面数据和人机交互数据的关系42，定义输出数据最后形成封装模板34，将模板发布至模板库中实现模板应用35。

以上详细描述了本发明的模板化设计方法，以及其依据的技术途径和所适用的工程环境。

Claims (1)

1.一种火炮零部件模板化设计方法，它包括：三维参数化建模、火炮知识管理、流程固化方法、模板化封装方法和模板库管理方法，其特征在于，该方法通过提取火炮武器***零部件典型特征，建立三维零部件模板化设计模型，将火炮武器***总体设计全过程有机的整合到一个平台内，实现火炮武器***典型零部件基于模板化的设计方法及各类专业模板库的建设。

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