CN104850724A - 飞机样板快速设计***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞机样板快速设计***及方法，用以提高飞机样板设计效率，属于飞机工艺装备数字化快速设计技术领域。该***是建立在现有CAD/CAM***平台上，由样板设计知识库模块、大型结构件外形样板快速设计模块、钣金外形及展开样板快速设计模块、样板补加快速设计模块四部分组成；飞机样板快速设计方法，包括如下工序：(1)大型结构件外形检验样板设计；(2)钣金外形、展开样板快速设计；(3)样板补加快速设计；本发明建立在零件的数字化模型基础上，将样板设计知识及经验进行总结整理，建立规范性的设计标准，将交互式的设计转变为快速化设计，可缩短样板设计时间75％，设计劳动强度降低90％。

Description

飞机样板快速设计***及方法

技术领域

本发明涉及飞机样板的一种快速设计***及方法，用以提高飞机样板设计效率，属于飞机工艺装备数字化快速设计技术领域。

背景技术

当前，国内各航空制造企业的飞机制造体系已从模拟量协调全面转换为数字量协调。但与之相关的数字化检测技术发展相对缓慢，在新机研制及小批量生产过程中难以保证有序生产，因此，目前在大型整体结构件的检验、机加零件的常规加工、钣金零件下料及检验、化铣加工等飞机制造过程中仍大量使用样板。目前的设计仍然依靠人工在通用的CAD/CAM平台上进行交互式设计，重复工作量大、效率低，规范性不足，主要体现为：(1)大型结构件外形检验样板设计：每型飞机约数百项，在筋条端头、下陷等位置需要交互构建上千个视口，过程繁琐，并且视口形式单一，重复工作量大，每块样板设计周期1～2天；(2)钣金样板设计：每型飞机约上万项，包括展开样板及外形样板，弯边高度和角度计算过程繁琐、尺寸标注较多，效率低下；(3)样板补加：为了在小零件样板上添加工艺信息、加强样板强度等，80％～90％的样板需要补加，数量大，工作量大。上述问题影响了飞机制造生产准备进程，已经成为制约新机快速研制的瓶颈因素之一。目前，国内外的研究大多集中在飞机样板数字化设计制造工艺方面，而在样板快速设计方面仅有局部探索，未形成快速设计***。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明提供一种飞机样板快速设计***及方法，其实现技术如下述：

一种飞机样板快速设计***及方法，该***是建立在现有CAD/CAM***平台上，由样板设计知识库模块、大型结构件外形样板快速设计模块、钣金外形及展开样板快速设计模块、样板补加快速设计模块四部分组成，其中：

所述的现有CAD/CAM平台，为“飞机样板快速设计***”提供平台支撑，提供需设计样板零件的三维模型或二维图形作为***的输入，与***的四个模块进行数据交换完成具体的设计任务，进行***功能之外的样板设计工作；

所述的样板设计知识库模块，是***其它模块建立的基础，为***提供基础支撑数据、支撑数据与其它模块数据交换的接口；知识库包括了***所需的样板设计知识，提供通俗易懂的注释，允许用户进行修改，满足个人偏好、特殊情况、后续更改的需求；通过建立数据交换接口，使得***各模块联系在一起；

所述的大型结构件外形样板快速设计模块，针对视口创建的工作，是对零件投影的二维图形的处理，可以对如图1所示的单视口、闭视口、串视口、并视口进行有效识别判定，自动形成所需视口，针对单视口，还提供单线、双线、三线、圆弧四类不同视口形式；为防止细碎线段的干扰，提供图形预处理功能，将其在终端可控的误差范围内拟合成直线、圆弧；

所述的钣金外形、展开样板快速设计模块，针对钣金样板弯边数据的构建与标注工作，对钣金零件三维模型、二维投影均需处理，***依钣金零件的腹板面识别出钣金弯边，计算出弯边与腹板面的外形交线，按照用户设定的角度间距得到特定角度值处的弯边角度线，并计算出相应的弯边高度；最后，将计算出的的弯边信息导入钣金件二维投影视图中自动标注。

所述的样板补加快速设计模块，针对样板的补加设计工作，是对零件投影的二维图形的处理，能够根据零件投影图形外部的1～2个点，实现对如图2所示的标准补加、狭长补加、销钉补加、狭长视口四类典型补加的快速设计。

飞机样板快速设计***实现的关键技术方法如下：

大型结构件外形检验样板设计：以零件二维投影图形为输入，首先进行图形预处理，***根据输入的误差值，将细碎线段拟合成直线、圆弧；然后以基于主元的方式进行视口创建，所述的主元，是指需创建视口检验的曲线，其实现的基本步骤为<1>主元识别；<2>主元分组；<3>视口构建：

所述的<1>主元识别，以单个视口位置或投影图形的一部分作为输入，根据曲线凹凸性、长度及相邻曲线连接关系自动识别视口主元；

所述的<2>主元分组，以最接近切连续的方式对每个视口主元进行边界拓展，先进行串联，判断是否封闭，然后再进行并联，形成单视口、串视口、闭视口及并视口主元，并进行分组；

所述的<3>视口构建，根据视口的类型及主元，再次进行边界拓展，依据设计知识库中定义的界元长度提取界元，并进行断线操作，形成最终视口。

钣金外形、展开样板快速设计，弯边角度、高度计算并标注的基础及关键是钣金弯边特征的识别，为此提出基于凹凸属性的钣金弯边特征识别方法，在此基础上建立钣金弯边数据的构建与标注。其基本步骤为<1>弯边圆角识别；<2>圆角面分组；<3>弯边面识别；<4>弯边特征构建：<5>弯边数据构建；<6>弯边标注；

所述的<1>弯边圆角识别：交互选取钣金零件的腹板面，提取腹板面的拓扑边及腹板面的共边关联面，在公共边中点处垂直于公共边创建平面与腹板面及其共边关联面相交，提取平凸切边、平凹切边的共边关联面，识别为弯边圆角面；

所述的<2>圆角面分组：将腹板面关联的弯边圆角面进行分组，原则是当一个圆角面与另一个圆角面存在公共边，则这两个面属于同组；

所述的<3>弯边面识别：提取弯边圆角面组的最外环，去除腹板面的拓扑边及凸边，剩余边线关联的拓扑面即为弯边面；

所述的<4>弯边特征构建：将圆角面组与其关联的弯边面进行合并构成弯边特征；

所述的<5>弯边数据构建：模拟交互式的构建方式，弯边面与腹板面的延伸交线为外形交线；对于外形交线上点，在此处垂直于外形交线的平面，与腹板面、弯边面交线形成的夹角即为此点处的弯边角度，腹板面与弯边面交线远端的距离为弯边高度，按照二分法快速确定特定弯边角度值对应的位置；将得到的弯边数据存储在三维模型中；

所述的<6>弯边标注：在工程制图中，按照曲线的对应规则，将三维模型中的弯边信息导入进行标注。

样板补加快速设计，是在工程图模式下，依据选定的补加类型，进行快速设计的方法，其基本流程为<1>关键点确定；<2>投影点构建；<3>补加边提取；<4>补加构建：

所述的<1>关键点确定：在样板临近的空白区域交互点击，认为此位置是关键点；

所述的<2>投影点构建：以关键点为基准，往样板边界进行投影，拾取距离最小并且属于投影边内点的投影点；

所述的<3>补加边提取：用两个投影点裁减样板的边界，并提取临近关键点的部分作为补加边；

所述的<4>补加构建：以补加边为基准，依次连接关键点、投影点，完成样板的补加构建。

本发明的有益效果：本发明建立在零件的数字化模型基础上，将样板设计知识及经验进行总结整理，建立规范性的设计标准，将交互式的设计转变为快速化设计，可缩短样板设计时间75％，设计劳动强度降低90％。

附图说明

图1(a)-图1(f)为典型视口示意图。

图2(a)为标准补加示意图。

图2(b)典型补加示意图。

图3飞机样板快速设计***结构图。

图4大型结构件外形检验样板设计流程图。

图5钣金外形、展开样板快速设计流程图。

图6样板补加快速设计流程图。

具体实施方式

飞机样板快速设计***及方法(如图3)，该***是建立在现有CAD/CAM***平台上，由样板设计知识库模块①、大型结构件外形样板快速设计模块②、钣金外形及展开样板快速设计模块③、样板补加快速设计模块④四部分组成，其中：

所述的现有CAD/CAM平台，为“飞机样板快速设计***”提供平台支撑，提供需设计样板零件的三维模型或二维图形作为***的输入，与***的四个模块进行数据交换完成具体的设计任务，进行***功能之外的样板设计工作；

所述的样板设计知识库模块①，是***其它模块建立的基础，为***提供基础支撑数据、支撑数据与其它模块数据交换的接口；知识库包括了***所需的样板设计知识，提供通俗易懂的注释，允许用户进行修改，满足个人偏好、特殊情况、后续更改的需求；通过建立数据交换接口，使得***各模块联系在一起；

所述的大型结构件外形样板快速设计模块②，针对视口创建的工作，是对零件投影的二维图形的处理，可以对如图1所示的单视口、闭视口、串视口、并视口进行有效识别判定，自动形成所需视口，针对单视口，还提供单线、双线、三线、圆弧四类不同视口形式；为防止细碎线段的干扰，提供图形预处理功能，将其在终端可控的误差范围内拟合成直线、圆弧；

所述的钣金外形、展开样板快速设计模块③，针对钣金样板弯边数据的构建与标注工作，对钣金零件三维模型、二维投影均需处理，***依钣金零件的腹板面识别出钣金弯边，计算出弯边与腹板面的外形交线，按照用户设定的角度间距得到特定角度值处的弯边角度线，并计算出相应的弯边高度；最后，将计算出的的弯边信息导入钣金件二维投影视图中自动标注。

所述的样板补加快速设计模块④，针对样板的补加设计工作，是对零件投影的二维图形的处理，能够根据零件投影图形外部的1-2个点，实现对如图2(a)、图2(b)所示的标准补加、狭长补加、销钉补加、狭长视口四类典型补加的快速设计。

飞机样板快速设计***实现的关键技术方法如下：

大型结构件外形检验样板设计(如图4)：以零件二维投影图形为输入，首先进行图形预处理S1，***根据输入的误差值，将细碎线段拟合成直线、圆弧；然后以基于主元的方式进行视口创建，所述的主元，是指需创建视口检验的曲线，其实现的基本步骤为<1>主元识别S2；<2>主元分组S3；<3>视口构建S4：

所述的<1>主元识别S2，以单个视口位置或投影图形的一部分作为输入，根据曲线凹凸性、长度及相邻曲线连接关系自动识别视口主元；

所述的<2>主元分组S3，以最接近切连续的方式对每个视口主元进行边界拓展，先进行串联，判断是否封闭，然后再进行并联，形成单视口、串视口、闭视口及并视口主元，并进行分组；

所述的<3>视口构建S4，根据视口的类型及主元，再次进行边界拓展，依据设计知识库中定义的界元长度提取界元，并进行断线操作，形成最终视口。

钣金外形、展开样板快速设计(如图5)，弯边角度、高度计算并标注的基础及关键是钣金弯边特征的识别，为此提出基于凹凸属性的钣金弯边特征识别方法，在此基础上建立钣金弯边数据的构建与标注。其基本步骤为<1>弯边圆角识别S5；<2>圆角面分组S6；<3>弯边面识别S7；<4>弯边特征构建S8：<5>弯边数据构建S9；<6>弯边标注S10；

所述的<1>弯边圆角识别S5：交互选取钣金零件的腹板面，提取腹板面的拓扑边及腹板面的共边关联面，在公共边中点处垂直于公共边创建平面与腹板面及其共边关联面相交，提取平凸切边、平凹切边的共边关联面，识别为弯边圆角面；

所述的<2>圆角面分组S6：将腹板面关联的弯边圆角面进行分组，原则是当一个圆角面与另一个圆角面存在公共边，则这两个面属于同组；

所述的<3>弯边面识别S7：提取弯边圆角面组的最外环，去除腹板面的拓扑边及凸边，剩余边线关联的拓扑面即为弯边面；

所述的<4>弯边特征构建S8：将圆角面组与其关联的弯边面进行合并构成弯边特征；

所述的<5>弯边数据构建S9：模拟交互式的构建方式，弯边面与腹板面的延伸交线为外形交线；对于外形交线上点，在此处垂直于外形交线的平面，与腹板面、弯边面交线形成的夹角即为此点处的弯边角度，腹板面与弯边面交线远端的距离为弯边高度，按照二分法快速确定特定弯边角度值对应的位置；将得到的弯边数据存储在三维模型中；

所述的<6>弯边标注S10：在工程制图中，按照曲线的对应规则，将三维模型中的弯边信息导入进行标注。

样板补加快速设计，是在工程图模式下，依据选定的补加类型，进行快速设计的方法，其基本流程如图6，包括<1>关键点确定S11；<2>投影点构建S12；<3>补加边提取S13；<4>补加构建S14：

所述的<1>关键点确定S11：在样板临近的空白区域交互点击，认为此位置是关键点；

所述的<2>投影点构建S12：以关键点为基准，往样板边界进行投影，拾取距离最小并且属于投影边内点的投影点；

所述的<3>补加边提取S13：用两个投影点裁减样板的边界，并提取临近关键点的部分作为补加边；

所述的<4>补加构建S14：以补加边为基准，依次连接关键点、投影点，完成样板的补加构建。

Claims (5)

1.飞机样板快速设计***，建立在现有CAD/CAM***平台上，其特征在于：该***由样板设计知识库模块、大型结构件外形样板快速设计模块、钣金外形及展开样板快速设计模块、样板补加快速设计模块四部分组成；

所述的样板设计知识库模块，为***提供基础支撑数据、支撑数据与其它模块数据交换的接口；通过建立数据交换接口，使得***各模块联系在一起；

所述的大型结构件外形样板快速设计模块，用于对零件投影的二维图形进行处理，针对单视口、闭视口、串视口、并视口进行有效识别判定，自动形成所需视口，针对单视口，还提供单线、双线、三线、圆弧四类不同视口形式；具有图形预处理功能，可在终端可控的误差范围内拟合成直线、圆弧；

所述的钣金外形、展开样板快速设计模块，用于实现钣金样板弯边数据的构建与标注工作，对钣金零件三维模型、二维投影进行处理，能够识别钣金弯边，并计算出弯边与腹板面的外形交线，弯边角度线，弯边高度；并将弯边信息导入钣金件二维投影视图中实现自动标注；

所述的样板补加快速设计模块，用于样板的补加设计工作，对零件投影的二维图形的处理，能够根据零件投影图形外部的1-2个点，实现对标准补加、狭长补加、销钉补加、狭长视口四类典型补加的快速设计。

2.飞机样板快速设计方法，其特征在于，包括如下工序：

(1)大型结构件外形检验样板设计；

(2)钣金外形、展开样板快速设计；

(3)样板补加快速设计；

所述的(1)大型结构件外形检验样板设计：具体过程为：以零件二维投影图形为输入，首先进行图形预处理，***根据输入的误差值，将细碎线段拟合成直线、圆弧；然后以基于主元的方式进行视口创建；

所述的(2)钣金外形、展开样板快速设计，包括弯边角度、高度计算并标注的基础及关键是钣金弯边特征的识别，为此提出基于凹凸属性的钣金弯边特征识别方法，在此基础上建立钣金弯边数据的构建与标注；其基本步骤为<2.1>弯边圆角识别；<2.2>圆角面分组；<2.3>弯边面识别；<2.4>弯边特征构建：<2.5>弯边数据构建；<2.6>弯边标注；

所述的(3)样板补加快速设计，是在工程图模式下，依据选定的补加类型，进行快速设计的方法，其基本流程为<3.1>关键点确定；<3.2>投影点构建；<3.3>补加边提取；<3.4>补加构建。

3.根据权利要求2所述的飞机样板快速设计方法，其特征在于，所述的主元，是指需创建视口检验的曲线，其实现的基本步骤为<1>主元识别；<2>主元分组；<3>视口构建；

所述的<1>主元识别，以单个视口位置或投影图形的一部分作为输入，根据曲线凹凸性、长度及相邻曲线连接关系自动识别视口主元；

所述的<2>主元分组，以最接近切连续的方式对每个视口主元进行边界拓展，先进行串联，判断是否封闭，然后再进行并联，形成单视口、串视口、闭视口及并视口主元，并进行分组；

所述的<3>视口构建，根据视口的类型及主元，再次进行边界拓展，依据设计知识库中定义的界元长度提取界元，并进行断线操作，形成最终视口。

4.根据权利要求2所述的飞机样板快速设计方法，其特征在于，所述的<2.1>弯边圆角识别：交互选取钣金零件的腹板面，提取腹板面的拓扑边及腹板面的共边关联面，在公共边中点处垂直于公共边创建平面与腹板面及其共边关联面相交，提取平凸切边、平凹切边的共边关联面，识别为弯边圆角面；

所述的<2.2>圆角面分组：将腹板面关联的弯边圆角面进行分组，原则是当一个圆角面与另一个圆角面存在公共边，则这两个面属于同组；

所述的<2.3>弯边面识别：提取弯边圆角面组的最外环，去除腹板面的拓扑边及凸边，剩余边线关联的拓扑面即为弯边面；

所述的<2.4>弯边特征构建：将圆角面组与其关联的弯边面进行合并构成弯边特征；

所述的<2.5>弯边数据构建：模拟交互式的构建方式，弯边面与腹板面的延伸交线为外形交线；对于外形交线上点，在此处垂直于外形交线的平面，与腹板面、弯边面交线形成的夹角即为此点处的弯边角度，腹板面与弯边面交线远端的距离为弯边高度，按照二分法快速确定特定弯边角度值对应的位置；将得到的弯边数据存储在三维模型中；

所述的<2.6>弯边标注：在工程制图中，按照曲线的对应规则，将三维模型中的弯边信息导入进行标注。

5.根据权利要求2所述的飞机样板快速设计方法，其特征在于，所述的<3.1>关键点确定：在样板临近的空白区域交互点击，认为此位置是关键点；

所述的<3.2>投影点构建：以关键点为基准，往样板边界进行投影，拾取距离最小并且属于投影边内点的投影点；

所述的<3.3>补加边提取：用两个投影点裁减样板的边界，并提取临近关键点的部分作为补加边；

所述的<3.4>补加构建：以补加边为基准，依次连接关键点、投影点，完成样板的补加构建。