基于CATIA的管路类标准件库的设计与实现

李 祥，杜宝江，崔 熠，马 群

（上海理工大学，上海 200093）

0 引言

CATIA已经成为国际航空工业首选的辅助设计软件，在汽车制造领域，CATIA的应用也日趋广泛。目前对CATIA通用性标准件库构建方法的相关研究比较深入，针对CATIA管路模块的研究主要围绕客户化环境定制、管路模块的功能运用等方面，而对管路模块的基本原理和组织结构的研究及阐述都不明确，仅能满足基本的使用需求，不足以指导管路模块的工程实际应用。而且目前还没有一种通用性的管路类标准件库的构建方法，导致CATIA的管路模块在实际工程应用中有很大的局限性。

1 管路类标准件库的基本原理

1）通过引入特征的概念，将管路类标准件按照功能特征和物理特征进行分类。使用一系列的目录文件（目录文件是catalog格式的CATIA文件，由CATIA的目录编辑器进行创建和修改）组织管理标准件、建立特征与标准件之间的映射关系。管路类标准件的主要功能特征可分为：直通接头、三通接头、四通接头、卡箍、管袖、管螺母、软管、弯管、堵帽和塞子等类型；主要物理特征可分为：标准件件号、公称直径、壁厚、端头类型、材料类型、等级和标准等。

Tubing Parts Catalog和Specifications Catalog文件分别用于管理按照功能特征进行分类以及按照物理特征进行分类的标准件。管路模块根据不同的索引驱动方式，从不同的目录文件中调用标准件。功能特征索引方式从Tubing Parts目录文件中调用，物理特征索引方式则从Specifications目录文件中调用。

标准件与目录文件的映射关系如图1所示，Tubing Parts Catalog文件是所有标准件按照功能特征进行分类的集合，Specifications Catalog文件是Tubing Parts Catalog文件中满足指定物理特征标准件的集合。

图1 标准件与目录文件的映射关系

2）利用规则文件建立管路模块与不同功能类型标准件的属性链接。规则文件就如同标准件库的骨骼，只有完善的规则体系，才能实现标准件的自动过滤、自动配合和自动关联等管路模块优势功能。主要规则有：标准件弯曲规则、长度规则、直径规则、旋转规则、分支规则、焊接规则、自动调用规则和功能特征映射规则等。例如，弯曲规则，用于在装配软管过程中使软管的变形自动满足设定的弯曲半径；直径规则，用于对标准件按照公称直径进行过滤，使调用的标准件自动匹配设定的管路半径；自动调用规则，用于将管接头与管壁进行自动配合，实现自动装配的功能。功能特征映射规则，用于在使用标准检索方式时调用按照功能特征进行分类的标准件。规则文件采用txt格式，便于建立与catalog文件的链接及其内容的修改。

3）利用资源管理文件对管路模块的资源进行标识，特别是指定标准件库中各个文件的调用位置。资源管理文件就如同标准件库的神经中枢，负责将管路模块的各个功能部分连接到一起，对资源进行统一协调。其采用XML格式、树形层次化结构和模块化组织管理，可方便的管理及利用资源。当不同的功能模块调用相同的资源文件时，只要在资源管理文件中统一对其路径进行标识即可实现，方便的实现了资源的共享。当相同的功能模块需要调用不同的资源文件时，只要建立不同的资源管理文件即可实现。对管路模块使用资源管理文件进行管理的方式，为其标准件库实现协同应用奠定了基础。

资源管理文件的组织结构如图2所示：

图2 资源管理文件的组织结构

资源管理文件共分三个层次：项目资源层次定义可以被所有模块共同使用的资源，主要包括模块的资源索引文件、特征目录相关路径等；模块层次定义在该模块的所有应用下可使用的资源，主要包括各种目录文件、报表文件等；应用层次定义仅能在该应用下使用的资源，例如在Tubing Design应用中的零件属性信息、解析零件文件夹等。

2 管路类标准件库的组成结构

通过以上论述，我们可以得出管路类标准件库必须要包含：

1）定义标准件特征的特征文件，即.CATfct文件，其由CATIA的特征字典编辑器进行创建和修改，是标准件库的核心控制文件。管路标准件库的标准件均基于此文件进行创建、编辑及修改；

2）将标准件按照功能特征进行分类管理的Tubing Parts Catalog目录文件；

3）将标准件按照物理特征进行分类管理的Tubing Specifications目录文件；

4）定义各种规则的规则文件，通过txt文件定义规则，由目录文件Tubing Design Rules进行统一管理；进行项目管理的资源管理的Project.xml文件。

5）系统环境配置文件，对CATIA的启动环境进行设定；

6）管线目录文件，用于设定管线的选用目录及管径的规格，其在标准件的调用过程中作为尺寸筛选条件，其结构与组织形式与规则文件类似，由目录文件CATTub Tubing Line进行统一管理。

值得一提的是：Tubing Parts Catalog目录文件的结构目录与Tubing Design Rules中文件Tubing-FunctionPhysical.txt的结构必须一致，以保证标准件的正确调用。

标准件库的主要文件目录结构如图3所示。

3 管路类标准件库的构建过程

图 3 标准件库的主要文件结构

默认环境下CATIA的管路模块标准件库仅提供简单的样例，在工程实际应用中，要满足各种设计单位不同的使用需求，仅仅依靠修改CATIA的环境变量以及进行管路模块的客户化环境定制是远远不够的，需要重新修改或建立标准件库的关键文件。根据以上的研究总结，可以得出一种通用性的管路类标准件库的构建方法。

1）创建零件库的核心控制文件：CATfct文件。由于CATIA文件对管路类零件进行了详细的描述与分类。

2）按照标准、使用习惯、实际使用需求，通过建立或修改相应的规则文件，实现设计

员可以方便快捷的对零件进行检索和调用。

3）创建零件选用目录。首先在管路模块中建立零件的三维模型，定义连接点等属性信息；然后创建零件的设计表，其中包含零件的参数化信息；最后将零件导入至Tubing Parts Catalog目录文件中。

4）设定资源的调用路径及配置方式。在Project.xml文件中，设定管路零件库的各个文件的调用路径及模块功能的配置方式，保证CATIA可以调用零件库的相关文件。

管路类标准件库构建完成后的效果如图4!图6所示，图4管路类标准件库的标准件调用界面，如图4所示，根据实际的工程需求在标准件的下拉列表中，根据标准件的材料对同一类标准件进行了分类，方便设计员查找及调用。如图5Tubing Parts Catalog的目录结构所示，在目录文件中即对标准件按照材料进行了分类管理。如图6核心控制文件的目录结构所示，在CATfct文件中定义了管路类标准件的类型。

图4 管路类标准件库的标准件调用界面

图5 Tubing Parts Catalog的目录结构

图6 核心控制文件的目录结构

4 管路类标准件协同应用的实现

为了满足数字化协调设计的需求，工程实际使用标准件库的过程中必须保证标准件的来源唯一，同时标准件库的信息可共享，冗余少，可进行集中控制等。这就要求标准件库必须是共享式的，以保证数据的唯一性及数据更新的快捷。根据管路模块的特点及实际的工程要求，本文利用B/S架构对企业服务器及客户端进行相关配置实现标准件库的协同应用。

图7 标准件库的网络布局

标准件库的网络布局如图7所示。在企业服务器上存放Tubing、CATfct和Project.xml文件等标准库的主文件。在设计员本机仅存放CATSettings文件，使设计员可以根据工作需求进行不同的CATIA设置。在服务器上共享标准件库文件，在设计员本地将共享文件映射为本地磁盘，通过修改配置文件的路径，即可将CATIA的调用目录指向服务器。在Environment Editor和Project.xml中进行路径的设定。需要修改的路径如表1所示（假设映射的盘符为Y：，存放目录为TubingProject）。

表 1 标准件库文件路径设定

通过以上配置，实现了设计员的CATIA管路标准件库均指向Y:TubingProject目录，即服务器上的TubingProject目录，均使用该目录中设定的规则，调用该目录中标准件。只要更新该目录中的文件，即可实现所有设计员标准件库的同步更新。同时与设计员个人使用习惯有关的CATSettings文件均保存在本机的C:TubingProject CATSettings目录中，保证了实际工程应用中设计员个性化需求。

5 结论

本文对CATIA的管路模块的标准件库的结构进行了研究和分析，阐述了标准件库的构建过程，实现了标准件库的共享式应用。采用本文阐述的方式构建的CATIA管路模块标准件库可以满足企业的实际使用需求，保证了标准件的来源唯一，

标准件库的更新维护方便，为数字化协同设计提供了应用基础。本文的研究成果已经应用于上海飞机设计研究院的标准件管理系统中。

[1] Dassault Systemes CATIA V5 User’s Documentation.

[2] 杨小龙.CATIA软件Tubing Design模块应用研究[J].直升机技术, 2008(1): 45-48.