基于MBD的飞机结构件重量计算

刘木君+张石柱

摘 要：文章基于MBD的三维数字化设计方法，利用CATIA软件的参数化功能及二次开发，提出飞机结构件重量计算及统计新的实现方法，该方法可以大幅度减少设计工作量，提高工作效率，提高重量计算结果的准确性，进而缩短产品的研发周期。

关键词：重量计算；MBD；建模；参数化

1 概述

传统的飞机结构件重量计算，采用人工计算或估算的方式，近些年随着CATIA三维设计软件的普遍应用，已多采用软件测量的方式，但仍离不开工程设计人员的人工过程。文章在传统的重量计算方法上，提出基于MBD的重量计算实现方法。

2 零件重量计算

2.1 零件建模

所有结构零件应当建立基于CATIA的三维数模，零件数模要真实准确，应具备所有细节特征，如圆角、加强槽、减轻孔、下陷、凸台等。有闭角残余的机加件，需按布尔运算去材料的方式建模以实现闭角残余的特征。钣金件尽量采用钣金模块进行建模，钣金特征需符合标准。

2.2 零件重量计算方法

在完整的零件生产周期内，零件重量计算除考虑原材料、加工的影响，还应考虑二者的公差，此外，表面处理、底漆处理也会带来重量变化。因此，完整的重量计算公式修正如下：

W=smartVolume（零件几何体`）*ρ*K+smartWetarea（零件几何体） *n+W1

W1=smartWetarea（零件几何体） *m

式中：W-零件重量；W1-零件底漆重量；K-公差修正系数；ρ-零件材料密度；n-表面处理面密度；m-漆层面密度。

实际使用中，将上式定义至模型内，可自动与零件三维模型关联，获取正确的模型体积与表面积数据。零件材料密度ρ与材料库数据关联，在定义模型材料时自动获取材料密度值。

2.3 公差修正系数

公差修正系数K默认为1。当零件为钣金件，并选取执行GB3194标准的国产铝合金板材时，K值需按公差中值[1]进行修正，具体可参考表1，较小的零件按板宽1200mm取系数。

表1 国产铝合金板材公差修正系数

当零件为机加件，并人为定义厚度为非对称公差时，需按厚度公差中值计算K并修改模型中相应参数。例如一个机加件壁厚为2mm，公差取-0.1～+0.2mm，其公差平均值为0.05mm，那么K应为（1mm+0.05mm）/2mm=1.025

2.4 面密度

零件的表面处理和底漆的面密度均按厚度平均值考虑，常用的表面处理平均面密度可参考表2；底漆平均面密度可参考表3。

表2 表面处理平均面密度

表3 底漆平均面密度

3 装配重量计算

基于紧固件快速设计系统CAFE系统[2]在装配R模型中定义紧固件，并通过该系统实现装配R模型中的紧固件重量自动计算。密封剂的重量按密封区域及密封形式进行估算[3]。

4 重量统计及导出

基于VPM系统的属性映射可将CATIA模型中的零件重量、漆的重量、重心值以及惯量值以EBOM表的方式导出，可便于统计及重量数据管理。

5 结束语

上述重量计算方法可通过参数化定义及二次开发实现，工程设计人员仅需视情况修正少量参数即可实现重量计算。公式设定完毕后，零件重量数据会随着模型的修改自动更新，且所有需要的重量信息和数据均可自动导出，不仅提高设计效率、减少设计错误，还便于重量的跟踪管理、全机重心的快速更新，可显著地缩短产品研发周期。

参考文献

[1]重量平衡与控制[M].飞机设计手册，北京：航空工业出版社，1999.

[2]王冰，吕军.基于全三维设计的紧固件辅助系统研究与实现[J].航空制造技术，2013（3）.

[3]刘晓艳.飞机结构件、喷漆、密封剂和紧固件重量计算[J].科技创新与应用，2012（25）.

摘 要：文章基于MBD的三维数字化设计方法，利用CATIA软件的参数化功能及二次开发，提出飞机结构件重量计算及统计新的实现方法，该方法可以大幅度减少设计工作量，提高工作效率，提高重量计算结果的准确性，进而缩短产品的研发周期。

关键词：重量计算；MBD；建模；参数化

1 概述

传统的飞机结构件重量计算，采用人工计算或估算的方式，近些年随着CATIA三维设计软件的普遍应用，已多采用软件测量的方式，但仍离不开工程设计人员的人工过程。文章在传统的重量计算方法上，提出基于MBD的重量计算实现方法。

2 零件重量计算

2.1 零件建模

所有结构零件应当建立基于CATIA的三维数模，零件数模要真实准确，应具备所有细节特征，如圆角、加强槽、减轻孔、下陷、凸台等。有闭角残余的机加件，需按布尔运算去材料的方式建模以实现闭角残余的特征。钣金件尽量采用钣金模块进行建模，钣金特征需符合标准。

2.2 零件重量计算方法

在完整的零件生产周期内，零件重量计算除考虑原材料、加工的影响，还应考虑二者的公差，此外，表面处理、底漆处理也会带来重量变化。因此，完整的重量计算公式修正如下：

W=smartVolume（零件几何体`）*ρ*K+smartWetarea（零件几何体） *n+W1

W1=smartWetarea（零件几何体） *m

式中：W-零件重量；W1-零件底漆重量；K-公差修正系数；ρ-零件材料密度；n-表面处理面密度；m-漆层面密度。

实际使用中，将上式定义至模型内，可自动与零件三维模型关联，获取正确的模型体积与表面积数据。零件材料密度ρ与材料库数据关联，在定义模型材料时自动获取材料密度值。

2.3 公差修正系数

公差修正系数K默认为1。当零件为钣金件，并选取执行GB3194标准的国产铝合金板材时，K值需按公差中值[1]进行修正，具体可参考表1，较小的零件按板宽1200mm取系数。

表1 国产铝合金板材公差修正系数

当零件为机加件，并人为定义厚度为非对称公差时，需按厚度公差中值计算K并修改模型中相应参数。例如一个机加件壁厚为2mm，公差取-0.1～+0.2mm，其公差平均值为0.05mm，那么K应为（1mm+0.05mm）/2mm=1.025

2.4 面密度

零件的表面处理和底漆的面密度均按厚度平均值考虑，常用的表面处理平均面密度可参考表2；底漆平均面密度可参考表3。

表2 表面处理平均面密度

表3 底漆平均面密度

3 装配重量计算

基于紧固件快速设计系统CAFE系统[2]在装配R模型中定义紧固件，并通过该系统实现装配R模型中的紧固件重量自动计算。密封剂的重量按密封区域及密封形式进行估算[3]。

4 重量统计及导出

基于VPM系统的属性映射可将CATIA模型中的零件重量、漆的重量、重心值以及惯量值以EBOM表的方式导出，可便于统计及重量数据管理。

5 结束语

上述重量计算方法可通过参数化定义及二次开发实现，工程设计人员仅需视情况修正少量参数即可实现重量计算。公式设定完毕后，零件重量数据会随着模型的修改自动更新，且所有需要的重量信息和数据均可自动导出，不仅提高设计效率、减少设计错误，还便于重量的跟踪管理、全机重心的快速更新，可显著地缩短产品研发周期。

参考文献

[1]重量平衡与控制[M].飞机设计手册，北京：航空工业出版社，1999.

[2]王冰，吕军.基于全三维设计的紧固件辅助系统研究与实现[J].航空制造技术，2013（3）.

[3]刘晓艳.飞机结构件、喷漆、密封剂和紧固件重量计算[J].科技创新与应用，2012（25）.

摘 要：文章基于MBD的三维数字化设计方法，利用CATIA软件的参数化功能及二次开发，提出飞机结构件重量计算及统计新的实现方法，该方法可以大幅度减少设计工作量，提高工作效率，提高重量计算结果的准确性，进而缩短产品的研发周期。

关键词：重量计算；MBD；建模；参数化

1 概述

传统的飞机结构件重量计算，采用人工计算或估算的方式，近些年随着CATIA三维设计软件的普遍应用，已多采用软件测量的方式，但仍离不开工程设计人员的人工过程。文章在传统的重量计算方法上，提出基于MBD的重量计算实现方法。

2 零件重量计算

2.1 零件建模

所有结构零件应当建立基于CATIA的三维数模，零件数模要真实准确，应具备所有细节特征，如圆角、加强槽、减轻孔、下陷、凸台等。有闭角残余的机加件，需按布尔运算去材料的方式建模以实现闭角残余的特征。钣金件尽量采用钣金模块进行建模，钣金特征需符合标准。

2.2 零件重量计算方法

在完整的零件生产周期内，零件重量计算除考虑原材料、加工的影响，还应考虑二者的公差，此外，表面处理、底漆处理也会带来重量变化。因此，完整的重量计算公式修正如下：

W=smartVolume（零件几何体`）*ρ*K+smartWetarea（零件几何体） *n+W1

W1=smartWetarea（零件几何体） *m

式中：W-零件重量；W1-零件底漆重量；K-公差修正系数；ρ-零件材料密度；n-表面处理面密度；m-漆层面密度。

实际使用中，将上式定义至模型内，可自动与零件三维模型关联，获取正确的模型体积与表面积数据。零件材料密度ρ与材料库数据关联，在定义模型材料时自动获取材料密度值。

2.3 公差修正系数

公差修正系数K默认为1。当零件为钣金件，并选取执行GB3194标准的国产铝合金板材时，K值需按公差中值[1]进行修正，具体可参考表1，较小的零件按板宽1200mm取系数。

表1 国产铝合金板材公差修正系数

当零件为机加件，并人为定义厚度为非对称公差时，需按厚度公差中值计算K并修改模型中相应参数。例如一个机加件壁厚为2mm，公差取-0.1～+0.2mm，其公差平均值为0.05mm，那么K应为（1mm+0.05mm）/2mm=1.025

2.4 面密度

零件的表面处理和底漆的面密度均按厚度平均值考虑，常用的表面处理平均面密度可参考表2；底漆平均面密度可参考表3。

表2 表面处理平均面密度

表3 底漆平均面密度

3 装配重量计算

基于紧固件快速设计系统CAFE系统[2]在装配R模型中定义紧固件，并通过该系统实现装配R模型中的紧固件重量自动计算。密封剂的重量按密封区域及密封形式进行估算[3]。

4 重量统计及导出

基于VPM系统的属性映射可将CATIA模型中的零件重量、漆的重量、重心值以及惯量值以EBOM表的方式导出，可便于统计及重量数据管理。

5 结束语

上述重量计算方法可通过参数化定义及二次开发实现，工程设计人员仅需视情况修正少量参数即可实现重量计算。公式设定完毕后，零件重量数据会随着模型的修改自动更新，且所有需要的重量信息和数据均可自动导出，不仅提高设计效率、减少设计错误，还便于重量的跟踪管理、全机重心的快速更新，可显著地缩短产品研发周期。

参考文献

[1]重量平衡与控制[M].飞机设计手册，北京：航空工业出版社，1999.

[2]王冰，吕军.基于全三维设计的紧固件辅助系统研究与实现[J].航空制造技术，2013（3）.

[3]刘晓艳.飞机结构件、喷漆、密封剂和紧固件重量计算[J].科技创新与应用，2012（25）.