基于CATIA/CAA的标准件批量装配应用研究

郭喜锋，刘顺涛，梁文馨，韩志仁

（1.中航工业成都飞机工业（集团）有限责任公司，成都 610073；2.沈阳航空航天大学，沈阳 110136）

基于CATIA/CAA的标准件批量装配应用研究

郭喜锋1，刘顺涛1，梁文馨1，韩志仁2

（1.中航工业成都飞机工业（集团）有限责任公司，成都 610073；2.沈阳航空航天大学，沈阳 110136）

介绍了CATIA二次开发的方式，并通过基于CAA的CATIA二次开发，实现了螺栓、螺母、垫片等标准件的批量装配，大大提高了模型装配效率。装配结果以实体或者曲面两种可选形式存在于装配体模型中，工艺人员可以直观的进行标准件边距和位置的检测，大幅提高了工艺审查的效率和质量。

标准件；装配；CATIA；CAA

0　引言

飞机装配时会使用成千上万个螺栓、螺母、垫圈等标准件。这些标准件相对于飞机部件而言，比较小，有时甚至被其他零件或部件所覆盖。与飞机部件进行装配时，通常需要对它们进行移动才能显示在当前视图中，而在CATIA装配环境下，定义一个完整的装配约束关系需要2个以上约束。因此，逐个对这些标准件进行装配显得既费时又费力，而且容易出错。

随着MBD（Model-Based Definition，基于模型的定义）技术的应用，螺栓、铆钉等标准件的位置信息通常用一个点和一务直线表示以轻量化设计模型。但在部件实际装配过程中，工艺人员常常需要标准件的实体来进行必要的干涉缺陷以及边距是否足够的检测。如何快速、批量将同种类型的标准件实体模型在数模上进行装配是工艺人员工作中时常面临的问题。本文通过对CATIA装配模块进行二次开发，设计出标准件快速批量装配工具。利用该工具，工艺人员交互选择少量装配约束特征，便可以实现螺栓、螺母、垫圈等标准件的快速批量装配，大大提高了工作效率和质量。

1　CATIA二次开发

1.1CATIA二次开发方式

CATIA有四种二次开发方式（如图1所示）。它们分别是Konwledge（智能构件）、Automation API（自动化应用接口）、CAA V5 C++&Java API（CAA V5的C++）和User Defined Feature （用户定义特征）。

Konwledge（智能构件）主要应用于知识顾问、知识专家和产品工程优化三个方面，是一种反应式的、基于规则的、面向目标的客户化方式；Automation API（自动化应用接口）通过VB Script or Java Script来录制宏，自动生成代码；CAA V5 C++ & Java API，就是常说的CAA（component application architecture）--基于组件的应用架构；User Defined Feature （用户定义特征）主要通过整合现有的特征来交互的定义新的数据类型。文献［1］把标准格式的输入输出也作为了一种二次开发方式。

图1　CATIA二次开发方式

相对于其他开发方式而言，CAA具有强大的交互、集成和用户特征定义的功能，并有一套自己的体系架构。但是基于CAA进行CATIA二次开发难度也比较大，除了掌握CATIA的基本知识外，它还需要开发人员掌握面向对象的语言以及组件的相关知识。

1.2基于CAA的CATIA二次开发

CAA的实现，主要是通过RADE（Rapid Application Development Environment）和不同的API（Application Programming Interface应用程序接口）来完成的。

RADE（快速应用研发环境）是一个可视化的集成开发环境，它提供完整的编程工具组，是以Microsoft Visual Studio VC++为载体，但在VC++环境中增加了CAA的开发工具。API（应用程序接口）提供了操作各种对象的方法、工具和接口。

利用CAA可以对CATIA进行从简单到复杂的二次开发工作，并和CATIA本身无缝连接。

2　批量装配概念

批量装配（批装配）是针对在某一装配模型中装配多组相同规格零组件的情况，在定义零组件的装配特征和分析零组件与装配模型之间约束关系特点的基础上，能够实现用户在装配模型上选择较少的装配约束几何元素，批装配系统即可采用装配运算，自动定义这些零组件和装配模型之间的装配约束，从而实现零组件的快速成批装配［2］。本文开发的标准件批量装配工具，只需用户拾取装配模型中存放法式的几何图形集和一个参考面，以及选择需要安装的标准件即可实现螺栓、螺母、垫片等标准件的批量装配。

3　批量装配实现过程

3.1CAA提供的装配约束关系

CAA V5提供的装配约束关系主要有Fix Constraint（固定约束）、Offset Constraint（偏移约束）、Coincidence Constraint（相合约束）、Angle Constraint（角度约束）和Contact Constraint（接触约束）［3］。与这些约束对应的约束类型如表1所示。

约束的创建主要通过函数CreateConstraint（参数一，参数二，…）实现的。它的第一个参数便是约束类型。

3.2定义装配特征

定义装配特征是指，指定装配模型和标准件中的几何元素（几何特征），使其参与装配。这一过程是通过函数GetProductConnector建立起装配特征和几何元素之间的引用关系而实现的。图2是某装配模型和标准件的装配特征。它们之间的映射关系如表2所示。

图2　某装配模型和标准件的装配特征

表1　CAA对应的装配约束以及类型

3.3装配特征信息的获取

装配模型的特征信息主要是法失和两个参考面（螺栓约束参考面和垫片约束参考面）。法失存放在几何图形集下，用户拾取得到。程序通过CATIDescendants类依次得到所有的法式，并通过法失得到确定标准件位置信息的点。通过法失和这个点，程序自动做出螺栓的参考面，放置在一个已命名的几何图形集下。垫片的参考面则需要用户在装配模型上拾取得到。当拾取的面是曲面时，法失和该曲面自动求交。依据法失和该交点，做出垫片的参考面。

为了修改的方便，标准件参与装配的特征信息经常使用“Tools”菜单下的“Publication”命令发布。因此，其特征信息的获取通过使用CATIPrdObjectPublisher对象获取。

3.4图形显示和更新

用户打开装配体模型，调用快速装配命令，通过类CATNavigation3DViewer，实现了标准件的实时预览。点击预览按钮，程序自动计算法失的数量，并在后台载入与法失数量相等的标准件，自动与装配模型进行装配，装配完毕后，分别通过CAA提供的CATIRedrawEvent和CATIModelEvents两个类完成当前装配体的结构树和视图的更新。如果对当前装配结果不满意，点击“取消”按钮，装配结果消失，装配模型未做任何变动，恢复初始值。否则，点击“确定”按钮，装配结果以实体形式保留。以实体形式装配的标准件，是以组件的形式载入装配体的，当数量比较多时，结构树冗长，管理不方便。由于CATIA的Product文件是以保存链接的方式管理装配体组件，当载入的组件路径移动时，组件就无法载入，这也给装配组件的管理带来了麻烦。但是，实体装配的标准件可用于后续的仿真分析。

本文开发了第二种组件装配结果供用户选择。选择“预览”按钮后，按钮“生成面”变为可用状态，点击此按钮，程序会自动获取以实体形式载入的属性信息（零部件号、材料、颜色等），之后将这些标准件及其约束移除。通过类CATMmrInterPartCopy，将其放在用户指定位置的几何图形集下。拷贝结果以面的形式存在，不仅保留了标准件实体装配时的属性信息，同时也保留其位置信息。这种形式的装配结果既说明了设计意图，又方便了装配模型的管理。

另外，本文开发的批量装配工具，既可以单独装配螺栓，又可以螺栓、垫片配套装配或者三者同时装配。其对话框和模装配模型的装配结果如图3、图4所示。

表2　某装配模型和标准件之间的装配映射关系

图3　标准件批量装配工具对话框

图4　某装配模型批量装配结果

4　结束语

基于CAA技术，通过对CATIA二次开发得到的标准件批量装配工具，实现了螺栓、垫片、螺母等标准件的快速批量装配。此工具的开发使工艺人员可以随时直观的进行标准件边距及位置的检测，大幅提高工作效率和质量。

工具运行的结果以实体和曲面两种形式存在。实

【】【】体的形式侧重于仿真分析中的应用，曲面的形式管理方便，侧重于工艺审查时的查看。

［1］ 何朝良，杜廷娜，张超.基于CAA的CATIA二次开发初探［J］.自动化技术与应用，2006，25（9）.

［2］ 陈功，周来水，安鲁陵，邓冬梅.基于CATIAV5的零组件快速装配设计技术研究［J］.机械科学与技术，2007，26（10）.

［3］ DassaultSystemes.CAA V5 encyclopaedia［CP］.Paris：DassaultSystemes， 2000.

［4］ 黄兵锋.CATIA V5的Publication功能及应用［J］.湖北汽车工业学院学报，2009，06.

［5］ 曾柳杨.基于CATIA/CAA的虚拟装配约束关系分析与干涉检查研究［D］.南京：南京航空航天学，2005.

［6］ 张安鹏，张俊，姬涛.无师自通CATIAV5之零件设计［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2007：146-152.

［7］ 曹俊生.基于CATIA/CAA的飞机结构虚拟装配信息模型研究［D］.南京：南京航空航天学，2005：26-29.

A research on the application of standard parts batch assembly based on CATIA/CAA

GUO Xi-feng1， LIU Shun-tao1， LIANG Wen-xin1， HAN Zhi-ren2

TP391.7

A

1009-0134（2016）10-0080-03

2016-08-03

郭喜锋（1986 -），男，河南开封人，工程师，硕士，主要从事飞机数字化装配工艺设计相关工作。