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文章针对这种现象深入研究关联设计技术及快速建模方法的结合，给出了结合关联设计技术的机翼盒段快速建模的具体方法，并开发机翼盒段快速建模工具对装配体快速建模的方法进行验证。
随着基于模型的定义(model based definition，MBD)技术的发展，飞机设计过程逐步趋于全三维化，三维模型逐渐代替二维图形成为产品设计中的唯一数据源，因此，三维模型的准确快速创建在飞机设计过程中至关重要。飞机中部件与部件之间、零件与零件之间往往存在着大量的几何以及非几何的关联关系。当一个模型发生变更时往往会引起与之相关联的其他模型的变更，单一模型的参数化建模无法有效地解决设计变更过程中由于关联引起的模型变更。 关联设计是一种特殊形式的参数化设计方法，其驱动参数为上游设计的几何特征（如点、线、面、坐标系等），其表现为上游设计对下游设计的影响关系。关联设计的应用使得模型在设计发生变更时能够准确更新，大大提高了设计效率，并缩短了设计周期。波音公司将关联设计技术融入到飞机产品设计过程中，实现了产品的快速设计和联动修改，而且将其延伸到制造过程，实现了设计与工艺、工装及检验的关联，大大缩短了飞机产品研制的周期。国内很多高校和设计院所也在飞机结构设计中建立了关联设计技术体系，把关联设计技术应用于飞机的结构设计。周红等根据飞机工装设计过程中的变更，提出了自顶向下关联设计方法。 航空领域普遍采用CATIA软件进行三维模型创建，CATIA软件具有一定的通用性，但是缺乏针对飞机设计的专业化设计平台，无法满足航空单位对飞机高质、高效设计的需求。目前，机翼三维几何模型通常由设计人员手动创建，完全依赖设计人员制定建模流程，模型质量和创建效率受到设计人员水平制约。而且，由于模型系不同设计人员独立创建，建模往往忽略了模型与其之间相互影响的关联关系。当一个模型发生变更时，只能由设计人员凭经验判断哪些模型需要进行相应的更新修改，修改过程繁琐且容易造成遗漏，使修改不完全。通过模板参数化技术将机翼盒段零件进行合理的参数化，有效规范建模过程，可以实现机翼盒段三维模型的快速创建。同时，分析机翼中零件之间的相互制约关系，在建模过程中通过参数引用和几何元素引用的方式实现机翼盒段零件之间的关联，实现模型变更时机翼盒段三维模型准确完全地更新。 本文工作定位于飞机机翼结构详细设计阶段初期，旨在以定制模板的形式结合关联设计技术构建飞机机翼盒段三维实体模型快速建模工具，实现飞机机翼盒段三维实体模型快速创建，并且保证模型在设计变更发生时能够根据相应变更进行准确快速修改更新。 1 机翼实体模型分析 机翼作为飞机的重要部件之一，其主要作用是为飞机提供升力并满足飞机在各个飞行状态下的性能要求。机翼承力结构主要由沿展向布置的翼梁、墙、长桁和沿弦向布置的翼肋组成（由于墙的参数描述与翼梁相同，本文将墙做特殊的翼梁处理）。提取机翼结构元件、结构特征并确定相关参数并分析机翼模型间的制约关系，在建模过程中加以注意是实现三维模型快速生成和修改的关键。 1.1 骨架模型 骨架模型是关联设计的基础，是关联关系传播的媒介和载体，因此，要实现关联设计首先应该创建适合于机翼关联设计的骨架模型。机翼盒段骨架模型由机身整体外形分解得到，该骨架模型作为部段设计的基准零件挂接于部件结构树的最顶端。骨架模型主要包括机翼蒙皮曲面和翼梁、翼肋、长桁等零件的参考信息。为方便下游模型引用参考，骨架模型应依据下游模型种类及需要对模型中的参考面、参考线等信息进行分类管理，如图1所示为某型号飞机机翼的骨架模型，在骨架模型结构树下增加翼肋参考、翼梁参考等几何图形集，用于组织待发布的几何特征并按序发布。
图1 机翼盒段骨架模型 骨架模型的创建过程及使用有4个原则：①发布几何元素时直接从结构树上拾取，不能直接在模型中拾取曲面、直线等元素；②当己发布的元素需要更换时应先将替换元素复制到相应的待发布元素几何图形集下，然后发布并确认替换；③发布窗口不具有排序功能，因此为方便设计人员查找发布元素，骨架模型设计人员在发布元素时应将不同零件的参考元素按序集中发布；④下游模型只能引用骨架模型中发布的元素。 1.2 机翼中的关联关系分析及上游参考元素确定 关联设计要求三维模型零件之间具有完备的关联关系。如图1所示完备的关联关系能够保证当设计变更发生时，模型通过关联关系层层传播自动找到与变更模型相关联的所有模型并进行相应地更新，设计更改简单易行，更改传递畅通无阻。依据关联内容的不同关联关系可具体分为：①基准引用；②参数关联；③非几何信息关联。 机翼三维设计模型更新所涉及到的关联关系主要有基准引用和参数关联两种，其中基准引用以外部参考的形式实现，参数关联以外部参数的形式实现。基准引用主要发生在机翼骨架模型与机翼零件之间，零件通过特殊粘贴中的带链接粘贴将参考元素从骨架模型中复制到该零件下的外部参考几何图形集中。设计人员在建模过程中依据参考元素对零件进行定位创建等操作，此建模方式既保持了零件与骨架模型的关联，又省去了先建模后装配的麻烦。参数关联主要发生在机翼零件与零件之间，机翼零件可根据需要引用机翼中其他零件发布的参数元素。 由于零件模型需要通过参考元素进行定位，因此，首先应确定机翼各零件的建模参考元素，其次是通过零件间的参数制约关系确定各个零件外部参数。 (1)翼梁。翼梁与机翼翼面贴合，通过对其建模过程及结构特征分析确定其参考元素，如图2所示包括机翼上翼面、机翼下翼面、翼梁起始面、翼梁终止面以及翼梁站位面。
图2 翼梁参考元素 (2)翼肋。机翼翼肋与机翼翼面贴合且与长桁配合，其外形受上下翼面约束且长桁缺孔特征位置与长桁位置相关联，因此分析确定翼肋参考元素如图3所示，包括机翼上翼面、机翼下翼面、翼肋起始面、翼肋终止面、翼肋站位面以及长桁站位面。
图3 翼肋参考元素 (3)长桁。长桁分为机翼上侧长桁和机翼下侧长桁，其外侧与机翼蒙皮贴合内侧与翼肋配合沿展向布置于机翼上下两侧。上侧长桁参考元素如图4所示，包括机翼上翼面、长桁起始面、长桁终止面及长桁站位面。
图4 机翼上侧长桁参考元素 机翼下侧长桁参考元素如图5所示，包括机翼下翼面、长桁起始面、长桁终止面以及长桁站位面。
图5 机翼下侧长桁参考元素 1.3 机翼主要构成元件参数化描述 零件完整的参数化描述能够实现模型快速准确创建。分析模型结构，确定适当的建模参数是模板形式快速建模的重点，合理的参数化能够使得模型修改更加方便快捷。 (1)翼梁。翼梁作为最主要的纵向构件，承受部分或全部的弯矩和剪力。翼梁与上下翼面贴合，主要有凸缘和腹板组成，翼梁主要有C字型和工字型等多种截面形式。根据翼梁结构特点及建模经验可将翼梁参数确定为：a腹板厚度、b1上缘条宽度、b2下缘条宽度、c1上缘条厚度和c2下缘条厚度。 (2)翼肋。飞机设计中翼肋分为普通翼肋和加强翼肋两种。普通翼肋主要起保持蒙皮形状以及将由蒙皮和桁条传来的空气动力载荷传递给翼梁的作用，加强翼肋承受集中载荷。翼肋同样具有多种截面形式，根据翼肋结构特点及建模经验翼肋的参数可确定为：a腹板厚度、b1上缘条宽度、b2下缘条宽度、c1上缘条厚度、c2下缘条厚度、长桁缺口宽度、长桁缺口深度以及下陷深度。 (3)长桁。机翼中的长桁是起到支撑蒙皮作用的纵向元件。长桁表面与蒙皮贴合，其界面形式多种多样。常见的长桁截面形式有C型、Z型和工字型等。依据长桁的结构特点及建模经验确定长桁的参数为：a腹板厚度、b1上缘条宽度、b2下缘条宽度、c1上缘条厚度、c2下缘条厚度。 互联网 文章针对这种现象深入研究关联设计技术及快速建模方法的结合，给出了结合关联设计技术的机翼盒段快速建模的具体方法，并开发机翼盒段快速建模工具对装配体快速建模的方法进行验证。 2 创建参数化建模模板 在飞机的设计建模过程中，由于设计人员水平的不同所建模型方法各异，质量参差不齐。模板建模基于方法重用技术将模型的参数信息及高水平设计人员的建模方法、建模经验统一封装，实现设计人员建模经验技术的高度集成。本文中的机翼部件参数化建模模板基于CATIA平台开发，通过记录建模过程，以及对模型进行合理参数化的方式封装了高质量机翼类零件创建方法及设计经验，通过改变参数可以得到不同的几何模型，在将设计过程标准化和参数化的同时将建模方法、经验集成到机翼零件中。如图6所示，机翼盒段参数化建模模板包含翼肋建模、翼梁建模和长桁建模3部分，每部分又包括零件参考元素拾取和参数设置两项内容。
图6 机翼盒段参数化建模模板 建模过程中设计人员只需依据需要从骨架模型中选取相应的参考元素并设置相应的参数即可获得相应的零件模型。为了确保关联关系的准确建立及修改，模板所拾取的参考元素必须为骨架模型中的已发布元素，模型参数可以直接输入也可以依据零件间的参数关联通过拾取其他零件中的发布参数来获得，参数设置过程中需充分考虑模型间参数关联关系。以翼肋参数设置为例，参数设置过程中长桁缺口参数与长桁尺寸关联。因此，长桁缺口参数应拾取在长桁创建过程中发布的长桁尺寸参数。 该模板实现了机翼主要零部件的快速创建及修改。 3 实例验证 为验证机翼盒段快速建模模板的高效性，本文选取某机型机翼模型进行验证。图7为通过机翼部件参数化建模模板创建机翼模型的完整过程：①打开骨架模型。骨架模型需满足机翼部件快速建模模板对骨架模型的要求；②选择创建当下零件所需的参考元素；③选择机翼部件截面形式，输入或选择相应的参数值或参数关系式；④点击创建生成新的零件。最终生成的机翼三维模型如图8所示。
图7 机翼盒段模型创建过程
图8 机翼盒段三维模型 利用模板所创建的模型能够满足模型依据设计变更而修改更新的条件。模型的修改主要包括参考元素的修改更替以及模型部分参数的调整。当模型信息发生变更时相应的模型会自动变红提示更新，设计人员只需依据需要确认或者取消更新即可。 以骨架模型变动为例，如图9所示当骨架模型中长桁站位面发生变动时，设计人员将新的长桁站位面发布并代替原有长桁站位面。此时，通过机翼盒段快速建模模板创建的机翼盒段模型会自动查询与该长桁站位面相关联的零件模型。受到该变更影响的模型会变为红色，以提示设计人员判断是否需要依据变更对模型进行更新。设计人员只需点击更新，模型依据新的骨架模型对三维模型进行快速修改，生成新的盒段模型。
图9 机翼盒段模型快速修改 4 结论 (1)本文针对机翼设计过程中设计变更造成的三维模型大量重建的问题，给出了结合关联设计技术的模板建模方法。 (2)通过分析机翼模型中存在的关联关系以及机翼各零件的设计参数，确定了机翼盒段参数化建模模板的具体内容，包括参考元素的拾取和模型参数设置两个部分。开发了机翼部件快速建模模板。 (3)以某机型机翼盒段的创建进行验证，确定了该模板的高效性。该方法大大缩短了设计周期，避免了由于设计变更造成的模型重建的问题，该模板生成的机翼三维模型结构清晰易于设计人员维护修改。 |
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