1　引　　言

在通用CAD、CAE等環(huán)境下開發(fā)集成專用軟件是通用軟件很好的發(fā)展方向和取得實(shí)效的途徑 [1]。基于低端CAD軟件的開發(fā)與集成在國內(nèi)外已有多年研究，取得了許多成功的應(yīng)用并積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，而基于高端CAD軟件的開發(fā)與集成，國內(nèi)迄今為止感興趣的人多，研究的人少，研究尚處于起步和探索階段，可借鑒的經(jīng)驗(yàn)也少，更缺乏成熟的實(shí)用成果。

飛機(jī)操縱系統(tǒng)是飛機(jī)系統(tǒng)中十分復(fù)雜的子系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的因素較多，不僅需要考慮功能方面的要求，還需考慮強(qiáng)度、剛度等方面的要求，從而導(dǎo)致其設(shè)計(jì)難度較大。飛機(jī)使用實(shí)踐表明：使用過程中出現(xiàn)的許多問題都因設(shè)計(jì)考慮不周所致，對(duì)操縱系統(tǒng)也同樣如此。現(xiàn)代設(shè)計(jì)系統(tǒng)的一個(gè)主要要求在于已有設(shè)計(jì)的可再使用性，所以解決該問題的有效方法之一就是采用知識(shí)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方案,建立先進(jìn)的飛機(jī)操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)。這不僅可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短研制周期，降低設(shè)計(jì)成本，而且對(duì)減輕勞動(dòng)強(qiáng)度也是十分有益的。

UG是集CAD/CAE/CAM于一體的通用軟件，具有強(qiáng)大的CAD、CAM功能，基于完全的三維實(shí)體復(fù)合建模、特征建模和裝配建模技術(shù)，能夠設(shè)計(jì)出復(fù)雜的產(chǎn)品模型，可用于整個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)過程；同時(shí) UG又具有良好的開放性，為用戶提供了功能強(qiáng)大的二次開發(fā)工具，包括供用戶定制菜單的UG/Open Menu Script，供用戶構(gòu)造UG風(fēng)格對(duì)話框的用戶界面設(shè)計(jì)模塊UG/Open UIStyler，供用戶進(jìn)行功能開發(fā)的UG/Open[2]。利用這些工具，用戶就可針對(duì)其具體要求，如行業(yè)的特殊需要，對(duì)UG進(jìn)行開發(fā)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。

2　零件參數(shù)化設(shè)計(jì)

參數(shù)化設(shè)計(jì)方法的目的是存儲(chǔ)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程，從而設(shè)計(jì)出一族而不是單一的產(chǎn)品模型[3]。在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，不同型號(hào)的產(chǎn)品往往只是尺寸不同而結(jié)構(gòu)相同，映射到幾何模型中，就是幾何信息不同而拓?fù)湫畔⑾嗤Ｒ虼耍趯?duì)零件進(jìn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)歸類的基礎(chǔ)上建立參數(shù)化模型，保證設(shè)計(jì)過程中幾何拓?fù)潢P(guān)系一致，同時(shí)提取幾何特征參數(shù)并進(jìn)行用戶化命名，建立幾何信息和參數(shù)的對(duì)應(yīng)機(jī)制,通過編輯參數(shù)值直接或間接修改幾何實(shí)體，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)。UG環(huán)境下，可通過UG/Open提供的相應(yīng)功能函數(shù)編輯零件參數(shù)表達(dá)式(Expression)，即修改參數(shù)值，從而編輯幾何實(shí)體，來實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)。為確保裝配程序?qū)α悴考恼_調(diào)用，實(shí)現(xiàn)裝配過程中的自動(dòng)坐標(biāo)定位，在參數(shù)化模型中還應(yīng)加入裝配用方位參照信息。

2.1　硬式機(jī)械操縱系統(tǒng)主要構(gòu)件幾何參數(shù)分析

飛機(jī)機(jī)械操縱系統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通常分為軟式、硬式和混合式三種。其中硬式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由搖臂和傳動(dòng)桿等構(gòu)件所組成[4]。

2.1.1　搖　　臂

搖臂主要用來傳遞力、位移或改變它們的大小和方向，有的僅作支持用。結(jié)構(gòu)形式通常包括單搖臂、雙搖臂和復(fù)合式搖臂。其中單搖臂提取5個(gè)特征參數(shù)，雙搖臂提取9個(gè)幾何特征參數(shù)，復(fù)合式搖臂要具體分析。搖臂參數(shù)主要包括搖臂臂長(zhǎng)、搖臂間夾角等。圖1為雙搖臂幾何特征參數(shù)定義。

2.1.2　傳　動(dòng)　桿

傳動(dòng)桿又稱拉桿，由兩端耳片接頭和管材組成。通常把一端或兩端耳片接頭設(shè)計(jì)成螺紋連接，便于微調(diào)桿長(zhǎng)，進(jìn)行系統(tǒng)裝配。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提取兩個(gè)幾何特征參數(shù)，一個(gè)是兩端耳片接頭轉(zhuǎn)軸矢量之間的角度，另一個(gè)是桿長(zhǎng)，即傳動(dòng)桿兩端耳片接頭轉(zhuǎn)軸中心之間的距離。

2.2　基于UG二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)零件參數(shù)化設(shè)計(jì)

下面以雙搖臂為例說明實(shí)現(xiàn)過程。

利用UG/Open UIStyler定制雙搖臂對(duì)話框，如圖1所示。定制完成后，生成的三個(gè)文件分別為DR.h，DR_template.c和DR.dlg。按具體要求對(duì)DR_template.c進(jìn)行編碼，即可實(shí)現(xiàn)雙搖臂參數(shù)化設(shè)計(jì)，流程描述如下，其中Parameter_Information控件的功能為顯示特征參數(shù)信息，Apply控件的功能為編輯特征參數(shù)信息。

Parameter_Information()//顯示特征參數(shù)信息
{
UF初始化，獲取UG/Open API License；
根據(jù)控件ID獲取所要訪問的零件特征參數(shù)；
if(所要訪問的特征參數(shù)存在)
顯示特征參數(shù)信息；
else
提示用戶，并給出可能原因；
UF終止，歸還占用的License；
}
Apply()//編輯特征參數(shù)信息
{
UF初始化，獲取UG/Open API License；
根據(jù)控件ID獲取所要訪問的零件特征參數(shù)；
if(所要訪問的特征參數(shù)存在)
{
獲取所要訪問特征參數(shù)的新值；
if（參數(shù)新值在允許范圍之內(nèi)）
修改特征參數(shù)值；
else
提示用戶重新賦值；
}
else
提示用戶，并給出可能原因；
UF終止，歸還占用的License；
}

創(chuàng)建UG菜單文件DR.men，內(nèi)容如下：

VERSION 170
EDIT UG_GATEWAY_MAIN_MENUBAR //編輯主菜單
BEFORE UG_HELP //將第一級(jí)菜單置于Help之前
CASCADE_BUTTON UISTYLER_DLG //菜單類型為下拉式
LABEL Para&meter //定義菜單標(biāo)題及快捷鍵
END_OF_BEFORE //結(jié)束第一級(jí)菜單的編輯
MENU UISTYLER_DLG //編輯第二級(jí)菜單
BUTTON DOUBLEROCKERS_BTN //第二級(jí)菜單ID
LABEL Double Rockers... //定義菜單標(biāo)題
ACTIONS DR.dlg //運(yùn)行DR.dlg
END_OF_MENU //結(jié)束第二級(jí)菜單的編輯

2.3　配置開發(fā)環(huán)境

在UG根目錄${UGII_BASE_DIR}下創(chuàng)建二次開發(fā)用文件夾，如USER，在此文件夾內(nèi)創(chuàng)建文件夾startup，application和udo[5]，并將DR.dlg放到application下，DR.dll和DR.men放到startup下，udo用來存放動(dòng)態(tài)連接庫。去除UG環(huán)境變量文件ugii_env.dat中語句#UGII_USER_DIR=${HOME}前的“#”號(hào)以使該語句有效，同時(shí)將${HOME}改為${UGII_BASE_DIR}USER。

添加如下系統(tǒng)環(huán)境變量：

變量名：UGII_CUSTOM_DIRECTORY_FILE
變量值：${UGII_BASE_DIR}USER

完成上述任務(wù)后啟動(dòng)UG，則會(huì)在菜單欄中菜單Help前增加新菜單Parameter，如圖2所示。

圖2　新菜單Parameter

參照?qǐng)D1修改一雙搖臂特征參數(shù)，結(jié)果如圖3所示，其中特征參數(shù)angle0的新值為150度。

(a) 修改前 (b) 修改后
圖3　雙搖臂特征參數(shù)修改

3　虛擬裝配自動(dòng)化

UG采用“利用部件鏈接關(guān)系建立裝配”的虛擬裝配模式。這種模式可檢查目標(biāo)裝配體自身靜態(tài)干涉、模仿產(chǎn)品的裝配過程、定義拆裝路徑，并可仿真機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能，從而分析產(chǎn)品及其裝配元件的可裝配性，衡量裝配設(shè)計(jì)階段產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)果的好壞[6]。而上述功能只能在人機(jī)交互方式下實(shí)現(xiàn)，當(dāng)目標(biāo)裝配體為大型復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)，存在操作過程煩瑣、操作者易疲勞和重復(fù)性差等諸多不足。針對(duì)這種情況，提出虛擬裝配自動(dòng)化解決方案，描述如下：

從文件讀入或自定制界面輸入零部件在裝配圖中的目標(biāo)方位，通過裝配程序?qū)ρb配用方位參照信息（坐標(biāo)矩陣）進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)零部件自動(dòng)坐標(biāo)定位。變高強(qiáng)度的人機(jī)交互操作為命令式操作，使重復(fù)、煩瑣的手工操作程序化，從而自動(dòng)完成虛擬裝配，達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的。

為能在飛機(jī)操縱系統(tǒng)裝配后順利進(jìn)行動(dòng)、靜態(tài)干涉檢查等后續(xù)工作，需要在每次鏈接零部件、導(dǎo)入零件事件（part occurrences）之后，對(duì)零件事件進(jìn)行ID標(biāo)識(shí)，使之成為一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

操縱系統(tǒng)虛擬裝配自動(dòng)化流程如下：

Assemble() //虛擬裝配自動(dòng)化
{
獲取預(yù)裝配零部件的裝配用方位參照信息；
獲取零部件在裝配件圖中的方位；
鏈接零部件，導(dǎo)入零件事件；
空間方位轉(zhuǎn)換；
標(biāo)識(shí)零件事件，使之成為節(jié)點(diǎn)；
}；

基于上述方法實(shí)現(xiàn)的飛機(jī)操縱系統(tǒng)的典型組件裝配圖、全系統(tǒng)裝配圖分別見圖4、圖5。

圖4　典型組件裝配圖

圖5　飛機(jī)操縱系統(tǒng)全系統(tǒng)裝配圖

4　結(jié)　束　語

二次開發(fā)UG實(shí)現(xiàn)飛機(jī)操縱系統(tǒng)零件參數(shù)化設(shè)計(jì)與虛擬裝配自動(dòng)化方案在很大程度上解決了工廠技術(shù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度問題，縮短了設(shè)計(jì)周期，降低了設(shè)計(jì)成本。本研究是飛機(jī)硬式機(jī)械操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)的核心技術(shù)內(nèi)容之一，該平臺(tái)已在中埃兩國簽署的關(guān)于中埃兩國合作生產(chǎn)80架K8E飛機(jī)的合同中得到成功應(yīng)用。