边界模型在飞机数字化设计中的应用

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　　摘  要：文章根据国内飞机设计行业现状，结合飞机数字化设计中的应用实践，介绍了边界模型的分类、功能使用方法及注意事项，以更好推进飞机数字化设计工作，提高工作效率。
　　关键词：关联设计;骨架模型;边界模型;数字化设计
　　中图分类号：V221         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）03-0094-02
　　Abstract： According to the present situation of domestic aircraft design industry and the application practice in aircraft digital design， this paper introduces the classification， functional usage and matters needing attention of boundary model， in order to better promote the work of aircraft digital design and improve work efficiency.
　　Keywords： relational design; skeleton model; boundary model; digital design
　　引言
　　飞机设计中，一个零件的修改往往涉及多个部件下的多个零件，在整个飞机设计中，引用关系复杂，数据量惊人;同时零件中还含有丰富的工程信息，零件设计文档也需与强度分析、数控加工等文档间有可追溯的能力。为解决以上问题，飞机设计中多采用关联设计技术。
　　关联设计技术是管理和应用零件间特征或几何元素之间的关系的技术，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，其表现为上游设计对下游设计的影响关系[1]。
　　不受控制的关联设计关系中零件会同时引用多个零件，容易发生循环引用，为理顺父子关系，避免循环应用等情况，引入骨架模型的概念。
　　1 边界模型的提出
　　骨架模型是存放设计基准或需要协调、重复引用的元素的零件，它们一般由点、线、平面、面片、坐标系等组成，是整个模型基本设计思路的外在表达[2]。骨架模型的两个主要功能：为产品装配建立装配基准;为零部件设计建立形状基准，零部件设计参考骨架模型完成。
　　在实践摸索中，骨架模型还扩展出一些其他功能，其中一些称之为边界骨架模型，或边界模型。边界模型用来存放、管理各种接口、边界的元素，是各种接口、边界的设计要求的外在表达[3]。
　　当前边界模型的应用大致分为四类：总体布置边界模型、协调接口边界模型、功能边界模型和连接边界模型。
　　2 边界模型的原理
　　2.1 总体布置边界模型
　　内涵及作用：这类边界模型的目的是将总体重要站位、界面、开口、对接等元素进行三维实体化，以便于下游使用。它可以更准确地反映和控制总体的设计参数，提供下游唯一的布置边界，利于统一输入，兼具骨架模型的作用。
　　控制原则：这类模型一般采用单向控制原则，按功能基线文件→总体布置边界模型→各系统数模的方向单向输出，由总体部门确定及维护。此类模型一旦发布，不会轻易变更。这类模型一般为顶层数模，是关联设计中的被关联对象。
　　应用场景：对接框站位模型、舱门开口边界模型、大部件对接交点模型等。
　　2.2 协调接口边界模型
　　内涵及作用：这类边界模型目的是将飞机设计中各系统协调接口控制文件进行三维实体化， 主要管理、存放各系统协调确定的接口元素，是各系统协调关系的外在体现。它保证各系统的协调接口来源的唯一性，利于观察和管理各专业协调关系，有利于进行协调接口设计核查。
　　控制原则：这类模型可以采用两种原则进行控制。一种是协调各方采用同一个协调接口边界模型，由各使用系统共同指定元素的建立原则，这种方法的优点是数据唯一，缺点使用方在进行关联式需要进行数据转化;另一个方法是，各系统针对协调元素各自建立协调接口边界模型，要求针对同一元素不同模型表达的信息必须相同，但表现形式可以不同，如一个通过直径5mm的通过孔，可以用直径5mm的3D圆曲线表达，也可用“孔轴线+注释”的方式表达，这种方式的优点是使用方可直接引用元素进行关联设计，缺点是需要专人核查边界模型的对应性。
　　应用场景：各系统与尾翼接口对接边界模型、航电系统与机体结构接口对接边界模型等。
　　2.3 功能边界模型
　　内涵及作用：这类边界模型的目的是将飞机各功能基线文件中的功能区域及功能要求进行三维实体化，它主要用于管理、识别各种功能区，存放、标记机体结构功能性要求的元素，如防火区域标识及基础要求等，是各种功能区位置、要求的外在体现。它利于指导功能区的设计，方便进行设计核查。
　　控制原则：这类模型采用单向控制原则，由功能基线文件向数模单向输出。这类模型包含三项主要内容：功能要求、覆盖区域、需求来源。功能要求根据设计阶段的不同可以不断细化，如由鸟撞功能要求根据设计阶段的不同可以按：适航条款→强度设计要求→结构设计要求→具体零部件尺寸进行细化。功能边界模型一般作为一种参考，而非关联设计的输入。
　　应用场景：全机踩踏区功能边界模型、全机防火区功能邊界模型、轮胎爆破防护区边界模型等。
　　2.4 对接边界模型
　　内涵及作用：这类边界模型的目的是协调接口边界模型的一种变种，它提供了更大的自由度。主要用于管理机体结构之间的连接协调接口元素，是各部段、构件连接要求的外在体现。
　　结构连接边界模型主要有以下作用：利于观察和管理结构专业内部的连接协调接口，方便进行机体结构连接设计及检查。
　　控制原则：这类模型的内容可以由约定双方自由决定，它可以仅作为检查手段使用，而非关联设计中的一环。结构连接边界模型作为一种参考，而非关联设计的输入。
　　应用场景：机身与尾翼对接区紧固件划分边界模型、舱门开闭边界模型等。
　　3 结束语
　　关联设计和骨架模型是当前飞机数字化设计中的常用手段。本文以工作中的实践应用，结合我国现阶段设计行业的状况，提出的边界模型作为一种特殊的骨架模型，扩展了骨架模型的内涵，用边界模型辅助飞机设计，可以提升工作质量，提高工作效率。
　　参考文献：
　　[1]刘俊堂，刘看旺.关联设计技术在飞机研制中的应用[J].航空制造技术，2008（14）：45-47.
　　[2]张石柱，刘木君，戴桅.基于骨架模型的关联设计在飞机设计中的应用[J].沈阳航空航天大学学报，2012（Z1）：66-68.
　　[3]江声兰，张元龙.飞机结构边界模型研究[J].中国科技研究，2019（14）：44-45.
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