基于CATIA电气元件库的设计与实现

基于CATIA电气元件库的设计与实现

摘要：由于电气元件广泛应用在航空设计领域中，在CATIA 电气模块下创建一个能够满足实际设计需求的电气元件库十分必要。本文提出在基于知识工程的参数化创建标准件后，根据电气元件在实际设计以及生产的作用并且参考电气连接原则，对电气元件创建适当的电气属性及电气连接点，人机交互性能更好，为电气元件之间的合理而快速的配合以及线束的设计打下了基础。本文以航空电气元件圆形连接器为例，来阐述构建一个满足实际设计需求的电气元件库。

作者： 杜宝江 丁咸海 朱晨旗 孟玉杰 龚威

0 引言

在航空和汽车设计领域，CATIA已经成为了必选的设计辅助工具。我国航空工业列入规范的航空标准件大约有3000多种。据统计，一架空重20吨左右飞机上所用的标准件总数约为70～80万件，其中电气元件占了很大一部分。如此庞大零件数量，使得其不但在设计、制造上十分困难，而且在管理上也非常困难，建立一个能够最大程度满足实际设计的电气元件库十分的必要。

用CATIA中的Catalog模块来管理标准件的研究已经比较深入了，但是大部种标准件库区别仅仅库名称的不同，库中的零件没有自身的特性，调用库中标准件后，还要对每个标准件进行特征的定义，标准件人机交互性十分的不便，不利于设计的顺利进行。针对电气准件库，本文提出基于知识工程的参数化建模和电

气元件的连接原则来创建符合实际设计的电气元件库，本文总体框架为如图1所示。

图1 电气元件库总体的框架

1 基于知识工程参数化设计理论

1.1 参数化设计概述

所谓参数化设计就是采用预先定义的办法建立图形的几何约束集，选定一组尺寸作为参数与几何约束集相关联，并将所有的关联式融入到应用程序中，然后采用人机交互方式通过对话框修改参数尺寸，最终由程序根据这些参数顺序地执行表达式来实现的方法。

参数化设计具有很高的应用价值，它极大地改善了产品图形的修改手段，提高了设计的柔性。在概念设计、动态设计、实体造型、装配、公差分析与综合、机构仿真、优化设计等领域中，参数化设计发挥着越来越大的作用。参数化建模的关键在于用参数(Parameters)、公式(Formula)、设计表格(Design Tables)等驱动几何图形从而达到改变几何图形的目的。在实际的产品设计中，经常会遇到系列化产品的设计和标准件、常用元件库建立等技术问题。这时，采用参数化设计方法，将是高效、快捷建模的最佳手段。

1.2 基于知识工程的参数化

CATIA的知识工程模块是人工智能在信息处理方面的延续，它的根本目的是开发人工智能系统，补充和扩大人脑的功能，开创人机共同思考的时代。利用知识工程建模，一方面，基于知识工程的设计可以实现特征尺寸的修改，通过建立尺寸与特征的关联，使得模型的特征与尺寸的关联信息更加明确。另一方面，可以按照设计标准引入校核，在对变量进行约束的同时在变量与变量之间构建函数约束关系，组成一个设计校核库。通过在参数化设计的过程中引入CATIA知识工程模块的相关功能，可以弥补参数化设计在特征关联方面的不足。

基于知识工程建立标准件模型的流程为：在标准件建模之前，通过formula命令，建立标准件建模过程中所需要的参数，该参数是建立标准件尺寸数据与几何特征联系的桥梁；在模型草图绘制的过程中的，通过Edit Formula命令，建立参数与几何特征的函数关系；完成标准件建模后，通过Design Table命令建立标准件的尺寸信息表格；然后向尺寸信息表格中添加标准件各个型号的尺寸信息，形成标准件的设计表；最后，选择标准件设计表的每个规格，查看标准件模型特征是否变化，完成标准件几何特征及设计表信息的校核。标准件的建模流程如图2所示。

图2 标准件的建模流程

通过知识工程与参数化建模相结合的方式构建的标准件模型，建立了标准件设计表，实现了标准件模型几何信息的参数驱动，为标准件模型的参数化批量生成建立了程序接口，为构建包含所有模型的标准库打下了基础。图3为基于知识的参数化设计的基本构架示意图，这种基于产品知识的参数化设计是把知识工程与参数化设计有机地结合起来，它用知识工程原理来组织产品数据，表达成产品的知识库。它用较完整的面向对象的高级语言来描述特征，并在特征造型中使用参数化的同时，又利用结构化的高级语言参数化地变动尺寸和特征。

图3 基于知识的参数化设计的基本构架示意图

2 基于连接原则的电气元件

基于知识工程的参数化设计的零件没有电气元件的特性，不是一个完整的电气的元件，在实际电气设计中缺乏良好的人机交互的性能，不能很好的满足设计的需求。因此电气属性和电气连接点的添加十分的必要。

2.1 电气属性和电气连接点

在航空电气设计领域中，根据电气元件的实际应用和功能可分为圆形连接器，矩形连接器，尾线夹，开关，支架，断路器，防磨边，接线端子，卡箍等；而在CATIA电气模块中电气属性主要包括安装设

备“Mounting Equipment”、设备“Equipment”、外壳“Shell”、连接器“Connector”、端

子“Contact”、盲堵“Filler plug”、后壳“Back shell”、保护层“Protective covering”和支

撑“Support”，连接器按类型又可以分为单一插接连接器、轴销、外部接头、端子排、接线盒、多接口插接连接器、内部接头。安装设备与设备的区别：设备专指电气设备（如收放机），安装设备指用于固定电气设备的设备（如仪表台）。电气元件定义完电气属性成后大部分电气元件需要定义连接点，为电气设计中的电气元件之间合理的配合以及电气线束的布置打下基础。电气连接点主要包括支撑腔“Cavity”、端点“Termination”、连接器连接点“Connector connection point”、电缆线束连接点“Bundle

connection point”、腔连接点“Cavity connection point”、后壳附件连接点“Back shell connection point”和外壳连接点“shell connection point”，表1为各电气组件的具体定义。