专利名称：飞机复杂构件数控加工工装典型件管理系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种数控加工工装典型件的管理系统及方法。其不仅可以表示和管理
数控加工工装设计中复杂零件或组合件类典型结构件，同时也可以应用于其它机械产品设 计领域的标准件或典型件数字化管理，属于机械产品设计的标准件数字化管理领域。
背景技术：
在飞机研制生产中，工艺装备设计和制造的周期比较长，为縮短工装设计与制造 周期，在工装结构中大量使用各种专用典型件。近年来，随着数控加工技术及设备在飞机制 造中的广泛应用，数控加工工装的研制成为飞机数控加工准备的重要内容，数控加工工装 设计过程中同样需要使用大量的标准件和典型件。当前，数控加工工装的研制已经完全实 现通过三维CAD系统来进行，包括研制专用的、具有一定智能化的专业化三维CAD系统或是 通用的三维CAD系统。但无论是通用或专用的三维CAD系统，是否具备数控加工工装典型 件库及其管理系统将直接影响这些CAD系统的设计效率。 关于典型件的数字化管理，国内外已进行了多年的研究，先后提出了许多技术，其 中最具代表性的是程序化和参数化技术。 程序化技术是指应用CAD系统提供的二次开发语言或自定义命令编制每一类典 型件的生成程序，其输入为典型件的外形尺寸参数，所开发的典型件库可看成是一组三元 组的集合，包含典型件类型、该类典型件生成程序、该类典型件参数表。应用这种技术，可以 开发具有任意形状和结构的典型件库。但由于在开发过程中需要为每一类典型件编制专门 的生成程序，故开发工作量大，对典型件库的扩充和维护代价高。 参数化技术是指直接利用CAD系统提供的参数化造型功能，交互建立和管理每一 类典型件的参数化模型；在调用时，应用典型件外形尺寸驱动参数化模型，生成所需规格的 典型件，其中"模型管理"和"参数驱动"由CAD系统平台直接提供，而"参数管理"需要专门 开发。因此，利用这种技术进行典型件库开发，难度和工作量都不大。但是，由于典型件库 中直接存放各类典型件的参数化模型，数据量大；同时，受几何模型内在约束条件的限制， 同类型中不同规格典型件的形状特征不能有大的变化，结构也不能过于复杂。因此，这项技 术多用于品种数量不多、形状和结构不太复杂的典型件库开发。 数控加工工装典型件按其结构形式可分为零件和组合件两类，其中组合件类典型 件能够更大程度提高数控加工工装的设计效率，因此组合件类典型件占据了较大部分且结 构较为复杂，由上述可知，采用程序化和参数化技术都难以较为方便和有效实现对于数控 加工工装典型件的管理。
发明内容
为了解决传统典型件管理系统及方法复杂、不易维护且不能有效管理复杂零件类 和组合件类典型件的问题，实现对于数控加工工装典型件的有效管理，本发明提供一套数 控加工工装典型件管理系统及方法，实现对于数控加工工装设计中复杂典型件的管理。
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本发明目的是通过下述技术方案实现的 飞机复杂构件数控加工工装典型件管理系统，包括 面向典型件三维参数化的语义模型定义模块对数控加工工装典型件进行面向三 维参数化驱动的定义和分析，采用标准BNF模型化表示方式对典型件三维参数化驱动定义 参数进行描述，构建形成数控加工工装典型件的语义模型。 所述的数控加工工装典型件的语义模型，包含参数表、技术说明、结构或形状三个 部分，其中参数表包括属性表和参数值表；结构或形状包括单元定义、关系定义和编辑定 义；在所述的语义模型中，可以增加典型件的其它信息定义，如定位基准和典型件示意图文 件等；并且可以定义数控加工工装典型件库为各类典型件语义模型的集合；
语义模型解释模块采用统一的针对数控加工工装典型件语义模型的解释机制， 将指定语义模型经过解读形成结构化的三维建模参数，可作为三维CAD系统输入数据；
典型件库管理模块建立按类型分类管理的树状管理框架，实现语义模型的入库、 分类管理和查询功能。 所述的数控加工工装典型件的语义模型BNF定义为〈典型件类 >::=〈类号 >〈类型X规格系列X属性表X参数值表>〈e元定义 >〈编辑定义 >〈关系定义 >〈技术说明>
〈类号>::=CLA SS〈序号> :
〈类型>::=TYPE :〈航标>〈规格系列>::=SIZE :〈规格表 >[，〈规格表>]
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典型件>|〈复杂体>}
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.......〈说明>::=NO TE :〈文本> | 〈文本文件名>。 飞机复杂构件数控加工工装典型件管理方法，步骤如下 (1)语义模型定义对数控加工工装典型件进行面向三维参数化驱动的定义和分 析，采用标准BNF模型化表示方式对典型件三维参数化驱动定义参数进行描述，构建形成 数控加工工装典型件的语义模型。其具体流程如下
①选择典型件类号，该模块提供类号选项； ②选择典型件类型，根据典型件类号选择具体的典型件类型；
③选择典型件规格系列； 定义属性，并自动加入属性表，如为多个属性重复步骤 ;
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⑤定义参数值，并自动加入参数值表，如为多个参数值重复步骤⑤；
⑥定义结构或形状单元，如为多个单元定义重复步骤⑥；
⑦结合单元定义信息进行编辑定义，如为多个编辑定义重复步骤⑦；
⑧定义典型件关系，可以为空； ⑨定义完毕该模块自动生成典型件语义模型数据结构。
(2)典型件库的管理采用自动和交互相结合的方式，建立按类型分类管理的树
状管理框架，实现典型件库的管理，包括新建典型件、查询、删除和移动等操作；同时，实现
典型件语义模型的存储及其它相应的操作；其具体流程如下 ①语义模型定义完毕，生成语义模型后，进入典型件库管理模块； ②根据语义模型中典型件的标识信息进行典型件库匹配筛选，如果存在类似的典
型件类型节点，则自动定位于此节点，并提示以典型件标识信息建立典型件节点；否则提示
以典型件标识信息自动建立新的典型件类型节点和典型件节点； ③自动建立典型件节点后，典型件语义模型则自动与节点关联，并存储到典型件 库的相应位置； ④典型件节点建立后，用户可以采用系统提供的重命名、移动、删除等操作进行典 型件节点管理；在执行移动和删除操作时语义模型同样执行相应的存储位置移动和删除操 作； ⑤如不采用自动语义模型入库，则用户可以交互选择典型件隶属类型节点或是新 建类型节点以及新建典型件节点，所有新建交互操作系统都自动将典型件标识信息为默认 为修改状态的初始标题，用户可进行修改也可以默认；
(3)语义模型解释具体流程如下 ①模型选取，根据典型件的类型，从数控加工工装典型件库中提取该类典型件的 语义模型； ②模型解释，包括提取各个单元的定义，并计算各个单元的定义参数；提取单元编 辑命令，并计算各编辑命令参数；提取各个单元关系定义；根据输入规格，从模型的参数值 表中选取对应的参数值，最后通过三维CAD数据接口为三维CAD系统输入数据。
本发明的有益效果本发明采用上述方案，本发明针对飞机复杂构件数控加工工 装典型件的结构和形状特点，提供了一种新的能够有效管理复杂零件类或是组合件类典型 件的模型化管理方法。整个实现过程如下(l)对数控加工工装典型件进行面向三维参数 化驱动的定义和分析，采用标准BNF模型化表示方式对典型件三维参数化驱动定义参数进 行描述，构建形成数控加工工装典型件的语义模型；(2)采用自动和交互相结合的方式，建 立按类型分类管理的树状管理框架，实现典型件库的管理，包括新建典型件、查询、删除和 移动等操作；同时，实现典型件语义模型的存储及其它相应的操作；(3)采用统一的针对典 型件语义模型的解释机制，将指定语义模型经过解读形成结构化的三维建模参数，可作为 三维CAD系统输入数据。本发明提供的系统及方法作为子系统应用于"飞机复杂构件数控 加工准备(PrtRMP)系统"中"工装快速生成子系统"研制中，能够为飞机复杂构件数控加工 工装的设计提供有效的典型件库支持，尤其是组合件类型的典型件，大大提高了数控加工 工装的设计效率和质量。该系统及方法是面向三维参数化驱动的，可以嵌入专业三维CAD 系统或是三维CAD系统作为典型件管理子系统，除了可用于飞机复杂构件数控加工工装的典型件管理，也可以广泛推广应用于其它机械产品设计过程中典型件的管理，能够有效解 决现有三维CAD系统中典型件管理能力的不足，更大程度上减少重复工作量，降低设计者 的工作强度。
图1为飞机复杂构件数控加工工装典型件管理系统结构图； 图2为面向典型件三维参数化的语义模型结构； 图3为面向典型件三维参数化的语义模型定义模块实现流程； 图4为典型件库管理模块实现流程； 图5为语义模型解释模块实现流程。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施过程进行详细说明。 如图1所示，本发明系统包括三个模块面向典型件三维参数化的语义模型定义 模块、典型件库管理模块和语义模型解释模块。 其中面向典型件三维参数化的语义模型定义模块是对数控加工工装典型件进行 面向三维参数化驱动的定义和分析，采用标准BNF模型化表示方式对典型件三维参数化驱 动定义参数进行描述，构建形成数控加工工装典型件的语义模型。 构建生成的数控加工工装典型件的语义模型，结构如图2所示，包含参数表、技术 说明、结构或形状三个部分，其中，参数表包括属性表和参数值表；结构或形状包括单元定 义、关系定义和编辑定义；在所述的语义模型中，可以增加典型件的其它信息定义，如定位 基准和典型件示意图文件等；并且可以定义数控加工工装典型件库为各类典型件语义模型 的集合。 构建生成的数控加工工装典型件的语义模型BNF定义如下〈典型件类 >::=〈类号 >〈类型X规格系列X属性表X参数值表〉〈e元定义 >〈编辑定义 >〈关系定义 >〈技术说明>
规格系列
属性表
典型件>|<
〈
> (〈编辑命 .......〈关系定义
CLA SS〈序号> : TYPE :〈航标〉 ::=S IZE:〈规格表〉[，
规格表>]
〈e元定义>:
〈复杂体>}
PA廳ETERS =VALU ES :〈 =PR M IT IV ES
属性名> I 〈航标> {，〈属性名> I 〈航标>} 〈规格M，〈数值〉I〈规格>}
体素〉I〈典型件〉I〈复杂体M，〈体素
编辑定义
ED IT :〈e元标识〉(〈编辑
卩卩一
编辑命令>}) {，〈e元标识
编辑奇
CON STRU CT :[〈典型件标识 > =]〈关系表达式
.......〈说明>::=NO TE :〈文本> | 〈文本文件名>。 语义模型解释模块采用统一的针对数控加工工装典型件语义模型的解释机制， 将指定语义模型经过解读形成结构化的三维建模参数，可作为三维CAD系统输入数据。
典型件库管理模块建立按类型分类管理的树状管理框架，实现语义模型的入库、 分类管理和查询功能。
飞机复杂构件数控加工工装典型件管理方法，步骤如下 (1)语义模型定义对数控加工工装典型件进行面向三维参数化驱动的定义和分
析，采用标准BNF模型化表示方式对典型件三维参数化驱动定义参数进行描述，构建形成
数控加工工装典型件的语义模型；其具体流程如图3所示 ①选择典型件类号，该模块提供类号选项； ②选择典型件类型，根据典型件类号选择具体的典型件类型； ③选择典型件规格系列； 定义属性，并自动加入属性表，如为多个属性重复步骤 ;
⑤定义参数值，并自动加入参数值表，如为多个参数值重复步骤⑤；
⑥定义结构或形状单元，如为多个单元定义重复步骤⑥；
⑦结合单元定义信息进行编辑定义，如为多个编辑定义重复步骤⑦；
⑧定义典型件关系，可以为空； ⑨定义完毕该模块自动生成典型件语义模型数据结构。
(2)典型件库的管理采用自动和交互相结合的方式，建立按类型分类管理的树
状管理框架，实现典型件库的管理，包括新建典型件、查询、删除和移动等操作；同时，实现
典型件语义模型的存储及其它相应的操作；其具体流程如图4所示 ①语义模型定义完毕，生成语义模型后，进入典型件库管理模块； ②根据语义模型中典型件的标识信息进行典型件库匹配筛选，如果存在类似的典
型件类型节点，则自动定位于此节点，并提示以典型件标识信息建立典型件节点；否则提示
以典型件标识信息自动建立新的典型件类型节点和典型件节点； ③自动建立典型件节点后，典型件语义模型则自动与节点关联，并存储到典型件 库的相应位置； ④典型件节点建立后，用户可以采用系统提供的重命名、移动、删除等操作进行典 型件节点管理；在执行移动和删除操作时语义模型同样执行相应的存储位置移动和删除操 作； ⑤如不采用自动语义模型入库，则用户可以交互选择典型件隶属类型节点或是新 建类型节点以及新建典型件节点，所有新建交互操作系统都自动将典型件标识信息为默认 为修改状态的初始标题，用户可进行修改也可以默认；(3)语义模型解释具体流程如图5 所示 ①模型选取，根据典型件类型(用"标准号"定义)，从数控加工工装典型件库中提 取该类典型件的语义模型； ②提取各个单元的定义，并计算各个单元的定义参数；
③提取单元编辑命令，并计算各编辑命令参数；
④提取各个单元关系定义； ⑤根据输入规格，从模型的参数值表中选取对应的参数值
⑥通过三维CAD数据接口为三维CAD系统输入数据。
权利要求
飞机复杂构件数控加工工装典型件管理系统，其特征在于包括面向典型件三维参数化的语义模型定义模块对数控加工工装典型件进行面向三维参数化驱动的定义和分析，采用标准BNF模型化表示方式对典型件三维参数化驱动定义参数进行描述，构建形成数控加工工装典型件的语义模型；所述的数控加工工装典型件的语义模型，包含参数表、技术说明、结构或形状三个部分，其中，参数表包括属性表和参数值表；结构或形状包括单元定义、关系定义和编辑定义；在所述的语义模型中，可以增加典型件的其它信息定义，如定位基准和典型件示意图文件等；并且可以定义数控加工工装典型件库为各类典型件语义模型的集合；语义模型解释模块采用统一的针对数控加工工装典型件语义模型的解释机制，将指定语义模型经过解读形成结构化的三维建模参数，可作为三维CAD系统输入数据；典型件库管理模块建立按类型分类管理的树状管理框架，实现语义模型的入库、分类管理和查询功能。
2. 根据权利要求1所述的飞机复杂构件数控加工工装典型件管理系统，其特征在于 所述的数控加工工装典型件的语义模型BNF定义为〈典型件类 >::=〈类号X类型X规格系列X属性表X参数值表Xe元 定义 >〈编辑定义 >〈关系定义 >〈技术说明> 〈类号>::=CLA SS〈序号> : 〈类型〉=TYPE:〈航标〉 〈规格系列>::=SIZE:〈规格表 >[，〈规格表>]〈属性表>::=PARAM ETERS:〈属性名> | 〈航标> {，〈属性名> | 〈航标>} 〈参数值表〉=VALU ES:〈数值> | 〈规格> {，〈数值> | 〈规格>} 〈e元定义〉=PR IM IT IV ES:〈体素> | 〈典型件> | 〈复杂体> {，〈体素>〈典型件>|〈复杂体>}〈编辑定义〉=ED IT: 〈e元标识 > (〈编辑命令> {，〈编辑命令>}) {， 〈e 元标识 > (〈编辑命令> {，〈编辑命令>})}〈关系定义>::=C0N STRU CT:[〈典型件标识 > =]〈关系表达式>〈说明〉=N0 TE :〈文本〉l〈文本文件名>。
3.飞机复杂构件数控加工工装典型件管理方法，其特征在于步骤下(1)语义模型定义对数控加工工装典型件进行面向三维参数化驱动的定义和分析，采用标准BNF模型化表示方式对典型件三维参数化驱动定义参数进行描述，构建形成数控 加工工装典型件的语义模型；其具体流程如下① 选择典型件类号，该模块提供类号选项；② 选择典型件类型，根据典型件类号选择具体的典型件类型；③ 选择典型件规格系列；④ 定义属性，并自动加入属性表，如为多个属性重复步骤④；⑤ 定义参数值，并自动加入参数值表，如为多个参数值重复步骤⑤；⑥ 定义结构或形状单元，如为多个单元定义重复步骤⑥；⑦ 结合单元定义信息进行编辑定义，如为多个编辑定义重复步骤⑦；⑧ 定义典型件关系，可以为空；⑨ 定义完毕该模块自动生成典型件语义模型数据结构；(2) 典型件库的管理采用自动和交互相结合的方式，建立按类型分类管理的树状管 理框架，实现典型件库的管理，包括新建典型件、查询、删除和移动等操作；同时，实现典型 件语义模型的存储及其它相应的操作；其具体流程如下① 语义模型定义完毕，生成语义模型后，进入典型件库管理模块；② 根据语义模型中典型件的标识信息进行典型件库匹配筛选，如果存在类似的典型件 类型节点，则自动定位于此节点，并提示以典型件标识信息建立典型件节点；否则提示以典 型件标识信息自动建立新的典型件类型节点和典型件节点；③ 自动建立典型件节点后，典型件语义模型则自动与节点关联，并存储到典型件库的 相应位置；④ 典型件节点建立后，用户可以采用系统提供的重命名、移动、删除等操作进行典型件 节点管理；在执行移动和删除操作时语义模型同样执行相应的存储位置移动和删除操作；⑤ 如不采用自动语义模型入库，则用户可以交互选择典型件隶属类型节点或是新建类 型节点以及新建典型件节点，所有新建交互操作系统都自动将典型件标识信息为默认为修 改状态的初始标题，用户可进行修改也可以默认；(3) 语义模型解释具体流程如下① 模型选取，根据典型件的类型，从数控加工工装典型件库中提取该类典型件的语义 模型；② 模型解释，包括提取各个单元的定义，并计算各个单元的定义参数；提取单元编辑命 令，并计算各编辑命令参数；提取各个单元关系定义；根据输入规格，从模型的参数值表中 选取对应的参数值，最后通过三维CAD数据接口为三维CAD系统输入数据。
全文摘要
本发明提供一种飞机复杂构件数控加工工装典型件管理系统及方法，包括3大模块面向典型件三维参数化的语义模型定义模块、典型件库管理模块和语义模型解释模块。该方法通过语义模型定义、语义模型存储、语义模型解释3个过程实现。本发明能够有效管理飞机复杂构件数控加工工装零件类和组合件类典型件，为数控加工工装快速设计提供支持，同时，本发明也可以推广应用于其它机械产品设计领域。
文档编号G05B19/4097GK101763066SQ200910220760
公开日2010年6月30日 申请日期2009年12月15日 优先权日2009年12月15日
发明者初宏震, 杜宝瑞, 邱 益, 郑国磊 申请人:沈阳飞机工业(集团)有限公司;北京航空航天大学