一种船用柴油机关重件MBD模型的快速建模方法与流程

本发明涉及一种建模方法，特别涉及一种船用柴油机关重件MBD模型的快速建模方法。

背景技术：

MBD的含义是基于模型定义。MBD是一种把产品尺寸、公差要求和工艺信息完整的集成到三维模型中从而表达产品信息的一种方法。MBD技术要求三维模型是产品制造的唯一依据。在MBD模型中，产品的尺寸标注、形位公差、表面粗糙度等均标注在三维模型中，技术要求等文字也可以注释在三维模型的环境中，生产人员可以直接从三维模型中获取一切加工需要的信息。使用MBD技术的企业可以使产品设计生产更加规范，使产品设计制造信息更加集中，方便产品数据的更新和管理，以提高企业的竞争力。

船用柴油机是船舶必需的动力装置，是影响船舶性能的关键。船用柴油机技术含量高，系统性强，船用柴油机关重件一般形状复杂、加工工艺复杂、加工精度要求高。随着科学技术的发展、人力资源成本的增高和市场对于产品的要求的提高，如果船用柴油机企业仍然以二维图纸指导生产，使用人工编制工艺，通过人工传递信息，不仅效率低，重复劳动多，而且容易出错，浪费了大量的人力、财力和物力，导致船用柴油机生产周期长，关键件的成品率低，严重阻碍了船用柴油机制造技术的发展。因此，必须通过对船用柴油机关键件集成制造技术的研究，来提高柴油机的自主制造能力。

现有技术中，一方面，如果使用通用快速建模系统对船用柴油机MBD模型进行管理，这种方式虽然有现成的系统可以使用，但是针对性差，同时由于现成系统的通用性，所以通用系统对于数据的全面性和精度很难达到船用柴油机三维模型基于模型定义的要求。另一方面，由于行业标准、产品体系等影响，使用通用快速建模系统管理船用柴油机MBD模型需要经常对三维模型进行全面的更新和维护，所以相对传统方式而言使用通用快速建模系统并不会很大程度上减少工作人员在设计与制造过程中的工作量。

技术实现要素：

发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种能够有效提高MBD模型的准确性的船用柴油机关重件MBD模型的快速建模方法。

技术方案：本发明提供了一种船用柴油机关重件MBD模型的快速建模方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：建立由船用柴油机关重件参数化特征库和与特征关联的设计信息数据库共同构建的船用柴油机关重件MBD模型库；

步骤2：基于MBD的设计特征拼接技术，进行特征拼接和设计信息整合，完成初始MBD模型；

步骤3：关重件初始MBD模型修改完成后，将修改的模型和设计信息反馈至船用柴油机关重件库。

进一步，所述船用柴油机关重件参数化特征库主要通过对关重件的特征进行分类和整理，然后对特征进行参数化建模，最终完成参数化特征，形成船用柴油机关重件参数化特征库。

进一步，所述对关重件的特征进行分类主要包括三个种类：基准特征、主特征和辅助特征，所述基准特征是指包括了各种用于定位的几何元素，主要包括基准点、基准轴、基准曲线、基准平面及基准坐标系；主特征是指在船用柴油机关重件设计中需要主要计算的特征；辅助特征是指零件三维模型特征中的简单特征。

进一步，所述设计信息数据库包括设计特征的参数信息、精度信息和设计注释。

进一步，基于MBD的设计特征拼接技术包括实体特征拼接和设计信息整合。

进一步，所述实体特征拼接包括以下步骤：

步骤210：从参数化特征库调入特征A，设置建模的驱动参数；

步骤211：从参数化特征库调入特征B，设置建模的驱动参数；

步骤212：通过交互方式点选和调整对接位置；

步骤213：对特征A和特征B进行布尔运算。

进一步，所述设计信息整合包括以下步骤：

步骤220：从设计信息数据库中提取特征所关联的设计信息；

步骤221：判断特征拼接时的布尔运算，自动筛选出部分设计信息；

步骤222：交互点选所需的设计信息；

步骤223：匹配特征参数，得到整合后的关重件的初始MBD模型。

有益效果：与现有的技术相比，本发明通过针对船用柴油机关重件的定制开发，可以使设计人员能够便捷和快速地创建所需新的柴油机关重件的MBD模型；有效减少了大量尺寸、规格不同，但是结构相同或相似的标准件和非标准常用件等模型的重复建模工作，并且，能够保证MBD技术对于船用柴油机关重件三维模型数据的全面性和准确性的要求。能够推动船用柴油机领域的发展。

附图说明

图1为本发明方法的总体流程图；

图2是船用柴油机关重件分类图；

图3为参数化特征建模流程图；

图4为特征拼接方法的流程图；

图5为设计信息整合的流程图；

图6为基于MBD的设计拼接技术效果图；

图7是船用柴油机连杆特征分类图；

图8是连杆快速建模示例图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1所示，本发明提供的一种船用柴油机关重件MBD模型的快速建模方法，包括以下步骤：

步骤1：建立由船用柴油机关重件参数化特征库和与特征关联的设计信息数据库共同构建的船用柴油机关重件MBD模型库；其中，MBD模型包括产品三维模型和三维标注，三维标注包括尺寸标注，精度信息和设计注释，精度信息包括尺寸公差、形位公差和表面粗糙度；

船用柴油机关重件MBD模型库包括参数化特征库和设计信息数据库，如图2所示的船用柴油机关重件包括机架、曲轴、连杆、活塞、缸套、缸盖、缸套、凸轮轴。根据船用柴油机企业的产品体系和企业标准，对关重件的特征进行分类和整理，对这些特征进行参数化建模，完成参数化特征，组成参数化特征库。参数化特征具体分类为基准特征、主特征和辅助特征，其中，基准特征是指包括了各种用于定位的几何元素，主要包括基准点、基准轴、基准曲线、基准平面及基准坐标系；主特征是指在船用柴油机关重件设计中需要主要计算的特征，这些特征对零件的参数和性能起决定性作用；辅特征是指零件三维模型特征中的简单特征，比如零件三维模型特征中的孔类特征、槽类特征和边角特征，这些特征对于零件形状影响较小，对于零件的功能起到辅助作用。设计信息数据库是由设计特征的参数信息、精度信息和设计注释构成的数据库。

步骤1中参数化特征建模过程如图3所示，具体步骤为：

步骤11：设计人员根据设计手册人为分析零件；

步骤12：确定零件的参数化尺寸；

步骤13：根据参数化尺寸创建UG表达式；

步骤14：创建零件的参数化图形模版；

步骤15：创建参数化程序框架；

步骤16：编写参数化程序；从而构建使用参数化特征库时的用户交互程序；

步骤17：编译链接，生成动态链接库文件；

步骤18：运行调试，若满足要求则完成参数化特征建模，若不满足要求则返回步骤16。

实施例中使用参数化三维模型，设计人员根据设计手册，结合实际经验，分析出零件的参数化尺寸，然后创建零件的参数化图形模版。参数化图形模版可使用UG表达式的功能进行三维建模，即对于三维模型的约束尺寸用表达式代替，更改表达式值的时候相应三维模型的约束值会相应发生改变。参数化模版导入至船用柴油机快速建模系统中。根据这些模版，在进行船用柴油机类似零件和二次建模时，使用本发明的快速建模方法可以较传统建模方法效率提高很多。

设计手册中没有每个零件的参数化尺寸，需要设计人员根据设计手册对零件进行分析，结合实际情况，确定零件的参数化尺寸。本发明的能够实现的是在二次建模和重复建模时，利用参数化特征模版快速构建零件的功能。零件的参数化模版需要设计人员根据本发明提供的特征分类等内容自行绘制。

本发明的交互方式是使用对话框交互，用户通过交互界面点选相应选项和功能，程序再自动实现对模型的修改和操作。

本发明使用UG二次开发创建程序框架和编写程序，构建使用参数化特征库时的用户交互程序。

步骤2：基于MBD的设计特征拼接技术，进行实体特征拼接和设计信息整合，完成初始MBD模型；其中，设计信息包括精度信息和设计注释

如图4所示，步骤2中的特征拼接方法具体步骤为：

步骤210：调入特征A，设置建模的驱动参数；调入特征B，设置建模的驱动参数

步骤211：用户指定参数；

步骤212：通过交互方式点选和调整对接位置；

步骤213：对特征A和特征B进行布尔运算。

特征A以及特征B指的是从参数化特征库调取的基准特征、主特征和辅特征中的某个特征，重复以上步骤直至完成所需模型。

用户通过交互给予对话框参数数值，程序根据用户指定的数值赋予模型，比如参数化模版中设置长方体的高为H，用户在指定参数过程下，根据对话框提示，输入H＝1mm，则程序生成长方体的高为1mm，即指定参数是用户的交互行为，根据用户意愿指定。

如图5所示，设计信息整合方法具体步骤为：

步骤220：从设计信息数据库中提取特征所关联的设计信息；

步骤221：判断特征拼接时的布尔运算，自动筛选出部分设计信息；

步骤222：交互点选所需的设计信息；

步骤223：匹配特征参数；得到整合后的关重件的初始MBD模型，并在视图区进行显示。其中匹配特征参数是将设计信息中关于尺寸数值的信息进行匹配，如：公差信息，需要以尺寸为基准，则需要程序根据尺寸参数进行匹配。

判断特征拼接时的布尔运算指的是程序识别用户指定特征的种类，根据种类判断出在进行此次特征拼接时需要运行的布尔运算。

设计信息指的是从设计信息数据库中提取的与特征对应的相关数据，通过三维标注的方式表达的信息。

如图6所示，基于MBD的设计拼接技术效果图，长方体特征A与圆柱体特征B进行特征拼接，交互选择特征种类，程序判断特征拼接时的布尔运算。当程序运行布尔和运算时，特征A与特征B相加，设计信息整合后在视图区以三维标注的方式展现，最终得到模型C。运行布尔差运算时，特征A与特征B相减，设计信息整合时，表示特征A高度的标注和表示特征B高度的标注重合，所以自动整合成为一个位置的标注，整合的设计信息在视图区以三维标注的方式展现，最终得到模型D。

步骤3：关重件初始MBD模型修改完成后，将修改的模型和设计信息反馈至船用柴油机关重件库。

其中，反馈指的是在快速建模过程中，对设计人员编辑从库中调取的数据的行为，提示更改、添加和放弃三种选择，设计人员选择后将信息数据反馈给数据库。

本实施例将从图7、图8以船用柴油机连杆为例阐述本发明实施例的实现过程。

如图7所示，船用柴油机连杆特征分类，连杆的基准特征是连杆体，选择所需连杆体后，选择主特征。主特征为连杆大头和连杆小头，连杆大头分为平切口和斜切口，连接形式可分为螺栓圆柱定位、销钉定位、止口定位、锯齿定位和套筒定位。连杆小头分为全浮式、半浮式和楔形。调整好基准特征与主特征后，进行辅助特征的添加。辅助特征有孔类特征，如油孔等；槽类特征，如油槽等；其他特征，如倒角等。

如图8所示，连杆快速建模的流程示意图。用户首先选择连杆的基准特征：连杆体，选定参数调入三维软件三维环境；然后选择主特征：连杆大头和连杆小头，选定参数调入三维环境，设置拼接位置，设置拼接方式为布尔和运算，完成与连杆体的拼接；然后选择辅特征：油孔，选定参数调入三维环境，设置拼接位置，完成连杆的三维模型。在特征拼接的同时进行设计信息整合，完成初始MBD模型后，最后通过设计人员的编辑和调整，最终完成所需MBD模型。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。