航天器设备三维快速参数建模软件研究

在梳理航天器机械总体设计现状的基础上，将设备三维模型进行分类和参数化，应用Pro／Program技术建立三维模型模板库，结合对Pro／E的深度集成，实现了由设备接口数据自动生成实例化三维模型，提高航天器设备建模效率和准确性。

通常，航天器设备中有70％～80％是相似的，形状比较规则且一般为机箱类设备，如图1所示：只有20％～30％设备形状不规则，包括圆柱状、球状及外形极其复杂的设备。因此，可以通过三维设计软件参数化、数据相关性的特点，建立规则设备模板库，进而通过设备数据文件驱动三维模型模板生成实例化的三维模型。

航天器的构型布局设计通常由机械总体设计人员完成。主要是将各分系统单机设备的三维模型在各舱段上进行布局。目前，机械总体通常需要分系统和单机交付三维模型和接口数据文件，接口数据文件反映了航天器总体与分系统间接机、电，热等数据接口关系，是开展航天器系统设计的重要依据。由于单机模型交付时其颗粒度比较细，通常很多细节总体并不关心，安装到整星后操作时往往要消耗较多的计算机资源，而且影响到构型分析等工作。因此目前的做法是，总体设计人员根据设备接口数据文件自行在Pro／e中建立比较粗放的单机三维模型，然后进行构型布局等工作。然而，手工设备建模方式存在效率低下、易出错。模型不规范等问题。本文提出通过三维快速参数化设计软件来自动生成规范的设备三维模型，提高航天器构型布局设计的效率。

模型参数化分析

为了实现设备模型参数化建模，首先对设备进行了归类，并对每类模型进行参数化。通过对航天器规则设备进行拓扑结构分析可知，规则设备组件模型通常是由设备本体（含耳片和加强筋）和接插件模型（包括电连接器、接地桩、管接头等连接件）组成装配体。

其中，设备本体参数包含长方体尺寸、耳片类型（如图1）及尺寸、耳片加强筋尺寸、安装孔尺寸，如图2所示。长方体尺寸包括长（BL）、宽（Bw）、高（BH）三个方向的尺寸。耳片加强筋尺寸包括耳片筋条宽度JW，耳片筋条高度JH，耳片筋条厚度DET。耳片类型共有10多种，尺寸包括耳片宽度EW.耳片半宽度HW，耳片高度EH，耳片长度EL，耳片半长度HL，耳片孔中心与设备中心线投影距离OFFS。安装孔尺寸包括孔径M。

对于电连接器、接地桩、管接头等接插件，处理时可以看作是装配体的一个零件，可以采用相同的方式来处理，只是零件名（规格）不一样而已。其参数包括安装面、方向和安装位置，安装面是除设备底面已外的五个面（ABCD四个侧面和顶面T），安装方向包括向上，向下、向左、向右，安装位置由水平坐标和垂直坐标定义。模板模型的定义

Pro／E软件为用户提供了五种二次开发工具：族表（Family　Table）、用户定义特征（UDF）、Pro／Program、J-link、Pro／Program。由于在本软件中，所处理的模型都较为规则，可通过结合模型模板进行部分变更来完成。上述功能要求正好是Pro／Program的优势，因此可不用选择较为复杂的Pro／Toolkit和J-Link。主要实现思想是利用Pro／Pro―gram模块的功能来接收、换算和传递用户输入的有关参数，通过改变特征的尺寸及特征之间的关系来达到参数化设计的目的。

根据前面参数化分析结果对每个耳片类型建立一个三维模型模板，模型建立要充分将参数化分析获得的参数在模型特征中进行体现。整个模板模型的定义包括两部分，一部分是对应设备组件装配体的Program程序，另一部分是对应设备本体零件的Program程序。

快速建模软件的实现

由于本文提出的快速建模软件并不希望用户在Pro／E中进行建模操作，而是将整个过程在后台实现，一键完成建模过程并将建立的模型显示出来。因此，本文不采用通常应用Program的弹出式对话框的方式来实现，而是提出了一种独特的操纵Pro／E的方式，具体过程如图3所示，以下将针对该过程结合软件功能组成进行阐述。

首先，三维模型模板库是本软件的核心。各类规则设备的模型主要差异在于耳片形式，因此分别建立包含某些类型的耳片的参数化模型，并将其配套的带输入参数的Pro／Pro-gram保存到模型中，于是形成1个设备组件装配体模型、10多个带输入参数Pro／Program的设备本体零件模型和配套的不带输入参数的Pro／Program文件。同时，系统还将常用的接插件模型进行规范化整理，形成接插件库，用于装配体模板生成实例化装配体时进行引用。

其次，软件提供了完整的用户填写界面，支持用户直接输入设备各类参数，并配以示意图方便用户填写；系统也支持导入相关格式的设备接口数据文件。系统随后将填写或导入的数据生成数据文件进行保存。

另外，软件与Pro／E进行了深度集成，将Pro／E的模型显示窗口抓取出来嵌入到自身的子窗口中，利用win―dows的消息机制，给后台的Pro／E发送消息，驱动Pro，E执行宏语句。图4中的几段宏语句在软件后台启动Pro／E时便已结合用户配置动态生成并注入到Pro／E的配置中。随后，软件给后台Pro／E发送消息应用宏执行Pro，E的模型再生功能，软件执行宏语句实现模型读入数据文件并再生；随后，执行宏语句实现模型读入不带输入参数的Program，并将模型另存生成实例化新模型。通过上述过程，将三维模型模板和用户输入的设备数据相结合，自动生成实际设备三维模型，如图4所示。

同时，软件可以批量导入相关格式的设备接口数据文件，然后批量生成设备三维模型，从而极大提高了设备建模效率；另外，软件也可应用于航天器单机设计人员，即使其不会操作Pro／E，也可快速准确生成合格的三维模型来交付总体设计人员。

在梳理航天器机械总体设计现状的基础上，对设备进行了归类，并对每类模型进行参数化。应用Pro／Program技术建立三维模型模板库，结合windows消息机制和Pro，E的宏语句，提出了一种独特的操纵Pro／E的方式，将三维模型模板和用户输入的设备数据相结合，实现了由设备接口数据批量化自动生成实例化的三维模型，解决了手工建模效率低下、易出错、模型不规范等问题，提高了航天器机械总体设计效率和准确性。