1 引 言
在通用CAD、CAE等環境下開發集成專用軟件是通用軟件很好的發展方向和取得實效的途徑 [1]?；诘投薈AD軟件的開發與集成在國內外已有多年研究，取得了許多成功的應用并積累了大量的經驗，而基于高端CAD軟件的開發與集成，國內迄今為止感興趣的人多，研究的人少，研究尚處于起步和探索階段，可借鑒的經驗也少，更缺乏成熟的實用成果。
飛機操縱系統是飛機系統中十分復雜的子系統，設計時需要考慮的因素較多，不僅需要考慮功能方面的要求，還需考慮強度、剛度等方面的要求，從而導致其設計難度較大。飛機使用實踐表明：使用過程中出現的許多問題都因設計考慮不周所致，對操縱系統也同樣如此。現代設計系統的一個主要要求在于已有設計的可再使用性，所以解決該問題的有效方法之一就是采用知識驅動的設計方案,建立先進的飛機操縱系統設計平臺。這不僅可以提高產品質量，縮短研制周期，降低設計成本，而且對減輕勞動強度也是十分有益的。
UG是集CAD/CAE/CAM于一體的通用軟件，具有強大的CAD、CAM功能，基于完全的三維實體復合建模、特征建模和裝配建模技術，能夠設計出復雜的產品模型，可用于整個產品的開發過程；同時 UG又具有良好的開放性，為用戶提供了功能強大的二次開發工具，包括供用戶定制菜單的UG/Open Menu Script，供用戶構造UG風格對話框的用戶界面設計模塊UG/Open UIStyler，供用戶進行功能開發的UG/Open[2]。利用這些工具，用戶就可針對其具體要求，如行業的特殊需要，對UG進行開發，實現相應功能。
2 零件參數化設計
參數化設計方法的目的是存儲設計的整個過程，從而設計出一族而不是單一的產品模型[3]。在計算機輔助設計系統中，不同型號的產品往往只是尺寸不同而結構相同，映射到幾何模型中，就是幾何信息不同而拓撲信息相同。因此，在對零件進行拓撲結構歸類的基礎上建立參數化模型，保證設計過程中幾何拓撲關系一致，同時提取幾何特征參數并進行用戶化命名，建立幾何信息和參數的對應機制,通過編輯參數值直接或間接修改幾何實體，實現參數化設計。UG環境下，可通過UG/Open提供的相應功能函數編輯零件參數表達式(Expression)，即修改參數值，從而編輯幾何實體，來實現參數化設計。為確保裝配程序對零部件的正確調用，實現裝配過程中的自動坐標定位，在參數化模型中還應加入裝配用方位參照信息。
2.1 硬式機械操縱系統主要構件幾何參數分析
飛機機械操縱系統的傳動機構通常分為軟式、硬式和混合式三種。其中硬式傳動機構主要由搖臂和傳動桿等構件所組成[4]。
2.1.1 搖 臂
搖臂主要用來傳遞力、位移或改變它們的大小和方向，有的僅作支持用。結構形式通常包括單搖臂、雙搖臂和復合式搖臂。其中單搖臂提取5個特征參數，雙搖臂提取9個幾何特征參數，復合式搖臂要具體分析。搖臂參數主要包括搖臂臂長、搖臂間夾角等。圖1為雙搖臂幾何特征參數定義。
2.1.2 傳 動 桿
傳動桿又稱拉桿，由兩端耳片接頭和管材組成。通常把一端或兩端耳片接頭設計成螺紋連接，便于微調桿長，進行系統裝配。根據其結構特點，提取兩個幾何特征參數，一個是兩端耳片接頭轉軸矢量之間的角度，另一個是桿長，即傳動桿兩端耳片接頭轉軸中心之間的距離。
2.2 基于UG二次開發實現零件參數化設計
下面以雙搖臂為例說明實現過程。
利用UG/Open UIStyler定制雙搖臂對話框，如圖1所示。定制完成后，生成的三個文件分別為DR.h，DR_template.c和DR.dlg。按具體要求對DR_template.c進行編碼，即可實現雙搖臂參數化設計，流程描述如下，其中Parameter_Information控件的功能為顯示特征參數信息，Apply控件的功能為編輯特征參數信息。
Parameter_Information()//顯示特征參數信息
{
UF初始化，獲取UG/Open API License；
根據控件ID獲取所要訪問的零件特征參數；
if(所要訪問的特征參數存在)
顯示特征參數信息；
else
提示用戶，并給出可能原因；
UF終止，歸還占用的License；
}
Apply()//編輯特征參數信息
{
UF初始化，獲取UG/Open API License；
根據控件ID獲取所要訪問的零件特征參數；
if(所要訪問的特征參數存在)
{
獲取所要訪問特征參數的新值；
if（參數新值在允許范圍之內）
修改特征參數值；
else
提示用戶重新賦值；
}
else
提示用戶，并給出可能原因；
UF終止，歸還占用的License；
}
創建UG菜單文件DR.men，內容如下：
VERSION 170
EDIT UG_GATEWAY_MAIN_MENUBAR //編輯主菜單
BEFORE UG_HELP //將第一級菜單置于Help之前
CASCADE_BUTTON UISTYLER_DLG //菜單類型為下拉式
LABEL Para&meter //定義菜單標題及快捷鍵
END_OF_BEFORE //結束第一級菜單的編輯
MENU UISTYLER_DLG //編輯第二級菜單
BUTTON DOUBLEROCKERS_BTN //第二級菜單ID
LABEL Double Rockers... //定義菜單標題
ACTIONS DR.dlg //運行DR.dlg
END_OF_MENU //結束第二級菜單的編輯
2.3 配置開發環境
在UG根目錄${UGII_BASE_DIR}下創建二次開發用文件夾，如USER，在此文件夾內創建文件夾startup，application和udo[5]，并將DR.dlg放到application下，DR.dll和DR.men放到startup下，udo用來存放動態連接庫。去除UG環境變量文件ugii_env.dat中語句#UGII_USER_DIR=${HOME}前的“#”號以使該語句有效，同時將${HOME}改為${UGII_BASE_DIR}USER。
添加如下系統環境變量：
變量名：UGII_CUSTOM_DIRECTORY_FILE
變量值：${UGII_BASE_DIR}USER
完成上述任務后啟動UG，則會在菜單欄中菜單Help前增加新菜單Parameter，如圖2所示。
圖2 新菜單Parameter
參照圖1修改一雙搖臂特征參數，結果如圖3所示，其中特征參數angle0的新值為150度。
(a) 修改前 (b) 修改后
圖3 雙搖臂特征參數修改
3 虛擬裝配自動化
UG采用“利用部件鏈接關系建立裝配”的虛擬裝配模式。這種模式可檢查目標裝配體自身靜態干涉、模仿產品的裝配過程、定義拆裝路徑，并可仿真機構運動，分析機構的運動性能，從而分析產品及其裝配元件的可裝配性，衡量裝配設計階段產品設計結果的好壞[6]。而上述功能只能在人機交互方式下實現，當目標裝配體為大型復雜系統時，存在操作過程煩瑣、操作者易疲勞和重復性差等諸多不足。針對這種情況，提出虛擬裝配自動化解決方案，描述如下：
從文件讀入或自定制界面輸入零部件在裝配圖中的目標方位，通過裝配程序對裝配用方位參照信息（坐標矩陣）進行坐標轉換，實現零部件自動坐標定位。變高強度的人機交互操作為命令式操作，使重復、煩瑣的手工操作程序化，從而自動完成虛擬裝配，達到提高生產效率的目的。
為能在飛機操縱系統裝配后順利進行動、靜態干涉檢查等后續工作，需要在每次鏈接零部件、導入零件事件（part occurrences）之后，對零件事件進行ID標識，使之成為一個節點。
操縱系統虛擬裝配自動化流程如下：
Assemble() //虛擬裝配自動化
{
獲取預裝配零部件的裝配用方位參照信息；
獲取零部件在裝配件圖中的方位；
鏈接零部件，導入零件事件；
空間方位轉換；
標識零件事件，使之成為節點；
}；
基于上述方法實現的飛機操縱系統的典型組件裝配圖、全系統裝配圖分別見圖4、圖5。
圖4 典型組件裝配圖
圖5 飛機操縱系統全系統裝配圖
4 結 束 語
二次開發UG實現飛機操縱系統零件參數化設計與虛擬裝配自動化方案在很大程度上解決了工廠技術人員的勞動強度問題，縮短了設計周期，降低了設計成本。本研究是飛機硬式機械操縱系統設計平臺的核心技術內容之一，該平臺已在中埃兩國簽署的關于中埃兩國合作生產80架K8E飛機的合同中得到成功應用。