基于元模型重用技术的蒙皮拉形模具优化设计

吴渗楠1，应昊2，邹程2 ，幸研1

(1.东南大学 机械工程学院，江苏 南京211189)

(2.中航工业沈阳飞机工业(集团)有限公司 技术装备中心工装设计所，辽宁 沈阳110850)

    针对目前航空钣金制造中，飞机蒙皮零件设计制造存在的多次重复建立系统模型问题，提出了一种基于元模型和重用技术的几何/分析模型全信息相关的设计方法。首先在ABAQUS中对蒙皮拉伸成形工艺和模具拓扑优化过程进行仿真模拟，分析结果文件并生成设计分析流；再综合比较系统模型的信息及特点，对元模型关键参数进行特征提取和操作分析，并将重用信息分别映射至三维模型和仿真模型，实现对元模型的多次调用。以某飞机蒙皮拉形模具CAD/CAE设计系统为例，分析了系统的设计框架和零件模型的构建模式，利用CAA语言和Python脚本开发出可应用于成形仿真模拟和模具拓扑优化的通用化程序，实现了面向设计模式重用的系统集成开发。

    作为航空钣金件的重要组成部分，飞机蒙皮件的制造过程需要高度综合相互匹配的工艺装备，一般以多学科复杂计算与实验分析为基础，且零件的生产效率极大依赖模具的更新周期。早期钣金件生产中，零件和模具匹配相对固化，零件频繁更新使模具利用率降低。随着CAD/CAE/CAM技术的广泛应用，三维数模逐渐代替实物样件，被用于模型试配和有限元分析，大大提高了效率,节约了成本。从国内外航空钣金工装的研究现状来看，工装设计知识与数字化全方位耦合是必然趋势。当前，制造资源和数据信息密集的情况下，如何最大化利用已有资源进行系统间集成及快速制造是企业考虑的首要问题［1-4］。

    针对快速智能制造的需求，基于元模型(Metamodel)的建模技术在更深层次上将模型资源、信息和管理有效结合，为多学科协调下的现代制造系统进行数据传递和系统集成提供了便利，已成为计算机行业和制造业共同关注的热点［5-7］。元模型是基于模型的模型，是模型在更高层次的抽象。以元模型为基本载体进行重用，是以面向对象思想为支撑、以统一模型及分析规范为指导的过程，它实现了不同用户在标准框架下的自定义设置和分析。重用过程将模型数据信息充分利用，有效降低了建模和分析成本，实现了高效的程序化分析［8］。 本文以某型号的飞机蒙皮拉形模具优化设计(Aircraft Skin Stretch-forming Die Optimization Design, ASSDOD)系统为例，介绍了基于元模型的建模和重用方法，并在系统中运行实现。以CATIA V5为三维数模的驱动生成平台，调取ABAQUS优化分析流；将仿真分析文件关键属性参数重写后，与几何模型内核数据库嵌套，实现仿真和数字平台集成以及两类模型间的循环修改［9-12］。通过对ASSDOD系统的设计和开发，实现了蒙皮拉形模具优化设计的通用化、流程化与一体化，验证了更高效的工艺设计过程。

1基于元模型重用的信息模型

1. 1元模型信息框架

    元模型［5-7］是模型层次上的模型，通过基础语义模型描述模型的构建规则、组成结构、数据类型、操作行为和模型间的类属关系等知识。元模型描述的是如何利用已有模型建模、模型自定义以及模型间集成和互操作等信息［5］，一般由模型概念、特征属性、类属关系、操作属性构成。从数学角度可.......

作者简介：吴渗楠(1991—)，女，江苏南通人，东南大学硕士研究生，主要研究方向为先进制造技术、结构优化及仿真分析等。

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