基于CATIA模型的自动爆炸图制作方法研究

马永敬¹，刘光俊¹，安 帅¹，牟 琳¹，杜伟平²

(1.中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛266031)

(2.西安电子科技大学机电工程学院，陕西 西安710071)

基金项目：工业和信息化部智能制造综合标准化与新模式应用项目（高速动车组关键零部件智能制造新模式应用项目）

作者简介：马永敬(1987—)，男，工程师，硕士，主要研究方向为制造过程监测与控制、数字化工厂，mayongjing@cqsf.com.

摘要：针对当前商品化三维CAD系统自动爆炸功能存在爆炸不完全、位置不合理、不能再次调整等问题，提出了一种基于微位移和碰撞检测的分层自动爆炸方法。该方法首先根据装配约束情况确定一个优化的试爆炸顺序，并将模型分为多个试爆炸层，然后针对每一层的零部件，通过基于微位移和碰撞检测的方法来确定爆炸方向，最后基于包围盒计算爆炸距离，完成模型的自动爆炸。基于CATIA开发了自动爆炸图制作工具，以某减速器装配体为例，验证了该方法的有效性。

关键词：自动爆炸图；爆炸方向；爆炸距离；碰撞检测；CATIA

中图分类号：TP391.7   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2020)03-0121-04

航空、航天、船舶、汽车、工程机械、轨道交通等领域大型产品的零部件结构越来越复杂，为了揭示和分析产品的内部结构，设计人员通常使用爆炸图将装配体中的零部件按照顺序、方向和距离进行分解来表达零部件的相对空间位置关系。与剖视图、透视图相比，爆炸图不仅可以清晰展示复杂装配体中零部件及其之间的装配约束关系，甚至还能展示装配序列和装配路径。爆炸图目前已应用于设计、工艺、制造、使用、维护维修等产品生命周期的各个阶段，如产品设计阶段用于表达设计结果的爆炸图，工艺设计阶段用于装配序列规划的爆炸图，产品使用阶段用于展示产品性能的三维交互式电子手册，维护维修阶段用于演示产品拆卸的动画等。

国内外研究人员对爆炸图自动生成方法进行了大量研究。Agrawala等［1］利用投影的方法大概确定模型的爆炸方向，从而自动生成爆炸图；Motomasa等［2］利用模型的装配手册并通过指定模型的爆炸方向和爆炸距离的方式生成爆炸图，但是无法实现爆炸图的自动生成；Correa等［3］利用模型分层的方式将模型不断地剥开来显示模型的内部细节；Bruckner等［4］利用力学原理对模型进行拆分，部分实现了自动爆炸。于嘉鹏等［5-6］提出了利用装配序列规划算法及零部件几何信息自动生成复杂产品爆炸图的方法，并基于UG NX平台开发了面向复杂产品的数字化装配序列规划系统对算法进行了验证。之后提出了基于递归循环的层次化爆炸图自动生成算法，该算法对层次化装配序列进行深度优先循环搜索，实时计算已爆炸零部件的累积包围盒，从而确定待爆炸零件位移矢量，自动生成间隔均匀有序、结构紧凑且空间层次感强的爆炸图。邢宇飞等［7］提出了一种局部爆炸图自动生成方法，为降低计算复杂度，该方法利用蚁群算法求解零件的爆炸顺序。赵鸿飞等［8］则是使用同步约束解除的方法生成爆炸图。以上研究推动了爆炸图自动生成技术的发展，其中部分研究成果还在工程实践中得到了应用。

当前，大部分商品化三维CAD系统都有自动爆炸功能，如达索公司的CATIA、西门子公司的UG NX和PTC的Creo等，但商品化三维CAD系统自动爆炸功能存在爆炸不完全、位置不合理、不能再次调整等问题，不能很好地满足工程应用中的效率和准确性要求。如CATIA提供的自动爆炸工具，生成的爆炸图不尽如人意，爆炸后模型比较杂乱，而且爆炸之后难以调整爆炸距离，调整单个模型的爆炸状态也比较困难，导致CATIA中的自动爆炸工具利用价值不高，不能很好地满足产品生命周期各阶段对爆炸图的应用需求。因此，本文针对CATIA自动爆炸功能存在的问题，提出了基于微位移和碰撞检测的分层自动爆炸方法，并开发了自动爆炸图制作工具。