CN107391795B - 基于xml的复杂航天器跨cad平台设备协同布局方法 - Google Patents

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Abstract

基于XML的复杂航天器跨CAD平台设备协同布局方法，步骤为：(1)在一个CAD平台上，对航天器单机设备进行三维几何建模；(2)对所有三维模型分别建立R坐标系；(3)通过中间格式将所有三维模型及其对应的R坐标系转发给其他CAD平台；(4)对不同CAD平台的相同单机设备三维模型赋予相同的仪器设备代号；(5)利用单机设备三维模型在任一CAD平台内进行仪器设备布局，得出每台单机设备三维模型对应于航天器整器机械坐标系下的坐标值和转换矩阵；(6)将转换矩阵转换成Euler角并存入XML格式表单；(7)在其他CAD平台中，利用宏录制方法获取到相应的后台装配模型的函数，然后利用函数逐行读取XML表单，进行仪器设备三维模型的装配。

Description

基于XML的复杂航天器跨CAD平台设备协同布局方法
技术领域
本发明涉及一种跨三维设计CAD软件平台的复杂航天器仪器设备布局信息的交换方法。
背景技术
随着大型通信卫星通信容量的增加，通信卫星载荷舱内的设备总数已经达到500台以上。实践中，通信卫星总体设计单位和载荷分系统单位分别使用不同的软件平台进行几何样机的设计，双方需要对仪器设备布局的位置信息进行多轮的协调和迭代。
传统的布局方式分为两种：第一种，将整舱布局三维模型转换成STEP等中间格式后进行布局信息传递。第二种，将整舱布局三维模型投影生成二维图纸进行交换布局信息。但此两种信息的交换方式均有不足之处：
第一种方法的不足之处在于：需要将整舱三维模型转换成STEP格式，对于复杂通信卫星，数据量达到3G以上，对计算机的内存和CPU性能要求较高；需要逐台测量位置信息，对于微小的位置变动不容易识别出来，存在出错的风险；对于极其复杂的三维模型，在转换以后存在数据丢失的情况，造成信息传递不完整。
第二种方法的不足之处在于：将整舱三维模型转换成二维图，效率较低，通常一块舱板的转换时间在0.5小时左右，如通信卫星载荷舱需要有5块舱板的设备三维模型转换成二维图纸，其总耗时大约为2.5小时；二维图纸进行布局信息检查后，需要比对二维图纸进行三维模型的调整，调整过程中二维、三维的信息容易出现差错，需要人工反复的核对两种布局信息的一致性。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于XML的复杂航天器跨CAD平台设备协同布局方法，利用XML表单(一种数据库类型的数据存储格式)的形式，将仪器设备布局位置信息进行结构化，不同的CAD三维软件平台可以相互识别和读取，并根据XML表单中设备的位置坐标和旋转角度进行逐台设备的自动安装，完成跨CAD三维设计平台仪器设备布局信息的交换，对计算机性能要求不高，还能够快速、准确的完成卫星设备布局。
本发明的技术解决方案是：基于XML的复杂航天器跨CAD平台设备协同布局方法，包括如下步骤：
(1)在一个CAD平台上，对布局过程中需要的航天器单机设备三维模型进行三维几何建模；
(2)在步骤(1)的CAD平台上，对所有单机设备三维模型分别建立R坐标系；所述R坐标系的定义方式为：将单机设备安装的基准孔作为R坐标系的原点O，XOY坐标平面与单机设备基准孔所在底面重合，Z轴垂直于底面并指向上；
(3)通过中间格式将所有单机设备三维模型及其对应的R坐标系转发给其他参与协同设计的CAD平台，并在参与协同设计的CAD平台上转换到相应格式的单机设备三维模型，完成单机设备三维模型的共享；所述的中间格式为STEP格式；
(4)对不同CAD平台的相同的单机设备三维模型赋予相同的仪器设备代号；
(5)利用单机设备三维模型在任一CAD平台内进行航天器舱内的仪器设备布局，得出每台单机设备三维模型R坐标系的坐标原点在航天器整器机械坐标系下的坐标值(x，y，z)，以及每台单机设备三维模型R坐标系相对于航天器整器机械坐标系的旋转矩阵，每台单机设备三维模型对应于航天器整器机械坐标系下不同的坐标值和坐标转换矩阵；所述的航天器整器机械坐标系的XOY面为器箭对接面，航天器飞行方向为Z向；
(6)将每台单机设备三维模型R坐标系相对于航天器整器机械坐标系的旋转矩阵转换成Euler角T(α,β,γ)；所述旋转顺序为绕航天器整器机械坐标系Z轴、Y轴、X轴进行换算，最后输出单机设备三维模型R坐标系相对于航天器整器机械坐标系的旋转向量T(α,β,γ)；
(7)将每台单机设备三维模型的R坐标系相对于航天器整器机械坐标系的原点位置信息(x，y，z)和Euler角T(α,β,γ)输出到XML格式表单中，XML表单的每行信息包含单机设备三维模型的名称、代号，同时包含相应的原点位置信息(x，y，z)和Euler角T(α,β,γ)；
(8)在其他参与协同设计的CAD平台中，利用宏录制方法获取到相应的后台装配模型的函数，函数的输入为步骤(7)中XML表单包含的信息；然后利用后台装配模型的函数逐行读取步骤(7)中输出的XML表单，同时调取本地CAD平台中相应的单机设备三维模型，进行仪器设备三维模型的装配，完成跨CAD平台的布局信息共享和实时协同布局。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)在复杂航天器的整舱布局过程中，采用本发明方法，充分利用XML格式的结构化的空间布局位置数据共享来代替原有整舱三维模型传递或者二维图纸传递的协同模式，极大的缩短了布局协同的时间(缩短协同迭代时间80％以上)，降低了人为差错，保证了数据源的统一；
(2)本发明方法对于仪器设备布局位置信息和舱板信息等可以自动提取和加载，精度可以达到0.01mm，保证了协同布局的准确性和精度，而且可以取消每次协同迭代的复核确认环节；
(3)本发明方法对于跨多CAD平台的协同布局设计，可以生成唯一的受控XML表单，协同多方均可根据唯一的表单生成完全一致的全三维模型，保证了模型数据的统一性和布局结果的精确性。
附图说明
图1为本发明方法的流程框图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明方法的流程框图，主要步骤如下：
(1)首先，在一个CAD平台上，对布局过程中需要的航天器单机设备三维模型进行三维几何建模。
(2)对所有单机设备三维模型进行R坐标系的建立，R坐标系定义方式为：将单机设备安装的基准孔作为R坐标系的原点O，XOY坐标平面与单机设备基准孔所在底面重合，Z轴垂直于底面并向上(从安装平面向外)。由此可以使得每个单机设备三维模型有唯一的R坐标系与之对应。
(3)通过中间格式(如step等)将所有单机设备三维模型及其R坐标系转发给其他CAD平台(参与协同设计的)，转换到相应格式的单机设备三维模型，进行单机设备三维模型的共享，以备于后续仪器设备整体布局。
(4)对于不同CAD平台的相同的单机设备三维模型赋予相同的仪器设备代号，不同CAD平台之间对相同的单机设备三维模型进行相同的仪器设备代号的命名。例如XYN04-1。
(5)利用单机设备三维模型在一个CAD三维设计平台内进行航天器舱内的仪器设备布局结束以后，可以得出每台单机设备三维模型R坐标系坐标原点在航天器整器机械坐标系(一般定义为器箭对接面为XOY面，航天器方向为Z向)下的坐标值(x，y，z)，以及每台单机设备三维模型R坐标系相对于航天器整器机械坐标系的旋转矩阵，每台单机设备三维模型对应于航天器整器机械坐标系下不同的坐标值和坐标转换矩阵。
(6)为了方便人工复核，将每台单机设备三维模型R坐标系相对于航天器整器机械坐标系的旋转矩阵转换成Euler角(欧拉角)。但是每台单机设备三维模型的旋转矩阵可能对应多组Euler角，为了保证旋转矩阵和Euler角的一一对应，可以约定单机设备三维模型R坐标系相对于航天器整器机械坐标系的旋转顺序，确定欧拉角的输出顺序为绕航天器整器机械坐标系Z、Y、X进行换算，最后输出单机设备三维模型R坐标系相对于航天器整器机械坐标系的旋转向量T(α,β,γ)(欧拉角组成)；
(7)将每台单机设备三维模型的R坐标系相对于航天器整器机械坐标系的原点位置信息(x，y，z)和旋转角度向量T(α,β,γ)输出到XML格式表单中(XML是一种数据库文件格式，便于计算机的读取)，XML表单中同时包含单机设备三维模型的名称和仪器设备代号，即XML表单的每行信息包含每台单机设备三维模型的名称、代号，同时包含相应的原点位置坐标值(x，y，z)和旋转角度向量T(α,β,γ)。
(8)在另外的三维设计CAD平台中，进行VBA二次开发，即利用宏录制方法获取到相应的后台装配模型的函数(例如CATIA软件中的VBA函数AutoAssembly())，函数的输入为步骤(7)中XML表单包含的信息。
宏录制方法可参考2009年10期由张剑、赵冰在《汽车工艺与材料》上发表的《基于CATIA软件的二次开发技术及其在冷挤压模具设计中的应用》一文。
利用步骤(8)中的函数逐行读取步骤(7)中输出的XML表单，调取计算机本地相应的单机设备三维模型，进行仪器设备三维模型的装配，完成跨CAD平台的布局信息共享和实时协同布局。
实施例
以某卫星的一块舱板的跨CAD平台协同布局设计为例，利用本发明方法，实现对CATIA和Pro/E两个不同CAD软件之间的精确协同布局。具体的实现步骤如下：
(1)利用Pro/E软件建立单机设备三维几何模型，包含推进线路盒、中心计算机等共8台设备。
(2)在Pro/E软件中，对8台单机设备模型进行R坐标系的建立，使得每个单机设备模型有唯一的坐标系与之对应。
定义方式为：将设备安装的基准孔作为R坐标系原点，X，Y坐标轴平面与设备底面重合，Z轴垂直底面向上，保证设备本体部分位于R坐标系的第一象限内。
(3)通过中间格式(step)转发给CATIA平台，并转换到CATIA零件格式的单机三维模型，实现单机三维模型的共享，以备于仪器设备布局；
(4)CATIA平台和Pro/E平台中对设备三维模型赋予相同仪器设备代号；
序号 设备名称 设备代号
1. 反作用轮线路盒 K313-4
2. 测控单元 S0201-4
3. 配电器 V01-4
4. 控制电源变换器 K314-4
5. 控制计算机 K320-4
6. 推进线路盒 T618-4
7. 星敏线路盒 K319-4
8. 中心计算机 S01-4
(5)在CATIA平台内进行载荷舱内的仪器设备布局结束以后，可以得出每台设备模型R坐标系坐标原点在卫星机械坐标系下的坐标值(x，y，z)，以及每台设备模型R坐标系相对于卫星机械坐标系的旋转矩阵
Figure BDA0001325614160000061
每台设备模型对应于不同的坐标值和坐标转换矩阵。
(6)将每台设备模型R坐标系相对于卫星机械坐标系的旋转矩阵
Figure BDA0001325614160000062
转换成Euler角(α,β,γ)，按绕Z、Y、X进行换算；
(7)将每台设备模型的R坐标系相对于航天器整器机械坐标系的原点位置信息(x，y，z)和旋转角度(α,β,γ)输出到XML格式表单中。
Figure BDA0001325614160000063
(8)在Pro/E平台中，ProE利用宏录制方法获取装配模型的函数AutoAssembly；具体二次开发方法详见谢敏理、和丽等在2006年1期《现代机械》上发表的《Pro/E二次开发实现自动装配的一种方法》一文。
(9)利用步骤(8)中的函数逐行读取步骤(7)中输出的XML表单，调取步骤(3)的单机设备三维模型，进行仪器设备三维模型的装配，完成跨CAD平台的布局信息共享和实时协同布局。XML表单中包含所有单机的位置信息和旋转信息，每台单机模型根据XML表单中的数据进行重新装配，在无需人工校核和互相沟通的前提下，实现了整舱布局信息的共享。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (3)

1.基于XML的复杂航天器跨CAD平台设备协同布局方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)在一个CAD平台上，对布局过程中需要的航天器单机设备三维模型进行三维几何建模；
(2)在步骤(1)的CAD平台上，对所有单机设备三维模型分别建立R坐标系；所述R坐标系的定义方式为：将单机设备安装的基准孔作为R坐标系的原点O，XOY坐标平面与单机设备基准孔所在底面重合，Z轴垂直于底面并指向上；
(3)通过中间格式将所有单机设备三维模型及其对应的R坐标系转发给其他参与协同设计的CAD平台，并在参与协同设计的CAD平台上转换到相应格式的单机设备三维模型，完成单机设备三维模型的共享；
(4)对不同CAD平台的相同的单机设备三维模型赋予相同的仪器设备代号；
(5)利用单机设备三维模型在任一CAD平台内进行航天器舱内的仪器设备布局，得出每台单机设备三维模型R坐标系的坐标原点在航天器整器机械坐标系下的坐标值(x，y，z)，以及每台单机设备三维模型R坐标系相对于航天器整器机械坐标系的旋转矩阵，每台单机设备三维模型对应于航天器整器机械坐标系下不同的坐标值和坐标转换矩阵；所述的航天器整器机械坐标系的XOY面为器箭对接面，航天器飞行方向为Z向；
(6)将每台单机设备三维模型R坐标系相对于航天器整器机械坐标系的旋转矩阵转换成Euler角T(α,β,γ)；
(7)将每台单机设备三维模型的R坐标系相对于航天器整器机械坐标系的原点位置信息(x，y，z)和Euler角T(α,β,γ)输出到XML格式表单中，XML表单的每行信息包含单机设备三维模型的名称、代号，同时包含相应的原点位置信息(x，y，z)和Euler角T(α,β,γ)；
(8)在其他参与协同设计的CAD平台中，利用宏录制方法获取到相应的后台装配模型的函数，函数的输入为步骤(7)中XML表单包含的信息；然后利用后台装配模型的函数逐行读取步骤(7)中输出的XML表单，同时调取本地CAD平台中相应的单机设备三维模型，进行仪器设备三维模型的装配，完成跨CAD平台的布局信息共享和实时协同布局。
2.根据权利要求1所述的基于XML的复杂航天器跨CAD平台设备协同布局方法，其特征在于：所述步骤(3)中的中间格式为STEP格式。
3.根据权利要求1所述的基于XML的复杂航天器跨CAD平台设备协同布局方法，其特征在于：所述步骤(6)中将每台单机设备三维模型R坐标系相对于航天器整器机械坐标系的旋转矩阵转换成Euler角T(α,β,γ)，具体为：绕航天器整器机械坐标系Z轴、Y轴、X轴进行换算，最后输出单机设备三维模型R坐标系相对于航天器整器机械坐标系的旋转角度向量T(α,β,γ)。
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