機(jī)械CAD CAM CADCAM建模技術(shù)及產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型PPT學(xué)習(xí)教案

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1、會(huì)計(jì)學(xué)1機(jī)械機(jī)械CAD CAM CADCAM建模技術(shù)及產(chǎn)建模技術(shù)及產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型品數(shù)據(jù)模型2第一節(jié)第一節(jié) 基本概念基本概念1.1.計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示 就是計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用什么樣的數(shù)據(jù)模型來(lái)描述、存儲(chǔ)、表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界的物體極其相關(guān)的屬性。 2 2、建模：、建模： 將現(xiàn)實(shí)世界中的物體及屬性轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)內(nèi)部計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)字化表達(dá)的原理和方法。2 2、建模的過(guò)程、建模的過(guò)程 如下圖所示一計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示及產(chǎn)品建模技術(shù)一計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示及產(chǎn)品建模技術(shù)第1頁(yè)/共139頁(yè)3第2頁(yè)/共139頁(yè)43 3產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的組成產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的組成 一般由數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法三個(gè)部分組成。4. CAD/CAM4. CAD/

2、CAM建模技術(shù)建模技術(shù) 是指產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的建立方法、過(guò)程及采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法。 建模技術(shù)是CAD/CAM系統(tǒng)的核心技術(shù)核心技術(shù).計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)的水平與集成在很大程度上取決于三維幾何建模軟件的系統(tǒng)的功能與水平。第3頁(yè)/共139頁(yè)5二二. .產(chǎn)品建模方法及發(fā)展產(chǎn)品建模方法及發(fā)展 由于對(duì)客觀事物的描述方法、存儲(chǔ)內(nèi)容、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的不同而有不同的建模方法和不同的數(shù)據(jù)模型，目前主要的產(chǎn)品建模方法有幾何建模、特征模型、全生命周期建模等。相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型有幾何模型、特征模型、集成化產(chǎn)品模型及最新的智能模型和生物模型等。第4頁(yè)/共139頁(yè)6（一）幾何建模（一）幾何建模1.1.含義含義

3、幾何建模就是形體的描述和表達(dá)是建立在幾何信息和拓?fù)湫畔缀涡畔⒑屯負(fù)湫畔⒒A(chǔ)的建模。其主要處理零件的幾何信息和拓?fù)湫畔?。幾何信息幾何信?幾何信息是指一個(gè)物體在三維歐氏空間中的位置信息。它們反映物體的大小及位置，例如定點(diǎn)的坐標(biāo)值、曲面數(shù)學(xué)表達(dá)式中的具體系數(shù)等。通常用空間直角坐標(biāo)系表示各種幾何數(shù)據(jù)。第5頁(yè)/共139頁(yè)7拓?fù)湫畔⑼負(fù)湫畔?topology)(topology) 拓?fù)湫畔⑹侵肝矬w的拓?fù)湓兀旤c(diǎn)Vertex、邊Edge和表面Face）的個(gè)數(shù)、類(lèi)型以及它們之間關(guān)系的信息。拓?fù)涫茄芯吭谛巫儬顟B(tài)下圖形空間性質(zhì)保持不變的一個(gè)數(shù)學(xué)分支，著重研究圖形內(nèi)的相對(duì)位置關(guān)系。第6頁(yè)/共139頁(yè)8平面立體

4、幾何分量存在的拓?fù)潢P(guān)系平面立體幾何分量存在的拓?fù)潢P(guān)系第7頁(yè)/共139頁(yè)9第8頁(yè)/共139頁(yè)10形體六層拓樸結(jié)構(gòu)形體六層拓樸結(jié)構(gòu) 體(Object)殼(Shell)面(Face)環(huán)(Loop)邊(Edge)點(diǎn)(Vertex)體體 由封閉表面圍成的有效空間由封閉表面圍成的有效空間 ；殼殼 構(gòu)成一個(gè)完整實(shí)體的封閉邊界，是一組面的集合；構(gòu)成一個(gè)完整實(shí)體的封閉邊界，是一組面的集合；面面 由一個(gè)外環(huán)和若干內(nèi)環(huán)界定的有界、不連通的表面；由一個(gè)外環(huán)和若干內(nèi)環(huán)界定的有界、不連通的表面； 環(huán)環(huán) 是面的封閉邊界，由有序、有向邊的集合；是面的封閉邊界，由有序、有向邊的集合； 邊邊 是實(shí)體兩個(gè)鄰面的交界；是實(shí)體兩個(gè)鄰面

5、的交界；頂點(diǎn)頂點(diǎn) 為為邊的端點(diǎn)，兩條或兩條以上邊的交點(diǎn)邊的端點(diǎn)，兩條或兩條以上邊的交點(diǎn)。第9頁(yè)/共139頁(yè)112.2.特點(diǎn)：特點(diǎn)： 幾何模型只是對(duì)物體幾何數(shù)據(jù)及拓?fù)潢P(guān)系的描述，無(wú)明顯的功能、結(jié)構(gòu)和工程含義，所以若從這些信息中提取、識(shí)別工程信息是相當(dāng)困難的。第10頁(yè)/共139頁(yè)12 幾何建模技術(shù)推動(dòng)了CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，隨著信息技術(shù)的發(fā)展及計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，對(duì)CAD/CAM系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，尤其是計(jì)算機(jī)集成制造(CIM)技術(shù)的出現(xiàn)，要求將產(chǎn)品的需求分析、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、制造生產(chǎn)、質(zhì)量檢測(cè)、售后服務(wù)等產(chǎn)品整個(gè)生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)的信息有效地集成起來(lái)，由于幾何模型只是物體幾何數(shù)據(jù)及拓?fù)潢P(guān)系的

6、描述，無(wú)明顯的功能、結(jié)構(gòu)和工程含義，所以若從這些信息中提取、識(shí)別工程信息是相當(dāng)困難的，這樣一來(lái)幾何建模已不能滿(mǎn)足使用上的要求。為此促進(jìn)了特征建模技術(shù)的發(fā)展。（二）特征建模第11頁(yè)/共139頁(yè)13第二節(jié)第二節(jié) 幾何建模技幾何建模技術(shù)術(shù)一幾何建模系統(tǒng)分類(lèi)一幾何建模系統(tǒng)分類(lèi)1.1.二維幾何建模系統(tǒng)二維幾何建模系統(tǒng) 二維幾何建模系統(tǒng)主要研究平面輪廓處理問(wèn)題，分為邊式和面式兩類(lèi)系統(tǒng)。二維幾何建模系統(tǒng)主要研究平面輪廓處理問(wèn)題，分為邊式和面式兩類(lèi)系統(tǒng)。 二維幾何建模系統(tǒng)比較實(shí)用簡(jiǎn)單，人機(jī)交互功能強(qiáng)大，符合設(shè)計(jì)人員慣用的繪圖方式。多用于計(jì)算機(jī)輔助繪圖和回轉(zhuǎn)體零件數(shù)控編程。二維幾何建模系統(tǒng)比較實(shí)用簡(jiǎn)單，人機(jī)交互

7、功能強(qiáng)大，符合設(shè)計(jì)人員慣用的繪圖方式。多用于計(jì)算機(jī)輔助繪圖和回轉(zhuǎn)體零件數(shù)控編程。第12頁(yè)/共139頁(yè)14 在二維系統(tǒng)中，由于各視圖及剖視圖是獨(dú)立產(chǎn)生的，因此不可能將描述同一個(gè)零件的的不同信息構(gòu)成一個(gè)整體模型，所以當(dāng)一個(gè)視圖改變時(shí)，其他視圖不能自動(dòng)改變。 三維線框模型是二維線框模型的直接拓展和延伸。第13頁(yè)/共139頁(yè)152.2.三維幾何建模系統(tǒng)三維幾何建模系統(tǒng) 現(xiàn)實(shí)世界的物體是三維的，所以三維幾何建模系統(tǒng)可以真實(shí)的完整的清楚的描述物體，它代表了現(xiàn)實(shí)世界的物體是三維的，所以三維幾何建模系統(tǒng)可以真實(shí)的完整的清楚的描述物體，它代表了CADCAD建模技術(shù)發(fā)展的主流。建模技術(shù)發(fā)展的主流。第14頁(yè)/共13

8、9頁(yè)163.3.三維幾何建模分類(lèi)三維幾何建模分類(lèi)線框模型、表面模型實(shí)體模型第15頁(yè)/共139頁(yè)174. 商品化的幾何造型系統(tǒng)商品化的幾何造型系統(tǒng)國(guó)外國(guó)外： AUTOCAD、CATIA、I - DEAS 、 Pro/Engineer、Unigraphics、 ACIS、 Parasolid等。國(guó)內(nèi)國(guó)內(nèi)： 高華、金銀花、管道CAD、 制造工程師 （ME）、NPU-CAD/CAM系統(tǒng)第16頁(yè)/共139頁(yè)18（一）（一） 線框建模線框建模 利用基本線素(空間直線、圓弧和點(diǎn)空間直線、圓弧和點(diǎn) )來(lái)定義物體的框架線段信息（物體各個(gè)外表面之間交線）。這種實(shí)體模型由一系列直線、圓弧、點(diǎn)及自由曲線組成，描述的是

9、產(chǎn)品的輪廓外形。1.1.建模原理建模原理二三維幾何建模技術(shù)二三維幾何建模技術(shù)第17頁(yè)/共139頁(yè)19 三維線框模型采用表結(jié)構(gòu)，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)物體的頂點(diǎn)及棱線信息，將實(shí)體的幾何信息和拓?fù)湫畔哟吻宄挠涗浽谝赃叡?、頂點(diǎn)表中。如下圖所示的物體在計(jì)算機(jī)內(nèi)部是用18條邊，12個(gè)頂點(diǎn)來(lái)表示的。2 2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第18頁(yè)/共139頁(yè)20第19頁(yè)/共139頁(yè)21第20頁(yè)/共139頁(yè)22第21頁(yè)/共139頁(yè)23 1 1）優(yōu)點(diǎn)）優(yōu)點(diǎn) 這種描述方法信息量少，計(jì)算速度快，對(duì)硬件要求低。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所占的存儲(chǔ)空間少，數(shù)據(jù)處理容易，繪圖顯示速度快。3 3特點(diǎn)特點(diǎn)第22頁(yè)/共139頁(yè)24 2 2）缺點(diǎn)）缺點(diǎn) 1）

10、存在二異性，即使用一種數(shù)據(jù)表示的一種圖形，有時(shí)也可能看成另外一種圖形。 2）由于沒(méi)有面的信息，不能解決兩個(gè)平面交線問(wèn)題。 3）由于缺少面的信息，不能消除隱藏線和隱藏面 4）由于沒(méi)有面和體的信息，不能對(duì)立體圖進(jìn)行著色和特征處理，不能進(jìn)行物性計(jì)算。 5）構(gòu)造的物體表面是無(wú)效的，沒(méi)有方向性，不能進(jìn)行數(shù)控編程。 第23頁(yè)/共139頁(yè)25第24頁(yè)/共139頁(yè)26 線框結(jié)構(gòu)的幾何模型是在CAD剛剛起步時(shí)慣用的幾何模型，它也是一種比較廣泛被采用的模型。 三維線框模型不適用于對(duì)物體需要進(jìn)行完整性信息描述的場(chǎng)合。但在評(píng)價(jià)物體外部形狀、位置或繪制圖紙，線框模型提供信息是足夠的，同時(shí)它具有較好的時(shí)間響應(yīng)性，對(duì)于適時(shí)

11、仿真技術(shù)或中間結(jié)果的顯示是適用的。4 4應(yīng)用應(yīng)用第25頁(yè)/共139頁(yè)27（二）曲面建模（二）曲面建模 曲面建模是通過(guò)對(duì)物體的各個(gè)表面或曲面進(jìn)行描述而構(gòu)成曲面的一種建模方法。建模時(shí)，先將復(fù)雜的外表面分解成若干個(gè)組成面，這些組成面可以構(gòu)成一個(gè)個(gè)基本的曲面元素。然后通過(guò)這些面素的拼接就構(gòu)成了所要的曲面。如圖就是一個(gè)曲面的拼接過(guò)程。1 1建模原理建模原理第26頁(yè)/共139頁(yè)28第27頁(yè)/共139頁(yè)29 采用表結(jié)構(gòu)，除了邊線表和頂點(diǎn)表以外，還提供了描述各個(gè)組成面素的信息的面表。即曲面是由哪些基本曲線構(gòu)成。2 2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第28頁(yè)/共139頁(yè)30第29頁(yè)/共139頁(yè)31第30頁(yè)/共139頁(yè)32 1

12、1）對(duì)于一般常用的曲面，可以采用幾種簡(jiǎn)化曲面生成的方法）對(duì)于一般常用的曲面，可以采用幾種簡(jiǎn)化曲面生成的方法。 （1)1)線性拉伸面線性拉伸面( (平移表面平移表面) ) 這是一種將某曲線，沿固定方向拉伸，而產(chǎn)生的曲面的方法。3 3 曲面生成方法曲面生成方法第31頁(yè)/共139頁(yè)33（2 2）直紋面）直紋面 給定兩條相似的NURBS曲線或其它曲線，它們具有相等的次數(shù)，和相等的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，將兩條曲線上的對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)用直線連接，就形成了直紋曲面。第32頁(yè)/共139頁(yè)34（3 3）旋轉(zhuǎn)面）旋轉(zhuǎn)面 將指定的曲線，繞旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，所生成的曲面就是旋轉(zhuǎn)曲面。第33頁(yè)/共139頁(yè)35（4 4）掃描面）掃描面

13、 掃描面構(gòu)造方法很多，其中應(yīng)用最多、最有效的方法是沿導(dǎo)向曲線（也有稱(chēng)它為控制線）掃描而形成曲面，它適用于創(chuàng)建有相同構(gòu)形規(guī)律的表面。第34頁(yè)/共139頁(yè)36（5 5）邊界曲面）邊界曲面 在4條連接直線或多義線間建立一個(gè)三維表面。第35頁(yè)/共139頁(yè)372 2）復(fù)雜曲面的生成）復(fù)雜曲面的生成 Bezier曲面曲面 B樣條曲面樣條曲面第36頁(yè)/共139頁(yè)38Bezier曲面：是一組空間輸入點(diǎn)的近似曲面。但不通過(guò)給定的點(diǎn)，不具備局部控制功能。 B樣條曲面：是一組空間輸入點(diǎn)的近似曲面，具有局部控制功能。 第37頁(yè)/共139頁(yè)39孔斯(Coons)曲面：由封閉的邊界曲線構(gòu)成。 第38頁(yè)/共139頁(yè)40 組

14、合曲面（Composite Surfaces）是由曲面片拼合成的復(fù)雜曲面。 現(xiàn)實(shí)中，復(fù)雜的幾何產(chǎn)品很難用一張簡(jiǎn)單的曲面進(jìn)行表示。 將整張復(fù)雜曲面分解為若干曲面片，每張曲面片由滿(mǎn)足給定邊界約束的方程表示。理論上，采用這種分片技術(shù)，任何復(fù)雜曲面都可以由定義完善的曲面片拼合而成。3 3）組合曲面）組合曲面第39頁(yè)/共139頁(yè)41 目前，CAD領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的是NURBS參數(shù)曲面。STEP（產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)和交換國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)）選用了非均勻有理B樣條參數(shù)曲面（NURBS）作為幾何描述的主要方法。因?yàn)镹URBS曲面不僅可以表示標(biāo)準(zhǔn)的解析曲面，如圓錐曲面、一般二次曲面和旋轉(zhuǎn)曲面等，而且可以表示復(fù)雜的自由曲面。CA

15、D廣泛采用的參數(shù)曲面：費(fèi)格森(Ferguson)曲面、(Coons)曲面、(Bezier)貝塞爾曲面、(B-Spline)B樣條曲面。第40頁(yè)/共139頁(yè)42 1）它克服了線框模型的許多缺點(diǎn)，能夠完整地定義三維物體的表面，可以在屏幕上生成逼真的彩色圖像，可以消除隱藏線和隱藏面。 2）曲面建模實(shí)際上采用的蒙面的方式構(gòu)造零件的形體，因此很容易在零件建模中漏掉某個(gè)甚至某些面的處理，這就是常說(shuō)的“丟面”。4 4曲面建模的特點(diǎn)曲面建模的特點(diǎn)第41頁(yè)/共139頁(yè)43 3）依靠蒙面的方法把零件的各個(gè)面粘貼上去，往往會(huì)在面與面的連接處出現(xiàn)重疊或者間隙，不能保證建模精度。 4）由于曲面模型中沒(méi)有各個(gè)表面的相互關(guān)

16、系，不能描述物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，很難說(shuō)明這個(gè)物體是一個(gè)實(shí)心的還是一個(gè)薄殼，不能計(jì)算其質(zhì)量特性。第42頁(yè)/共139頁(yè)44 它不僅可以為設(shè)計(jì)、繪圖提供幾何圖形信息，還可以為其它應(yīng)用場(chǎng)合繼續(xù)提供數(shù)據(jù)，例如當(dāng)曲面設(shè)計(jì)完成以后，可以根據(jù)用戶(hù)要求自動(dòng)進(jìn)行有限元網(wǎng)格的劃分、三坐標(biāo)或五坐標(biāo)NC編程以及計(jì)算和確定刀具軌跡等。 表面建模主要適用于其表面不能用簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)模型進(jìn)行描述的物體，如飛機(jī)、汽車(chē)、船舶等的一些外表面。表面建模的重點(diǎn)是曲面建模，用于構(gòu)造復(fù)雜曲面的物體。5 5應(yīng)用應(yīng)用第43頁(yè)/共139頁(yè)45 曲面建模技術(shù)為反求工程的CAD建模提供了基礎(chǔ)，反求工程的重要任務(wù)之一就是通過(guò)數(shù)字化測(cè)試設(shè)備對(duì)產(chǎn)品實(shí)物或樣件側(cè)得的

17、一系列離散數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和重構(gòu)，生成原來(lái)產(chǎn)品的CAD模型。在關(guān)鍵零件的反求工程方面，主要集中在表面的反求。第44頁(yè)/共139頁(yè)46 在曲面建模中是無(wú)法確定面的哪一側(cè)存在實(shí)體，哪一側(cè)沒(méi)有實(shí)體。而實(shí)體建模是在計(jì)算機(jī)內(nèi)部以實(shí)體描述客觀事物，這樣一方面可以提供實(shí)體完整的信息，另一方面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)可見(jiàn)邊的判斷，具有消隱功能。實(shí)體建模主要通過(guò)定義基本體素，利用體素的集合運(yùn)算，或基本變形操作實(shí)現(xiàn)的，特點(diǎn)在于覆蓋三維立體的表面與其實(shí)體同時(shí)生成。（三）（三） 實(shí)體建模實(shí)體建模1 1實(shí)體建模的基本原理實(shí)體建模的基本原理第45頁(yè)/共139頁(yè)47 利用一些基本的體素（如長(zhǎng)方體、圓柱、圓環(huán)、圓球等）以及掃描提體通過(guò)集合運(yùn)算

18、（布爾運(yùn)算）生成復(fù)雜形體的建模方法。根據(jù)設(shè)計(jì)需要，對(duì)基本幾何形體的尺寸參數(shù)進(jìn)行賦值即可得到對(duì)應(yīng)的幾何形體。第46頁(yè)/共139頁(yè)481）體素的定義及描述 （1）基本體素 下圖為常見(jiàn)的大多數(shù)實(shí)體造型系統(tǒng)所支持的常見(jiàn)體素。第47頁(yè)/共139頁(yè)49 A. A.平面輪廓掃描平面輪廓掃描 平面輪廓掃描法是一種將二維封閉的輪廓，沿指定的路線平移或繞任意一個(gè)軸線旋轉(zhuǎn)得到的掃描體，一般使用在棱柱體或回轉(zhuǎn)體上。（2)2)掃描體素掃描體素 第48頁(yè)/共139頁(yè)50第49頁(yè)/共139頁(yè)51 B.B.三維實(shí)體掃描三維實(shí)體掃描 實(shí)體掃描法是用一個(gè)三維實(shí)體作為掃描體，讓它作為基體在空間運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)可以是沿某個(gè)曲線移動(dòng)，也可以

19、是繞某個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，或繞某一個(gè)點(diǎn)的擺動(dòng)。運(yùn)動(dòng)的方式不同產(chǎn)生的結(jié)果也就不同。第50頁(yè)/共139頁(yè)52第51頁(yè)/共139頁(yè)53(2) 布爾運(yùn)算第52頁(yè)/共139頁(yè)541 1邊界表示法邊界表示法（B-Rep Boundary Representation 1）與表面造型的區(qū)別）與表面造型的區(qū)別 （1 1）概念）概念 邊界表示法是用物體封閉的邊界表面描述物體的方法，這一封閉的邊界表面是由一組面的并集組成的。三三維實(shí)體建模的計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示三三維實(shí)體建模的計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示第53頁(yè)/共139頁(yè)55第54頁(yè)/共139頁(yè)56（2 2）邊界表示法層次結(jié)構(gòu)）邊界表示法層次結(jié)構(gòu)第55頁(yè)/共139頁(yè)57（3 3）與表面模型

20、的區(qū)別與表面模型的區(qū)別 邊界表示法的表面必須封閉、有向，各張表面間有嚴(yán)格的拓?fù)潢P(guān)系，形成一個(gè)整體。 而表面模型的面可以不封閉，面的上下表面都可以有效，不能判定面的哪一側(cè)是體內(nèi)與體外； 此外，表面模型沒(méi)有提供各張表面之間相互連接的信息。第56頁(yè)/共139頁(yè)58第57頁(yè)/共139頁(yè)59 實(shí)體建模采用表結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，其中棱線表和面表與曲面造型有很大不同，從表中可以看出，棱線表記錄的內(nèi)容更加豐富，可以從面表找到構(gòu)成面的棱線，從棱線表中可以找到兩個(gè)構(gòu)成的棱線的面。與曲面建模相比，實(shí)體模型不僅記錄了全部幾何信息，而且記錄了全部點(diǎn)、線、面、體點(diǎn)、線、面、體的信息。2 2）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第58頁(yè)/共139

21、頁(yè)60第59頁(yè)/共139頁(yè)613 3）特點(diǎn)：）特點(diǎn)： （1）邊界表示法強(qiáng)調(diào)的是形體的外表細(xì)節(jié)，詳細(xì)記錄了形體的所有幾何和拓?fù)湫畔ⅰ?（2）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在管理上易于實(shí)現(xiàn)，也便于系統(tǒng)直接存取組成實(shí)體的各種幾何元素的具體參數(shù)，當(dāng)需要進(jìn)行有關(guān)幾何體的結(jié)構(gòu)運(yùn)算時(shí)，可以直接使用幾何體的面、邊、體、點(diǎn)定義的數(shù)據(jù)，進(jìn)行交、并、差運(yùn)算，甚至可以直接通過(guò)人機(jī)交互的方式對(duì)實(shí)體進(jìn)行修改。第60頁(yè)/共139頁(yè)62（3）面的邊線存儲(chǔ)是按照逆時(shí)針存儲(chǔ)，因此邊在計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)都是兩次，這樣邊的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)有冗余。此外，它沒(méi)有記錄實(shí)體是由哪些基本體素構(gòu)成的，無(wú)法記錄基本體素。4 4）應(yīng)用：）應(yīng)用： 采用邊界表示法建立實(shí)體的三維模型，有

22、利于生成和繪制線框圖、投影圖，有利于與二維繪圖功能銜接，生成工程圖。 第61頁(yè)/共139頁(yè)63 1 1）基本思想：）基本思想： 物體都是一些基本體素按照一定的順序拼合而成的。通過(guò)記錄基本體素及它們的集合運(yùn)算表示物體的生成過(guò)程。 2) 2) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： 一個(gè)物體的CSG表示是一個(gè)有序的二叉數(shù)，樹(shù)的非終端結(jié)點(diǎn)表示各種運(yùn)算（包括一些變換矩陣）。樹(shù)的終端結(jié)點(diǎn)表示體素。2 2構(gòu)造立體幾何法構(gòu)造立體幾何法 （CSG CSG ）第62頁(yè)/共139頁(yè)643 3）集合的交、并、差運(yùn)算集合的交、并、差運(yùn)算第63頁(yè)/共139頁(yè)654) 4) 特點(diǎn)特點(diǎn) （1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，每個(gè)基本體素不必再分，而是將體

23、素直接存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。 （2）對(duì)于物體結(jié)構(gòu)的修改非常方便，只需要修改拼合的過(guò)程或編輯基本體素。 （3）能夠記錄物體結(jié)構(gòu)生成的過(guò)程。也便于修改. （4）記錄的信息不是很詳細(xì)，無(wú)法存儲(chǔ)物體最終的詳細(xì)信息，如邊界、頂點(diǎn)的信息等。5 5）應(yīng)用）應(yīng)用： 可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)體的局部修改 ，如下圖第64頁(yè)/共139頁(yè)66第65頁(yè)/共139頁(yè)67第66頁(yè)/共139頁(yè)681）B-Rep法強(qiáng)調(diào)的是形體的外表細(xì)節(jié)，詳細(xì)記錄了形體的所有幾何和拓?fù)湫畔?，具有顯示速度快等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)在于不能記錄產(chǎn)生模型的過(guò)程。2）CSG法具有記錄產(chǎn)生實(shí)體的過(guò)程的優(yōu)點(diǎn)，便于交、并、差運(yùn)算等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)在于對(duì)物體的記錄不詳細(xì)。 3 3混合模型

24、混合模型第67頁(yè)/共139頁(yè)69 3)由于CSG法描述實(shí)體的能力強(qiáng)，故幾乎在所有基于邊界表示法的實(shí)用系統(tǒng)中，都采用CSG法作為實(shí)體輸入手段。 例如，在實(shí)用系統(tǒng)中,有建立體素的命令，進(jìn)行各種體素拼合的命令，以及修改某個(gè)體素的命令等；當(dāng)執(zhí)行這些命令時(shí)，相應(yīng)地生成或修改邊界表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)。第68頁(yè)/共139頁(yè)70 1 1）基本思想：）基本思想：通過(guò)一系列空間單元構(gòu)成的圖形來(lái)表示物體的一種表示方法。這些單元是有一定大小的空間立方體。在計(jì)算機(jī)內(nèi)部通過(guò)定義各個(gè)單元的位置是否填充來(lái)建立整個(gè)實(shí)體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。4 4空間單元表示法（分割法）空間單元表示法（分割法）第69頁(yè)/共139頁(yè)712 2）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：）

25、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通常是四叉樹(shù)或八叉樹(shù)，四叉樹(shù)常用作二維物體描述，對(duì)三維實(shí)體需采用八叉樹(shù)，3 3）判定方法：）判定方法： 首先定義三維實(shí)體的外接立方體，并將其分割成八個(gè)子立方體，依次判斷每個(gè)子立方體，若為空，則表示無(wú)實(shí)體;若為滿(mǎn)表示有實(shí)體充滿(mǎn);若判斷結(jié)果為部分有實(shí)體填充，將該子立方體繼續(xù)分解，直到所有的子立方體或?yàn)榭眨驗(yàn)闈M(mǎn)，直到達(dá)到給定的精度。第70頁(yè)/共139頁(yè)72 第71頁(yè)/共139頁(yè)734 4）. .特點(diǎn)特點(diǎn) 采用八叉樹(shù)表示后，物體之間的集合運(yùn)算變得十分簡(jiǎn)單，八叉樹(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也大大簡(jiǎn)化了消隱算法，同時(shí)極利于作局部修改。 缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大，且不能表示物體各部分之間的關(guān)系，也沒(méi)有點(diǎn)、線

26、、面的概念。 優(yōu)點(diǎn)是算法簡(jiǎn)單，便于物性計(jì)算和有限元分析。第72頁(yè)/共139頁(yè)745 5、實(shí)用造型系統(tǒng)中的應(yīng)用、實(shí)用造型系統(tǒng)中的應(yīng)用 在實(shí)用造型系統(tǒng)中，邊界表示法已逐漸成為實(shí)體的主要表示形式。這是因?yàn)椋?用CSG法構(gòu)造復(fù)雜的實(shí)體存在局限性。 邊界表示法采用了自由曲面造型技術(shù)，能夠構(gòu)造像飛機(jī)、汽車(chē)那樣具有復(fù)雜外形的實(shí)體，用CSG法的體素拼合則難以做到。第73頁(yè)/共139頁(yè)75 從CSG模型通過(guò)計(jì)算可直接轉(zhuǎn)換成邊界表示模型，但反之不然。尚沒(méi)有從邊界表示模型到CSG模型的一般轉(zhuǎn)換算法，因此兩種表示法不可交換。 商業(yè)化造型系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是將線框表示、曲面表示和實(shí)體表示統(tǒng)一在一個(gè)統(tǒng)一框架中，用戶(hù)根據(jù)實(shí)際問(wèn)

27、題的需要選取合適的技術(shù)。而由邊界表示轉(zhuǎn)換為線框模型非常簡(jiǎn)單。第74頁(yè)/共139頁(yè)76第75頁(yè)/共139頁(yè)77幾何建模的局限性：幾何建模的局限性： 1 1）幾何模型難以修改，不能適應(yīng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的動(dòng)態(tài)過(guò)程 2）只能詳細(xì)的描述物體的幾何信息和拓?fù)湫畔?，但是缺乏明顯的工程含義，產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的一些非幾何信息如定位基準(zhǔn)、公差、表面粗糙度、加工和裝配精度及材料信息等也是加工該零件所需信息的有機(jī)組成部分，但是在幾何建模中不能有機(jī)而充分的描述。第三節(jié)第三節(jié) 特征建模技術(shù)特征建模技術(shù)第76頁(yè)/共139頁(yè)783）所提供的造型手段不符合工程師的設(shè)計(jì)習(xí)慣。 它只提供了點(diǎn)、線、面或體素拼合這些初級(jí)構(gòu)形手段，不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)、制造

28、對(duì)構(gòu)形的需要。因?yàn)樵O(shè)計(jì)工程師和制造工程師在設(shè)計(jì)一個(gè)零件時(shí)，總是從那些對(duì)設(shè)計(jì)或制造有意義的基本特征出發(fā)進(jìn)行構(gòu)思以形成所需的零件。其中的特征包括各種槽（如方形槽、V形槽、燕尾槽、盲槽）、凹坑、圓孔、螺紋孔、頂尖孔、退刀槽、倒角等。第77頁(yè)/共139頁(yè)79特征建模（基于特征的實(shí)體造型）特征建模（基于特征的實(shí)體造型） 特征造型是以實(shí)體造型為基礎(chǔ)，用具有一定設(shè)計(jì)或加工功能的特征作為造型的基本單元建立零部件的幾何模型。第78頁(yè)/共139頁(yè)80 1 1特征的定義特征的定義 1）1992年Brown所給出的： 特征就是任何已被接受的某一個(gè)對(duì)象的幾何、功能元素和屬性，通過(guò)特征我們可以很好地理解該對(duì)象的功能、行為

29、和操作。 2）特征就是一個(gè)包含工程含義或意義的幾何原型外形。 特征在此已不是普通的體素不是普通的體素，而是一種封裝了各種屬性（Attribute）和功能（Function）的功能要素。 一特征建模的概念一特征建模的概念第79頁(yè)/共139頁(yè)813）以DIXON為代表的學(xué)者從設(shè)計(jì)自動(dòng)化入手，將特征與產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)表示和功能要求相聯(lián)，將特征定義為： 具有一定幾何形狀的實(shí)體，與具有一定幾何形狀的實(shí)體，與CIMSCIMS一個(gè)或多個(gè)功能相關(guān)，可以作為基本單元進(jìn)行設(shè)計(jì)和處理。一個(gè)或多個(gè)功能相關(guān)，可以作為基本單元進(jìn)行設(shè)計(jì)和處理。4）以WILSON為代表的學(xué)者從制造領(lǐng)域入手，將特征與工藝過(guò)程設(shè)計(jì)、NC自動(dòng)編程、自

30、動(dòng)檢測(cè)相連，將特征定義為： 對(duì)應(yīng)一定基本加工操作的幾何形狀對(duì)應(yīng)一定基本加工操作的幾何形狀 第80頁(yè)/共139頁(yè)825）在機(jī)械行業(yè)中特征通常指的是形狀特征形狀特征 面向設(shè)計(jì)的形狀特征定義面向設(shè)計(jì)的形狀特征定義: : 工件的特征定義為：在工件的表面、邊或角上形成的特定的幾何構(gòu)型。 面向工藝的形狀特征定義為面向工藝的形狀特征定義為: : 工件上一個(gè)有一定特性的幾何形狀, 其對(duì)于一種機(jī)械加工過(guò)程是特定的, 或者用于裝夾或測(cè)量目的。 形狀特征的通用定義：形狀特征的通用定義： 形狀特征為具有一定拓?fù)潢P(guān)系的一組幾何元素構(gòu)成的形狀實(shí)體，它對(duì)應(yīng)零件上的一個(gè)或多個(gè)零件功能，能夠被固定的加工方法加工成形。第81頁(yè)/

31、共139頁(yè)832 2特征應(yīng)滿(mǎn)足條件特征應(yīng)滿(mǎn)足條件： 在CAD/CAM領(lǐng)域的特征必須滿(mǎn)足如下條件 1）特征必須是一個(gè)實(shí)體或零件中的具體構(gòu)成之一 2）特征能對(duì)應(yīng)到某一種形狀 3）特征應(yīng)該具有工程上的意義 4）特征的性質(zhì)是可以預(yù)料的。第82頁(yè)/共139頁(yè)84 3 3、特征的含義、特征的含義 特征是產(chǎn)品信息的集合, 它不僅具有按一定拓?fù)潢P(guān)系組成的特定形狀, 且反映特定的工程語(yǔ)義, 適宜在設(shè)計(jì)、分析和制造中使用。 我們應(yīng)該將特征理解為一個(gè)專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ), 它兼有形狀和功能兩種屬性, 從它的名稱(chēng)和語(yǔ)義足以聯(lián)想其特定幾何形狀、拓?fù)潢P(guān)系、典型功能、繪圖表示方法、制造技術(shù)和公差要求。第83頁(yè)/共139頁(yè)851 1）根

32、據(jù)制造方法不同：）根據(jù)制造方法不同： 鑄、鍛、焊、機(jī)加工和注塑成型特征2 2）按零件類(lèi)型不同：）按零件類(lèi)型不同： 軸類(lèi)零件、盤(pán)類(lèi)零件，箱體類(lèi)零件等。3 3）按照零件的復(fù)雜程度分：）按照零件的復(fù)雜程度分： 簡(jiǎn)單特征：簡(jiǎn)單特征為獨(dú)立的形狀特征。 復(fù)合特征：復(fù)合特征為簡(jiǎn)單特征的組合結(jié)構(gòu)，如周向均布的孔。矩形陣列的孔等。二特征的分類(lèi)二特征的分類(lèi)第84頁(yè)/共139頁(yè)864 4）按照其在設(shè)計(jì)過(guò)程中的作用分類(lèi)）按照其在設(shè)計(jì)過(guò)程中的作用分類(lèi) 1)基本特征：指構(gòu)成零件主要形狀的特征 2)正特征：正特征對(duì)應(yīng)于材料添加的形狀,如凸臺(tái)等 3)負(fù)特征：負(fù)特征則是從零件實(shí)體中減去的形狀，如孔、槽等 4）主特征：用來(lái)構(gòu)造零

33、件的主題形狀特征 5）輔助特征：用來(lái)對(duì)主特征的局部進(jìn)行修飾，如螺紋、倒角、倒圓等如下圖為特征分類(lèi)：第85頁(yè)/共139頁(yè)87軸盤(pán)類(lèi)零件的基本特征軸盤(pán)類(lèi)零件的基本特征第86頁(yè)/共139頁(yè)88孔槽類(lèi)零件的基本特征孔槽類(lèi)零件的基本特征第87頁(yè)/共139頁(yè)895.5.面向過(guò)程的特征：面向過(guò)程的特征： 不實(shí)際參與零件幾何形狀的構(gòu)造，又可以細(xì)分為： 精度特征 技術(shù)要求特征 材料特征 管理特征 分析特征 夾具特征 制造特征 裝配特征第88頁(yè)/共139頁(yè)90 特征建模是面向整個(gè)設(shè)計(jì)、制造過(guò)程的，必須能夠完整地、全面地描述零件生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)的信息以及這些信息之間的關(guān)系。 特征建模是一種以實(shí)體建模實(shí)體建模為基礎(chǔ)

34、，包括上述信息的產(chǎn)品建模方案，通常由形狀特征模型、精度特征模型、材料特征模型組成，而形狀特征模型是特征建模的核心和基礎(chǔ)。三特征建模系統(tǒng)框架三特征建模系統(tǒng)框架第89頁(yè)/共139頁(yè)91 前面將形狀特征定義為具有一定拓?fù)潢P(guān)系的一組幾何元素構(gòu)成的形狀實(shí)體，它對(duì)應(yīng)零件上的一個(gè)或多個(gè)零件功能，能夠被固定的加工方法加工成形。 例：根據(jù)機(jī)械零件的輪廓特點(diǎn)和相應(yīng)的總體加工特點(diǎn)，零件分類(lèi)為下圖。1 1形狀特征模型形狀特征模型 第90頁(yè)/共139頁(yè)92零件回轉(zhuǎn)體類(lèi)板塊類(lèi)箱體類(lèi)孔槽腔平面臺(tái)階孔盲孔螺紋孔組合分布孔光孔第91頁(yè)/共139頁(yè)93第92頁(yè)/共139頁(yè)94 形狀特征通過(guò)參數(shù)描述，每一個(gè)特征都對(duì)應(yīng)一組唯一確定該

35、特征的控制參數(shù)，這樣易于滿(mǎn)足CAD/CAM集成的需要。將一種形狀定義為一個(gè)特征，每種特征都在產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)各自的功能;其尺寸標(biāo)注、定位方式都遵循一定的原則;并對(duì)應(yīng)各自的加工方法、加工設(shè)備和刀具、量具、輔具。 形狀特征模型以實(shí)體建模為基礎(chǔ)，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是以實(shí)體建模中的B-Rep法為基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)包括特征類(lèi)型、序號(hào)、尺寸及公差等。通常它包含兩個(gè)層次，一個(gè)是低層次的點(diǎn)、線、面、環(huán)等組成的B-Rep法結(jié)構(gòu)，另一個(gè)是高層次的由特征信息組成的結(jié)構(gòu)。 第93頁(yè)/共139頁(yè)952 2精度和材料特征模型精度和材料特征模型 精度特征用來(lái)表達(dá)零件的精度信息，包括尺寸公差、形狀公差、位置公差、表面粗糙度。 材料特征包括材料

36、的種類(lèi)、性能、熱處理要求等。3. 3. 特征建模的框架結(jié)構(gòu)特征建模的框架結(jié)構(gòu) 特征建模的框架結(jié)構(gòu)如圖所示，其中，形狀特征、精度特征、材料特征分別對(duì)應(yīng)各自的特征庫(kù)，從中獲取特征描述信息。產(chǎn)品的數(shù)據(jù)庫(kù)建立在這些特征庫(kù)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫(kù)之間雙向交流，建模以后的產(chǎn)品信息送入產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)，并隨著造型的過(guò)程而不斷修改，而造型過(guò)程所需的參數(shù)從庫(kù)中查詢(xún)。第94頁(yè)/共139頁(yè)96 用 戶(hù) 界 面材料特征形狀特征精度特征幾何/拓補(bǔ)實(shí)體建模內(nèi)部接口材料庫(kù)形狀庫(kù)材料數(shù)據(jù)形狀數(shù)據(jù)產(chǎn)品庫(kù)精度庫(kù)精度數(shù)據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)特征建模工程數(shù)據(jù)庫(kù)特征建模的框架結(jié)構(gòu)特征建模的框架結(jié)構(gòu)第95頁(yè)/共139頁(yè)97 特征信息包括幾何信息和非幾何信息

37、。幾何特征信息包括幾何信息和非幾何信息。幾何信息以顯式方式表示，以面為基礎(chǔ)，通過(guò)關(guān)系型信息以顯式方式表示，以面為基礎(chǔ)，通過(guò)關(guān)系型表格記錄幾何要素的面、環(huán)、頂點(diǎn)等信息，為設(shè)表格記錄幾何要素的面、環(huán)、頂點(diǎn)等信息，為設(shè)計(jì)中幾何數(shù)據(jù)的直接提取提供方便。非幾何信息計(jì)中幾何數(shù)據(jù)的直接提取提供方便。非幾何信息是制造中所用工藝信息，包括表面粗糙度、公差、是制造中所用工藝信息，包括表面粗糙度、公差、尺寸精度等，采用隱式的描述方法。通過(guò)對(duì)屬性尺寸精度等，采用隱式的描述方法。通過(guò)對(duì)屬性的描述，記錄相應(yīng)的功能信息、制造信息以及特的描述，記錄相應(yīng)的功能信息、制造信息以及特征間的相互關(guān)聯(lián)，其特點(diǎn)是參數(shù)化、尺寸驅(qū)動(dòng)、征間的

38、相互關(guān)聯(lián)，其特點(diǎn)是參數(shù)化、尺寸驅(qū)動(dòng)、系統(tǒng)各特征完全關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)各特征完全關(guān)聯(lián)。四、特征信息的表達(dá)四、特征信息的表達(dá)第96頁(yè)/共139頁(yè)98 1. 1. 基于基于B-repB-rep的方法的方法: : 在B-rep 方法中, 特征被定義為一個(gè)零件的相互聯(lián)系的面的集合(面集)。 這些特征也被稱(chēng)為“面特征”。 2. 2. 基于基于CSG CSG 的方法的方法: : 基于CSG 的特征表達(dá)方法將特征定義為體素, 體素通過(guò)布爾操作構(gòu)造零件。 3. 3. 基于混合基于混合CSG/B-repCSG/B-rep的方法的方法: : 混合CSG/B-rep方法是設(shè)計(jì)系統(tǒng)中表示特征的較好方法, 這是因?yàn)樗瑫r(shí)兼有CS

39、G 模型及B-rep模型的優(yōu)點(diǎn): CSG 模型易于對(duì)高層元素操作, B-rep模型易于與低層元素(點(diǎn)、線、面)附加尺寸、公差和其他屬性。第97頁(yè)/共139頁(yè)99 特征設(shè)計(jì)應(yīng)該能方便的進(jìn)行修改，采用參數(shù)化定義的特征，特征本身就是參數(shù)化的，他們之間的組裝是變量化的，即為尺寸驅(qū)動(dòng)，特征參數(shù)化可以方便的修改形狀、尺寸、公差、表面粗糙度等信息，最終滿(mǎn)足所需的設(shè)計(jì)要求。在提供產(chǎn)品信息時(shí)，設(shè)計(jì)人員將少量集合參數(shù)輸入系統(tǒng)，系統(tǒng)用這些參數(shù)自動(dòng)生成特征的其他大量集合信息。五、參數(shù)化特征五、參數(shù)化特征第98頁(yè)/共139頁(yè)1001 1特征模型：特征模型： 以特征來(lái)表示零件的方式即為零件的特征模型。由于特征的定義常依賴(lài)

40、于應(yīng)用特征的定義常依賴(lài)于應(yīng)用, 因而對(duì)不同的應(yīng)用就有不同的特征模型, 例如, 有設(shè)計(jì)特征模型、制造特征模型、 形狀特征模型等。2 2建立特征模型方法：建立特征模型方法： 1 1）特征識(shí)別）特征識(shí)別: : 首先建立一個(gè)幾何模型, 然后由程序?qū)缀文Ｐ偷哪巢糠峙c預(yù)定義的特征型相比較, 進(jìn)而識(shí)別并提取出相匹配的特征實(shí)例。目前有很多特征識(shí)別算法。六六 特征模型的建立方法特征模型的建立方法第99頁(yè)/共139頁(yè)101特征識(shí)別的特點(diǎn)特征識(shí)別的特點(diǎn) 特征是從零件的幾何模型幾何模型中提取的。設(shè)計(jì)人員可以較自由地利用幾何體素定義物體形狀，但已知的功能信息就丟失了。幾何描述可以適應(yīng)不同的場(chǎng)合，然而僅可以識(shí)別出數(shù)據(jù)庫(kù)

41、中已存儲(chǔ)的特征。第100頁(yè)/共139頁(yè)1022 2）基于特征的設(shè)計(jì)：）基于特征的設(shè)計(jì)： 直接用特征來(lái)定義零件的幾何結(jié)構(gòu), 幾何模型可以由特征生成。 在基于特征的設(shè)計(jì)方法中, 特征從一開(kāi)始就加入到產(chǎn)品模型中, 特征型的定義被放入一個(gè)庫(kù)中, 通過(guò)定義尺寸、位置參數(shù)和各種屬性值可以建立特征實(shí)例。 第101頁(yè)/共139頁(yè)103第102頁(yè)/共139頁(yè)104（1 1）特征分割造型）特征分割造型: : 零件模型是通過(guò)毛坯材料與特征的布爾運(yùn)算創(chuàng)建的.利用移去毛坯材料的操作, 將毛坯模型轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K的零件模型.（2 2）特征合成法：）特征合成法： 系統(tǒng)允許設(shè)計(jì)人員通過(guò)加或減特征進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先通過(guò)一定的規(guī)劃和過(guò)程預(yù)

42、定義一般特征, 建立一般特征庫(kù), 然后對(duì)一般特征實(shí)例化, 并對(duì)特征實(shí)例進(jìn)行修改、拷貝、刪除生成實(shí)體模型, 導(dǎo)出特定的參數(shù)值等操作, 建立產(chǎn)品模型。第103頁(yè)/共139頁(yè)105基于特征的設(shè)計(jì)的特點(diǎn)基于特征的設(shè)計(jì)的特點(diǎn) 利用基于特征的設(shè)計(jì)方法，特征模型是在設(shè)計(jì)階段創(chuàng)建的，這樣設(shè)計(jì)人員所得到的信息就會(huì)立即包含在模型中，可是用戶(hù)在面向一個(gè)特定的應(yīng)用之前就需要特征的定義。 這種方式，用于設(shè)計(jì)的特征集是有限的，而且生成的特征模型是嚴(yán)格地依賴(lài)于某一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)用場(chǎng)合的，它不能在不同的應(yīng)用場(chǎng)合之間共享。第104頁(yè)/共139頁(yè)106第105頁(yè)/共139頁(yè)1073 3） 特征設(shè)計(jì)與識(shí)別的集成建模方法特征設(shè)計(jì)與識(shí)別

43、的集成建模方法 基于集成方法的系統(tǒng)應(yīng)該提供以下功能：利用特征和幾何體素生成產(chǎn)品的特征模型，創(chuàng)建特定應(yīng)用的特征類(lèi)別，在不同的應(yīng)用場(chǎng)合之間對(duì)特征集進(jìn)行映射。這樣，用戶(hù)可以直接使用特征, 設(shè)計(jì)零件的一部分；同時(shí)還可以使用底層的實(shí)體造型器, 設(shè)計(jì)零件的其他部分。第106頁(yè)/共139頁(yè)1081、特征造型著眼于更好表達(dá)產(chǎn)品的完整的技術(shù)和生產(chǎn)管理信息, 為建立產(chǎn)品的集成信息模型服務(wù)。它的目的是用計(jì)算機(jī)可以理解和處理的統(tǒng)一產(chǎn)品模型, 替代傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和施工成套圖紙以及技術(shù)文檔, 使得一個(gè)工程項(xiàng)目或機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)準(zhǔn)備各環(huán)節(jié)可以并行展開(kāi), 信息流暢通。七特征造型的特點(diǎn)和作用七特征造型的特點(diǎn)和作用第107頁(yè)

44、/共139頁(yè)1092、它使產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作在更高的層次上進(jìn)行, 設(shè)計(jì)人員的操作對(duì)象不再是原始的線條和體素, 而是產(chǎn)品的功能要素, 象螺紋孔、定位孔、鍵槽等。特征的引用直接體現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖, 使得建立的產(chǎn)品模型容易為別人理解和組織生產(chǎn), 設(shè)計(jì)的圖樣更容易修改。 設(shè)計(jì)人員可以將更多的精力用在創(chuàng)造性構(gòu)思上。3、它有助于加強(qiáng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析、工藝準(zhǔn)備、加工、檢驗(yàn)各部門(mén)間的聯(lián)系, 更好地將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)意圖貫徹到各個(gè)后續(xù)環(huán)節(jié)并且及時(shí)得到后者的意見(jiàn)反饋, 為開(kāi)發(fā)新一代的基于統(tǒng)一產(chǎn)品信息模型的CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)創(chuàng)造前提。第108頁(yè)/共139頁(yè)1104、它有助于推動(dòng)行業(yè)內(nèi)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝方法的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化和

45、系列化, 使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)中及早考慮制造要求, 保證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有更好的工藝性。5、它將推動(dòng)各行業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的歸納總結(jié), 從中提煉更多規(guī)律性知識(shí), 以豐富各領(lǐng)域?qū)＜业囊?guī)則庫(kù)和知識(shí)庫(kù), 促進(jìn)智能CAD系統(tǒng)和智能制造系統(tǒng)的逐步實(shí)現(xiàn)。第109頁(yè)/共139頁(yè)111第110頁(yè)/共139頁(yè)1123）定位特征定位特征：作為坐標(biāo)系的參數(shù)化：作為坐標(biāo)系的參數(shù)化控制結(jié)果，生成工作面、工作軸、控制結(jié)果，生成工作面、工作軸、工作點(diǎn)或者基準(zhǔn)坐標(biāo)系。這些要素工作點(diǎn)或者基準(zhǔn)坐標(biāo)系。這些要素也是參數(shù)化的。也是參數(shù)化的。第111頁(yè)/共139頁(yè)113第112頁(yè)/共139頁(yè)114特征操作：是針對(duì)基礎(chǔ)特征以及附加特征的整體操作工具，對(duì)其進(jìn)行整

46、體的陣列、拷貝以及移動(dòng)等操作。參考特征：參考特征輔助而不參與三維模型的生成。作為建立某些特征的參考，如拉伸操作的草圖平面，鏡向操作的中心面等。參考特征包括基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)軸、坐標(biāo)系等。第113頁(yè)/共139頁(yè)115第114頁(yè)/共139頁(yè)116第115頁(yè)/共139頁(yè)117第116頁(yè)/共139頁(yè)118第117頁(yè)/共139頁(yè)119第118頁(yè)/共139頁(yè)120綜上所述，特征建模作為集成系統(tǒng)的核心，不僅可綜上所述，特征建模作為集成系統(tǒng)的核心，不僅可以使設(shè)計(jì)人員以一種全新的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)思想進(jìn)以使設(shè)計(jì)人員以一種全新的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)思想進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，極大地提高了設(shè)計(jì)效率，同時(shí)，特征行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，極大地提高了設(shè)計(jì)效率

47、，同時(shí)，特征作為產(chǎn)品生命周期中各個(gè)階段的信息的載體，為整作為產(chǎn)品生命周期中各個(gè)階段的信息的載體，為整個(gè)設(shè)計(jì)制造中的各個(gè)環(huán)節(jié)提供了個(gè)設(shè)計(jì)制造中的各個(gè)環(huán)節(jié)提供了統(tǒng)一的產(chǎn)品信息模統(tǒng)一的產(chǎn)品信息模型型，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、夾具設(shè)計(jì)等階段的信，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、夾具設(shè)計(jì)等階段的信息提取更方便、靈活、一致，避免了信息的重復(fù)輸息提取更方便、靈活、一致，避免了信息的重復(fù)輸入。因此，特征建模被公認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)入。因此，特征建模被公認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)CAD/CAPP/CAM集成化的最有效的途徑。集成化的最有效的途徑。第119頁(yè)/共139頁(yè)121第四節(jié)、集成產(chǎn)品模型及數(shù)據(jù)交換接第四節(jié)、集成產(chǎn)品模型及數(shù)據(jù)交換接口口 為實(shí)現(xiàn)

48、CAD/CAM各個(gè)模塊之間數(shù)據(jù)資源共享，必須滿(mǎn)足兩個(gè)條件：1、有統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型定義2、有統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)第120頁(yè)/共139頁(yè)122一、集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型一、集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型1 1、集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的含義、集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的含義 與產(chǎn)品有關(guān)的所有信息構(gòu)成的邏輯單元，它不但包括產(chǎn)品的生命周期內(nèi)有關(guān)的全部信息，而且在結(jié)構(gòu)上還能清楚的表達(dá)這些信息的關(guān)聯(lián)。研究集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型就是研究產(chǎn)品在其生命周期內(nèi)各個(gè)階段所需信息的內(nèi)容以及不同階段之間這些信息的相互約束關(guān)系。第121頁(yè)/共139頁(yè)123圖4-32 面向生產(chǎn)過(guò)程的集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型第122頁(yè)/共139頁(yè)1242 2、基于特征的集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型、

49、基于特征的集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型 一種為設(shè)計(jì)、分析、加工各環(huán)節(jié)都能自動(dòng)理解的全局性模型，具有容易表達(dá)、處理，能夠反映設(shè)計(jì)師意圖及描述信息完備等特點(diǎn)。還可以和參數(shù)化設(shè)計(jì)、尺寸驅(qū)動(dòng)等設(shè)計(jì)思想想結(jié)合，為設(shè)計(jì)者提供全新的設(shè)計(jì)環(huán)境。第123頁(yè)/共139頁(yè)1253、特征信息的描述第124頁(yè)/共139頁(yè)126 包括面、環(huán)、邊、點(diǎn)的信息。第125頁(yè)/共139頁(yè)1271 1、產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換接口的用途接口的用途 實(shí)現(xiàn)CIM的先決條件是要求在如下幾個(gè)方面能進(jìn)行數(shù)據(jù)交換： 不同設(shè)計(jì)部門(mén)之間； 設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、制造部門(mén)之間； 不同合作企業(yè)之間； 不同時(shí)期的研制產(chǎn)品之間；二、產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)第126頁(yè)/共139頁(yè)12

50、8 不同CAD/CAM系統(tǒng)之間； 統(tǒng)一CAD/CAM系統(tǒng)的不同版本之間； 為實(shí)現(xiàn)上述各種要求的數(shù)據(jù)交換，可通過(guò)設(shè)置數(shù)據(jù)交換接口的方式，以便在不同的計(jì)算機(jī)內(nèi)部模型之間架起橋梁。 目前世界上研制的通用數(shù)據(jù)交換接口標(biāo)準(zhǔn)中典型的代表是IGES和STEP。第127頁(yè)/共139頁(yè)1292 2、初始圖形交換規(guī)范、初始圖形交換規(guī)范IGESIGES IGES是美國(guó)1981年發(fā)布的，是20年來(lái)影響最大的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。幾何所有商品化的CAD/CAM系統(tǒng)都配有IGES接口，所以成為事實(shí)上的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。第128頁(yè)/共139頁(yè)1301）IGES數(shù)據(jù)文件的總體結(jié)構(gòu)2）IGES元素第129頁(yè)/共139頁(yè)131第130頁(yè)/共13

51、9頁(yè)1323.3.）IGESIGES在應(yīng)用中的問(wèn)題和發(fā)展在應(yīng)用中的問(wèn)題和發(fā)展 應(yīng)用： IGES在國(guó)際范圍內(nèi)獲得了廣泛的應(yīng)用，如： （1）不同CAD系統(tǒng)之間工程圖紙的信息的交換； （2）通過(guò)傳遞的幾何數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)模擬和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)； （3）CAD與NC系統(tǒng)之間的聯(lián)接； （4）CAD與FEM系統(tǒng)的聯(lián)接。第131頁(yè)/共139頁(yè)133特點(diǎn)：特點(diǎn)： 主要應(yīng)用是圖形信息的交換應(yīng)用。 IGES不能完全滿(mǎn)足模型之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，所有數(shù)據(jù)都能完整、準(zhǔn)確的進(jìn)行傳遞。 主要原因是IGES定義的主要是幾何方面的信息，并且選擇了固定的數(shù)據(jù)格式和存儲(chǔ)長(zhǎng)度。語(yǔ)法具有二義性。第132頁(yè)/共139頁(yè)134IGESIGES的發(fā)展：

52、的發(fā)展： （1）美國(guó)IGES委員會(huì)1984年研究全新的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換規(guī)范PDES. （2)法國(guó)1984年推出版本。 （3）德國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)推出專(zhuān)門(mén)傳遞自由表面數(shù)據(jù)接口VDAFS。 （4）為實(shí)現(xiàn)國(guó)際范圍的標(biāo)準(zhǔn)化工作，早PDES接口研究的基礎(chǔ)上，1984年11月國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)下設(shè)的組織ISO/TC184/SC4在法蘭克福召開(kāi)的會(huì)議上確定了STEP(Standerd for the Exchange of Product Model Data）的名稱(chēng)。第133頁(yè)/共139頁(yè)1353 3、產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)STEPSTEP STEP技術(shù)為CAD/CAM系統(tǒng)提供了一種中性機(jī)制，它規(guī)定了產(chǎn)

53、品設(shè)計(jì)、制造以至于產(chǎn)品全生命周期所需要的有關(guān)產(chǎn)品形狀、解析模型、材料、加工方法、裝配順序、檢驗(yàn)測(cè)試等方面信息的定義和數(shù)據(jù)交換的外部描述。因此STEP標(biāo)準(zhǔn)能夠解決生產(chǎn)過(guò)程中的產(chǎn)品信息的共享以及從根本上解決CIMS信息的集成問(wèn)題。第134頁(yè)/共139頁(yè)1361）STEP的組成2）STEP體系結(jié)構(gòu)3）數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)方法4）STEP規(guī)范中的產(chǎn)品模型描述第135頁(yè)/共139頁(yè)1374）STEP規(guī)范中的產(chǎn)品模型描述 STEP采用面向?qū)ο蟮男畔⒔７椒?，它描述的產(chǎn)品信息分成基本模型和應(yīng)用模型兩部分。 基本模型是各種應(yīng)用模型的基礎(chǔ)，它與產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域無(wú)關(guān)，包括下屬部分信息模型：幾何模型、拓?fù)淠Ｐ?、形狀模型、形狀特征模型、公差模型、表面狀況模型、材料模型、顯示模型等。第136頁(yè)/共139頁(yè)138 應(yīng)用模型是在基礎(chǔ)模型的基礎(chǔ)上的附加信息，這些附加信息對(duì)產(chǎn)品的一定應(yīng)用領(lǐng)域是必不可少的，它涉及到建筑、工程、結(jié)構(gòu)、機(jī)械、電子和船舶等有關(guān)領(lǐng)域。因此STEP為許多應(yīng)用領(lǐng)域提供了統(tǒng)一信息描述方法。第137頁(yè)/共139頁(yè)139 STEP標(biāo)準(zhǔn)作為產(chǎn)品模型描述的標(biāo)準(zhǔn)格式應(yīng)用的越來(lái)越廣泛，雖然它還不夠完善，但已經(jīng)表現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力，有學(xué)者認(rèn)為STEP標(biāo)準(zhǔn)的制定是產(chǎn)品建模領(lǐng)域和產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換領(lǐng)域的一個(gè)里程碑，STEP標(biāo)準(zhǔn)將成為全球工程技術(shù)人員在計(jì)算機(jī)環(huán)境下進(jìn)行交流的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言。第138頁(yè)/共139頁(yè)