CAD特征建模技术.ppt

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1、2023/2/2,第3章 CAD特征建模技术,几个问题：,何谓基于模型的设计？目前的CAD模型是产品信息模型吗？制造业信息化需要什么样的CAD模型？制造业信息技术和系统的本质是什么？CAD建模理论和技术研究的发展趋势是什么？关于模型问题的研究与诺贝尔奖有关吗？,2023/2/2,一、模型的种类 静态模型 1、实物模型 动态模型,数学、几何模型2、符号模型 物理、化学模型 经济、管理模型等,描述客观规律3、可视化模型 替代实物模型（虚拟）,2023/2/2,线框模型（Wire Frame Model）支持简单的图形表示表面模型（Surface Model）准确表示物体表面，如曲线、曲面实体模型（

2、Solid Model）几何和拓扑意义上完备的设计模型,2023/2/2,二、何谓产品（零件）信息模型？产品可视化模型（几何、线型、颜色、图层等）；产品材料及其性能（材料种类、比重、模量等）；零件精度要求（尺寸公差、形位公差、粗糙度等）；零件功能要求（运动副、自由度、传递运动、动力等）；零件工况要求（受力、冲击、各种相互作用等）；零件工艺要求（加工方法、工序、切削用量等）；产品管理要求（BOM、保管、运输、维护等）。,2023/2/2,第3章 CAD特征建模技术,产品的生命周期：设计制造使用维护报废设计-CAD，分析-CAE，工艺-CAPP,虚拟样机-VP等制造-CAM，测量-CAT，质量控制

3、-CAQ，装配-DFA等产品数据管理PDM（PLM）基于网络的协同设计技术CIMS工程企业资源计划ERP,三、现代设计方法与先进制造技术对模型信息的需求,CAD模型是有关产品本身 技术信息的源泉，也是 管理信息的核心,2023/2/2,产品建模研究存在的主要问题,一是缺乏对产品模型形成过程和设计结果的描述。各个分离阶段的设计结果没有在统一的模型中保存，也不利于设计过程管理，难以支持设计信息重用的需求；二是没有发挥产品模型的信息载体作用；,2023/2/2,三是目前的CAD建模技术不能实现产品设计信息的跟随性、时效性、低成本共享性、融合性和重用性等，为汽车等复杂产品研发要求的“创造性”、“协同式

4、”、“综合性”、“虚拟式”、“智能化”等新型工作方式提供“即时可得”的有价值信息、知识和过程支持，更好地满足制造业发展对信息技术的需求。,2023/2/2,当前制造业信息技术的现状是产品设计、分析、加工、装配等分阶段构建模型信息，数据一致性差、冗余度大、建模成本高；各种功能软件在异构环境下运行，数据交换效率低，设计过程支持的连续性差，产品信息难以集成与重用；领域针对性强和系统开放性差是目前CAE技术的特点，知识依赖于软件，效率依赖于经验，分析的过程和结果融和与共享程度低，难以作为获取产品设计创新知识的有效手段；,2023/2/2,异构平台信息的严重分割和领域深层知识的高度依赖，致使目前的CAD

5、/CAE/CAM技术实质上只能是异构软件功能的堆积，远不是模型、信息、知识和过程的有机集成，结果形成人们常说的“自动化孤岛”，这些自动化孤岛花费了大量的资金和人力，却没有为企业的整体效益带来太多的改善，在这样的环境下，同一信息往往需要多次输入，数据冗余度大，生成大量的垃圾信息。,2023/2/2,四、目前我国CAD及相关技术的现状,我国制造企业几乎清一色使用PRO/E、UG、CIMATRON等软件进行2D绘图和3D建模，NC编程、CAD/CAM集成等也是国外软件的一统天下；制造业技术复杂，经验依赖性强，CAD/CAE/CAM软件蕴含的产品设计深层次数据、经验和知识是花钱买不到的，国外对高、精、

6、尖技术的封锁正阻碍我们在关键领域技术进步的速度；,2023/2/2,在数字化设计单元软件技术上的先发优势不仅导致了欧美国家在基础功能支撑软件市场上的垄断地位，而且由于数字化设计领域知识和经验相关性大的特点，还将进一步导致我国无法通过产品研发阶段的信息集成与继承获得数字化设计的后发优势，威胁我国在众多重要领域的技术安全，甚至国防技术的安全。,2023/2/2,我们应当看到当前的CAD/CAE/CAM软件技术仍然难以解决复杂产品设计信息、知识和过程的不能合理配置、高效利用、有效集成、充分重用的问题。因而，国际制造业信息化领域正孕育着新一代软件架构技术和建模标准的变革，为立足创新开发复杂产品数字化设

7、计新一代软件支撑技术，提升我国制造业数字化设计水平带来了难得的机遇。,2023/2/2,以资源可重用、系统可重构为模式的复杂产品建模、分析、仿真、优化一体化的设计技术已成为国际数字化设计技术发展的重要趋势。如何在产品数字化设计中充分发挥产品模型的信息载体和支撑作用是资源可重用的核心问题；系统可重构的本质是在充分保障现有系统用户利益基础上实现的有效信息、经验、知识等的融合与重用，产品信息模型是符合用户利益的集成与继承合理粒度。因而，以模型为基础的信息集成与继承理论、方法和实现技术研究处于新一代数字化设计技术研究领域的核心地位。,2023/2/2,五、产品信息建模理论与技术研究的发展方向和趋势,2

8、023/2/2,第一类讨论题,几个基本命题,命题:模型是信息的载体；命题:信息完备的产品信息模型是数字化设计理论、方法和技术研究的核心；命题:产品信息模型是实现产品信息集成与继承 的载体，表现为一种结构与关系的集合。,2023/2/2,基本命题导致的推论,制造企业的技术与管理活动都是围绕产品展开的，制造业信息系统必然以处理、保存产品信息为其核心，同时不能忽视人的活动的影响。由于产品信息模型包含了产品完备的信息，所以制造业信息系统应以产品信息模型和人的活动为核心。,2023/2/2,什么样的模型才能完整表达产品信息？创新模型的结构（“一元四体”模型）新型结构的模型将对制造业信息系统产生什么样的影

9、响？研究模型对信息系统的作用机制可否通过研究模型对信息系统的作用来研究制造业信息系统演变发展的规律？,推论引发的几个基本问题,2023/2/2,制造业信息系统的本质是什么？它的演变、发展具有什么样的规律？如何判断和衡量一个制造业信息系统的性质和状态？如何采取符合制造业信息系统演发规律的方法促进系统保持良好的性态？研究上述问题应当采用什么样的工具？,基本问题引出的相关研究课题,2023/2/2,制造业信息系统是一个耗散结构（dissipative structures）它具有耗散结构的基本性质。系统信息熵（information entropy）的变化会对制造业信息系统的耗散结构性质产生重要影响

10、。模型的结构、作用机制和人类的活动是影响制造业信息系统信息熵流的决定因素，因而，可以借助于对信息模型和人的行为的研究，理解和利用制造业信息系统的演发规律。,方法几个基本假设,2023/2/2,第二类讨论题,1、你感觉学得最好的课程内容是什么？学得最差的课程内容是 什么？2、你最喜欢学哪部分内容？最不喜欢学哪部分内容？3、学习中你最有成就感是什么时候？最有挫折感是什么时候？4、相对而言，本课程给你印象深和影响大的是什么？5、在修读本课程期间，你更愿意到课堂还是更愿意到实验室？6、本课程使你在时间安排上压力大吗？学习的效率感觉如何？7、谈一谈本课程你自学的安排和感觉。,2023/2/2,8、本课程

11、中第一次提出的新概念有哪些？9、本课程中第一次用到的新方法有哪些？10、本课程中第一次使用的新技术有哪些？11、请你就机械CAD技术课程的综合性发表意见，并举例。12、你知道导出三次参数样条曲线数学模型的哪几种方法？请简要说明。13、你知道导出Bezier和B-spline曲线数学模型的哪几种 方法？请简要说明。14、可视化CAD模型的生成、控制、表达使用的主要方法是 什么？请简要说明。15、请比较嵌入式语言与一般通用程序设计语言的异同，并 说明其优、缺点。16、比较CAD软件与其他类软件的异同，谈一谈你学习计算 机软件的诀窍。,2023/2/2,预期的研究课题,关于制造业信息系统本质属性的研

12、究；关于制造业信息系统演化规律的研究；关于信息“集成”与“继承”基本理论的研究；关于产品复合信息模型结构的研究与创新；关于新型产品信息模型作用机制的研究；实现以模型为核心的信息集成与集成的方法与技术研究；模型为核心的产品信息集成与继承软件架构理论与实现技术研究。,2023/2/2,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述,特征（feature）客观事物特点的表征,是 具有特定语义的信息单元,特征技术适合于为集成化、智能化、网络 化现代设计方法和先进制造技术 提供共享信息的模型理论和技术,特征建模基于特征理论和技术的CAD模型 建造技术,特征模型以特征为信息单元定义的CAD模型,2023

13、/2/2,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述,CAD实体模型存在以下不足：,产品定义不完整：模型仅仅能定义产品的几何形状和拓扑关系，许多其它重要信息如公差与精度、材料性质、工艺与装配要求等不包括在模型中；,数据的抽象层次低：实体（如体素）主要是几何概念，设计制造中的工程语义，如键槽、中心孔、装配关系等均不能表达；,支持产品设计、制造的程度较差：如设计模型修改的效率低，设计信息的跟随性差等。,2023/2/2,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述,特征建模的优点,着重描述产品的完整信息；,用高层次的工程语义信息单元：如中心孔、键槽等；,将产品设计意图贯彻到后续环节。,2

14、023/2/2,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述,特征的分类,形状特征；,J.J.Shan分为五大特征：,精度特征；,技术特征；,材料特征；,装配特征；,2023/2/2,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述,特征的分类,Lee将特征分为：,设计特征；,制造特征；,Pratt,Wilson的分类：见图3-1,2023/2/2,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述,特征的分类,宏特征：总体,Luby将特征分为：,微特征：细节,2023/2/2,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述,特征的分类,特征类：包含几何信息的模板；,Laakko和Mant

15、yla将特征分为：,特征实例：具体应用的特征个体,2023/2/2,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述,特征的分类,生成特征：直接生成,Hoffmann和Joan Arinyo：,修改特征：进行修改,基准特征：基准线、基准面等,2023/2/2,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述,特征的分类,管理特征：,不同行业及产品，特征分类可以是不同的，如汽车车身主要有下面6个特征：,装配特征：,形状特征：,技术特征：,材料特征：,精度特征：,2023/2/2,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述,特征间的关系,特征间是相互联系的；,特征对象：特征类的一个具体实例；

16、,IST(Is subordinated to)：附属关系,相互之间的关系：,反映为特征类和特征对象之间的关系：,特征类：对特征所有相同性质和属性的抽象概括；,REF(Reference)：参考、引用,CONT(Connect to)：邻接关系,AIO(An instance of)：联系，所属关系,2023/2/2,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述,基于特征的产品信息模型,图32：零件特征信息特征信息几何与拓扑信息,图33：更加完善；,2023/2/2,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述,特征的表示方法,B-rep,CSG,B-repCSG,2023/2/2,第

17、3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述,特征的表示方法,基于面、边、顶点的面特征，可以得到充足的信息；,但不能与特征体素、体积特征直接联系，存在不足。,基于B-rep的表示方法,2023/2/2,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述,特征的表示方法,基于体积特征，可以进行布尔操作；,但缺少对低层的构性元素的显示表达，特征不易提取。,基于CSG的表示方法,2023/2/2,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述,特征的表示方法,将两者结合；,可以充分表达设计系统中的特征。,基于混合CSG/Brep的方法,2023/2/2,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术

18、概述,特征模型的建立方法,方法：,特征识别：建立模型，用程序来处理，自动识别 并提取特征；,基于特征的设计：直接用特征来定义零件的几何 结构，几何模型由特征生成；,请参看教材p68页,2023/2/2,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述,基于特征的设计,常用3种,基于分割造型,特征合成法,基于特征的设计和特征识别的集成建模方法（综合）,2023/2/2,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述,特征映射,是指产品从某特征表达空间向另一个表达空间的转换,参看教材,2023/2/2,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述,形状特征组合关系图,特征之间的关系用图来表示

19、，成为特征关系图；,观察图35、图36。,2023/2/2,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述,特征树,反映了通过基本特征构造零件的过程,见图311，p78,图38,通过特征树，可以递归地将零件分解为多个基本特征，然后在设计中创建这些基本特征，最后按分解的路径组合这些零件。,2023/2/2,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述,形状特征的组合操作,根据产品零件的要求，利用系统的功能设计出其基本的形状，然后调用参数化特征库中的特征，输入特征参数，系统就可以自动组合生成各种特征。,2023/2/2,第3章 CAD特征建模技术,第2节 面向对象方法在特征技术中的应用,（略

20、）,2023/2/2,第1章 现代CAD技术概论,CAD特征建模技术的概念以及相关名词,本章小结,2023/2/2,第1章 现代CAD技术概论,3-1试述在现代CAD技术中采用特征建模技术的意义，并分析目前 采用特征技术的CAD/CAM软件提供的设计模型对产品生命周期的支持程度。,关于习题,3-2请读者根据自己产品设计工作的特点，提出你自己认为合理的特征定义和分类，并与他人现已提出的分类进行比较。,3-3试述特征的表示方法与三维形体几何模型表示方法的联系和区别。,2023/2/2,第1章 现代CAD技术概论,关于习题,3-4特征识别和基于特征的建模2种技术在应用领域的主要区别是什么？,3-5为什么面向对象的方法可以用于特征技术研究？,3-6从现代CAD技术发展趋势的角度，你认为特征建模的理论和技术目前处于什么样的发展阶段？它将如何进一步发展？,