外文翻譯--基于特征模型的柔性構(gòu)造及修改 中文版.doc

1基于特征模型的柔性構(gòu)造及修改何曉朝，張鐵昌，高光韜計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/西北綜合性大學(xué)，計(jì)算機(jī)輔助制造研究中心摘要：一種新方法提議引起靈活的基于特點(diǎn)的模型(FFBM),這可被任意地修改。用BRep/CSFG/FRG混合模式可以用來描述這種模型FFBM：用BRep明確地確定模型，用CSFG(有建設(shè)性的固體特征的幾何學(xué))來記錄特征的塑造程序，用FRG(特征關(guān)系圖)可以反映出不同的特征種類之間的關(guān)系，拓?fù)渌阕优c局部可循環(huán)利用的算法通過拓?fù)洳僮鞅碓敿?xì)追蹤(TOL)一起可以實(shí)現(xiàn)特征增加，。因此，F(xiàn)FBM直接在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫里可以被修改。有關(guān)特征連鎖反應(yīng)和易變的拓?fù)潢P(guān)系在設(shè)計(jì)修改過程均有效，在此之后，粘附在產(chǎn)品信息上的特征信息將不丟失。而且，一個(gè)特征的修改可以也有像增加一個(gè)特征那樣快。關(guān)鍵詞：柔性設(shè)計(jì)，拓?fù)洳僮鞅?，特征模?介紹參數(shù)化設(shè)計(jì)導(dǎo)致參數(shù)的修改和變化。到目前為止，因?yàn)閰?shù)化設(shè)計(jì)，許多方法學(xué)得到了發(fā)展。LiuisSolanoetal提議一種有建設(shè)性的基于限制的方法，它能記錄由用戶定義對(duì)象相互作用的順序并且能創(chuàng)造一般的模型CPSM(有建設(shè)性的參數(shù)固態(tài)模型)。HillyardRCetal曾提出數(shù)值限制解法，他把具有某種特征的全部尺寸約束翻譯成為一套方程式。另一種方法是建立在一個(gè)基于一套限制條件的幾何學(xué)模型的一個(gè)專家系統(tǒng)。幾乎所有上述方法都有他們各自的缺陷。而這種建設(shè)性的方法CPSM使用效率低，因?yàn)镃PSM的修改要求再做所有開始已做的工作。而且，重新再做這個(gè)操作需要新特征，這除了需要不同的幾何學(xué)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫地址，在設(shè)計(jì)過程中還要與它相似的特征共享相同的拓?fù)潢P(guān)系，這樣將會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品信息的丟失。因此CPSM不能直接被用于基于特征的設(shè)計(jì)。數(shù)值限制解法需要?jiǎng)?chuàng)造許多的方程式和帶有很多的幾何學(xué)元素和約束的變量這樣一來它的計(jì)算的費(fèi)用是昂貴的。專家系統(tǒng)分析法需要的是簡單的模塊，不支持繁冗的設(shè)計(jì)方法。在本文，提到一種新的設(shè)計(jì)方法叫柔性設(shè)計(jì)法。這是特征表示法的合理的組合,以塑造特征的工具和算法為特色有利于設(shè)計(jì)時(shí)參數(shù)的修改。在這種方法中，設(shè)計(jì)時(shí)參數(shù)的修改在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫同樣有效，并且不必重做開始已做的工作。在修改之后，粘貼在產(chǎn)品上的信息將不會(huì)丟失。另外，有關(guān)的特征和易變的拓?fù)涞倪B鎖反應(yīng)在設(shè)計(jì)修改過程中同樣支持。我們把這種方法運(yùn)用在基于特征的塑造原型系統(tǒng)中并且達(dá)到了更好的效果。1BRep/CSFG/FRG混合模式BRep/CSG混合的方法通常用在描述固態(tài)模型過程中。它結(jié)合BRep和CSG的優(yōu)勢(shì)并且克服他們各自的不利條件。但是在基于特征的模型里存在著約束和相互作用，這是BRep/CSG所不能描述的。因此在這篇文章里FRG將提出描述全部不同的特征之間的關(guān)系。更進(jìn)一步，當(dāng)一個(gè)特征被描述為一套表面時(shí)，傳統(tǒng)的CSG應(yīng)該被作為CSFG改進(jìn)，因?yàn)橐粋€(gè)模型一般被描述為一個(gè)固體。然后用BRep/CSFG/FRG混合法來描述特征模型。BRep，CSFG和FRG之間用能分辨一個(gè)特征和其它特征專有的符號(hào)來連結(jié)。一個(gè)特征模型用BRep表示如圖1a所示。這些特征標(biāo)識(shí)一起儲(chǔ)存表面節(jié)點(diǎn)。BRep，CSFG和FRG之間的連接關(guān)系如圖1b所示。2圖1特征模型的BRep/CSFG/FRG結(jié)構(gòu)2特征設(shè)計(jì)21設(shè)計(jì)特征分類和表示法基于特征的構(gòu)造的途徑內(nèi)出現(xiàn)各種各樣的工程概念，例如箱體，孔，等等；在這里，只考慮特征形狀，這被叫為特征設(shè)計(jì)的方法可分成以下的3種：正特征(PF)，例如，箱體，肋板等等負(fù)特征(NF)，例如，通過洞，盲孔，臺(tái)階，口袋等等，局部特征(LF)，例如，倒角，倒直角，圓角，等等；現(xiàn)在有兩個(gè)圖書館。一個(gè)是用來儲(chǔ)藏(基本特征)的。這個(gè)儲(chǔ)藏館被描述為在圖1a里的卷。另一個(gè)是特征圖書館。特征被描述為一套表面。在特征圖書館，一些尺寸是預(yù)先隨意定義的例如槽長度，通孔的深度，等等。在這些特征上加上尺寸時(shí)應(yīng)加以權(quán)衡。22特征設(shè)計(jì)在特征設(shè)計(jì)中來，設(shè)計(jì)者一個(gè)接一個(gè)給儲(chǔ)藏館添加第二特征。傳統(tǒng)規(guī)則化的運(yùn)算是難理解的,這需要考慮全部模型的幾何學(xué)要素。因此，物體幾乎不可能被修改。在很多模擬試驗(yàn)中，只對(duì)局部操作有必要。如圖2所示，槽的增加只與局部有關(guān)。這樣的話，這樣按固定模式來操作是不合理的。因此發(fā)展一種只針對(duì)局部操作而且可以理解的基于特征的設(shè)計(jì)方法是有必要的。有幾個(gè)術(shù)語的定義涉及到當(dāng)今的構(gòu)造特征：基本操作面：第二個(gè)特征增加的基本特征面(在圖2，特征面F1是基本操作面)。相關(guān)操作面：涉及到增加特征的基本特征面(在2圖，F(xiàn)2和F3相關(guān)操作面)。設(shè)置元素：:幫助確定第二個(gè)特征的局部基本特征幾何學(xué)元素,他們可以是邊緣或面孔。特征標(biāo)示：一個(gè)特征標(biāo)示字符串與其它特征的區(qū)別。它被存放在特征面孔紀(jì)錄、CSFG樹結(jié)和FRGNs中。構(gòu)造基于特征主要包括下列步：(1)選擇第二個(gè)特征的類型，輸入為必要的尺寸。(2)選擇基本操作面，為相關(guān)的操作面搜尋基本特征。(3)找到局部元素，為增加的特征輸入尺寸。輸入找到給特征加的尺寸。(4)對(duì)局部交互的操作做出相應(yīng)交并且建立必要BRep記錄。特別的交式的子特征由為其他特征所提供。(5)確定在交互式特征中的限制條件并且檢查特征相互作用。(6)產(chǎn)生相應(yīng)CSFG樹和FRG節(jié)點(diǎn)。重新構(gòu)建局部拓?fù)潢P(guān)系。在圖2，第二個(gè)特征類型是槽。它的尺寸包括寬度b和深度d.它的基本操作面和相關(guān)操作面是F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3。DI是用來確定尺寸的標(biāo)注。插槽的交叉子程序由插槽的頂點(diǎn)確定同3時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)表面NF11、NF12和他們的環(huán)結(jié)，棱邊NE11、NE12、NE31、NE32。然后插槽才可以按上述步驟增加。圖2在長方體上加個(gè)鍵槽顯然增加一個(gè)特征的是通過修改基礎(chǔ)特征的拓?fù)潢P(guān)系。拓?fù)潢P(guān)系的修改是通過修改拓?fù)渌惴▉韺?shí)現(xiàn)。2.3拓?fù)渌惴ㄔ谖覀兊南到y(tǒng)里的拓?fù)渌惴ㄓ校?1)在SHEL節(jié)點(diǎn)上增加一個(gè)表面節(jié)點(diǎn)(AFOS)；在SHEL節(jié)點(diǎn)上刪除一個(gè)表面節(jié)點(diǎn)(KFOS)。(2)在表面節(jié)點(diǎn)上增加一個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)(AEOF)；在表面節(jié)點(diǎn)上刪除一個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)(KEOF)。(3)在環(huán)節(jié)點(diǎn)上增加一個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)(AEOL)；在環(huán)節(jié)點(diǎn)上刪除一個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)(KEOL)。(4)在表面節(jié)點(diǎn)上增加一個(gè)環(huán)節(jié)點(diǎn)(ALOF)；在表面節(jié)點(diǎn)上刪除一個(gè)環(huán)節(jié)點(diǎn)(KLOF)。在圖2中，在一個(gè)長方體上添加一個(gè)插槽用拓?fù)渌惴▉肀硎救缦拢?1)做AFOS3次，在長方體的SHEL節(jié)點(diǎn)上增加表面SF1，SF2，SF3。(2)表面F1的拓?fù)湫薷乃惴ǎ?a)建立表面NF11節(jié)點(diǎn)，NF12和他們的環(huán)節(jié)點(diǎn)；(b)做AEOF和AEOL3次，在表面NF11節(jié)點(diǎn)上增加邊緣節(jié)點(diǎn)E4,NE11,SE1,NE31和他們的環(huán)節(jié)點(diǎn)；做AEOF和AEOL3次，在表面NF12節(jié)點(diǎn)上增加邊緣節(jié)點(diǎn)E2,NE32,SE2,NE12和他們的節(jié)點(diǎn)。(c)做AFOS兩次，在SHEL節(jié)點(diǎn)上增加表面節(jié)點(diǎn)NF11和NF12。(3)修改表面F2的拓?fù)潢P(guān)系：(a)KEOF和KEOL：從表面節(jié)點(diǎn)F2和它的環(huán)節(jié)點(diǎn)刪除邊緣節(jié)點(diǎn)E1。(b)AEOF和AEOL：在表面節(jié)點(diǎn)F2和它的環(huán)節(jié)點(diǎn)上刪除邊緣節(jié)點(diǎn)NE11。(c)AEOF和AEOL：像步驟（b）一樣，在表面節(jié)點(diǎn)F2和它的環(huán)節(jié)點(diǎn)上增加邊緣節(jié)點(diǎn)SE3,SE4,SE5,NE12(4)修改表面F3的拓?fù)潢P(guān)系：這與(3)操作一致。應(yīng)當(dāng)指出的是增加特征的順序是很重要的，例如，在圖3中，臺(tái)階FT1的增加一定要在孔FT2和槽FT3的操作之前，槽FT3一定要在倒角FT4和FT5的操作之前。用CSFG樹枝結(jié)構(gòu)來描述上述特征增加命令如3圖b所示，在這個(gè)結(jié)構(gòu)中節(jié)點(diǎn)P1，P2，P3，P4是中間描述量。4圖3虛邊，CSFG樹和FRG結(jié)構(gòu)圖進(jìn)一步闡述一下，在圖3a里，F(xiàn)T3槽的地面和臺(tái)階FT1的是處于同一個(gè)平面的。在這種情況下，在上面增加插槽的算法中產(chǎn)生存在BRep結(jié)構(gòu)里的VE邊緣在這里不需要被顯示出來的叫做虛擬邊緣。虛擬邊緣不影響式樣的真實(shí)性并且為了處理這種情況下的顯示問題提出了特別的模塊。3拓?fù)洳僮鞅?.1拓?fù)浔砟夸浀囊笤谏侠奶卣餍薷闹嘘P(guān)鍵的是正確而且有效的從特征模型中抽出第二個(gè)特征的幾何元素和拓?fù)湫畔?。為了達(dá)到這一目的，這篇文章將闡述在設(shè)計(jì)過程中運(yùn)用的一種叫做拓?fù)洳僮鞅?TOL)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。TOL必須具備下列能力：(1)每種第二特征的幾何元素和拓?fù)湫畔⒕梢詮闹谐槿〕鰜怼?2)它應(yīng)該包含所有第二個(gè)特征的標(biāo)識(shí)符。因此，如果設(shè)計(jì)者選擇一個(gè)特征面(通過挑選屬于特征的面)來修改，它的有關(guān)的信息可以方便地被從相應(yīng)的TOL抽取來。3.2TOL的結(jié)構(gòu)TOL的邏輯結(jié)構(gòu)如圖4所示。這里有更進(jìn)一步的說明：圖4TOL的邏輯結(jié)構(gòu)(1)拓?fù)洳僮鞴?jié)點(diǎn)包含兩次互