產(chǎn)品數(shù)字化建模新

1、2021-10-242第二章第二章 產(chǎn)品數(shù)字化建模產(chǎn)品數(shù)字化建模 產(chǎn)品模型的描述與表示產(chǎn)品模型的描述與表示 數(shù)字樣機數(shù)字樣機 產(chǎn)品建模的基本方法產(chǎn)品建模的基本方法產(chǎn)品模型的顯示產(chǎn)品模型的顯示產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)的交換產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)的交換 產(chǎn)品信息的載體，包含了產(chǎn)品功產(chǎn)品信息的載體，包含了產(chǎn)品功能信息、性能信息、結(jié)構(gòu)信息、零件幾何信息、裝配信能信息、性能信息、結(jié)構(gòu)信息、零件幾何信息、裝配信息、工藝和加工信息等息、工藝和加工信息等。 數(shù)字化產(chǎn)品模型中，產(chǎn)品生命周期中不同階段的人數(shù)字化產(chǎn)品模型中，產(chǎn)品生命周期中不同階段的人員都可以獲得所需的內(nèi)容。員都可以獲得所需的內(nèi)容。 主要介紹了主要介紹了：2021-10-

2、243產(chǎn)品規(guī)劃概念設(shè)計生產(chǎn)準(zhǔn)備詳細設(shè)計過程序列過程序列產(chǎn)品規(guī)劃 概念設(shè)計 詳細設(shè)計 生產(chǎn)準(zhǔn)備pdm數(shù)字模型過程管理過程流過程流產(chǎn)品規(guī)劃概念設(shè)計詳細設(shè)計生產(chǎn)準(zhǔn)備pdm過程鏈過程鏈第一節(jié)第一節(jié) 產(chǎn)品模型的描述與表示產(chǎn)品模型的描述與表示 2021-10-244產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)果體現(xiàn)在兩個方面，產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)果體現(xiàn)在兩個方面，一方面是產(chǎn)品的幾何信息，一方面是產(chǎn)品的幾何信息，它存儲在它存儲在idmidm系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)集中系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)集中；另一方面是產(chǎn)品的非幾何信另一方面是產(chǎn)品的非幾何信息，包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹和工藝信息，它存儲于息，包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹和工藝信息，它存儲于aplapl系統(tǒng)中系統(tǒng)中。這兩。這兩部分信息密切相關(guān)

3、、不可分割，其相關(guān)性是通過產(chǎn)品圖號或部分信息密切相關(guān)、不可分割，其相關(guān)性是通過產(chǎn)品圖號或零件號來實現(xiàn)的，由統(tǒng)一的系統(tǒng)來管理。零件號來實現(xiàn)的，由統(tǒng)一的系統(tǒng)來管理。產(chǎn)品產(chǎn)品數(shù)字化數(shù)字化模型模型幾何信息幾何信息非幾何信息非幾何信息idmapl圖號、零件號圖號、零件號2021-10-245采用一個單一的零件模型貫穿始終是不可能的 設(shè)計過程的零件模型為主模型 產(chǎn)品模型是一組有相互關(guān)系、反映不同階段操作的模型組。2021-10-246分析仿真分析仿真概念設(shè)計概念設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計幾何設(shè)計幾何設(shè)計產(chǎn)品設(shè)計產(chǎn)品設(shè)計產(chǎn)品設(shè)計的基本過程產(chǎn)品設(shè)計的基本過程一、產(chǎn)品設(shè)計階段的模型描述與表示一、產(chǎn)品設(shè)計階段的模型描述

4、與表示2021-10-247產(chǎn)品裝配模型產(chǎn)品裝配模型概念設(shè)計階段的模型概念設(shè)計階段的模型零件幾何模型零件幾何模型產(chǎn)品仿真模型產(chǎn)品仿真模型產(chǎn)品設(shè)計模型產(chǎn)品設(shè)計模型產(chǎn)品設(shè)計階段模型產(chǎn)品設(shè)計階段模型2021-10-2481、概念設(shè)計階段的模型、概念設(shè)計階段的模型在產(chǎn)品概念設(shè)計階段，主要從功能需求分析出發(fā)，初步提出產(chǎn)品在產(chǎn)品概念設(shè)計階段，主要從功能需求分析出發(fā)，初步提出產(chǎn)品的設(shè)計方案，此時并不涉及產(chǎn)品的精確形狀和幾何參數(shù)設(shè)計。的設(shè)計方案，此時并不涉及產(chǎn)品的精確形狀和幾何參數(shù)設(shè)計。概念設(shè)計模型包括產(chǎn)品的方案構(gòu)圖、創(chuàng)新設(shè)計等。概念設(shè)計模型包括產(chǎn)品的方案構(gòu)圖、創(chuàng)新設(shè)計等。，概念設(shè)計是在一定的設(shè)計規(guī)范下，以方

5、案報告、，概念設(shè)計是在一定的設(shè)計規(guī)范下，以方案報告、草圖等形式完成設(shè)計的。這個階段產(chǎn)生的方案視不同的產(chǎn)品對象草圖等形式完成設(shè)計的。這個階段產(chǎn)生的方案視不同的產(chǎn)品對象而不同。而不同。guidelines2021-10-2492、零件幾何模型、零件幾何模型是產(chǎn)品詳細設(shè)計的核心，是是產(chǎn)品詳細設(shè)計的核心，是，是所有后續(xù)工作的基礎(chǔ)，也是，是所有后續(xù)工作的基礎(chǔ)，也是計算機表示的產(chǎn)品模型。計算機表示的產(chǎn)品模型。 幾何模型用幾何模型用或或模型表示。模型表示。 在集成化在集成化cad系統(tǒng)中，二維模型可以從三維模型投影得到，以便系統(tǒng)中，二維模型可以從三維模型投影得到，以便與三維模型保持一致性。除此之外，幾何模型的

6、非幾何信息以與三維模型保持一致性。除此之外，幾何模型的非幾何信息以表表示。屬性信息的定義以示。屬性信息的定義以說明，并具有一定的結(jié)構(gòu)。說明，并具有一定的結(jié)構(gòu)。零件幾何模型是詳細設(shè)計階段生產(chǎn)的零件幾何模型是詳細設(shè)計階段生產(chǎn)的，是其他各階段設(shè)計，是其他各階段設(shè)計的的，通常作，通常作為為。所謂所謂是指以該模型為唯一數(shù)據(jù)源，其他模型以它為基礎(chǔ)，派是指以該模型為唯一數(shù)據(jù)源，其他模型以它為基礎(chǔ)，派生出其他各種模型。派生的過程實現(xiàn)了模型的演變。生出其他各種模型。派生的過程實現(xiàn)了模型的演變。2021-10-24103、產(chǎn)品仿真模型、產(chǎn)品仿真模型功能與性能仿真功能與性能仿真是利用計算機的是利用計算機的計算能力計

7、算能力，采用，采用數(shù)值計算的方法數(shù)值計算的方法模模擬產(chǎn)品的功能或者性能，一般擬產(chǎn)品的功能或者性能，一般不能直接不能直接在詳細設(shè)計階段產(chǎn)生的零件幾在詳細設(shè)計階段產(chǎn)生的零件幾何模型上進行，必須進行一定的轉(zhuǎn)換或者處理，建立符合仿真分析的何模型上進行，必須進行一定的轉(zhuǎn)換或者處理，建立符合仿真分析的模型。例如，有限元分析必須對模型。例如，有限元分析必須對cad實體模型進行前置處理，將其進實體模型進行前置處理，將其進行簡化，網(wǎng)格劃分，再賦予材料和施加載荷，然后才能進行求解計算，行簡化，網(wǎng)格劃分，再賦予材料和施加載荷，然后才能進行求解計算，結(jié)果則通過后置處理顯示。結(jié)果則通過后置處理顯示。 產(chǎn)品仿真模型表達了

8、產(chǎn)品仿真模型表達了仿真分析階段的信息仿真分析階段的信息，對產(chǎn)品性能進行校驗，對產(chǎn)品性能進行校驗，階段成果包括圖形、表格、數(shù)據(jù)、文本說明等各種形式。仿真分析的階段成果包括圖形、表格、數(shù)據(jù)、文本說明等各種形式。仿真分析的充分利用，可以減少實際物理試驗的次數(shù)，從而大大降低研制成本。充分利用，可以減少實際物理試驗的次數(shù)，從而大大降低研制成本。仿真技術(shù)廣泛應(yīng)用仿真技術(shù)廣泛應(yīng)用在產(chǎn)品設(shè)計、制造階段，如設(shè)計階段的各種有限在產(chǎn)品設(shè)計、制造階段，如設(shè)計階段的各種有限元分析、運動機構(gòu)分析等仿真系統(tǒng)，在制造階段的鑄造澆注仿真、鍛元分析、運動機構(gòu)分析等仿真系統(tǒng)，在制造階段的鑄造澆注仿真、鍛造磨具仿真、數(shù)控加工過程仿真

9、、裝配仿真等。造磨具仿真、數(shù)控加工過程仿真、裝配仿真等。2021-10-2411meshing幾何實體模型幾何實體模型有限元模型有限元模型在關(guān)鍵點處在關(guān)鍵點處約束約束實體模型實體模型沿線均布的壓力沿線均布的壓力在關(guān)鍵點加集中力在關(guān)鍵點加集中力在節(jié)點處約在節(jié)點處約束束fea 模型模型沿單元邊界均布的壓力沿單元邊界均布的壓力在節(jié)點加集中力在節(jié)點加集中力2021-10-24124、產(chǎn)品裝配模型、產(chǎn)品裝配模型需要表示產(chǎn)品的需要表示產(chǎn)品的等。等。：裝配結(jié)構(gòu)模型反映產(chǎn)品：裝配結(jié)構(gòu)模型反映產(chǎn)品 ，初始設(shè)計可以，初始設(shè)計可以不涉及具體的幾何信息，而僅僅表示產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)、層次結(jié)構(gòu)以不涉及具體的幾何信息，而僅僅

10、表示產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)、層次結(jié)構(gòu)以及設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。及設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。裝配體裝配體子裝配體子裝配體2子裝配體子裝配體1子裝配體子裝配體3零件零件1零件零件2零件零件3零件零件4零件零件5零件零件6零件零件72021-10-2413：屬性信息用來表示產(chǎn)品的：屬性信息用來表示產(chǎn)品的非幾何信息。非幾何信息。例如，產(chǎn)品名稱、規(guī)格、零件材料、加工方法、重量、模型設(shè)計例如，產(chǎn)品名稱、規(guī)格、零件材料、加工方法、重量、模型設(shè)計者等。者等。 ：裝配約束模型包括：裝配約束模型包括裝配特征描述、裝配關(guān)裝配特征描述、裝配關(guān)系描述、裝配操作描述以及裝配約束參數(shù)系描述、裝配操作描述以及裝配約束參數(shù)。：裝配規(guī)劃模型用于：裝配規(guī)

11、劃模型用于裝配順序規(guī)劃和路徑規(guī)裝配順序規(guī)劃和路徑規(guī)劃劃，前者給出一個實際可行的零件裝配順序，后者給出零件裝配的，前者給出一個實際可行的零件裝配順序，后者給出零件裝配的可行路徑，并對裝配設(shè)計進行可行路徑，并對裝配設(shè)計進行分析分析和評價。和評價。 2021-10-2414數(shù)控加工模型數(shù)控加工模型工藝信息模型工藝信息模型工裝模型工裝模型產(chǎn)品制造階段模型產(chǎn)品制造階段模型產(chǎn)品制造階段模型產(chǎn)品制造階段模型二、產(chǎn)品制造階段的模型描述與表示二、產(chǎn)品制造階段的模型描述與表示2021-10-24151、工藝信息模型、工藝信息模型為capp提供基本信息提供基本信息，涉及工藝過程、數(shù)據(jù)繁雜、種類多，不同企業(yè)的工藝信息

12、模型差別大，具有不同的模型結(jié)構(gòu)和內(nèi)容。根據(jù)零件加工要求和尺寸、粗糙度、公差、基準(zhǔn)、加工方法等信息，建立工藝信息模型。這些基本模型信息構(gòu)成了編制工藝規(guī)劃的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 工藝設(shè)計的數(shù)據(jù)來源于詳細設(shè)計階段產(chǎn)生的幾何模型、裝配模型幾何模型、裝配模型，在此基礎(chǔ)上，還需要設(shè)備資源、工裝資源等來實現(xiàn)工序的編制。2、工裝模型、工裝模型包括刀具、夾具、模具、量具的設(shè)計以及產(chǎn)品零件在制造過程中的不斷演化產(chǎn)生的中間狀態(tài)模型中間狀態(tài)模型。在工裝設(shè)計過程中，依據(jù)零件在加工過程中的變化，需要建立相應(yīng)的模型之間的關(guān)系。工裝模型包含了兩大部分： ：刀具、夾具、模具、量具的設(shè)計和制造模型。 ：零件在制造過程演變的模型。包括幾何形

13、狀和其他相關(guān)的工藝信息。2021-10-2416工藝信息模型工藝信息模型- -加工工藝流程刀路加工工藝流程刀路2021-10-24173、數(shù)控加工模型、數(shù)控加工模型是指數(shù)控加工涉及的是指數(shù)控加工涉及的模型模型和產(chǎn)生的相應(yīng)和產(chǎn)生的相應(yīng)nc程序程序。一個復(fù)雜零件的數(shù)控加工程序生成，一個復(fù)雜零件的數(shù)控加工程序生成，按照按照，有數(shù)控車、數(shù)控銑等加工；，有數(shù)控車、數(shù)控銑等加工；按照按照，有粗加工、精加工、清根等各種操作；，有粗加工、精加工、清根等各種操作；其中程序內(nèi)部蘊含了工藝信息和加工方法，如粗糙度、公差選擇、加其中程序內(nèi)部蘊含了工藝信息和加工方法，如粗糙度、公差選擇、加工方式、加工路線、刀具等。程序

14、最后計算得出加工刀具軌跡，并經(jīng)工方式、加工路線、刀具等。程序最后計算得出加工刀具軌跡，并經(jīng)過后置處理產(chǎn)生機床代碼。這些信息構(gòu)成了加工模型。過后置處理產(chǎn)生機床代碼。這些信息構(gòu)成了加工模型。復(fù)雜產(chǎn)品的上述各種信息模型是非常龐大的，相關(guān)關(guān)系也非常復(fù)雜，復(fù)雜產(chǎn)品的上述各種信息模型是非常龐大的，相關(guān)關(guān)系也非常復(fù)雜，通常在通常在pdm平臺上進行統(tǒng)一管理。平臺上進行統(tǒng)一管理。2021-10-2418第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)字樣機數(shù)字樣機 數(shù)字樣機數(shù)字樣機（digital mockup，dmu）的概念目前還沒有統(tǒng)一的定）的概念目前還沒有統(tǒng)一的定義，它是相對于義，它是相對于物理樣機物理樣機在計算機上表達的在計算機上表達

15、的產(chǎn)品數(shù)字化模型產(chǎn)品數(shù)字化模型。在計算機上與樣機相關(guān)的產(chǎn)品數(shù)字化模型的名稱有數(shù)字樣機、電子樣在計算機上與樣機相關(guān)的產(chǎn)品數(shù)字化模型的名稱有數(shù)字樣機、電子樣機、虛擬樣機等，這些都是直接利用了模型的表達形式（電子化、數(shù)機、虛擬樣機等，這些都是直接利用了模型的表達形式（電子化、數(shù)字化、虛擬模型）而得出的。字化、虛擬模型）而得出的。一、物理樣機與數(shù)字樣機一、物理樣機與數(shù)字樣機用物質(zhì)材料制作的產(chǎn)品模型一般稱為用物質(zhì)材料制作的產(chǎn)品模型一般稱為物理模型物理模型（或（或物理樣機物理樣機與與實物實物樣機樣機） 。2021-10-2419管路設(shè)計管路設(shè)計強度分析強度分析結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析數(shù)字預(yù)裝配數(shù)字預(yù)裝配cam裝配

16、過程仿真裝配過程仿真裝配過程仿真裝配過程仿真2021-10-2420 一個完整的產(chǎn)品虛擬樣機應(yīng)包含如下幾個內(nèi)容：一個完整的產(chǎn)品虛擬樣機應(yīng)包含如下幾個內(nèi)容： 所有零部件的三維所有零部件的三維cadcad模型及各級裝配體。三維模型應(yīng)參數(shù)化、適合于模型及各級裝配體。三維模型應(yīng)參數(shù)化、適合于變形設(shè)計、適合于部件模塊化。變形設(shè)計、適合于部件模塊化。 與三維與三維cadcad模型相關(guān)聯(lián)的二維工程圖。模型相關(guān)聯(lián)的二維工程圖。 三維裝配體適合運動結(jié)構(gòu)分析、有限元分析、優(yōu)化設(shè)計分析。三維裝配體適合運動結(jié)構(gòu)分析、有限元分析、優(yōu)化設(shè)計分析。 形成基于三維形成基于三維cadcad的的pdmpdm結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系。

17、從虛擬樣機制作過程中摸索出定制產(chǎn)品的開發(fā)模式及所遵循的規(guī)律。從虛擬樣機制作過程中摸索出定制產(chǎn)品的開發(fā)模式及所遵循的規(guī)律。 虛擬樣機的制作過程就是基于三維虛擬樣機的制作過程就是基于三維cadcad的產(chǎn)品開發(fā)體系建立的過程。的產(chǎn)品開發(fā)體系建立的過程。 三維整機的檢測與試驗。三維整機的檢測與試驗。二、數(shù)字樣機的主要內(nèi)容二、數(shù)字樣機的主要內(nèi)容2021-10-2421 初期初期 應(yīng)以三維應(yīng)以三維cadcad（例如（例如catiacatia、ugug等）為設(shè)計等）為設(shè)計平臺，建立典型產(chǎn)品的全參數(shù)化三維實體模型，平臺，建立典型產(chǎn)品的全參數(shù)化三維實體模型，進行干涉和碰撞檢查、裝配規(guī)劃等。包括由三進行干涉和碰撞

18、檢查、裝配規(guī)劃等。包括由三維模型轉(zhuǎn)化建立完全關(guān)聯(lián)的二維工程圖；建立維模型轉(zhuǎn)化建立完全關(guān)聯(lián)的二維工程圖；建立描述產(chǎn)品的物理數(shù)據(jù)，如基本屬性、明細表信描述產(chǎn)品的物理數(shù)據(jù)，如基本屬性、明細表信息等，為息等，為pdmpdm管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 三、建立產(chǎn)品數(shù)字樣機的過程三、建立產(chǎn)品數(shù)字樣機的過程2021-10-2422 中期中期：建立基于三維模型的產(chǎn)品分析、加工及管理過程，進建立基于三維模型的產(chǎn)品分析、加工及管理過程，進行產(chǎn)品的運動和動力學(xué)分析，了解運動構(gòu)件工作時的運動協(xié)調(diào)關(guān)行產(chǎn)品的運動和動力學(xué)分析，了解運動構(gòu)件工作時的運動協(xié)調(diào)關(guān)系、運動范圍、可能的運動干涉、產(chǎn)品動力學(xué)性能、強度和剛度

19、系、運動范圍、可能的運動干涉、產(chǎn)品動力學(xué)性能、強度和剛度等；實現(xiàn)虛擬加工，對加工工藝進行模擬，以檢驗產(chǎn)品設(shè)計的合等；實現(xiàn)虛擬加工，對加工工藝進行模擬，以檢驗產(chǎn)品設(shè)計的合理性、可加工性，加工方法、機床和工藝參數(shù)的選用，以及加工理性、可加工性，加工方法、機床和工藝參數(shù)的選用，以及加工過程中可能出現(xiàn)的加工缺陷，為過程中可能出現(xiàn)的加工缺陷，為camcam提供數(shù)據(jù)模型。并且通過提供數(shù)據(jù)模型。并且通過pdmpdm系統(tǒng)實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)過程管理，在一個設(shè)計周期內(nèi)跟蹤所有設(shè)計事系統(tǒng)實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)過程管理，在一個設(shè)計周期內(nèi)跟蹤所有設(shè)計事務(wù)和數(shù)據(jù)的活動，并為設(shè)計進程的自動管理提供必要的支持。務(wù)和數(shù)據(jù)的活動，并為設(shè)計進程的

20、自動管理提供必要的支持。 2021-10-2423 遠期遠期：通過虛擬樣機顯示產(chǎn)品的外觀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、裝配和維通過虛擬樣機顯示產(chǎn)品的外觀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、裝配和維修過程、使用方法、工作過程、工作性能等。有關(guān)人員可以瀏覽修過程、使用方法、工作過程、工作性能等。有關(guān)人員可以瀏覽產(chǎn)品的圖形與非圖形數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮三維模型的作用。如利用具產(chǎn)品的圖形與非圖形數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮三維模型的作用。如利用具有真實效果的產(chǎn)品結(jié)果顯示和效果配置功能的效果圖，可來探測、有真實效果的產(chǎn)品結(jié)果顯示和效果配置功能的效果圖，可來探測、確定各類用戶對產(chǎn)品規(guī)格、性能、外觀等的需求，實現(xiàn)用戶驅(qū)動、確定各類用戶對產(chǎn)品規(guī)格、性能、外觀等的需求，實現(xiàn)

21、用戶驅(qū)動、用戶定制；在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布需要的配套零部件，獲得供應(yīng)商的電用戶定制；在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布需要的配套零部件，獲得供應(yīng)商的電子數(shù)據(jù)，進行電子模裝，驗證產(chǎn)品的正確性。子數(shù)據(jù)，進行電子模裝，驗證產(chǎn)品的正確性。2021-10-2424四、虛擬現(xiàn)實（四、虛擬現(xiàn)實（vr）技術(shù)）技術(shù)虛擬現(xiàn)實（虛擬現(xiàn)實（ virtual realityvirtual reality，vr vr ）技術(shù)，融合了數(shù)字圖像處理、計算技術(shù)，融合了數(shù)字圖像處理、計算機圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、傳感器技機圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)等多個信息技術(shù)分支，從而大大術(shù)等多個信息技術(shù)分支，從而大大推進了計算機技術(shù)的發(fā)展。推進了計算機技術(shù)的發(fā)展。虛擬

22、現(xiàn)實系統(tǒng)就是要利用各種先進虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)就是要利用各種先進的硬件技術(shù)及軟件工具，設(shè)計出合的硬件技術(shù)及軟件工具，設(shè)計出合理的硬件、軟件及交互手段，使參理的硬件、軟件及交互手段，使參與者能交互式地觀察和操縱系統(tǒng)生與者能交互式地觀察和操縱系統(tǒng)生成的虛擬世界。成的虛擬世界。 2021-10-2425多感知性多感知性(multi-sensory)(multi-sensory)所謂多感知是指除了一般計算機技術(shù)所謂多感知是指除了一般計算機技術(shù)所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運所具有的視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運動感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。動感知，甚至包括

23、味覺感知、嗅覺感知等。 浸沒感浸沒感(immersion)(immersion)指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度。真實程度。 交互性交互性(interactivity)(interactivity)指用戶對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度指用戶對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度( (包括實時性包括實時性) )。 構(gòu)想性構(gòu)想性(imagination)(imagination)強調(diào)虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想像空強調(diào)虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想像空間，可拓寬人類認(rèn)知范圍，不僅可再現(xiàn)真實存在的環(huán)境，也可以隨間，

24、可拓寬人類認(rèn)知范圍，不僅可再現(xiàn)真實存在的環(huán)境，也可以隨意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的主要特征虛擬現(xiàn)實技術(shù)的主要特征2021-10-2426虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)示意圖虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)示意圖2021-10-2427五、虛擬現(xiàn)實應(yīng)用舉例五、虛擬現(xiàn)實應(yīng)用舉例虛擬維修性分析系統(tǒng)框架虛擬維修性分析系統(tǒng)框架2021-10-2428虛擬維修性分析系統(tǒng)原理虛擬維修性分析系統(tǒng)原理2021-10-2429沉浸式虛擬現(xiàn)實演示系統(tǒng)沉浸式虛擬現(xiàn)實演示系統(tǒng) 2021-10-2430簡單的虛維修實例演示簡單的虛維修實例演示 -負(fù)重輪，平衡肘的拆卸負(fù)重輪，平衡肘的拆卸

25、序序號號工作內(nèi)容工作內(nèi)容數(shù)量數(shù)量工具工具1 1選定負(fù)重輪選定負(fù)重輪 2 2端蓋螺母拆卸（虛擬人拆卸端蓋螺母拆卸（虛擬人拆卸一個，其余示意）一個，其余示意）6 6套筒，套筒，扳手扳手3 3卸下端蓋卸下端蓋1 1 4 4卸下內(nèi)部花螺母卸下內(nèi)部花螺母1 1 5 5拆下負(fù)重輪置于地面拆下負(fù)重輪置于地面1 1 6 6擰下支撐套上的螺栓擰下支撐套上的螺栓 7 7卸下平衡肘卸下平衡肘 8 8懸掛拉臂懸掛拉臂 2021-10-2431 圖2 虛擬人的性別、身高、體重參數(shù) 首先建立虛擬維修環(huán)境虛擬維修環(huán)境如圖1所示：其中采用的虛擬人的性別、身高、體重等如圖2所示： 圖1 虛擬維修環(huán)境2021-10-2432根據(jù)

26、拆卸方案，采用的維修工具為套筒、扳手，它們的體積，質(zhì)量，密度分別如圖3、圖4所示： 圖3 套筒參數(shù) 圖4 扳手參數(shù)2021-10-24331、可視性分析、可視性分析：當(dāng)虛擬人的目光集中在圖5位置時，得到虛擬人的在當(dāng)前維修姿勢下可視范圍如圖6所示，可見，維修部分全在可視范圍內(nèi)：圖5 視點圖圖6 可視范圍 2021-10-2434 2、可達性分析、可達性分析：虛擬人的在當(dāng)前維修姿勢下，右手拿維修工具，此時右手的可達范圍如圖7所示，可見，右臂可以到達負(fù)重輪中維修需要接觸的各個部分，但是，當(dāng)要拆卸平衡肘時，虛擬人已經(jīng)夠不到懸掛拉臂的部位，如圖8所示，因此，維修人員需要在卸下負(fù)重輪后，向前移動，才能進行

27、平衡肘的拆卸工作： 圖7 右手可達范圍 圖8 右手可達范圍2021-10-24353、受力和力矩分析、受力和力矩分析：在承受外載荷的情況下，人體各關(guān)節(jié)的受力（力矩）情況，對判斷能否完成維修任務(wù)至關(guān)重要。圖9、圖10為人體在該種姿態(tài)下，右臂的受力和力矩情況。 圖 9 虛擬人當(dāng)前狀態(tài) 圖 10受力和力矩 2021-10-24364、疲勞分析、疲勞分析：在一定的工作時間內(nèi)，給出任務(wù)循環(huán)的次數(shù)，完成任務(wù)的時間以及間歇時間，分析人體是否有足夠的時間恢復(fù)疲勞，在該次任務(wù)完成過程中，結(jié)果如圖11所示，在規(guī)定時間內(nèi)維修人員能夠恢復(fù)疲勞： 圖11 分析結(jié)果 2021-10-2437 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，目前已

28、經(jīng)可以隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)可以用計算機建立全機的外形數(shù)學(xué)模型，用來精確地定義飛機的用計算機建立全機的外形數(shù)學(xué)模型，用來精確地定義飛機的幾何形狀，在此階段可以省去制作一些標(biāo)準(zhǔn)樣件。這是建立幾何形狀，在此階段可以省去制作一些標(biāo)準(zhǔn)樣件。這是建立飛機產(chǎn)品三維數(shù)字模型的飛機產(chǎn)品三維數(shù)字模型的。今后可使飛機產(chǎn)品（包括。今后可使飛機產(chǎn)品（包括制造工裝）全部進行三維數(shù)字化幾何建模，加上產(chǎn)品結(jié)構(gòu)制造工裝）全部進行三維數(shù)字化幾何建模，加上產(chǎn)品結(jié)構(gòu)（產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹）的建模，構(gòu)成真正的電子產(chǎn)品樣件，可以方（產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹）的建模，構(gòu)成真正的電子產(chǎn)品樣件，可以方便地進行數(shù)字化預(yù)裝配，為虛擬制造構(gòu)筑良好的環(huán)境。便地進行

29、數(shù)字化預(yù)裝配，為虛擬制造構(gòu)筑良好的環(huán)境。數(shù)字樣機在飛機方面的應(yīng)用數(shù)字樣機在飛機方面的應(yīng)用2021-10-24382021-10-2439第三節(jié)第三節(jié) 產(chǎn)品建模的基本方法產(chǎn)品建模的基本方法一、參數(shù)化特征建模一、參數(shù)化特征建模1、幾何模型類型、幾何模型類型鼠標(biāo)實體造型圖車床刀架線框造型圖鼠標(biāo)曲面模型圖二維設(shè)計二維設(shè)計線框建模線框建模曲面模型曲面模型實體建模實體建模2021-10-24401 1）線框模型）線框模型立方體的線框模型圖立方體的線框模型圖 立方體棱邊和頂點的關(guān)系立方體棱邊和頂點的關(guān)系 2021-10-2441ixiyiz線框模型的頂點表線框模型的頂點表 頂點頂點坐標(biāo)值坐標(biāo)值v1v2v7v

30、8100111000011線框模型的棱線表線框模型的棱線表棱線棱線頂點號頂點號e1e2e3e10e11e121233412347852021-10-2442 線框建模的優(yōu)點線框建模的優(yōu)點 所需信息最少，數(shù)據(jù)運算簡單，所占存貯空間較小，硬件的要求不高，容易掌所需信息最少，數(shù)據(jù)運算簡單，所占存貯空間較小，硬件的要求不高，容易掌握，處理時間短。握，處理時間短。 線框建模的局限性線框建模的局限性幾何意義的二義性幾何意義的二義性。 結(jié)構(gòu)體的空間定義缺乏嚴(yán)密性結(jié)構(gòu)體的空間定義缺乏嚴(yán)密性 拓?fù)潢P(guān)系缺乏有效性拓?fù)潢P(guān)系缺乏有效性 描述的結(jié)構(gòu)體無法進行消隱、干涉檢查、物性計算描述的結(jié)構(gòu)體無法進行消隱、干涉檢查、物

31、性計算2021-10-24432 2）表面模型）表面模型表面建模的過程表面建模的過程 2021-10-2444表面建模舉例說明表面建模舉例說明面號面號 面上線號面上線號 線數(shù)線數(shù) i 4、3、2、1 4 ii 8、12、4、9 4 iii 8、7、6、5 4 iv 6、11、2、10 4 v 7、11、3、12 4 vi 5、9、1、10 4 立方體的面表立方體的面表2021-10-2445表面建模的特點表面建模的特點 （1）表達了零件表面和邊界定義的數(shù)據(jù)信息，有助于對零件進行渲染等處理，有助于系統(tǒng)直接提取有關(guān)面的信息生成數(shù)控加工指令。 （2）在物體性能計算方面，表面建模中面信息的存在有助于對

32、物性方面與面積有關(guān)的特征計算，同時對于封閉的零件來說，采用掃描等方法也可實現(xiàn)對零件進行與體積等物理性能有關(guān)的特征計算。（3）表面建模方式生成的零部件及產(chǎn)品可分割成板、殼單元形式的有限元網(wǎng)格。（4）曲面建模事實上是以蒙面的方式構(gòu)造零件形體，因此容易在零件建模中漏掉某個甚至某些面的處理，這就是常說的“丟面”。同時依靠蒙面的方法把零件的各個面貼上去，往往會在兩個面相交處出現(xiàn)缺陷，如重疊或間隙，不能保證零件的建模精度。 所以表面建模不具備零件的實體特征,不能進行物理特性計算。2021-10-24463 3）實體模型）實體模型（1 1）定義）定義 實體建模是定義一些基本體素，通過基本體素的集合運算集合運

33、算或變形操作變形操作生成復(fù)雜形體的一種建模技術(shù)，其特點在于三維立體的表面與其實體同時生成。 由于實體建模能夠定義三維物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)形狀，因此能完整地描述物體的所有幾何信息和拓?fù)湫畔?，包括物體的體、面、邊和頂點的信息。 （2 2）實體建模的優(yōu)點）實體建模的優(yōu)點 1. 可以提供實體完整的信息； 2. 可以實現(xiàn)對可見邊的判斷，具有消隱的功能； 3. 能順利實現(xiàn)剖切、有限元網(wǎng)格劃分、直到nc刀具軌跡的生成。 （3 3） 實體建模的方法實體建模的方法 按照物體生成的方法不同可分為 體素法體素法 掃描法掃描法 2021-10-2447（4 4）實體模型的表示方法）實體模型的表示方法 與表面建模不同，三維實

34、體建模在計算機內(nèi)部存貯的信息不是簡單的邊線或頂點的信息，而是準(zhǔn)確、完整、統(tǒng)一地記錄了生成物體的各個方面的數(shù)據(jù)。 （5 5）常見的實體建模表示方法）常見的實體建模表示方法 邊界表示法邊界表示法構(gòu)造立體幾何法構(gòu)造立體幾何法混合表示法混合表示法空間單元表示法空間單元表示法2021-10-2448 （1 1）特征建模定義）特征建模定義 特征建模是一種建立在實體建模的基礎(chǔ)上，利用特征的概念面向整個產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)制造過程進行設(shè)計的建模方法，它不僅包含與生產(chǎn)有關(guān)的信息，而且還能描述這些信息之間的關(guān)系。 （2 2） 特征的圖例特征的圖例 2、特征建模、特征建模2021-10-2449（3）特征建模中特征分類）

35、特征建模中特征分類l形狀特征形狀特征l材料特征材料特征 l裝配特征裝配特征 l精度特征精度特征 、尺寸公差特征、尺寸公差特征 、形狀公差特征、形狀公差特征 、位置公差特征、位置公差特征 、表面粗糙度特征、表面粗糙度特征2021-10-2450（4）特征建模系統(tǒng)）特征建模系統(tǒng)2021-10-24513、特征建模舉例、特征建模舉例 所謂“基于特征”是指，在pro/e中，用戶是通過按順序定義若干特征來創(chuàng)建零件模型的，這些特征包括拉伸（protrusion）、掃描（sweep）、孔（hole）、圓角（round）等。下面圖片所示的零件即由3個特征構(gòu)成，它們分別是旋轉(zhuǎn)特征、圓角特征和孔特征。 2021-

36、10-2452根據(jù)零件的基本形狀繪制截面圖2021-10-2453利用旋轉(zhuǎn)特征創(chuàng)建零件主體2021-10-2454為零件的選定邊緣增加圓角特征2021-10-2455通過陣列孔特征為零件增加孔2021-10-24564、參數(shù)化設(shè)計、參數(shù)化設(shè)計 1985年，德國的dornier gmbh公司與cadam公司成功開發(fā)了cadam系統(tǒng)。其中，ipd軟件系統(tǒng)是最初的二維參數(shù)化cam系統(tǒng)，它的應(yīng)用使設(shè)計效率大為提高；而后將參數(shù)化真正應(yīng)用于生產(chǎn)實際的則是美國ptc公司的pro/e軟件。 pro/e是第一款引入?yún)?shù)化設(shè)計的模型設(shè)計軟件。是第一款引入?yún)?shù)化設(shè)計的模型設(shè)計軟件。 參數(shù)化設(shè)計參數(shù)化設(shè)計一般是指設(shè)計

37、對象的結(jié)構(gòu)形狀基本不變，而用一組參數(shù)來約定尺寸關(guān)系。參數(shù)與設(shè)計對象的控制尺寸有顯式對應(yīng)關(guān)系，設(shè)計結(jié)果的修改受尺寸驅(qū)動，因此參數(shù)的求解較簡單。 參數(shù)化設(shè)計的主要特點主要特點如下：（）基于特征。（）全尺寸約束。 （）尺寸驅(qū)動實現(xiàn)設(shè)計修改。（）全數(shù)據(jù)相關(guān)。2021-10-2457最初的截面形狀與尺寸此時創(chuàng)建的零件2021-10-2458修改截面形狀與尺寸2021-10-2459零件的形狀被自動修改2021-10-24605、變量化設(shè)計、變量化設(shè)計 變量化技術(shù)變量化技術(shù)是在參數(shù)化技術(shù)參數(shù)化技術(shù)的基礎(chǔ)上作了進一步改進后提出的設(shè)計思想，它保留了參數(shù)化技術(shù)基于特征、全數(shù)據(jù)相關(guān)和尺寸驅(qū)動的優(yōu)點，但在約束定義上

38、做了根本改變約束定義上做了根本改變，變量化技術(shù)將參數(shù)化技術(shù)中所需定義的尺寸參數(shù)進一步區(qū)分為形狀約束和尺寸約束，在設(shè)計的初始階段，允許欠尺寸約束項。 參數(shù)化和變量化造型方法都是使用約束來定義和修改模型，所不同的是參數(shù)化造型使用“全約束”方法構(gòu)造模型，而變量化造型使用“欠約束”方法構(gòu)造模型。 2021-10-2461二、數(shù)字化定義二、數(shù)字化定義 數(shù)字化定義是對產(chǎn)品模型進行詳細定義，甚至包括數(shù)字化流程的定義。不同階段的模型定義內(nèi)容不同，所提供的功能和定義工具亦不同。在詳細設(shè)計階段的定義工具比較容易用計算機實現(xiàn)，而有些定義必須用規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的形式確定。2021-10-2462產(chǎn)產(chǎn)品品數(shù)數(shù)字字化化定定義義

39、流流程程圖圖2021-10-2463三、裝配建模三、裝配建模（1）自底向上設(shè)計（）自底向上設(shè)計（bottom-up）該方法是模仿產(chǎn)品的實際生產(chǎn)過程的裝配方法，即先制造零件，后進行裝配。該方法是模仿產(chǎn)品的實際生產(chǎn)過程的裝配方法，即先制造零件，后進行裝配。產(chǎn)品設(shè)計功能設(shè)計模型修改產(chǎn)品制造設(shè)計分析裝配設(shè)計零件設(shè)計產(chǎn)品功能需求產(chǎn)品市場需求虛模型零件設(shè)計修改自底向上設(shè)計自底向上設(shè)計1）裝配建模方法）裝配建模方法2021-10-24642自頂向下設(shè)計（自頂向下設(shè)計（top-down）該方法是模仿產(chǎn)品的開發(fā)過程，先定義產(chǎn)品的功能要求與整體外形，再逐層劃分組成產(chǎn)品的部件，并勾畫出這些部件的大致結(jié)構(gòu)與尺寸，直到

40、最下層的零件。功能建模產(chǎn)品市場需求產(chǎn)品功能需求設(shè)計分析零件設(shè)計設(shè)計分析產(chǎn)品制造設(shè)計模型修改零件設(shè)計修改產(chǎn)品裝配 自頂向下設(shè)計過程自頂向下設(shè)計過程 2021-10-24652）裝配模式）裝配模式1多組件裝配（多組件裝配（multi-pares）多組件裝配將參與裝配零件的所有數(shù)據(jù)復(fù)制到裝配中，裝配模型中的零件與被復(fù)制的零件沒有關(guān)聯(lián)性。同時，由于裝配模型要復(fù)制所有零件的數(shù)據(jù)，需占用較大的內(nèi)存空間，當(dāng)組件較多時，會影響裝配速度。2虛擬裝配（虛擬裝配（virtual assembly）虛擬裝配是利用零部件之間的引用和鏈接關(guān)系形成的裝配。具有如下優(yōu)點：（1）由于是鏈接零件而不是復(fù)制零件到裝配，裝配時需要的

41、內(nèi)存空間??；（2）裝配中不需要編輯的下層零件可簡化顯示，提高了顯示速度；（3）當(dāng)組成裝配的零件修改時，裝配會自動更新。2021-10-24663）裝配結(jié)構(gòu)關(guān)系表達）裝配結(jié)構(gòu)關(guān)系表達在裝配造型過程中，各個零部件之間的關(guān)系通過裝配結(jié)構(gòu)關(guān)系進行反映。裝配體中的層次和約束等結(jié)構(gòu)關(guān)系可以用裝配樹來表達。 裝配樹2021-10-2467第四節(jié)第四節(jié) 產(chǎn)品模型的顯示產(chǎn)品模型的顯示是數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)的重要方法，它將產(chǎn)品以不同的形式顯示是數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)的重要方法，它將產(chǎn)品以不同的形式顯示呈現(xiàn)給用戶。呈現(xiàn)給用戶。根據(jù)工程需要，產(chǎn)品模型的可視化可以采用不同的顯示方法，這些方法都是利根據(jù)工程需要，產(chǎn)品模型的可視化可以采用不同的顯示方法，這些方法都是利用圖形學(xué)原理將幾何模型變換成圖像信息。用圖形學(xué)原理將幾何模型變換成圖像信息。2021-10-24682021-10-24692021-