CAD特征建模技術(shù)PPT課件

1、2022-4-27第3章 CAD特征建模特征建模技術(shù)技術(shù)幾個問題：幾個問題：何謂基于模型的設(shè)計？何謂基于模型的設(shè)計？目前的目前的CAD模型是產(chǎn)品信息模型嗎？模型是產(chǎn)品信息模型嗎？制造業(yè)信息化需要什么樣的制造業(yè)信息化需要什么樣的CAD模型？模型？制造業(yè)信息技術(shù)和系統(tǒng)的本質(zhì)是什么？制造業(yè)信息技術(shù)和系統(tǒng)的本質(zhì)是什么？CAD建模理論和技術(shù)研究的發(fā)展趨勢是什么？建模理論和技術(shù)研究的發(fā)展趨勢是什么？關(guān)于模型問題的研究與諾貝爾獎有關(guān)嗎？關(guān)于模型問題的研究與諾貝爾獎有關(guān)嗎？第1頁/共47頁2022-4-27一、模型的種類 靜態(tài)模型 1、實物模型 動態(tài)模型 數(shù)學(xué)、幾何模型數(shù)學(xué)、幾何模型2、符號模型、符號模型 物

2、理、化學(xué)模型物理、化學(xué)模型 經(jīng)濟、管理模型等經(jīng)濟、管理模型等 描述客觀規(guī)律描述客觀規(guī)律3、可視化模型、可視化模型 替代實物模型（虛擬）替代實物模型（虛擬）第2頁/共47頁2022-4-27 線框模型（Wire Frame Model）支持簡單的圖形表示 表面模型（Surface Model）準確表示物體表面，如曲線、曲面 實體模型（Solid Model）幾何和拓撲意義上完備的設(shè)計模型第3頁/共47頁2022-4-27二、何謂產(chǎn)品（零件）信息模型？ 產(chǎn)品可視化模型（幾何、線型、顏色、圖層等）； 產(chǎn)品材料及其性能（材料種類、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

3、能要求（運動副、自由度、傳遞運動、動力等）； 零件工況要求（受力、沖擊、各種相互作用等）； 零件工藝要求（加工方法、工序、切削用量等）； 產(chǎn)品管理要求（BOM、保管、運輸、維護等）。第4頁/共47頁2022-4-27第3章 CAD特征建模特征建模技術(shù)技術(shù)產(chǎn)品的生命周期：產(chǎn)品的生命周期： 設(shè)計設(shè)計制造制造使用使用維護維護報廢報廢設(shè)計設(shè)計-CAD-CAD，分析，分析-CAE-CAE，工藝，工藝-CAPP,-CAPP,虛擬樣機虛擬樣機-VP-VP等等制造制造-CAM-CAM，測量，測量-CAT-CAT，質(zhì)量控制，質(zhì)量控制-CAQ-CAQ，裝配，裝配-DFA-DFA等等產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDMP

4、DM（PLMPLM）基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同設(shè)計技術(shù)基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同設(shè)計技術(shù)CIMSCIMS工程工程企業(yè)資源計劃企業(yè)資源計劃ERPERP三、現(xiàn)代設(shè)計方法與先進制造技術(shù)對模型信息的需求三、現(xiàn)代設(shè)計方法與先進制造技術(shù)對模型信息的需求 CAD CAD模型是有關(guān)產(chǎn)品本身模型是有關(guān)產(chǎn)品本身 技術(shù)信息的源泉，也是技術(shù)信息的源泉，也是 管理信息的核心管理信息的核心第5頁/共47頁2022-4-27產(chǎn)品建模研究存在的主要問題 一是缺乏對產(chǎn)品模型形成過程和設(shè)計結(jié)果的描述。各個分離階段的設(shè)計結(jié)果沒有在統(tǒng)一的模型中保存，也不利于設(shè)計過程管理，難以支持設(shè)計信息重用的需求； 二是沒有發(fā)揮產(chǎn)品模型的信息載體作用；第6頁/共47頁20

5、22-4-27 三是目前的CAD建模技術(shù)不能實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計信息的跟隨性、時效性、低成本共享性、融合性和重用性等，為汽車等復(fù)雜產(chǎn)品研發(fā)要求的“創(chuàng)造性”、“協(xié)同式”、“綜合性”、“虛擬式”、“智能化”等新型工作方式提供“即時可得”的有價值信息、知識和過程支持，更好地滿足制造業(yè)發(fā)展對信息技術(shù)的需求。第7頁/共47頁2022-4-27 當前制造業(yè)信息技術(shù)的現(xiàn)狀是產(chǎn)品設(shè)計、分析、加工、裝配等分階段構(gòu)建模型信息，數(shù)據(jù)一致性差、冗余度大、建模成本高；各種功能軟件在異構(gòu)環(huán)境下運行，數(shù)據(jù)交換效率低，設(shè)計過程支持的連續(xù)性差，產(chǎn)品信息難以集成與重用； 領(lǐng)域針對性強和系統(tǒng)開放性差是目前CAE技術(shù)的特點，知識依賴于軟件，

6、效率依賴于經(jīng)驗，分析的過程和結(jié)果融和與共享程度低，難以作為獲取產(chǎn)品設(shè)計創(chuàng)新知識的有效手段；第8頁/共47頁2022-4-27 異構(gòu)平臺信息的嚴重分割和領(lǐng)域深層知識的高度依賴，致使目前的CAD/CAE/CAM技術(shù)實質(zhì)上只能是異構(gòu)軟件功能的堆積，遠不是模型、信息、知識和過程的有機集成，結(jié)果形成人們常說的“自動化孤島”，這些自動化孤島花費了大量的資金和人力，卻沒有為企業(yè)的整體效益帶來太多的改善，在這樣的環(huán)境下，同一信息往往需要多次輸入，數(shù)據(jù)冗余度大，生成大量的垃圾信息。第9頁/共47頁2022-4-27四、目前我國CAD及相關(guān)技術(shù)的現(xiàn)狀 我國制造企業(yè)幾乎清一色使用PRO/E、UG、CIMATRON等

7、軟件進行2D繪圖和3D建模，NC編程、CAD/CAM集成等也是國外軟件的一統(tǒng)天下 ； 制造業(yè)技術(shù)復(fù)雜，經(jīng)驗依賴性強，CAD/CAE/CAM軟件蘊含的產(chǎn)品設(shè)計深層次數(shù)據(jù)、經(jīng)驗和知識是花錢買不到的，國外對高、精、尖技術(shù)的封鎖正阻礙我們在關(guān)鍵領(lǐng)域技術(shù)進步的速度； 第10頁/共47頁2022-4-27 在數(shù)字化設(shè)計單元軟件技術(shù)上的先發(fā)優(yōu)勢不僅導(dǎo)致了歐美國家在基礎(chǔ)功能支撐軟件市場上的壟斷地位，而且由于數(shù)字化設(shè)計領(lǐng)域知識和經(jīng)驗相關(guān)性大的特點，還將進一步導(dǎo)致我國無法通過產(chǎn)品研發(fā)階段的信息集成與繼承獲得數(shù)字化設(shè)計的后發(fā)優(yōu)勢，威脅我國在眾多重要領(lǐng)域的技術(shù)安全，甚至國防技術(shù)的安全。 第11頁/共47頁2022-4

8、-27 我們應(yīng)當看到當前的CAD/CAE/CAM軟件技術(shù)仍然難以解決復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計信息、知識和過程的不能合理配置、高效利用、有效集成、充分重用的問題。因而，國際制造業(yè)信息化領(lǐng)域正孕育著新一代軟件架構(gòu)技術(shù)和建模標準的變革，為立足創(chuàng)新開發(fā)復(fù)雜產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計新一代軟件支撐技術(shù)，提升我國制造業(yè)數(shù)字化設(shè)計水平帶來了難得的機遇。 第12頁/共47頁2022-4-27 以資源可重用、系統(tǒng)可重構(gòu)為模式的復(fù)雜產(chǎn)品建模、分析、仿真、優(yōu)化一體化的設(shè)計技術(shù)已成為國際數(shù)字化設(shè)計技術(shù)發(fā)展的重要趨勢。如何在產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計中充分發(fā)揮產(chǎn)品模型的信息載體和支撐作用是資源可重用的核心問題；系統(tǒng)可重構(gòu)的本質(zhì)是在充分保障現(xiàn)有系統(tǒng)用戶利益

9、基礎(chǔ)上實現(xiàn)的有效信息、經(jīng)驗、知識等的融合與重用，產(chǎn)品信息模型是符合用戶利益的集成與繼承合理粒度。因而，以模型為基礎(chǔ)的信息集成與繼承理論、方法和實現(xiàn)技術(shù)研究處于新一代數(shù)字化設(shè)計技術(shù)研究領(lǐng)域的核心地位。 第13頁/共47頁2022-4-27五、產(chǎn)品信息建模理論與技術(shù)研究的發(fā)展方向和趨勢第14頁/共47頁2022-4-27第一類討論題幾個基本命題幾個基本命題命題命題: :模型是信息的載體；模型是信息的載體；命題命題: :信息完備的產(chǎn)品信息模型是數(shù)字化設(shè)計理論、信息完備的產(chǎn)品信息模型是數(shù)字化設(shè)計理論、 方法和技術(shù)研究的核心；方法和技術(shù)研究的核心；命題命題: :產(chǎn)品信息模型是實現(xiàn)產(chǎn)品信息集成與繼承產(chǎn)品信

10、息模型是實現(xiàn)產(chǎn)品信息集成與繼承 的載體，表現(xiàn)為一種結(jié)構(gòu)與關(guān)系的集合。的載體，表現(xiàn)為一種結(jié)構(gòu)與關(guān)系的集合。第15頁/共47頁2022-4-27基本命題導(dǎo)致的推論基本命題導(dǎo)致的推論 制造企業(yè)的技術(shù)與管理活動都是圍繞產(chǎn)品展開的，制造業(yè)信息系統(tǒng)必然以處理、保存產(chǎn)品信息為其核心，同時不能忽視人的活動的影響。由于產(chǎn)品信息模型包含了產(chǎn)品完備的信息，所以制造業(yè)信息系統(tǒng)應(yīng)以產(chǎn)品信息模型和人的活動為核心。第16頁/共47頁2022-4-27 什么樣的模型才能完整表達產(chǎn)品信息？ 創(chuàng)新模型的結(jié)構(gòu)（“一元四體”模型） 新型結(jié)構(gòu)的模型將對制造業(yè)信息系統(tǒng)產(chǎn)生什么樣的影響？ 研究模型對信息系統(tǒng)的作用機制 可否通過研究模型對信

11、息系統(tǒng)的作用來研究制造業(yè)信息系統(tǒng)演變發(fā)展的規(guī)律？推論引發(fā)的推論引發(fā)的幾個基本問題幾個基本問題第17頁/共47頁2022-4-27 制造業(yè)信息系統(tǒng)的本質(zhì)是什么？它的演變、發(fā)展具有什么樣的規(guī)律？ 如何判斷和衡量一個制造業(yè)信息系統(tǒng)的性質(zhì)和狀態(tài)？ 如何采取符合制造業(yè)信息系統(tǒng)演發(fā)規(guī)律的方法促進系統(tǒng)保持良好的性態(tài)？ 研究上述問題應(yīng)當采用什么樣的工具？基本問題引出的相關(guān)研究課題基本問題引出的相關(guān)研究課題第18頁/共47頁2022-4-27 制造業(yè)信息系統(tǒng)是一個耗散結(jié)構(gòu)（dissipative structures）它具有耗散結(jié)構(gòu)的基本性質(zhì)。 系統(tǒng)信息熵（information entropy）的變化會對制造

12、業(yè)信息系統(tǒng)的耗散結(jié)構(gòu)性質(zhì)產(chǎn)生重要影響。 模型的結(jié)構(gòu)、作用機制和人類的活動是影響制造業(yè)信息系統(tǒng)信息熵流的決定因素，因而，可以借助于對信息模型和人的行為的研究，理解和利用制造業(yè)信息系統(tǒng)的演發(fā)規(guī)律。方法方法幾個基本假設(shè)幾個基本假設(shè)第19頁/共47頁2022-4-27第二類討論題1、你感覺學(xué)得最好的課程內(nèi)容是什么？學(xué)得最差的課程內(nèi)容是 什么？2、你最喜歡學(xué)哪部分內(nèi)容？最不喜歡學(xué)哪部分內(nèi)容？3、學(xué)習(xí)中你最有成就感是什么時候？最有挫折感是什么時候？4、相對而言，本課程給你印象深和影響大的是什么？5、在修讀本課程期間，你更愿意到課堂還是更愿意到實驗室？6、本課程使你在時間安排上壓力大嗎？學(xué)習(xí)的效率感覺如何？

13、7、談一談本課程你自學(xué)的安排和感覺。第20頁/共47頁2022-4-278、本課程中第一次提出的新概念有哪些？9、本課程中第一次用到的新方法有哪些？10、本課程中第一次使用的新技術(shù)有哪些？11、請你就機械CAD技術(shù)課程的綜合性發(fā)表意見，并舉例。12、你知道導(dǎo)出三次參數(shù)樣條曲線數(shù)學(xué)模型的哪幾種方法？ 請簡要說明。13、你知道導(dǎo)出Bezier和B-spline曲線數(shù)學(xué)模型的哪幾種 方法？請簡要說明。14、可視化CAD模型的生成、控制、表達使用的主要方法是 什么？請簡要說明。15、請比較嵌入式語言與一般通用程序設(shè)計語言的異同，并 說明其優(yōu)、缺點。16、比較CAD軟件與其他類軟件的異同，談一談你學(xué)習(xí)計

14、算 機軟件的訣竅。第21頁/共47頁2022-4-27預(yù)期的研究課題預(yù)期的研究課題 關(guān)于制造業(yè)信息系統(tǒng)本質(zhì)屬性的研究； 關(guān)于制造業(yè)信息系統(tǒng)演化規(guī)律的研究； 關(guān)于信息“集成”與“繼承”基本理論的研究； 關(guān)于產(chǎn)品復(fù)合信息模型結(jié)構(gòu)的研究與創(chuàng)新； 關(guān)于新型產(chǎn)品信息模型作用機制的研究； 實現(xiàn)以模型為核心的信息集成與集成的方法與技術(shù)研究； 模型為核心的產(chǎn)品信息集成與繼承軟件架構(gòu)理論與實現(xiàn)技術(shù)研究。第22頁/共47頁2022-4-27第3章 CAD特征建模特征建模技術(shù)技術(shù)第第1 1節(jié)節(jié) 特征技術(shù)概述特征技術(shù)概述特征（特征（featurefeature）客觀事物特點的表征客觀事物特點的表征, ,是是 具有特定

15、語義的信息單元具有特定語義的信息單元特征技術(shù)特征技術(shù)適合于為集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)適合于為集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò) 化現(xiàn)代設(shè)計方法和先進制造技術(shù)化現(xiàn)代設(shè)計方法和先進制造技術(shù) 提供共享信息的模型理論和技術(shù)提供共享信息的模型理論和技術(shù)特征建模特征建?；谔卣骼碚摵图夹g(shù)的基于特征理論和技術(shù)的CADCAD模型模型 建造技術(shù)建造技術(shù)特征模型特征模型以特征為信息單元定義的以特征為信息單元定義的CADCAD模型模型第23頁/共47頁2022-4-27第3章 CAD特征建模特征建模技術(shù)技術(shù)第第1 1節(jié)節(jié) 特征技術(shù)概述特征技術(shù)概述 CADCAD實體模型存在以下不足：實體模型存在以下不足：產(chǎn)品定義不完整：產(chǎn)品定義不完整

16、：模型僅僅能定義產(chǎn)品的幾何形狀和拓撲關(guān)系，許多其它重模型僅僅能定義產(chǎn)品的幾何形狀和拓撲關(guān)系，許多其它重要信息如公差與精度、材料性質(zhì)、工藝與裝配要求等不包括在模型中；要信息如公差與精度、材料性質(zhì)、工藝與裝配要求等不包括在模型中； 數(shù)據(jù)的抽象層次低：數(shù)據(jù)的抽象層次低：實體（如體素）主要是幾何概念，設(shè)計制造中的工程實體（如體素）主要是幾何概念，設(shè)計制造中的工程語義，如鍵槽、中心孔、裝配關(guān)系等均不能表達；語義，如鍵槽、中心孔、裝配關(guān)系等均不能表達； 支持產(chǎn)品設(shè)計、制造的程度較差：支持產(chǎn)品設(shè)計、制造的程度較差：如設(shè)計模型修改的效率低，設(shè)計信息的如設(shè)計模型修改的效率低，設(shè)計信息的跟隨性差等。跟隨性差等。

17、第24頁/共47頁2022-4-27第3章 CAD特征建模特征建模技術(shù)技術(shù)第1節(jié) 特征技術(shù)概述特征建模的優(yōu)點特征建模的優(yōu)點 著重描述產(chǎn)品的完整信息； 用高層次的工程語義信息單元：如中心孔、鍵槽等； 將產(chǎn)品設(shè)計意圖貫徹到后續(xù)環(huán)節(jié)。第25頁/共47頁2022-4-27第3章 CAD特征建模特征建模技術(shù)技術(shù)第1節(jié) 特征技術(shù)概述特征的分類特征的分類 形狀特征； 分為五大特征：分為五大特征：精度特征； 技術(shù)特征；材料特征；裝配特征； 第26頁/共47頁2022-4-27第3章 CAD特征建模特征建模技術(shù)技術(shù)第1節(jié) 特征技術(shù)概述特征的分類特征的分類 Lee將特征分為：設(shè)計特征；制造特征；Pratt,Wil

18、son的分類：見圖的分類：見圖3-1 第27頁/共47頁2022-4-27第3章 CAD特征建模特征建模技術(shù)技術(shù)第1節(jié) 特征技術(shù)概述特征的分類特征的分類 宏特征：總體Luby將特征分為：微特征：細節(jié)第28頁/共47頁2022-4-27第3章 CAD特征建模特征建模技術(shù)技術(shù)第1節(jié) 特征技術(shù)概述特征的分類特征的分類 特征類：包含幾何信息的模板；Laakko和和Mantyla將特征分為：將特征分為：特征實例：具體應(yīng)用的特征個體 第29頁/共47頁2022-4-27第3章 CAD特征建模特征建模技術(shù)技術(shù)第1節(jié) 特征技術(shù)概述特征的分類特征的分類 生成特征：直接生成Hoffmann和Joan Arinyo

19、：修改特征：進行修改基準特征：基準線、基準面等第30頁/共47頁2022-4-27第3章 CAD特征建模特征建模技術(shù)技術(shù)第1節(jié) 特征技術(shù)概述特征的分類特征的分類 管理特征：不同行業(yè)及產(chǎn)品，特征分類可以是不同的，如汽車車身不同行業(yè)及產(chǎn)品，特征分類可以是不同的，如汽車車身主要有下面主要有下面6 6個特征：個特征：裝配特征：形狀特征：技術(shù)特征：材料特征：精度特征：第31頁/共47頁2022-4-27第3章 CAD特征建模特征建模技術(shù)技術(shù)第1節(jié) 特征技術(shù)概述特征間的關(guān)系特征間的關(guān)系 特征間是相互聯(lián)系的；特征對象：特征類的一個具體實例； IST(Is subordinated to)：附屬關(guān)系相互之間的

20、關(guān)系：反映為特征類和特征對象之間的關(guān)系：特征類：對特征所有相同性質(zhì)和屬性的抽象概括； REF(Reference)：參考、引用 CONT(Connect to)：鄰接關(guān)系 AIO(An instance of)：聯(lián)系，所屬關(guān)系第32頁/共47頁2022-4-27第3章 CAD特征建模特征建模技術(shù)技術(shù)第1節(jié) 特征技術(shù)概述基于特征的產(chǎn)品信息模型基于特征的產(chǎn)品信息模型圖32：零件特征信息特征信息幾何與拓撲信息圖33：更加完善；第33頁/共47頁2022-4-27第3章 CAD特征建模特征建模技術(shù)技術(shù)第1節(jié) 特征技術(shù)概述特征的表示方法特征的表示方法 B-rep CSG B-repCSG第34頁/共47

21、頁2022-4-27第3章 CAD特征建模特征建模技術(shù)技術(shù)第1節(jié) 特征技術(shù)概述特征的表示方法特征的表示方法 基于面、邊、頂點的面特征，可以得到充足的信息； 但不能與特征體素、體積特征直接聯(lián)系，存在不足。 基于基于B-rep的表示方法的表示方法 第35頁/共47頁2022-4-27第3章 CAD特征建模特征建模技術(shù)技術(shù)第1節(jié) 特征技術(shù)概述特征的表示方法特征的表示方法 基于體積特征，可以進行布爾操作； 但缺少對低層的構(gòu)性元素的顯示表達，特征不易提取?；诨贑SG的表示方法的表示方法第36頁/共47頁2022-4-27第3章 CAD特征建模特征建模技術(shù)技術(shù)第1節(jié) 特征技術(shù)概述特征的表示方法特征的表

22、示方法 將兩者結(jié)合； 可以充分表達設(shè)計系統(tǒng)中的特征?；诨旌匣诨旌螩SG/Brep的方法的方法第37頁/共47頁2022-4-27第3章 CAD特征建模特征建模技術(shù)技術(shù)第1節(jié) 特征技術(shù)概述特征模型的建立方法特征模型的建立方法 方法： 特征識別：建立模型，用程序來處理，自動識別 并提取特征； 基于特征的設(shè)計：直接用特征來定義零件的幾何 結(jié)構(gòu)，幾何模型由特征生成；請參看教材p68頁第38頁/共47頁2022-4-27第3章 CAD特征建模特征建模技術(shù)技術(shù)第1節(jié) 特征技術(shù)概述基于特征的設(shè)計基于特征的設(shè)計常用3種 基于分割造型 特征合成法 基于特征的設(shè)計和特征識別的集成建模方法（綜合）第39頁/共47頁2022-4-27第3章 CAD特征建模特征建模技術(shù)技術(shù)第1節(jié) 特征技術(shù)概述特征映射特征映射 是指產(chǎn)品從某特征表達空間向另一個表達空間的轉(zhuǎn)換 參看教材