第二章產(chǎn)品數(shù)字化建模新

第二章產(chǎn)品數(shù)字化建模ⅡProductDigitalModeling2020/4/112第二章產(chǎn)品數(shù)字化建模?產(chǎn)品模型的描述與表示?數(shù)字樣機(jī)?產(chǎn)品建模的基本方法?產(chǎn)品模型的顯示?產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)的交換內(nèi)容簡(jiǎn)介產(chǎn)品數(shù)字化模型－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員都可以獲得所需的內(nèi)容。本章主要介紹了如下方面內(nèi)容：2020/4/113產(chǎn)品形成過(guò)程—昨天-今天-明天產(chǎn)品規(guī)劃概念設(shè)計(jì)生產(chǎn)準(zhǔn)備詳細(xì)設(shè)計(jì)昨天過(guò)程序列產(chǎn)品規(guī)劃概念設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)生產(chǎn)準(zhǔn)備PDM數(shù)字模型過(guò)程管理明天過(guò)程流產(chǎn)品規(guī)劃概念設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)生產(chǎn)準(zhǔn)備PDM今天過(guò)程鏈第一節(jié)產(chǎn)品模型的描述與表示2020/4/114產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)果體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面是產(chǎn)品的幾何信息，它存儲(chǔ)在IDM系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)集中；另一方面是產(chǎn)品的非幾何信息，包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)和工藝信息，它存儲(chǔ)于APL系統(tǒng)中。這兩部分信息密切相關(guān)、不可分割，其相關(guān)性是通過(guò)產(chǎn)品圖號(hào)或零件號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由統(tǒng)一的系統(tǒng)來(lái)管理。產(chǎn)品數(shù)字化模型幾何信息非幾何信息IDMAPL圖號(hào)、零件號(hào)2020/4/115采用一個(gè)單一的零件模型貫穿始終是不可能的設(shè)計(jì)過(guò)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。2020/4/116分析仿真概念設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)幾何設(shè)計(jì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本過(guò)程一、產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的模型描述與表示2020/4/117產(chǎn)品裝配模型概念設(shè)計(jì)階段的模型零件幾何模型產(chǎn)品仿真模型產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段模型2020/4/1181、概念設(shè)計(jì)階段的模型在產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)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(jì)方案，此時(shí)并不涉及產(chǎn)品的精確形狀和幾何參數(shù)設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)模型包括產(chǎn)品的方案構(gòu)圖、創(chuàng)新設(shè)計(jì)等。從數(shù)字化角度看，概念設(shè)計(jì)是在一定的設(shè)計(jì)規(guī)范下，以方案報(bào)告、草圖等形式完成設(shè)計(jì)的。這個(gè)階段產(chǎn)生的方案視不同的產(chǎn)品對(duì)象而不同。Guidelines2020/4/1192、零件幾何模型幾何模型是產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)的核心，是將概要設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)化的關(guān)鍵內(nèi)容，是所有后續(xù)工作的基礎(chǔ)，也是最適合計(jì)算機(jī)表示的產(chǎn)品模型。幾何模型用二維或三維模型表示。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屬性表示。屬性信息的定義以文本說(shuō)明，并具有一定的結(jié)構(gòu)。零件幾何模型是詳細(xì)設(shè)計(jì)階段生產(chǎn)的信息模型，是其他各階段設(shè)計(jì)的信息載體，通常作為主模型。所謂主模型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(guò)程實(shí)現(xiàn)了模型的演變。2020/4/11103、產(chǎn)品仿真模型功能與性能仿真是利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，采用數(shù)值計(jì)算的方法模擬產(chǎn)品的功能或者性能，一般不能直接在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段產(chǎn)生的零件幾何模型上進(jìn)行，必須進(jìn)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(duì)CAD實(shí)體模型進(jìn)行前置處理，將其進(jìn)行簡(jiǎn)化，網(wǎng)格劃分，再賦予材料和施加載荷，然后才能進(jìn)行求解計(jì)算，結(jié)果則通過(guò)后置處理顯示。產(chǎn)品仿真模型表達(dá)了仿真分析階段的信息，對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行校驗(yàn)，階段成果包括圖形、表格、數(shù)據(jù)、文本說(shuō)明等各種形式。仿真分析的充分利用，可以減少實(shí)際物理試驗(yàn)的次數(shù)，從而大大降低研制成本。仿真技術(shù)廣泛應(yīng)用在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造階段，如設(shè)計(jì)階段的各種有限元分析、運(yùn)動(dòng)機(jī)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(guò)程仿真、裝配仿真等。2020/4/1111Meshing幾何實(shí)體模型有限元模型在關(guān)鍵點(diǎn)處約束實(shí)體模型沿線均布的壓力在關(guān)鍵點(diǎn)加集中力在節(jié)點(diǎn)處約束FEA模型沿單元邊界均布的壓力在節(jié)點(diǎn)加集中力2020/4/11124、產(chǎn)品裝配模型裝配模型需要表示產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)關(guān)系、裝配的物料清單、裝配的約束關(guān)系、面向?qū)嶋H裝配的順序和路徑規(guī)劃等。(1)裝配結(jié)構(gòu)樹(shù)：裝配結(jié)構(gòu)模型反映產(chǎn)品總體結(jié)構(gòu)，初始設(shè)計(jì)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)以及設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。裝配體子裝配體2子裝配體1子裝配體3零件1零件2零件3零件4零件5零件6零件7裝配結(jié)構(gòu)樹(shù)2020/4/1113（2）屬性信息表：屬性信息用來(lái)表示產(chǎn)品的非幾何信息。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(jì)者等。（3）裝配約束模型：裝配約束模型包括裝配特征描述、裝配關(guān)系描述、裝配操作描述以及裝配約束參數(shù)。（4）裝配規(guī)劃模型：裝配規(guī)劃模型用于裝配順序規(guī)劃和路徑規(guī)劃，前者給出一個(gè)實(shí)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(duì)裝配設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。2020/4/1114數(shù)控加工模型工藝信息模型工裝模型產(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2020/4/11151、工藝信息模型工藝信息模型為CAPP提供基本信息，涉及工藝過(guò)程、數(shù)據(jù)繁雜、種類多，不同企業(yè)的工藝信息模型差別大，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(jì)的數(shù)據(jù)來(lái)源于詳細(xì)設(shè)計(jì)階段產(chǎn)生的幾何模型、裝配模型，在此基礎(chǔ)上，還需要設(shè)備資源、工裝資源等來(lái)實(shí)現(xiàn)工序的編制。2、工裝模型工裝設(shè)計(jì)包括刀具、夾具、模具、量具的設(shè)計(jì)以及產(chǎn)品零件在制造過(guò)程中的不斷演化產(chǎn)生的中間狀態(tài)模型。在工裝設(shè)計(jì)過(guò)程中，依據(jù)零件在加工過(guò)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：工裝設(shè)備模型：刀具、夾具、模具、量具的設(shè)計(jì)和制造模型。產(chǎn)品過(guò)程模型：零件在制造過(guò)程演變的模型。包括幾何形狀和其他相關(guān)的工藝信息。2020/4/1116工藝信息模型-加工工藝流程刀路2020/4/11173、數(shù)控加工模型數(shù)控加工模型是指數(shù)控加工涉及的模型和產(chǎn)生的相應(yīng)NC程序。一個(gè)復(fù)雜零件的數(shù)控加工程序生成，按照加工方法，有數(shù)控車、數(shù)控銑等加工；按照工藝要求，有粗加工、精加工、清根等各種操作；其中程序內(nèi)部蘊(yùn)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。程序最后計(jì)算得出加工刀具軌跡，并經(jīng)過(guò)后置處理產(chǎn)生機(jī)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，通常在PDM平臺(tái)上進(jìn)行統(tǒng)一管理。2020/4/1118第二節(jié)數(shù)字樣機(jī)數(shù)字樣機(jī)（DigitalMockUp，DMU）的概念目前還沒(méi)有統(tǒng)一的定義，它是相對(duì)于物理樣機(jī)在計(jì)算機(jī)上表達(dá)的產(chǎn)品數(shù)字化模型。在計(jì)算機(jī)上與樣機(jī)相關(guān)的產(chǎn)品數(shù)字化模型的名稱有數(shù)字樣機(jī)、電子樣機(jī)、虛擬樣機(jī)等，這些都是直接利用了模型的表達(dá)形式（電子化、數(shù)字化、虛擬模型）而得出的。一、物理樣機(jī)與數(shù)字樣機(jī)用物質(zhì)材料制作的產(chǎn)品模型一般稱為物理模型（或物理樣機(jī)與實(shí)物樣機(jī)）。2020/4/1119管路設(shè)計(jì)強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)分析數(shù)字預(yù)裝配CAM裝配過(guò)程仿真裝配過(guò)程仿真2020/4/1120一個(gè)完整的產(chǎn)品虛擬樣機(jī)應(yīng)包含如下幾個(gè)內(nèi)容：?所有零部件的三維CAD模型及各級(jí)裝配體。三維模型應(yīng)參數(shù)化、適合于變形設(shè)計(jì)、適合于部件模塊化。?與三維CAD模型相關(guān)聯(lián)的二維工程圖。?三維裝配體適合運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)分析、有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)分析。?形成基于三維CAD的PDM結(jié)構(gòu)體系。?從虛擬樣機(jī)制作過(guò)程中摸索出定制產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)模式及所遵循的規(guī)律。?虛擬樣機(jī)的制作過(guò)程就是基于三維CAD的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)體系建立的過(guò)程。?三維整機(jī)的檢測(cè)與試驗(yàn)。二、數(shù)字樣機(jī)的主要內(nèi)容2020/4/1121?初期應(yīng)以三維CAD（例如CATIA、UG等）為設(shè)計(jì)平臺(tái)，建立典型產(chǎn)品的全參數(shù)化三維實(shí)體模型，進(jìn)行干涉和碰撞檢查、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；建立描述產(chǎn)品的物理數(shù)據(jù)，如基本屬性、明細(xì)表信息等，為PDM管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。三、建立產(chǎn)品數(shù)字樣機(jī)的過(guò)程2020/4/1122?中期：建立基于三維模型的產(chǎn)品分析、加工及管理過(guò)程，進(jìn)行產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)分析，了解運(yùn)動(dòng)構(gòu)件工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系、運(yùn)動(dòng)范圍、可能的運(yùn)動(dòng)干涉、產(chǎn)品動(dòng)力學(xué)性能、強(qiáng)度和剛度等；實(shí)現(xiàn)虛擬加工，對(duì)加工工藝進(jìn)行模擬，以檢驗(yàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的合理性、可加工性，加工方法、機(jī)床和工藝參數(shù)的選用，以及加工過(guò)程中可能出現(xiàn)的加工缺陷，為CAM提供數(shù)據(jù)模型。并且通過(guò)PDM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程管理，在一個(gè)設(shè)計(jì)周期內(nèi)跟蹤所有設(shè)計(jì)事務(wù)和數(shù)據(jù)的活動(dòng)，并為設(shè)計(jì)進(jìn)程的自動(dòng)管理提供必要的支持。2020/4/1123?遠(yuǎn)期：通過(guò)虛擬樣機(jī)顯示產(chǎn)品的外觀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、裝配和維修過(guò)程、使用方法、工作過(guò)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。如利用具有真實(shí)效果的產(chǎn)品結(jié)果顯示和效果配置功能的效果圖，可來(lái)探測(cè)、確定各類用戶對(duì)產(chǎn)品規(guī)格、性能、外觀等的需求，實(shí)現(xiàn)用戶驅(qū)動(dòng)、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(jìn)行電子模裝，驗(yàn)證產(chǎn)品的正確性。2020/4/1124四、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality，VR）技術(shù)，融合了數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)等多個(gè)信息技術(shù)分支，從而大大推進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)就是要利用各種先進(jìn)的硬件技術(shù)及軟件工具，設(shè)計(jì)出合理的硬件、軟件及交互手段，使參與者能交互式地觀察和操縱系統(tǒng)生成的虛擬世界。2020/4/1125多感知性(Multi-Sensory)——所謂多感知是指除了一般計(jì)算機(jī)技術(shù)所具有的視覺(jué)感知之外，還有聽(tīng)覺(jué)感知、力覺(jué)感知、觸覺(jué)感知、運(yùn)動(dòng)感知，甚至包括味覺(jué)感知、嗅覺(jué)感知等。浸沒(méi)感(Immersion)——指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。交互性(Interactivity)——指用戶對(duì)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(包括實(shí)時(shí)性)。構(gòu)想性(Imagination)——強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)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。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要特征2020/4/1126虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)示意圖2020/4/1127五、虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用舉例——虛擬維修性分析系統(tǒng)框架2020/4/1128虛擬維修性分析系統(tǒng)原理2020/4/1129沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)演示系統(tǒng)2020/4/1130簡(jiǎn)單的虛維修實(shí)例演示--負(fù)重輪，平衡肘的拆卸序號(hào)工作內(nèi)容數(shù)量工具1選定負(fù)重輪2端蓋螺母拆卸（虛擬人拆卸一個(gè)，其余示意）6套筒，扳手3卸下端蓋14卸下內(nèi)部花螺母15拆下負(fù)重輪置于地面16擰下支撐套上的螺栓7卸下平衡肘8懸掛拉臂2020/4/1131

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2020/4/1132根據(jù)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)2020/4/11331、可視性分析：當(dāng)虛擬人的目光集中在圖5位置時(shí)，得到虛擬人的在當(dāng)前維修姿勢(shì)下可視范圍如圖6所示，可見(jiàn)，維修部分全在可視范圍內(nèi)：圖5視點(diǎn)圖圖6可視范圍2020/4/11342、可達(dá)性分析：虛擬人的在當(dāng)前維修姿勢(shì)下，右手拿維修工具，此時(shí)右手的可達(dá)范圍如圖7所示，可見(jiàn)，右臂可以到達(dá)負(fù)重輪中維修需要接觸的各個(gè)部分，但是，當(dāng)要拆卸平衡肘時(shí)，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(dòng)，才能進(jìn)行平衡肘的拆卸工作：圖7右手可達(dá)范圍圖8右手可達(dá)范圍2020/4/11353、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(duì)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2020/4/11364、疲勞分析：在一定的工作時(shí)間內(nèi)，給出任務(wù)循環(huán)的次數(shù)，完成任務(wù)的時(shí)間以及間歇時(shí)間，分析人體是否有足夠的時(shí)間恢復(fù)疲勞，在該次任務(wù)完成過(guò)程中，結(jié)果如圖11所示，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)維修人員能夠恢復(fù)疲勞：圖11分析結(jié)果2020/4/1137隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)可以用計(jì)算機(jī)建立全機(jī)的外形數(shù)學(xué)模型，用來(lái)精確地定義飛機(jī)的幾何形狀，在此階段可以省去制作一些標(biāo)準(zhǔn)樣件。這是建立飛機(jī)產(chǎn)品三維數(shù)字模型的第一步。今后可使飛機(jī)產(chǎn)品（包括制造工裝）全部進(jìn)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(shù)）的建模，構(gòu)成真正的電子產(chǎn)品樣件，可以方便地進(jìn)行數(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(jī)在飛機(jī)方面的應(yīng)用2020/4/11382020/4/1139第三節(jié)產(chǎn)品建模的基本方法一、參數(shù)化特征建模1、幾何模型類型鼠標(biāo)實(shí)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(jì)線框建模曲面模型實(shí)體建模2020/4/11401）線框模型立方體的線框模型圖立方體棱邊和頂點(diǎn)的關(guān)系2020/4/1141ixiyiz線框模型的頂點(diǎn)表頂點(diǎn)坐標(biāo)值V1V2……V7V810……0111……0000……11線框模型的棱線表棱線頂點(diǎn)號(hào)e1e2e3……e10e11e12123……341234……7852020/4/1142?線框建模的優(yōu)點(diǎn)所需信息最少，數(shù)據(jù)運(yùn)算簡(jiǎn)單，所占存貯空間較小，硬件的要求不高，容易掌握，處理時(shí)間短。?線框建模的局限性①幾何意義的二義性。②結(jié)構(gòu)體的空間定義缺乏嚴(yán)密性③拓?fù)潢P(guān)系缺乏有效性④描述的結(jié)構(gòu)體無(wú)法進(jìn)行消隱、干涉檢查、物性計(jì)算2020/4/11432）表面模型表面建模的過(guò)程2020/4/1144表面建模舉例說(shuō)明面號(hào)面上線號(hào)線數(shù)I[4]、[3]、[2]、[1]4II[8]、[12]、[4]、[9]4III[8]、[7]、[6]、[5]4IV[6]、[11]、[2]、10]4V[7]、[11]、[3]、12]4VI[5]、[9]、[1]、[10]4立方體的面表2020/4/1145表面建模的特點(diǎn)（1）表達(dá)了零件表面和邊界定義的數(shù)據(jù)信息，有助于對(duì)零件進(jìn)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(jì)算方面，表面建模中面信息的存在有助于對(duì)物性方面與面積有關(guān)的特征計(jì)算，同時(shí)對(duì)于封閉的零件來(lái)說(shuō)，采用掃描等方法也可實(shí)現(xiàn)對(duì)零件進(jìn)行與體積等物理性能有關(guān)的特征計(jì)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(shí)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(gè)甚至某些面的處理，這就是常說(shuō)的“丟面”。同時(shí)依靠蒙面的方法把零件的各個(gè)面貼上去，往往會(huì)在兩個(gè)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(shí)體特征,不能進(jìn)行物理特性計(jì)算。2020/4/11463）實(shí)體模型（1）定義實(shí)體建模是定義一些基本體素，通過(guò)基本體素的集合運(yùn)算或變形操作生成復(fù)雜形體的一種建模技術(shù)，其特點(diǎn)在于三維立體的表面與其實(shí)體同時(shí)生成。由于實(shí)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(diǎn)的信息。（2）實(shí)體建模的優(yōu)點(diǎn)1.可以提供實(shí)體完整的信息；2.可以實(shí)現(xiàn)對(duì)可見(jiàn)邊的判斷，具有消隱的功能；3.能順利實(shí)現(xiàn)剖切、有限元網(wǎng)格劃分、直到NC刀具軌跡的生成。（3）實(shí)體建模的方法按照物體生成的方法不同可分為?體素法?掃描法2020/4/1147（4）實(shí)體模型的表示方法與表面建模不同，三維實(shí)體建模在計(jì)算機(jī)內(nèi)部存貯的信息不是簡(jiǎn)單的邊線或頂點(diǎn)的信息，而是準(zhǔn)確、完整、統(tǒng)一地記錄了生成物體的各個(gè)方面的數(shù)據(jù)。（5）常見(jiàn)的實(shí)體建模表示方法邊界表示法構(gòu)造立體幾何法混合表示法空間單元表示法2020/4/1148（1）特征建模定義特征建模是一種建立在實(shí)體建模的基礎(chǔ)上，利用特征的概念面向整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造過(guò)程進(jìn)行設(shè)計(jì)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）特征的圖例2、特征建模2020/4/1149（3）特征建模中特征分類?形狀特征?材料特征?裝配特征?精度特征Ａ、尺寸公差特征Ｂ、形狀公差特征Ｃ、位置公差特征Ｄ、表面粗糙度特征2020/4/1150（4）特征建模系統(tǒng)2020/4/11513、特征建模舉例所謂“基于特征”是指，在Pro/E中，用戶是通過(guò)按順序定義若干特征來(lái)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(gè)特征構(gòu)成，它們分別是旋轉(zhuǎn)特征、圓角特征和孔特征。2020/4/1152根據(jù)零件的基本形狀繪制截面圖2020/4/1153利用旋轉(zhuǎn)特征創(chuàng)建零件主體2020/4/1154為零件的選定邊緣增加圓角特征2020/4/1155通過(guò)陣列孔特征為零件增加孔2020/4/11564、參數(shù)化設(shè)計(jì)1985年，德國(guó)的DornierGmbH公司與CADAM公司成功開(kāi)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(jì)效率大為提高；而后將參數(shù)化真正應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際的則是美國(guó)PTC公司的Pro/E軟件。Pro/E是第一款引入?yún)?shù)化設(shè)計(jì)的模型設(shè)計(jì)軟件。參數(shù)化設(shè)計(jì)一般是指設(shè)計(jì)對(duì)象的結(jié)構(gòu)形狀基本不變，而用一組參數(shù)來(lái)約定尺寸關(guān)系。參數(shù)與設(shè)計(jì)對(duì)象的控制尺寸有顯式對(duì)應(yīng)關(guān)系，設(shè)計(jì)結(jié)果的修改受尺寸驅(qū)動(dòng)，因此參數(shù)的求解較簡(jiǎn)單。參數(shù)化設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)如下：（?。┗谔卣?。（ⅱ）全尺寸約束。（ⅲ）尺寸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)修改。（ⅳ）全數(shù)據(jù)相關(guān)。2020/4/1157最初的截面形狀與尺寸此時(shí)創(chuàng)建的零件2020/4/1158修改截面形狀與尺寸2020/4/1159零件的形狀被自動(dòng)修改2020/4/11605、變量化設(shè)計(jì)變量化技術(shù)是在參數(shù)化技術(shù)的基礎(chǔ)上作了進(jìn)一步改進(jìn)后提出的設(shè)計(jì)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(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，但在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(jìn)一步區(qū)分為形狀約束和尺寸約束，在設(shè)計(jì)的初始階段，允許欠尺寸約束項(xiàng)。參數(shù)化和變量化造型方法都是使用約束來(lái)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。2020/4/1161二、數(shù)字化定義?數(shù)字化定義是對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行詳細(xì)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(xì)設(shè)計(jì)階段的定義工具比較容易用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，而有些定義必須用規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的形式確定。2020/4/1162產(chǎn)品數(shù)字化定義流程圖2020/4/1163三、裝配建模（1）自底向上設(shè)計(jì)（Bottom-up）該方法是模仿產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的裝配方法，即先制造零件，后進(jìn)行裝配。產(chǎn)品設(shè)計(jì)功能設(shè)計(jì)模型修改產(chǎn)品制造設(shè)計(jì)分析裝配設(shè)計(jì)零件設(shè)計(jì)產(chǎn)品功能需求產(chǎn)品市場(chǎng)需求虛模型零件設(shè)計(jì)修改自底向上設(shè)計(jì)1）裝配建模方法2020/4/11642．自頂向下設(shè)計(jì)（Top-down）該方法是模仿產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)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(huà)出這些部件的大致結(jié)構(gòu)與尺寸，直到最下層的零件。功能建模產(chǎn)品市場(chǎng)需求產(chǎn)品功能需求設(shè)計(jì)分析零件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)分析產(chǎn)品制造設(shè)計(jì)模型修改零件設(shè)計(jì)修改產(chǎn)品裝配自頂向下設(shè)計(jì)過(guò)程2020/4/11652）裝配模式1．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(méi)有關(guān)聯(lián)性。同時(shí)，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(shí)，會(huì)影響裝配速度。2．虛擬裝配（VirtualAssembly）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(diǎn)：（1）由于是鏈接零件而不是復(fù)制零件到裝配，裝配時(shí)需要的內(nèi)存空間?。唬?）裝配中不需要編輯的下層零件可簡(jiǎn)化顯示，提高了顯示速度；（3）當(dāng)組成裝配的零件修改時(shí)，裝配會(huì)自動(dòng)更新。2020/4/11663）裝配結(jié)構(gòu)關(guān)系表達(dá)在裝配造型過(guò)程中，各個(gè)零部件之間的關(guān)系通過(guò)裝配結(jié)構(gòu)關(guān)系進(jìn)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(shù)來(lái)表達(dá)。裝配樹(shù)2020/4/1167第四節(jié)產(chǎn)品模型的顯示一、圖形顯示在數(shù)字化產(chǎn)品中的作用圖形顯示技術(shù)是數(shù)字化產(chǎn)品開(kāi)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。1、產(chǎn)品可視化根據(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。2020/4/1168（1）線框