特征建模与特征识别及其在cad2fcapp集成中的应用

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1、南京航空航天大学硕士学位论文第一章绪论计算机集成制造系统（ComputerIntegratedManufacturingSystem，CIMS）被广泛地认为是先进的机械制造工业的生产模式。它是企业生产活动全过程中各功能子系统的集成，即从市场预测、经营决策、计划控制、工程设计、生产制造、质量控制到产品销售等支持功能部门，合理地通过计算机网络联合成一个整体，以保证企业内部信息的一致性、共享性、可靠性、精确性和及时性，实现生产的自动化和柔性化，达到高效率、高质量、低成本和灵活生产的目的[1]。作为CIMS的重要组成模块的计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，CAD）、计算机辅助

2、工艺设计（ComputerAidedProcessPlanning，CAPP），等单元技术在各自的领域都取得了巨大的发展，并在生产实践中获得了很好的应用效果。为了提高企业的生产效率，加快实现企业信息化进程，在企业内部实现真正意义上的CIMS，CAD系统与CAPP系统的集成已经成为新的研究热点，而基于特征的技术，是实现两者集成的有效方法之一。1.1特征建模技术1.1.1产品建模技术概况特征建模的过程也是特征信息处理的过程。设计过程中产品信息的表达方式与当时的生产发展水平紧密相关。随着CAD和CAM概念的逐步形成以及计算机硬件和软件的飞速发展，产品的表达方式发生了显著的变化。相继出现了几何模型

3、、线框模型、表面模型、实体模型以及80年代末期的特征模型等不同的产品设计模型。线框模型结构简单，容易处理，适合表达自由曲面的产品。但由于它不包含零件的表面信息，不能区分零件表面的里边或外边，对零件描述不完整，且有二义性。表面模型能处理较复杂型面的设计与加工，只能表现零件几何形状的外壳，不能描述零件内部的信息。实体模型能完整地描述产品的几何形状，数据结构简单，可以表示更高层次的特征信息与拓扑信息，适合构造复杂的零件。GT代码是用若干位数码来抽象地表达零件的几何、工艺特征，但由于描1特征建模与特征识别及其在CAD/CAPP集成中的应用述方法简单，对于需要生成详细工序、工序内容的CAPP系统来说

4、，靠几位或十几位数码来描述零件信息就远远不够了。上述几何模型的共同特点是，仅能描述零件的几何数据，模型中对特征及公差表达不完整或不精确，满足不了CAD/CAPP/CAM集成的需要。从CAD/CAM集成的角度出发，要求从产品整个生命周期各阶段的不同需求来描述产品，能够完整地、全面地、描述产品的信息，即重构零件模型，使得各应用系统可以直接从该零件模型中抽取所需的信息。人们把这种模型称为特征模型，这样的建模技术称为产品建模或特征建模，是目前被认为最适合于CAD/CAM集成系统的产品表达方法之一。国外在系统集成方面作了大量工作，涌现出许多集成化的系统软件，如美国SDRC公司研制的集设计、仿真、加工

5、、测试、数据库于一体的MasterSeriesCAD/CAE/CAM集成系统IDEAS；法国达索飞机公司开发大型CAD/CAM软件CATIA，目前世界大部分航空和汽车业使用该软件。1.1特征建模方法综述特征建模可大至归为交互式特征定义、特征识别和基于特征设计三个方面。１、交互式特征定义利用现有的造型系统建立产品的几何模型，由用户直接通过图形交互式拾取，定义特征几何所需要有几何要素，并将特征参数或精度、技术要求、材料热处理等信息作为属性添加到特征模型中。这种建模方法自动化程度低，产品数据的共享也难易实现，信息处理过程中容易产生人为的错误。２、特征识别将几何模型与预先定义的特征进行比较，确定特

6、征的具体类型及其它信息。它一般由下列步骤组成：1)搜索产品几何数据库，匹配特征的拓朴几何模型；2)从数据库中提取已识别的特征信息；3)确定特征参数；4)完成特征几何模型；5)组合简单特征以获得高级特征。以上识别的主要是加工特征。然而，提取产品的特征信息是非常困难的。曾经有不少学者对特识别的算法进行了深入研究，如特征匹配法、CSG树识别2南京航空航天大学硕士学位论文法、体积积分法、实体生成法等，但结果并未令人满意。特征识别往往只对简单形状有效，而且CAPP所需要的公差、材料等属性仍然缺乏。针对特征识别中存在的困难和问题，WilsonP.R等提出直接采用特征建立产品模型，而不是事后去识别特征来

7、定义零件几何体，即将特征库中预定义的特征实例化后，以实例特征为基本单元建立特征模型，从而完成产品的定义或设计。1.1特征识别技术由于工业界的迫切需要，CAD/CAPP集成已成为近年CAD研究人员主要追求的目标之一。但是它们的有机集成仍面临着诸多困难。困难之一就是缺少CAD/CAPP之间的智能接口。之所以需要建立CAD/CAPP之间的智能接口，是因为CAD系统采用实体模型或设计特征表示产品，而CAPP系统所需要的却是基于加