面向并行cad-cam集成的特征建模技术的研究

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1、面向并行CAD/CAM集成的特征建模技术的研究

2、第11　引言　　并行工程作为一种有效的过程集成模型，已经成为先进制造技术研究领域的热点之一。并行工程是在信息集成的基础上，实现过程的重构、集成和优化。并行工程的实施意味着变传统的串行产品设计、开发过程为并行模式。　　并行工程思想的提出，为CAD/CAM一体化研究提供了新的思路，使CAD/CAM向智能化、集成化和网络化的方向发展。传统的CAD/CAM系统是一种串行的工作方式，它主要是使用CAD进行产品设计，并把CAD的数据转换为CAM可以接受的格式，使用CA

3、M进行后续的工作，从而实现CAD、CAM间产品信息的共享。在并行工程环境下，CAD/CAM集成系统将利用并行工程的原理，在设计阶段就考虑产品生命周期其它阶段的问题，以优化产品的开发过程。因此，并行CAD/CAM集成系统中，一方面将更强调产品信息的集成、共享、互换；另一方面，还要求过程的集成，并强调人的作用。在并行CAD/CAM系统中，工程技术人员将是在计算机网络支持下，在统一的产品模型上，异地、协同地进行设计、工程分析和对设计进行可制造性，可装配性等的评价，并进行工艺规划、数控编程等工作。　　在并行工程

4、环境下，实现CAD/CAM集成的一个关键和核心就是产品建模，即并行CAD/CAM集成需要一个包含产品全生命周期各阶段信息的产品模型。基于特征的产品模型是基于几何的产品模型的一个里程碑式的发展，因为这种模型着眼于更好地表达产品的完整的技术和生产管理信息；它使产品设计工作在更高的层次上进行。通过特征定义，可以避免计算机内部实体模型数据与外部特征数据的不一致和冗余，所以被认为是解决CAD/CAM集成的最为有效的途径，并为许多商品化的CAD/CAM系统所采用，如Pro/E，I-Deas，UG等。在一些商品化基于

5、特征的系统中，大多是以特征的参数化、变量化设计为中心，所提供的产品模型只反映了产品生命周期某一阶段活动的信息，致使产品信息不完全，不能满足并行CAD/CAM集成系统对产品信息的需求。　　本文主要讨论使用特征技术实现产品建模的有关问题，包括特征的描述、用特征进行产品建模的系统框架等，以探讨实现并行工程下CAD/CAM的有效集成的方法。2　特征的概念及表达层次　　自特征的概念产生以来，特征技术使CAD技术达到了一个新的里程碑。许多研究机构和专家、学者对特征技术进行了研究，分别从不同的角度对特征进行了定义和分

6、类。如Pratt集成的特征造型系统，要求能够支持多视域特征建模和不同视域间特征的相互变换。　　Shah把特征变换分为4类：直接变换、投影变换、邻接变换和共轭变换。对于设计特征和加工特征间的变换，直接变换和共轭变换是有意义的。这两种变换的例子如图3所示。图3a和图3b是直接变换的例子，在这种情况下，设计特征与制造特征的几何构造是一致的；图3c和图3d是共轭变换的例子，这时，构成设计特征与制造特征的几何元素和拓扑关系有所不同。图3　多视域特征的转换　　在我们开发的面向并行CAD/CAM集成的特征造型的原型系

7、统中，采用如图4所示的数据结构描述多视域特征，其基本思想如下：图4　多视域特征的数据结构(1）实体模型使用基于改进的翼边描述，分为Solid、Shell、Face、Loop、Edge、Vertex六个层次；(2)面向应用领域的形状特征用面属性邻接图(FAAG)描述［2］，它等同于实体模型中的开壳，面属性邻接图是基于边的凸、凹特性描述特征面之间关系；(3)面邻接图共享实体模型中的面；(4)系统同时维护两棵特征树：面向设计的特征树和面向制造的特征树，两棵特征树之间的关系描述了两视域间特征的关系。　　设计特征

8、树记录了造型的历史过程和特征间的依赖关系，其根结点是一个基本造型块体，叶结点则是被附加于其上的形状特征；制造特征树的根结点表示零件的毛坯，叶结点则是被加工区域，即加工特征。两棵树通过共享面建立了特征关系图。例如对图3c和图3d所示的零件在设计与制造两个视域的特征树和关系图如图5所示。图5　图3c和图3d所示零件的特征树和关系图