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1、机械类专业基础核心课程,机械CAD技术,主讲:刘子建 教授 汽车楼322，88823080， 助教：周晋超等 综合实验楼468，88821726精品课程网站：http:/ 课程中心网站：http:/,2018/9/14,本章学习要求与学习方法,了解 CAD特征建模技术的基本概念和方法。,第3章 CAD特征建模技术,了解 CAD技术的发展前沿和发展趋势。,学习要点：理解工程需求、质疑现有技术、思考模型作用、关注研究方法、参与思想交流。,2018/9/14,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述, CAD实体建模技术存在的不足,产品定义不完整。模型仅仅定义了产品的三维几何形状和拓扑关系，
2、许多其它重要信息如精度、材料、工艺、装配等都不包括在模型中；,数据的抽象层次低。实体（如体素等）主要是几何概念，设计制造中的工程语义，如键槽、中心孔、加强筋等均不能直接表达；,支持产品设计、制造的程度不高。模型技术只面向设计的最终结果，不支持产品设计、分析和优化的过程。,2018/9/14,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述,特征建模技术的基本概念,特征（feature）是客观事物特点的表征,是具有特定语义的信息单元；,特征建模具有工程语义的几何模型建造技术；,特征模型以特征为结构单元定义的CAD模型；,特征技术支持特征模型的CAD软件技术。,2018/9/14,第3章 CAD特
3、征建模技术,第1节 特征技术概述,特征建模技术的特点,是一种从工程语义出发构建产品三维CAD模型的方法，能更好地适用于产品结构设计；,以抽象层次更高的工程语义元素作为操作对象，如中心孔、键槽、加强筋等，可以明显提高结构设计建模效率；,与几何造型技术相结合，将更多的产品设计意图以特征作为载体，传递给产品生命周期的后续阶段。,2018/9/14,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述,特征的分类,Pratt,Wilson的分类：显式特征、隐式特征（P64）,J.J.Shan分为形状、精度、技术、材料、装配五大特征,Lee等将特征分为：设计特征、制造特征,Luby等将特征分为：宏特征、微特
4、征,Hoffmann和Joan Arinyo：基准特征、生成和修改特征,Laakko和Mantyla将特征分为：特征类、特征实例,上述特征分类的特点是需求主导，各取所需。,2018/9/14,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述,特征类与特征对象,借助于面向对象方法，将特征相互之间的关系描述为特征类和特征对象之间的关系。,特征类：具有相同属性的特征对象的集合称为特征类；,特征对象：特征类中的一个具体的特征实例。,2018/9/14,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述,特征之间的关系与特征模型,几种主要关系：,AIO(An instance of)逻辑联系关系,CONT
5、(Connect to)位置邻接关系,REF(Reference)属性引用关系,IST(Is subordinated to)结构从属关系,2018/9/14,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述,特征的三种表示方法, 基于B-rep的表示方法适用于特征识别和修改, 基于CSG的表示方法适用于特征建模和设计, 实际中常用基于B-rep和CSG的混合表示方法,2018/9/14,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述,两种主要的特征建模方法,方法一：特征识别 先建立实体模型，用程序自动识别并提取特征，再生成特征模型。,特征的不完整识别：凸壳算法、单元分解法、几何 推理法等；
6、,特征的完整识别：将几何模型与预先定义好的特征类进行比较，确定相匹配的实体，定义为特征模型。,2018/9/14,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述,特征建模的两种主要方法,方法二：基于特征的设计 直接用特征来定义零件的结构，生成特征模型。,参看教材P67,包括基于特征分割的建模技术，基于特征合成的建模技术等。,在实际应用中经常使用基于特征的设计和特征识别相结合的综合建模方法。,2018/9/14,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述,特征树,特征树可以反映通过基本特征构造零件的过程,通过特征树，可以递归地将零件分解为多个基本特征，然后在设计中创建这些基本特征，最后按
7、分解的路径组合成设计的零件。,2018/9/14,第3章 CAD特征建模技术,第1节 特征技术概述,特征技术的局限性, 引入工程语义的目的是服务于零件的结构设计，本质上属于CAD几何建模技术范畴；, 特征是附加于几何结构上的一种解释，在提高结构数据抽象的同时，产生了大量的信息冗余；, 特征技术无法解决产品全设计流程的过程支持以及产品数据集成、重用等关键问题。,几何建模为中心的CAD技术存在如下弊端： 1、用分散、异构的模式和软件系统解决一致性要求高的产品设计问题； 2、用功能调用的方法解决信息集成问题，使用效率低，可信性差； 3、产品设计知识、数据、过程和结果的重用性差，难以被继承和管理。,2
8、018/9/14,解决上述问题必须回答的几个问题：,如何认识CAD模型的本质？ 制造业信息化需要什么样的（CAD）模型？ 如何验证和评价CAD模型和建模技术的优劣？ 如何理解大型应用软件系统的本质属性？ 这一领域的研究与诺贝尔获奖成果有关吗？ 分析宏观、中观、微观三个需求问题,2018/9/14,先进制造技术对CAD建模的技术需求,集成性：覆盖产品的全生命周期产品规划设计制造使用维护报废回收 一致性：支持产品研发全过程设计-CAD，分析-CAE，工艺-CAPP，虚拟样机-VP等制造-CAM，测量-CAT，质量控制-CAQ，装配-DFA等 统一性：用于企业管理产品数据管理PDM产品生命周期管理
9、PLM生产、物流、销售等管理企业资源计划ERP,先进制造技术中，产品CAD模型既是设计、制造的对象，也是生产过程的数据来源，更是产品信息最直接的载体和企业管理的依据。目前的CAD技术还远远不能满足先进制造对建模技术的全方位需求。,2018/9/14,产品模型可视可控（几何信息、模型的控制与表达等）； 产品的材料性能（材料种类、比重、模量等）； 零件精度设计（尺寸公差、形位公差、粗糙度等）； 零部件功能需求（运动副、自由度、结合面、运动轨迹、动力学性能、误差控制与补偿、可靠性等）； 零部件工况定义（载荷、冲击、各种相互作用等）； 零部件工艺规划（加工方法、工序、切削用量等）； 产品管理需求（BO
10、M表、库存、运输、销售、维护等） 目前的CAD模型只能提供几何拓扑的数据和控制功能，不能满足数据完备性的需求。,机械产品研发对CAD模型的数据需求,2018/9/14,人的创造性对CAD建模技术的操作需求,模型可感知性：可视、可触、可听、可闻 模型可控制性：可操作、可变换、可复制、可保存 模型信息跟随性：设计数据与可感知模型融为一体，是信息动态完备的统一产品信息模型 模型信息配送性：为产品设计提供引导、配送信息、处理操作、驱动流程 模型可迭代性：产品模型是数据完备可以迭代求精的单元，支持新型的面向模型（O-M，Oriented Model）的优化设计技术 模型智能性：模型在产品研发流程中可以自
11、我生长与进化,研究前沿：产品信息模型和全设计流程一致性研究,符合信息一致性原理的新型产品建模理论和技术，是全设计流程一致性研究的基础。全设计流程一致性是大型设计软件系统可信性的重要组成部分。建立全设计流程的研究方法，分析全设计流程关键要素的作用关系，可以为软件系统的可信性研究提供借鉴。,2018/9/14,新一代CAD建模技术应当具备如下四个要素： 提供载体、支持过程、集成数据、可以重用。,本领域发展方向： 研究符合制造业信息技术规律的产品信息建模（ Product Information Modeling ）理论、方法、实现技术和应用途径。,2018/9/14,产品信息建模（Product Information Modeling） PIM是一种以模型作为载体的信息动态完备的新型CAD模型理论和软件架构技术。PIM可以有效地支持产品全设计流程，实现产品数据的集成与重用。,全设计流程（Full Design Procedure）FDP是围绕产品全生命周期各阶段设计问题进行规划、分析、求解和建模，直至获得预期设计结果的信息处理全过程。 FDP包括设计流程、设计数据、设计语义、设计行为四大要素。,
