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文檔簡介
2024/11/8一、模型的種類
靜態(tài)模型
1、實物模型動態(tài)模型
數(shù)學、幾何模型2、符號模型物理、化學模型經(jīng)濟、管理模型等
描述客觀規(guī)律3、可視化模型替代實物模型(虛擬)2024/11/8線框模型(WireFrameModel)——支持簡單的圖形表示表面模型(SurfaceModel)——準確表示物體表面,如曲線、曲面實體模型(SolidModel)——幾何和拓撲意義上完備的設(shè)計模型2024/11/8二、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)。2024/11/8第3章CAD特征建模技術(shù)產(chǎn)品的生命周期:設(shè)計——制造——使用——維護——報廢設(shè)計-CAD,分析-CAE,工藝-CAPP,虛擬樣機-VP等制造-CAM,測量-CAT,質(zhì)量控制-CAQ,裝配-DFA等產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理——PDM(PLM)基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同設(shè)計技術(shù)CIMS工程企業(yè)資源計劃——ERP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模型是有關(guān)產(chǎn)品本身技術(shù)信息的源泉,也是管理信息的核心2024/11/8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;2024/11/8三是目前的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。2024/11/8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,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;2024/11/8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。2024/11/8四、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;
2024/11/8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。2024/11/8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。2024/11/8以資源可重用、系統(tǒng)可重構(gòu)為模式的復雜產(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。2024/11/8五、產(chǎn)品信息建模理論與技術(shù)研究
的發(fā)展方向和趨勢2024/11/8第一類討論題★幾個基本命題命題:模型是信息的載體;
命題: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;
命題:產(chǎn)品信息模型是實現(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。2024/11/8★基本命題導致的推論制造企業(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。2024/11/8什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)的幾個基本問題2024/11/8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2024/11/8制造業(yè)信息系統(tǒng)是一個耗散結(jié)構(gòu)(dissipativestructures)它具有耗散結(jié)構(gòu)的基本性質(zhì)。系統(tǒng)信息熵(informationentropy)的變化會對制造業(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——幾個基本假設(shè)2024/11/8第二類討論題1、你感覺學得最好的課程內(nèi)容是什么?學得最差的課程內(nèi)容是什么?2、你最喜歡學哪部分內(nèi)容?最不喜歡學哪部分內(nèi)容?3、學習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?學習的效率感覺如何?7、談一談本課程你自學的安排和感覺。2024/11/88、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、你知道導出三次參數(shù)樣條曲線數(shù)學模型的哪幾種方法?請簡要說明。13、你知道導出Bezier和B-spline曲線數(shù)學模型的哪幾種方法?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,談一談你學習計算機軟件的訣竅。2024/11/8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。2024/11/8第3章CAD特征建模技術(shù)第1節(jié)特征技術(shù)概述特征(feature)——客觀事物特點的表征,是具有特定語義的信息單元特征技術(shù)——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)提供共享信息的模型理論和技術(shù)特征建?!谔卣骼碚摵图夹g(shù)的CAD模型建造技術(shù)特征模型——以特征為信息單元定義的CAD模型2024/11/8第3章CAD特征建模技術(shù)第1節(jié)特征技術(shù)概述★
CAD實體模型存在以下不足:◆產(chǎn)品定義不完整: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;
◆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:如設(shè)計模型修改的效率低,設(shè)計信息的跟隨性差等。
2024/11/8第3章CAD特征建模技術(shù)第1節(jié)特征技術(shù)概述★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)。2024/11/8第3章CAD特征建模技術(shù)第1節(jié)特征技術(shù)概述★特征的分類
◆形狀特征;
J.J.Shan分為五大特征:◆精度特征;
◆技術(shù)特征;◆材料特征;◆裝配特征;
2024/11/8第3章CAD特征建模技術(shù)第1節(jié)特征技術(shù)概述★特征的分類
Lee將特征分為:◆設(shè)計特征;◆制造特征;Pratt,Wilson的分類:見圖3-1
2024/11/8第3章CAD特征建模技術(shù)第1節(jié)特征技術(shù)概述★特征的分類
◆宏特征:總體Luby將特征分為:◆微特征:細節(jié)2024/11/8第3章CAD特征建模技術(shù)第1節(jié)特征技術(shù)概述★特征的分類
◆特征類:包含幾何信息的模板;Laakko和Mantyla將特征分為:◆特征實例:具體應(yīng)用的特征個體
2024/11/8第3章CAD特征建模技術(shù)第1節(jié)特征技術(shù)概述★特征的分類
◆生成特征:直接生成Hoffmann和JoanArinyo:◆修改特征:進行修改◆基準特征:基準線、基準面等2024/11/8第3章CAD特征建模技術(shù)第1節(jié)特征技術(shù)概述★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,如汽車車身主要有下面6個特征:◆裝配特征:◆形狀特征:◆技術(shù)特征:◆材料特征:◆精度特征:2024/11/8第3章CAD特征建模技術(shù)第1節(jié)特征技術(shù)概述★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(Issubordinatedto):附屬關(guān)系◆相互之間的關(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(Connectto):鄰接關(guān)系?
AIO(Aninstanceof):聯(lián)系,所屬關(guān)系2024/11/8第3章CAD特征建模技術(shù)第1節(jié)特征技術(shù)概述★基于特征的產(chǎn)品信息模型◆圖3-2:零件特征信息→特征信息→幾何與拓撲信息◆圖3-3:更加完善;2024/11/8第3章CAD特征建模技術(shù)第1節(jié)特征技術(shù)概述★特征的表示方法
◆B-rep◆CSG◆B-rep+CSG2024/11/8第3章CAD特征建模技術(shù)第1節(jié)特征技術(shù)概述★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?!艋贐-rep的表示方法
2024/11/8第3章CAD特征建模技術(shù)第1節(jié)特征技術(shù)概述★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?!艋贑SG的表示方法2024/11/8第3章CAD特征建模技術(shù)第1節(jié)特征技術(shù)概述★特征的表示方法
?將兩者結(jié)合;?可以充分表達設(shè)計系統(tǒng)中的特征?!艋诨旌螩SG/B-rep的方法2024/11/8第3章CAD特征建模技術(shù)第1節(jié)特征技術(shù)概述★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2024/11/8第3章CAD特征建模技術(shù)第1節(jié)特征技術(shù)概述★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)2024/11/8第3章CAD特征建模技術(shù)第1節(jié)特征技術(shù)概述★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2024/11/8第3章CAD特征建模技術(shù)第1節(jié)特征技術(shù)概述★形狀特征組合關(guān)系圖
◆特征之間的關(guān)系用圖來表示,成為特征關(guān)系圖;◆觀察圖3-5、圖3-6。2024/11/8第3章CAD特征建模技術(shù)第1節(jié)
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