汽车数字化课件

第2章

汽车产品数字化开发基础2.1汽车数字化建模技术2.2汽车的基于知识工程技术2.3汽车可视化技术2.4工程数据库2.5汽车产品全生命周期设计2.6协同设计与网络化制造2.7汽车大规模定制2.8汽车并行工程汽车数字化开发技术

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页2.1汽车数字化建模技术产品建模技术基本概念汽车几何建模技术汽车特征建模技术汽车集成建模技术2023/1/15汽车数字化开发技术

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页一、基本概念建模定义:

对于现实世界中的物体，从人们的想象出发，利用交互的方式将物体的想象模型输入计算机，计算机以一定的方式将模型存储起来，这种过程称为建模。涉及一组活动、方法和工具来建立描述企业不同侧面的模型。2023/1/15汽车数字化开发技术

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页一、基本概念产品建模也称产品造型，根据几何模型提供的各种信息，可以进行装配件的干涉检查，进行有限元分析，结构分析、仿真、生成数控加工程序等后续应用。建模技术又是CAD系统的核心技术，没有数字产品模型，数据的交换、共享与集成就失去了对象。目前主要的建模方法有几何建模、特征建模、装配化建模和近年来新发展起来的集成化建模技术等。2023/1/15汽车数字化开发技术

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页建模过程就是一个产生、存储、处理、表达现实世界的过程。现实物体抽象化（外部模型）理想模型格式化描绘计算机内部模型信息模型一、基本概念汽车数字化开发技术

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页二、几何建模技术2023/1/15汽车数字化开发技术第6

页所谓几何建模系统是指能够定义、描述、生成几何实体，并能交互编辑的系统。计算机内部几何的表达方式可以是二维或三维模型。二维模型几何表达的基本元素是点、线、面或符号，主要用于细节部分的设计和计算机工程图的绘制。常用的三维建模有：线框建模、表面建模、实体建模。二、几何建模技术2023/1/15汽车数字化开发技术

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页二、几何建模技术

1、线框建模

利用基本线素来定义设计目标的棱线部分而构成的立体框架图。由一系列的直线、圆弧、点及自由曲线组成，描述的是产品的轮廓外形。在计算机内部生成三维映像，还可实现视图变换及空间尺寸的协调。汽车数字化开发技术

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页二、几何建模技术线框建模的优缺点：

优点：所需信息最少，数据运算简单，所占存贮空间较小，硬件的要求不高，容易掌握，处理时间短。缺点：在线框模型中由于没有面和体的概念，因此无法区分物体的内部和外部，断面也无法表达。由于表面信息的缺乏，对于图形描述来说，消隐工作无法自动进行，必须采用繁琐的交互工作方式来完成，中等复杂程度的零件用这种方式进行建模就已经是非常困难，更无法采用连接许多简单的几何对象来构造复杂的零件。

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线框建模的局限性：

几何意义的二义性，即一个线框模型可能被解释为若干个有效几何体。

结构体的空间定义缺乏严密性；

拓扑关系缺乏有效性；

描述的结构体无法进行消隐、干涉检查、物性计算。二、几何建模技术汽车数字化开发技术

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页2、表面建模

①将物体分解成组成物体的表面、边线和顶点，用顶点、边线和表面的有限集合来表示和建立物体的计算机内部模型。②表面建模是通过对实体的各个表面或者曲面进行描述而构成实体模型的一种建模方法，用面来定义一个物体，并能精确确定物体表面上任意一个点的X、Y、Z坐标值。

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表面建模的特点：①表达了零件表面和边界定义的数据信息，有助于对零件进行渲染等处理，有助于系统直接提取有关面的信息。②在物体性能计算方面，面信息的存在有助于对物性方面与面积有关的特征计算，同时对于封闭的零件，采用扫描等方法也可实现与体积等物理性能有关的特征计算。③表面建模方式生成的零部件及产品可分割成板、壳单元形式的有限元网格。二、几何建模技术汽车数字化开发技术

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3、

实体建模

定义：定义一些基本体素，通过基本体素的集合运算或变形操作生成复杂形体的一种建模技术。能够定义三维物体的内部结构形状，能完整地描述物体的所有几何信息和拓扑信息，包括物体的体、面、边和顶点的信息。特点：①可以提供实体完整的信息；②可以实现对可见边的判断，具有消隐的功能；③能顺利实现剖切、有限元网格划分、直到NC刀具轨迹的生成。二、几何建模技术汽车数字化开发技术

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页二、几何建模技术缺点：

实体建模只存储了形体的几何形状信息，缺乏产品开发全生命周期所需的信息，诸如材料、加工特征信息、尺寸公差、形位公差、表面粗糙度、装配要求等信息，不能构成符合STEP标准的产品模型。

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页二、几何建模技术按照物体生成的方法不同，实体建模方法可分为：

(1)体素法通过基本体素（如长方体、圆柱、圆环、圆球等）的集合运算（布尔运算）构造几何实体的建模方法。每一基本体素具有完整的几何信息，是现实生活中真实而唯一的三维实体。汽车数字化开发技术

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页常用基本体素布尔运算汽车数字化开发技术

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(2)扫描法利用基体的变形操作实现表面形状较为复杂的物体的建模方法称为扫描法，又分为平面轮廓扫描和整体扫描两种方法。

基本原理:用曲线、曲面或形体沿某一路径运动后生成2D或3D的物体。扫描变换需要两个分量，一是给出一个运动形体，称为基体；另一个是指定形体运动的路径。二、几何建模技术汽车数字化开发技术

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页二、几何建模技术(1)平面轮廓扫描法

由任一平面轮廓在空间平移一个距离或绕一固定的轴旋转就会扫描出一个实体汽车数字化开发技术

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页二、几何建模技术（2）整体扫描法

首先定义一个三维实体作为扫描基体，即一个“运动的物体”，让此基体在空间运动，运动可以是沿某一方向移动，也可以是绕某一轴线转动，或绕某一点摆动。2023/1/15汽车数字化开发技术

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页三、特征建模技术特征建模技术出现原因：几何建模很难满足集成的要求。主要表现在以下两方面：1)低层次的几何信息通常CAD系统只产生层次较低的几何信息，而CAPP及CAM系统则需要较高层次的信息，主要包括几何形状、形状特征、尺寸、公差、材料特性、表面粗糙度、装配要求等。2)低层次的设计环境一般实体建模系统利用体单元和平面轮廓扫描等造型，这样以某种结构形状来表达某种功能的设计思想，容易限制设计者创造性思维的发挥。另外，实体模型一旦建立，修改不方便，难以满足工程设计中重复设计、反复修改的设计方法。汽车数字化开发技术

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页通过分析机械产品大量的零件图样信息和加工工艺信息，可将构成零件的特征分为六大类。(1)管理特征与零件管理有关的信息集合，如标题栏信息(如零件名、图号、设计者、设计日期等)。(2)技术特征描述零件的性能和技术要求等信息。(3)材料特征描述零件材料、热处理和条件等有关的信息。如材料性能、热处理方式、硬度值等。(4)精度特征描述零件几何形状、尺寸的许可变动量的信息集合，包括公差(尺寸公差和形位公差)和表面粗糙度等。(5)形状特征描述与零件几何形状、尺寸相关的信息集合，包括功能形状、加上工艺形状(如退刀槽、工艺凸台等)、装配辅助形状。(6)装配特征描述零件在装配过程中将使用的信息，如零、部件的相关方向、相互作用面和配合关系等。三、特征建模技术汽车数字化开发技术

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页2023/1/15一种形状特征的分类方法汽车数字化开发技术

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页四、集成建模技术就信息集成角度看，集成是指CAD、CAPP、CAM各模块之间信息的提取、交换、共享和处理的集成，即信息流的整体集成。实现这种集成需具备两个基本要素：(1)CAD系统能提供完备的、统一的、符合某种标准的产品信息模型，使CAPP及CAM环节能从该模型中获取所需要的信息，并最终将CAD模型转换成制造模型。(2)CAD/CAM各模块之间能通畅地进行数据传递与交换，交换方式可以是数据库接口或符合某种规范的格式文件或数据库。2023/1/15汽车数字化开发技术

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页四、集成建模技术产品信息模型包括三个层次的信息，即零件层、特征层和几何层。1)零件层主要反映零件的总体信息，其中包括零件的名称、编号、批量、材料名称、材料牌号和性能、设计者及设计日期等信息。2)特征层主要反映零件的形状、精度和加工要求。组成零件的所有特征，其定型、定位参数包括公差、粗糙度、材料热处理要求和与一定加工方法相对应的形状特征、特征的主辅层关系和加工方位等均在特征层中