《计算机辅助设计与制造》课件第7章

第7章计算机建模技术7.1计算机建模技术概述7.2几何建模技术7.3特征建模技术

7.1计算机建模技术概述

7.1.1计算机内部表示及建模技术

计算机内部表示及建模技术是CAD/CAM系统的核心技术，也是计算机能够辅助人类从事设计、制造活动的根本原因。对于现实世界中的物体，从人们的想象出发，到完成它的计算机内部表示的这一过程称为建模。建模的步骤如图7-1所示。图7-1计算机建模示意图7.1.2建模的方法及其发展

由于对客观事物的描述方法、存储内容、存储结构的不同而有不同的建模方法和不同的产品数据模型。

1.几何建模的定义

就机械产品的CAD/CAM系统而言，最终产品的描述信息包括形状信息、物理信息、功能信息及工艺信息等，其中形状信息是最基本的。

2.特征建模概念的提出

几何建模技术推动了CAD/CAM技术的发展，但随着信息技术的发展及计算机应用领域的不断扩大，对CAD/CAM系统提出了越来越高的要求，尤其是计算机集成制造(CIM)技术的出现，要求将需求分析、设计开发、制造生产、质量检测、售后服务等产品整个生命周期中各个环节的信息有效地集成起来。

7.2几何建模技术

7.2.1几何建模系统的分类

1.二维几何建模系统

计算机内部模型可以是二维的，也可以是三维的，这主要取决于应用场合和目的。

2.三维几何建模系统

众所周知，现实世界的物体是三维的，因而三维几何建模系统可以更加真实、完整、清楚地描述物体，它代表了CAD发展的主流。

根据描述方法及存储的几何信息、拓扑信息的不同，三维几何建模系统可以分为如图7-2所示的三种不同层次的建模类型，即线框建模、表面建模、实体建模。早期CAD系统往往分别对应以上三种建模方法，而当前的发展则是将三者有机结合起来，各用所长，形成一个整体的三维建模方法。图7-2计算机三维建模方法7.2.2三维几何建模技术

1.线框建模

线框建模是CAD技术中最早使用的三维模型，它表示的是物体的棱边。

2.表面建模

表面模型(SurfaceModeling)是以物体的各表面为单位来表示形体特征的。

3.实体建模

实体模型采用有向棱边用右手法则确定所在面外法线的方向，以描述表面的哪一侧是存在的实体。

7.3特征建模技术

7.3.1产品建模技术的发展概况

产品设计的过程也是信息处理的过程。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。7.3.2特征建模方法概述

特征建模可大致归为交互式特征定义、特征识别和基于特征设计三个方面。7.3.3特征的概念与分类

1.特征的概念

自20世纪70年代末提出特征概念以来，至今仍没有一个严格的完整的特征定义。比较一致的意见认为，特征是具有属性的，与设计、制造活动有关，并含有工程意义和基本几何实体或信息的集合。

2.特征的抽象和分类

不同的应用领域和不同的工厂，特征的抽象和分类方法有所不同。

3.形状特征的分类

形状特征是描述零件或产品的最主要的特征，有必要对它再详细分类，如图7-3所示。根据形状特征在构造零件中所起的作用不同，可分为主形状特征(简称主特征)和辅助形状特征(简称辅特征)两类。图7-3零件形状特征的分类7.3.4特征联系

为了方便描述特征之间的联系，提出了特征类、特征实例的概念。特征类是关于特征类型的描述，是具有相同信息性质或属性的特征概括。7.3.5特征的表达方法

作为特征，主要有两方面的内容：一是表达几何形状的信息；二是表达属性或非几何信息。根据几何形状信息和属性在数据结构中的关系，特征可分为集成模式与分离模式。前者将属性信息与几何形状信息集成地表达在同一内部数据结构中；而后者是将属性信息表达在与几何形状模型分离的外部结构中。

1.集成模式

集成模式的优点：

(1)可以避免分离模式中内部实体模型数据和外部数据不一致和冗余；

(2)可以同时对几何模型与非几何模型进行多种操作，因而用户界面友好；

(3)可以方便地对多种抽象层次的数据进行存取的通信，从而满足不同应用的需要。

2.分离模式

几何形状信息的表达，有隐式表达和显式表达之分。隐式表达是特征生成过程的描述，显式表达是确定的几何/拓扑信息的描述。如图7-4所示的一个外圆柱，显示表达将含有圆柱面、两底面及边界细节；隐式表达用中心线、长度和直径来描述。图7-4显式与隐式表达示意图7.3.6特征库的建立