支持特征构成的数据结构及基于特征设计的研究.pdfVIP

2000年 工程图学学报 2000 JOURNAL 第3期 OFENGINEERINGGI认PmCS No．3 支持特征构成的数据结构及 基于特征设计的研究 西安变通大学机械学院数控研究所 魏洪钦 吴联银 王小椿 摘 要 特征造型是CAD技术的发展趋势之一，基于特征的设计在 CAD／CAM中扮演了重要的角色．本文结合工程实斥，探讨了特征的定义及分类 方法，提出了支持特征设计的新型数据结构并研究了基于特征的造型操作方法 ——动态拓扑信息处理方法厦特征管理模式． 关键词特征建模，数据结构，动态拓jl-．ft息处理 0引言 随着工业发展的全球化，CAD技术的理论与方法也在不断的发展。作为CAD技术核心 的几何建模由最初的线框模型、表面模型、实体模型到目前出现的特征造型，经历了由几何 信息模型到产品信息模型的发展过程。 线框、表面、实体模型仅仅是3D物体在计算机中的几何表示，其形体的抽象层次较低， 从设计制造的观点看，不能提供完整的产品信息；在这种模式下，设计者的精力主要放在局 部设计、修改上，而不能放在自U造性的构思上：实体模型的修改、编辑非常复杂烦琐，相互 问不能体现出实际存在的约束关系。在这种背景下，80年代兴起的以特征而非单个图元为操 作对象的、以特征间的关联为约束条件的、面向对象的新型造型技术——特征造型已成为CAD 技术的发展潮流。特征造型其研究与应用已日益广泛，但多数情况是从具体应用着手研究特 征技术的处理方法．对特征的分类还没有一个普遍适用的标准Ⅲ，纯粹基于特征的造型方法 还少见文献提及。本文结合实际．对特征的分类进行了详细的研究，提出了满足普遍意义的 利于造型及物性分析的特征分类；提出了基于特征的、与传统实体造型不同的拓扑信息处理 方法．并在此基础上提出了基于特征操作的数据结构。 1特征的分类 1978年．MIT的学士论文(CAD中基于特征的零件表示》开始了特征的研究I“，到90 年代基于特征的设计方法己成为CAD技术的发展趋势之一。特征是兼有语义和形状两方面 的信息的、能反映设计人员的设计意图的具有工程含义的几何形体。它使设计人员不必关注 奉文于20呻年5月收到． 第一作青：^濉钦．1974年生，博士研究生．主要研究领域为CAD、CAreD，(_G． 第3期 魏洪饮等：支持特征构成的数据结构及基于特征设计的研究 ’49+ 组成特征的几何细节，而是用熟悉的工程术语来阐述设计过程，发挥设计人员的主观能动性， 进行创造性的设计．同时特征的设计修改也非常简便。 对特征的分类，原有的系统多是针对具体应用而提出的满足特定环境的分类方法，还 没有较好的通用分类方法Ⅲ。在CAD系统中，模型的建立是最普遍、必不可少的关键步骤， 没有模型就不可能有后续的CAM、信息管理等。同时，在产品设计中，有关模型的几何特 性分析往往计算量大、计算方法复杂，但又是不可缺的。再者，特征间的依赖(关联)关系 对模型的操作管理至关重要。正是在此基础上．本文提出了既满足普遍意义又有利于几何特 性分析的特征分类方法。 (I)基于特征的形成方式，可将特征分为： ·参数化定义特征特征的形状是由一系列参数决定，如长方体、球体、圆柱等。这 类特征定义十分方便，用户只需输入参数即可。由参数定义特征，根容易实现参数化，做到 尺寸驱动。 ·运动生成特征在实际中，很多3D形体可看作是由2D物体经某种方式运动而成。 这些运动方式有：拉伸、扫描、旋转、变换等。运动特征能反映设计者对3D物体生成过程、 生成方式的理解：对用户来说，也使操作简便、直观。 ·混合特征混台特征不等同于过渡特征，从映射的角度来看，混合特征不仅仅实现 特征间的或特征体内几何形紊间的连接，还调配线、面等几何元素，因此，过渡是混合特征 的一个子集。混合特征的形式有：变直径、滚球、重叠、延拓、曲率连续等。 ·基准特征在设计者眼中，一幅设计图不仅仅能代表最终的产品，而且还应提供产 品从毛胚到成品的必要加工信息、设计意图等。零件设计中，常需参考一些辅助面、辅助点， 这些信息存产品中是毫无意义的，但能反映设计者的真实意图，体现设计的实