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CAD技术革命-参数化方法和变量化方法

归档日期:10-04       文本归类:变量化设计      文章编辑:爱尚语录

  参数化设计Parametric设计也叫尺寸驱动Dimension-Driven是CAD技术在实际应用中提出的课题它不仅可使CAD系统具有交互式绘图功能还具有自动绘图的功能。目前它是CAD技术应用领域内的一个重要的、且待进一步研究的课题。利用参数化设计手段开发的专用产品设计系统可使设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来可以大大提高设计速度并减少信息的存储量。

  由于上述应用背景国内外对参数化设计做了大量的研究目前参数化技术大致可分为如下三种方法1基于几何约束的数学方法2基于几何原理的人工智能方法3基于特征模型的造型方法。其中数学方法又分为初等方法Primary Approach和代数方法Algebraic Approach。初等方法利用预先设定的算法求解一些特定的几何约束。这种方法简单、易于实现但仅适用于只有水平和垂直方向约束的场合代数法则将几何约束转换成代数方程形成一个非线性方程组。该方程组求解较困难因此实际应用受到限制人工智能方法是利用专家系统对图形中的几何关系和约束进行理解运用几何原理推导出新的约束这种方法的速度较慢交互性不好特征造型方法是三维实体造型技术的发展目前正在探讨之中。

  参数化设计有一种驱动机制棗参数驱动参数驱动机制是基于对图形数据的操作。通过参数驱动机制可以对图形的几何数据进行参数化修改但是在修改的同时还要满足图形的约束条件需要约束间关联性的驱动手段棗约束联动约束联动是通过约束间的关系实现的驱动方法。对一个图形可能的约束十分复杂而且数量很大。而实际由用户控制的即能够独立变化的参数一般只有几个称之为主参数或主约束其他约束可由图形结构特征确定或与主约束有确定关系称它们为次约束。对主约束是不能简化的对次约束的简化可以有图形特征联动和相关参数联动两种方式。

  所谓图形特征联动就是保证在图形拓补关系不变的情况下对次约束的驱动亦即保证连续、相切、垂直、平行等关系不变。反映到参数驱动过程就是要根据各种几何相关性准则去判识与被动点有上述拓补关系的实体及其几何数据在保证原关系不变的前提下求出新的几何数据。称这些几何数据为从动点。这样从动点的约束就与驱动参数有了联系。依靠这一联系从动点得到了驱动点的驱动驱动机制则扩大了其作用范围。

  所谓相关参数联动就是建立次约束与主约束在数值上和逻辑上的关系。在参数驱动过程中始终要保持这种关系不变。相关参数的联动方法使某些不能用拓补关系判断的从动点与驱动点建立了联系。使用这种方式时常引入驱动树以建立主动点、从动点等之间的约束关系的树形表示便于直观地判断图形的驱动与约束情况。

  由于参数驱动是基于对图形数据的操作因此绘制一张图的过程就是在建立一个参数模型。绘图系统将图形映射到图形数据库中设置出图形实体的数据结构参数驱动时将这些结构中填写出不同内容以生成所需要的图形。

  参数驱动可以被看作是沿驱动树操作数据库内容不同的驱动树决定了参数驱动不同的操作。由于驱动树是根据参数模型的图形特征和相关参数构成的所以绘制参数模型时有意识地利用图形特征并根据实际需要标注相关参数就能在参数驱动时把握对数据库的操作以控制图形的变化。绘图者不仅可以定义图形结构还能控制参数化过程就象用计算机语言编程一样定义数据、控制程序流程。这种建立图形模型定义图形结构控制程序流程的手段称作图形编程。

  在图形参数化中图形编程是建立在参数驱动机制、约束联动和驱动树基础上的。利用参数驱动机制对图形数据进行操作由约束联动和驱动树控制驱动机制的运行。这与以往的参数化方法不同它不把图形转化成其他表达形式如方程符号等也不问绘图过程而是着重去理解图形本身把图形看作是一个模型一个参数化的依据作为与绘图者“交流”信息的媒介。绘图者通过图形把自己的意图“告诉”参数化程序参数化程序返回绘图者所需要的图形。它关心的是图形也就是图形数据库的内容边理解边操作因此运行起来简洁、明了实现起来也较方便。

  参数驱动是一种新的参数化方法其基本特征是直接对数据库进行操作。因此它具有很好的交互性用户可以利用绘图系统全部的交互功能修改图形及其属性进而控制参数化的过程与其他参数化方法相比较参数驱动方法具有简单、方便、易开发和使用的特点能够在现有的绘图系统基础上进行二次开发。而且适用面广对三维问题也同样适用。

  长期以来变量化方法只能在二维上实现三维变量化技术由于技术较复杂进展缓慢一直困扰着CAD厂商和用户。

  全国首届CAD应用工程博览会上一种新兴技术引起了与会者的广泛关注。这一被业界称为21世纪CAD领域具有革命性突破的新技术就是VGX。它是变量化方法的代表。

  VGX的全称为Variational Geometry Extended即超变量化几何它是由SDRC公司独家推出的一种CAD软件的核心技术。我们在进行机械设计和工艺设计时总是希望零部件能够让我们随心所欲地构建可以随意拆卸能够让我们在平面的显示器上构造出三维立体的设计作品而且希望保留每一个中间结果以备反复设计和优化设计时使用。VGX实现的就是这样一种思想。VGX技术扩展了变量化产品结构允许用户对一个完整的三维数字产品从几何造型、设计过程、特征到设计约束都可以进行实时直接操作。对于设计人员而言采用VGX就象拿捏一个真实的零部件面团一样可以随意塑造其形状而且随着设计的深化VGX可以保留每一个中间设计过程的产品信息。美国一家著名的专业咨询评估公司D.H.Brown这样评价VGX“自从10年前第一次运用参数化基于特征的实体建模技术之后VGX可能是最引人注目的一次革命。”。VGX为用户提出了一种交互操作模型的三维环境设计人员在零部件上定义关系时不再关心二维设计信息如何变成三维从而简化了设计建模的过程。采用VGX的长处在于原有的参数化基于特征的实体模型,在可编辑性及易编辑性方面得到极大的改善和提高。当用户准备作预期的模型修改时不必深入理解和查询设计过程。与传统二维变量化技术相比VGX的技术突破主要表现在以下两个方面。

  第一、VGX提供了前所未有的三维变量化控制技术。这一技术可望成为解决长期悬而未决的尺寸标注问题的首选技术。因为传统面向设计的实体建模软件无论是变量化的、参数化的还是基于特征的或尺寸驱动的其尺寸标注方式通常并不是根据实际加工需要而设往往是根据软件的规则来确定。显然这在用户主宰技术的时代势必不能令用户满意。采用VGX的三维变量化控制技术在不必重新生成几何模型的前提下能够任意改变三维尺寸标注方式这也为寻求面向制造的设计(DFM)解决方案提供了一条有效的途径。

  第二、VGX将两种最佳的造型技术棗直接几何描述和历史树描述结合起来从而提供了更为易学易用的特性。设计人员可以针对零件上的任意特征直接进行图形化的编辑、修改这就使得用户对其三维产品的设计更为直观和实时。用户在一个主模型中就可以实现动态地捕捉设计、分析和制造的意图。

  在SDRC公司1997年6月20日宣布的新版软件I-DEAS Master Series 5中已经用到了这一技术。而且这一产品自在美国宣布之日起已经在北美、欧洲和亚太等地区引起了不小的冲击波。福特汽车公司已经决定把I-DEAS Master Series 5软件应用到开发完整产品的数字样车的各个方面认为这一包含诸多新技术的产品是实现该公司“Ford 2000”目标的关键。在同年7月北京展览馆的全国首届CAD应用工程博览会上I-DEAS Master Series 5再度掀起热浪其VGX技术已经初露锋芒。

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