第二章-产品数字化建模(新)资料课件

第第二二章章 产品数字化建模产品数字化建模ProductDigitalModeling2024/7/132第二章第二章 产品数字化建模产品数字化建模产品模型的描述与表示产品模型的描述与表示数字样机数字样机产品建模的基本方法产品建模的基本方法产品模型的显示产品模型的显示产品模型数据的交换产品模型数据的交换内容简介内容简介内容简介内容简介产品数字化模型产品数字化模型产品数字化模型产品数字化模型产品信息的载体，包含了产品功产品信息的载体，包含了产品功能信息、性能信息、结构信息、零件几何信息、装配信能信息、性能信息、结构信息、零件几何信息、装配信息、工艺和加工信息等息、工艺和加工信息等。数字化产品模型中，产品生命周期中不同阶段的人数字化产品模型中，产品生命周期中不同阶段的人员都可以获得所需的内容。员都可以获得所需的内容。本章本章本章本章主要介绍了主要介绍了如下方面内容如下方面内容如下方面内容如下方面内容：2024/7/133产产产产品品品品形形形形成成成成过过过过程程程程昨昨昨昨天天天天-今今今今天天天天-明明明明天天天天产品规划概念设计生产准备详细设计昨天昨天昨天昨天过程序列过程序列产品规划 概念设计 详细设计 生产准备PDM数字模型过程管理明天明天明天明天过程流过程流产品规划概念设计详细设计生产准备PDM今天今天今天今天过程链过程链第一节第一节产品模型的描述与表示产品模型的描述与表示2024/7/134产品的设计结果体现在两个方面，产品的设计结果体现在两个方面，一方面是产品的几何信息，一方面是产品的几何信息，它存储在它存储在IDMIDM系统中的数据集中系统中的数据集中；另一方面是产品的非几何信另一方面是产品的非几何信息，包括产品结构树和工艺信息，它存储于息，包括产品结构树和工艺信息，它存储于APLAPL系统中系统中。这两。这两部分信息密切相关、不可分割，其相关性是通过产品图号或部分信息密切相关、不可分割，其相关性是通过产品图号或零件号来实现的，由统一的系统来管理。零件号来实现的，由统一的系统来管理。产品产品数字化数字化模型模型几何信息几何信息非几何信息非几何信息IDMAPL图号、零件号图号、零件号2024/7/135采用一个单一的零件模型贯穿始终是不可能的设计过程的零件模型为主模型产品模型是一组有相互关系、反映不同阶段操作的模型组。2024/7/136分析仿真分析仿真概念设计概念设计结构设计结构设计几何设计几何设计产品设计产品设计产品设计的基本过程产品设计的基本过程一、产品设计阶段的模型描述与表示一、产品设计阶段的模型描述与表示2024/7/137产品装配模型产品装配模型概念设计阶段的模型概念设计阶段的模型零件几何模型零件几何模型产品仿真模型产品仿真模型产品设计模型产品设计模型产品设计阶段模型产品设计阶段模型2024/7/1381、概念设计阶段的模型、概念设计阶段的模型在产品概念设计阶段，主要从功能需求分析出发，初步提出产品在产品概念设计阶段，主要从功能需求分析出发，初步提出产品的设计方案，此时并不涉及产品的精确形状和几何参数设计。的设计方案，此时并不涉及产品的精确形状和几何参数设计。概念设计模型包括产品的方案构图、创新设计等。概念设计模型包括产品的方案构图、创新设计等。从数字化角度看从数字化角度看从数字化角度看从数字化角度看，概念设计是在一定的设计规范下，以方案报告、，概念设计是在一定的设计规范下，以方案报告、草图等形式完成设计的。这个阶段产生的方案视不同的产品对象草图等形式完成设计的。这个阶段产生的方案视不同的产品对象而不同。而不同。Guidelines2024/7/1392、零件几何模型、零件几何模型几几几几何何何何模模模模型型型型是是产产品品详详细细设设计计的的核核心心，是是将将将将概概概概要要要要设设设设计计计计进进进进行行行行详详详详细细细细化化化化的的的的关关关关键键键键内容内容内容内容，是所有后续工作的基础，也是，是所有后续工作的基础，也是最适合最适合最适合最适合计算机表示的产品模型。计算机表示的产品模型。几何模型用几何模型用二维二维二维二维或或三维三维三维三维模型表示。模型表示。在集成化在集成化CAD系统中，二维模型可以从三维模型投影得到，以便系统中，二维模型可以从三维模型投影得到，以便与三维模型保持一致性。除此之外，几何模型的非几何信息以与三维模型保持一致性。除此之外，几何模型的非几何信息以属性属性属性属性表表示。属性信息的定义以示。属性信息的定义以文本文本文本文本说明，并具有一定的结构。说明，并具有一定的结构。零件几何模型是详细设计阶段生产的零件几何模型是详细设计阶段生产的信息模型信息模型信息模型信息模型，是其他各阶段设计，是其他各阶段设计的的信息载体信息载体信息载体信息载体，通常作，通常作为为主模型主模型主模型主模型。所谓所谓主模型主模型主模型主模型是指以该模型为唯一数据源，其他模型以它为基础，派是指以该模型为唯一数据源，其他模型以它为基础，派生出其他各种模型。派生的过程实现了模型的演变。生出其他各种模型。派生的过程实现了模型的演变。2024/7/13103、产品仿真模型、产品仿真模型功能与性能仿真功能与性能仿真是利用计算机的是利用计算机的计算能力计算能力，采用，采用数值计算的方法数值计算的方法模拟模拟产品的功能或者性能，一般产品的功能或者性能，一般不能直接不能直接在详细设计阶段产生的零件几何模在详细设计阶段产生的零件几何模型上进行，必须进行一定的转换或者处理，建立符合仿真分析的模型。型上进行，必须进行一定的转换或者处理，建立符合仿真分析的模型。例如，有限元分析必须对例如，有限元分析必须对CAD实体模型进行前置处理，将其进行简化，实体模型进行前置处理，将其进行简化，网格划分，再赋予材料和施加载荷，然后才能进行求解计算，结果则通网格划分，再赋予材料和施加载荷，然后才能进行求解计算，结果则通过后置处理显示。过后置处理显示。产品仿真模型表达了产品仿真模型表达了仿真分析阶段的信息仿真分析阶段的信息，对产品性能进行校验，对产品性能进行校验，阶段成果包括图形、表格、数据、文本说明等各种形式。仿真分析的充阶段成果包括图形、表格、数据、文本说明等各种形式。仿真分析的充分利用，可以减少实际物理试验的次数，从而大大降低研制成本。分利用，可以减少实际物理试验的次数，从而大大降低研制成本。仿真技术广泛应用仿真技术广泛应用在产品设计、制造阶段，如设计阶段的各种有限元在产品设计、制造阶段，如设计阶段的各种有限元分析、运动机构分析等仿真系统，在制造阶段的铸造浇注仿真、锻造磨分析、运动机构分析等仿真系统，在制造阶段的铸造浇注仿真、锻造磨具仿真、数控加工过程仿真、装配仿真等。具仿真、数控加工过程仿真、装配仿真等。2024/7/1311Meshing几何实体模型几何实体模型有限元模型有限元模型在关键点处在关键点处约束约束实体模型实体模型沿线均布的压力沿线均布的压力在关键点加集中力在关键点加集中力在节点处约束在节点处约束FEA模型模型沿单元边界均布的压力沿单元边界均布的压力在节点加集中力在节点加集中力2024/7/13124、产品装配模型、产品装配模型装配模型装配模型装配模型装配模型需要表示产品的需要表示产品的结构关系、装配的物料清单、装配的约束结构关系、装配的物料清单、装配的约束结构关系、装配的物料清单、装配的约束结构关系、装配的物料清单、装配的约束关系、面向实际装配的顺序和路径规划关系、面向实际装配的顺序和路径规划关系、面向实际装配的顺序和路径规划关系、面向实际装配的顺序和路径规划等。等。(1)(1)装配结构树装配结构树装配结构树装配结构树：装配结构模型反映产品：装配结构模型反映产品 总体结构总体结构总体结构总体结构，初始设计可以，初始设计可以不涉及具体的几何信息，而仅仅表示产品的功能结构、层次结构以不涉及具体的几何信息，而仅仅表示产品的功能结构、层次结构以及设计的关键参数。及设计的关键参数。装配体装配体子装配体子装配体2子装配体子装配体1子装配体子装配体3零件零件1零件零件2零件零件3零件零件4零件零件5零件零件6零件零件7装配结构树装配结构树装配结构树装配结构树2024/7/1313（2 2）属性信息表）属性信息表）属性信息表）属性信息表：属性信息用来表示产品的：属性信息用来表示产品的非几何信息。非几何信息。例如，产品名称、规格、零件材料、加工方法、重量、模型设计例如，产品名称、规格、零件材料、加工方法、重量、模型设计者等。者等。（3 3）装配约束模型）装配约束模型）装配约束模型）装配约束模型：装配约束模型包括：装配约束模型包括装配特征描述、装配关装配特征描述、装配关系描述、装配操作描述以及装配约束参数系描述、装配操作描述以及装配约束参数。（4 4）装配规划模型）装配规划模型）装配规划模型）装配规划模型：装配规划模型用于：装配规划模型用于装配顺序规划和路径规装配顺序规划和路径规划划，前者给出一个实际可行的零件装配顺序，后者给出零件装配的，前者给出一个实际可行的零件装配顺序，后者给出零件装配的可行路径，并对装配设计进行可行路径，并对装配设计进行分析分析和评价。和评价。2024/7/1314数控加工模型数控加工模型工艺信息模型工艺信息模型工装模型工装模型产品制造阶段模型产品制造阶段模型产品制造阶段模型产品制造阶段模型二、产品制造阶段的模型描述与表示二、产品制造阶段的模型描述与表示2024/7/13151、工艺信息模型、工艺信息模型工艺信息模型工艺信息模型工艺信息模型工艺信息模型为CAPP提供基本信息提供基本信息，涉及工艺过程、数据繁杂、种类多，不同企业的工艺信息模型差别大，具有不同的模型结构和内容。根据零件加工要求和尺寸、粗糙度、公差、基准、加工方法等信息，建立工艺信息模型。这些基本模型信息构成了编制工艺规划的基础数据。工艺设计的数据来源于详细设计阶段产生的几何模型、装配模型几何模型、装配模型，在此基础上，还需要设备资源、工装资源等来实现工序的编制。2、工装模型、工装模型工装设计工装设计工装设计工装设计包括刀具、夹具、模具、量具的设计以及产品零件在制造过程中的不断演化产生的中间状态模型中间状态模型。在工装设计过程中，依据零件在加工过程中的变化，需要建立相应的模型之间的关系。工装模型包含了两大部分：工装设备模型工装设备模型工装设备模型工装设备模型：刀具、夹具、模具、量具的设计和制造模型。产品过程模型产品过程模型产品过程模型产品过程模型：零件在制造过程演变的模型。包括几何形状和其他相关的工艺信息。2024/7/1316工艺信息模型工艺信息模型-加工工艺流程刀路加工工艺流程刀路2024/7/13173、数控加工模型、数控加工模型数控加工模型数控加工模型数控加工模型数控加工模型是指数控加工涉及的是指数控加工涉及的模型模型和产生的相应和产生的相应NC程序程序。一个复杂零件的数控加工程序生成，一个复杂零件的数控加工程序生成，按照按照加工方法加工方法加工方法加工方法，有数控车、数控铣等加工；，有数控车、数控铣等加工；按照按照工艺要求工艺要求工艺要求工艺要求，有粗加工、精加工、清根等各种操作；，有粗加工、精加工、清根等各种操作；其中程序内部蕴含了工艺信息和加工方法，如粗糙度、公差选择、加其中程序内部蕴含了工艺信息和加工方法，如粗糙度、公差选择、加工方式、加工路线、刀具等。程序最后计算得出加工刀具轨迹，并经工方式、加工路线、刀具等。程序最后计算得出加工刀具轨迹，并经过后置处理产生机床代码。这些信息构成了加工模型。过后置处理产生机床代码。这些信息构成了加工模型。复杂产品的上述各种信息模型是非常庞大的，相关关系也非常复杂，复杂产品的上述各种信息模型是非常庞大的，相关关系也非常复杂，通常在通常在PDM平台上进行统一管理。平台上进行统一管理。2024/7/1318第二节第二节数字样机数字样机数字样机数字样机（DigitalMockUp，DMU）的概念目前还没有统一的定）的概念目前还没有统一的定义，它是相对于义，它是相对于物理样机物理样机在计算机上表达的在计算机上表达的产品数字化模型产品数字化模型。在计算机上与样机相关的产品数字化模型的名称有数字样机、电子样在计算机上与样机相关的产品数字化模型的名称有数字样机、电子样机、虚拟样机等，这些都是直接利用了模型的表达形式（电子化、数机、虚拟样机等，这些都是直接利用了模型的表达形式（电子化、数字化、虚拟模型）而得出的。字化、虚拟模型）而得出的。一、物理样机与数字样机一、物理样机与数字样机用物质材料制作的产品模型一般称为用物质材料制作的产品模型一般称为物理模型物理模型（或（或物理样机物理样机与与实物实物样机样机）。2024/7/1319管路设计管路设计强度分析强度分析结构分析结构分析数字预装配数字预装配CAM装配过程仿真装配过程仿真装配过程仿真装配过程仿真2024/7/1320 一个完整的产品虚拟样机应包含如下几个内容：一个完整的产品虚拟样机应包含如下几个内容：所有零部件的三维所有零部件的三维CADCAD模型及各级装配体。三维模型应参数化、适合于模型及各级装配体。三维模型应参数化、适合于变形设计、适合于部件模块化。变形设计、适合于部件模块化。与三维与三维CADCAD模型相关联的二维工程图。模型相关联的二维工程图。三维装配体适合运动结构分析、有限元分析、优化设计分析。三维装配体适合运动结构分析、有限元分析、优化设计分析。形成基于三维形成基于三维CADCAD的的PDMPDM结构体系。结构体系。从虚拟样机制作过程中摸索出定制产品的开发模式及所遵循的规律。从虚拟样机制作过程中摸索出定制产品的开发模式及所遵循的规律。虚拟样机的制作过程就是基于三维虚拟样机的制作过程就是基于三维CADCAD的产品开发体系建立的过程。的产品开发体系建立的过程。三维整机的检测与试验。三维整机的检测与试验。二、数字样机的主要内容二、数字样机的主要内容2024/7/1321 初期初期 应以三维应以三维CADCAD（例如（例如CATIACATIA、UGUG等）为设计等）为设计平台，建立典型产品的全参数化三维实体模型，平台，建立典型产品的全参数化三维实体模型，进行干涉和碰撞检查、装配规划等。包括由三进行干涉和碰撞检查、装配规划等。包括由三维模型转化建立完全关联的二维工程图；建立维模型转化建立完全关联的二维工程图；建立描述产品的物理数据，如基本属性、明细表信描述产品的物理数据，如基本属性、明细表信息等，为息等，为PDMPDM管理提供基础数据。管理提供基础数据。三、建立产品数字样机的过程三、建立产品数字样机的过程2024/7/1322 中期中期：建立基于三维模型的产品分析、加工及管理过程，进建立基于三维模型的产品分析、加工及管理过程，进行产品的运动和动力学分析，了解运动构件工作时的运动协调关行产品的运动和动力学分析，了解运动构件工作时的运动协调关系、运动范围、可能的运动干涉、产品动力学性能、强度和刚度系、运动范围、可能的运动干涉、产品动力学性能、强度和刚度等；实现虚拟加工，对加工工艺进行模拟，以检验产品设计的合等；实现虚拟加工，对加工工艺进行模拟，以检验产品设计的合理性、可加工性，加工方法、机床和工艺参数的选用，以及加工理性、可加工性，加工方法、机床和工艺参数的选用，以及加工过程中可能出现的加工缺陷，为过程中可能出现的加工缺陷，为CAMCAM提供数据模型。并且通过提供数据模型。并且通过PDMPDM系统实现产品开发过程管理，在一个设计周期内跟踪所有设计事系统实现产品开发过程管理，在一个设计周期内跟踪所有设计事务和数据的活动，并为设计进程的自动管理提供必要的支持。务和数据的活动，并为设计进程的自动管理提供必要的支持。2024/7/1323 远期远期：通过虚拟样机显示产品的外观、内部结构、装配和维通过虚拟样机显示产品的外观、内部结构、装配和维修过程、使用方法、工作过程、工作性能等。有关人员可以浏览修过程、使用方法、工作过程、工作性能等。有关人员可以浏览产品的图形与非图形数据，充分发挥三维模型的作用。如利用具产品的图形与非图形数据，充分发挥三维模型的作用。如利用具有真实效果的产品结果显示和效果配置功能的效果图，可来探测、有真实效果的产品结果显示和效果配置功能的效果图，可来探测、确定各类用户对产品规格、性能、外观等的需求，实现用户驱动、确定各类用户对产品规格、性能、外观等的需求，实现用户驱动、用户定制；在互联网上发布需要的配套零部件，获得供应商的电用户定制；在互联网上发布需要的配套零部件，获得供应商的电子数据，进行电子模装，验证产品的正确性。子数据，进行电子模装，验证产品的正确性。2024/7/1324四、虚拟现实（四、虚拟现实（VR）技术）技术虚拟现实（虚拟现实（Virtual RealityVirtual Reality，VR VR）技术，融合了数字图像处理、计）技术，融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，从而大技术等多个信息技术分支，从而大大推进了计算机技术的发展。大推进了计算机技术的发展。虚拟现实系统就是要利用各种先进虚拟现实系统就是要利用各种先进的硬件技术及软件工具，设计出合的硬件技术及软件工具，设计出合理的硬件、软件及交互手段，使参理的硬件、软件及交互手段，使参与者能交互式地观察和操纵系统生与者能交互式地观察和操纵系统生成的虚拟世界。成的虚拟世界。2024/7/1325多感知性多感知性(Multi-Sensory)(Multi-Sensory)所谓多感知是指除了一般计算机技术所谓多感知是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。浸没感浸没感(Immersion)(Immersion)指用户感到作为主角存在于模拟环境中的指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。真实程度。交互性交互性(Interactivity)(Interactivity)指用户对模拟环境内物体的可操作程度指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性包括实时性)。构想性构想性(Imagination)(Imagination)强调虚拟现实技术应具有广阔的可想像空强调虚拟现实技术应具有广阔的可想像空间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。虚拟现实技术的主要特征虚拟现实技术的主要特征2024/7/1326虚拟现实系统示意图虚拟现实系统示意图2024/7/1327五、虚拟现实应用举例五、虚拟现实应用举例虚拟维修性分析系统框架虚拟维修性分析系统框架2024/7/1328虚拟维修性分析系统原理虚拟维修性分析系统原理2024/7/1329沉浸式虚拟现实演示系统沉浸式虚拟现实演示系统2024/7/1330简单的虚维修实例演示简单的虚维修实例演示 -负重轮，平衡肘的拆卸负重轮，平衡肘的拆卸序序号号工作内容工作内容数量数量工具工具1 1选定负重轮选定负重轮2 2端端盖盖螺螺母母拆拆卸卸（虚虚拟拟人人拆拆卸卸一个，其余示意）一个，其余示意）6 6套套筒筒，扳手扳手3 3卸下端盖卸下端盖1 14 4卸下内部花螺母卸下内部花螺母1 15 5拆下负重轮置于地面拆下负重轮置于地面1 16 6拧下支撑套上的螺栓拧下支撑套上的螺栓7 7卸下平衡肘卸下平衡肘8 8悬挂拉臂悬挂拉臂2024/7/1331 图2 虚拟人的性别、身高、体重参数 首先建立虚拟维修环境虚拟维修环境如图1所示：其中采用的虚拟人的性别、身高、体重等如图2所示：图1 虚拟维修环境2024/7/1332根据拆卸方案，采用的维修工具为套筒、扳手，它们的体积，质量，密度分别如图3、图4所示：图3 套筒参数 图4 扳手参数2024/7/13331、可可视视性性分分析析：当虚拟人的目光集中在图5位置时，得到虚拟人的在当前维修姿势下可视范围如图6所示，可见，维修部分全在可视范围内：图5 视点图图6 可视范围 2024/7/1334 2、可可达达性性分分析析：虚拟人的在当前维修姿势下，右手拿维修工具，此时右手的可达范围如图7所示，可见，右臂可以到达负重轮中维修需要接触的各个部分，但是，当要拆卸平衡肘时，虚拟人已经够不到悬挂拉臂的部位，如图8所示，因此，维修人员需要在卸下负重轮后，向前移动，才能进行平衡肘的拆卸工作：图7 右手可达范围 图8 右手可达范围2024/7/13353、受受力力和和力力矩矩分分析析：在承受外载荷的情况下，人体各关节的受力（力矩）情况，对判断能否完成维修任务至关重要。图9、图10为人体在该种姿态下，右臂的受力和力矩情况。图 9 虚拟人当前状态 图 10受力和力矩 2024/7/13364、疲疲劳劳分分析析：在一定的工作时间内，给出任务循环的次数，完成任务的时间以及间歇时间，分析人体是否有足够的时间恢复疲劳，在该次任务完成过程中，结果如图11所示，在规定时间内维修人员能够恢复疲劳：图11 分析结果 2024/7/1337随着计算机技术的发展，目前已经可以随着计算机技术的发展，目前已经可以用计算机建立全机的外形数学模型，用来精确地定义飞机的几用计算机建立全机的外形数学模型，用来精确地定义飞机的几何形状，在此阶段可以省去制作一些标准样件。这是建立飞机何形状，在此阶段可以省去制作一些标准样件。这是建立飞机产品三维数字模型的产品三维数字模型的第一步第一步第一步第一步。今后可使飞机产品（包括制造工。今后可使飞机产品（包括制造工装）全部进行三维数字化几何建模，加上产品结构（产品结构装）全部进行三维数字化几何建模，加上产品结构（产品结构树）的建模，构成真正的电子产品样件，可以方便地进行数字树）的建模，构成真正的电子产品样件，可以方便地进行数字化预装配，为虚拟制造构筑良好的环境。化预装配，为虚拟制造构筑良好的环境。数字样机在飞机方面的应用数字样机在飞机方面的应用2024/7/13382024/7/1339第三节第三节 产品建模的基本方法产品建模的基本方法一、参数化特征建模一、参数化特征建模1、几何模型类型、几何模型类型鼠标实体造型图车床刀架线框造型图鼠标曲面模型图二维设计二维设计线框建模线框建模曲面模型曲面模型实体建模实体建模2024/7/13401 1）线框模型）线框模型立方体的线框模型图立方体的线框模型图立方体棱边和顶点的关系立方体棱边和顶点的关系2024/7/1341线框模型的顶点表线框模型的顶点表 顶点顶点坐标值坐标值V1V2V7V8100111000011线框模型的棱线表线框模型的棱线表棱线棱线顶点号顶点号e1e2e3e10e11e121233412347852024/7/1342线框建模的优点线框建模的优点所需信息最少，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。握，处理时间短。线框建模的局限性线框建模的局限性几何意义的二义性几何意义的二义性。结构体的空间定义缺乏严密性结构体的空间定义缺乏严密性拓扑关系缺乏有效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、物性计算描述的结构体无法进行消隐、干涉检查、物性计算2024/7/13432 2）表面模型）表面模型表面建模的过程表面建模的过程2024/7/1344表面建模举例说明表面建模举例说明面号面号面上线号面上线号线数线数I4、3、2、14II8、12、4、94III8、7、6、54IV6、11、2、104V7、11、3、124VI5、9、1、104立方体的面表立方体的面表2024/7/1345表面建模的特点表面建模的特点（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生成数控加工指令。（2）在物体性能计算方面，表面建模中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来说，采用扫描等方法也可实现对零件进行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。（4）曲面建模事实上是以蒙面的方式构造零件形体，因此容易在零件建模中漏掉某个甚至某些面的处理，这就是常说的“丢面”。同时依靠蒙面的方法把零件的各个面贴上去，往往会在两个面相交处出现缺陷，如重叠或间隙，不能保证零件的建模精度。所以表面建模不具备零件的实体特征,不能进行物理特性计算。2024/7/13463 3）实体模型）实体模型（1 1）定义）定义实体建模是定义一些基本体素，通过基本体素的集合运算集合运算或变形操作变形操作生成复杂形体的一种建模技术，其特点在于三维立体的表面与其实体同时生成。由于实体建模能够定义三维物体的内部结构形状，因此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。（2 2）实体建模的优点）实体建模的优点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。（3 3）实体建模的方法实体建模的方法按照物体生成的方法不同可分为体素法体素法扫描法扫描法2024/7/1347（4 4）实体模型的表示方法）实体模型的表示方法 与表面建模不同，三维实体建模在计算机内部存贮的信息不是简单的边线或顶点的信息，而是准确、完整、统一地记录了生成物体的各个方面的数据。（5 5）常见的实体建模表示方法）常见的实体建模表示方法 边界表示法边界表示法构造立体几何法构造立体几何法混合表示法混合表示法空间单元表示法空间单元表示法2024/7/1348 （1 1）特征建模定义）特征建模定义 特征建模是一种建立在实体建模的基础上，利用特征的概念面向整个产品设计和生产制造过程进行设计的建模方法，它不仅包含与生产有关的信息，而且还能描述这些信息之间的关系。（2 2）特征的图例特征的图例2、特征建模、特征建模2024/7/1349（3）特征建模中特征分类）特征建模中特征分类l形状特征形状特征l材料特征材料特征l装配特征装配特征l精度特征精度特征、尺寸公差特征、尺寸公差特征 、形状公差特征、形状公差特征 、位置公差特征、位置公差特征 、表面粗糙度特征、表面粗糙度特征2024/7/1350（4）特征建模系统）特征建模系统2024/7/13513、特征建模举例、特征建模举例 所谓“基于特征”是指，在Pro/E中，用户是通过按顺序定义若干特征来创建零件模型的，这些特征包括拉伸（Protrusion）、扫描（Sweep）、孔（Hole）、圆角（Round）等。下面图片所示的零件即由3个特征构成，它们分别是旋转特征、圆角特征和孔特征。2024/7/1352根据零件的基本形状绘制截面图2024/7/1353利用旋转特征创建零件主体2024/7/1354为零件的选定边缘增加圆角特征2024/7/1355通过阵列孔特征为零件增加孔2024/7/13564、参数化设计、参数化设计 1985年，德国的DornierGmbH公司与CADAM公司成功开发了CADAM系统。其中，IPD软件系统是最初的二维参数化CAM系统，它的应用使设计效率大为提高；而后将参数化真正应用于生产实际的则是美国PTC公司的Pro/E软件。Pro/E是第一款引入参数化设计的模型设计软件。是第一款引入参数化设计的模型设计软件。参数化设计参数化设计一般是指设计对象的结构形状基本不变，而用一组参数来约定尺寸关系。参数与设计对象的控制尺寸有显式对应关系，设计结果的修改受尺寸驱动，因此参数的求解较简单。参数化设计的主要特点主要特点如下：（）基于特征。（）全尺寸约束。（）尺寸驱动实现设计修改。（）全数据相关。2024/7/1357最初的截面形状与尺寸此时创建的零件2024/7/1358修改截面形状与尺寸2024/7/1359零件的形状被自动修改2024/7/13605、变量化设计、变量化设计变量化技术变量化技术是在参数化技术参数化技术的基础上作了进一步改进后提出的设计思想，它保留了参数化技术基于特征、全数据相关和尺寸驱动的优点，但在约束定义上做了根本改变约束定义上做了根本改变，变量化技术将参数化技术中所需定义的尺寸参数进一步区分为形状约束和尺寸约束，在设计的初始阶段，允许欠尺寸约束项。参数化和变量化造型方法都是使用约束来定义和修改模型，所不同的是参数化造型使用“全约束”方法构造模型，而变量化造型使用“欠约束”方法构造模型。2024/7/1361二、数字化定义二、数字化定义数字化定义是对产品模型进行详细定义，甚至包括数字化流程的定义。不同阶段的模型定义内容不同，所提供的功能和定义工具亦不同。在详细设计阶段的定义工具比较容易用计算机实现，而有些定义必须用规范和标准的形式确定。2024/7/1362产产品品数数字字化化定定义义流流程程图图2024/7/1363三、装配建模三、装配建模（1）自底向上设计（）自底向上设计（Bottom-up）该方法是模仿产品的实际生产过程的装配方法，即先制造零件，后进行装配。该方法是模仿产品的实际生产过程的装配方法，即先制造零件，后进行装配。自底向上设计自底向上设计1）装配建模方法）装配建模方法2024/7/13642自顶向下设计（自顶向下设计（Top-down）该方法是模仿产品的开发过程，先定义产品的功能要求与整体外形，再逐层划分组成产品的部件，并勾画出这些部件的大致结构与尺寸，直到最下层的零件。自顶向下设计过程自顶向下设计过程2024/7/13652）装配模式）装配模式1多组件装配（多组件装配（Multi-Pares）多组件装配将参与装配零件的所有数据复制到装配中，装配模型中的零件与被复制的零件没有关联性。同时，由于装配模型要复制所有零件的数据，需占用较大的内存空间，当组件较多时，会影响装配速度。2虚拟装配（虚拟装配（VirtualAssembly）虚拟装配是利用零部件之间的引用和链接关系形成的装配。具有如下优点：（1）由于是链接零件而不是复制零件到装配，装配时需要的内存空间小；（2）装配中不需要编辑的下层零件可简化显示，提高了显示速度；（3）当组成装配的零件修改时，装配会自动更新。2024/7/13663）装配结构关系表达）装配结构关系表达在装配造型过程中，各个零部件之间的关系通过装配结构关系进行反映。装配体中的层次和约束等结构关系可以用装配树来表达。装配树2024/7/1367第四节第四节产品模型的显示产品模型的显示一、图形显示在数字化产品中的作用一、图形显示在数字化产品中的作用一、图形显示在数字化产品中的作用一、图形显示在数字化产品中的作用图形显示技术图形显示技术图形显示技术图形显示技术是数字化产品开发的重要方法，它将产品以不同的形式显示是数字化产品开发的重要方法，它将产品以不同的形式显示呈现给用户。呈现给用户。1 1、产品可视化、产品可视化、产品可视化、产品可视化根据工程需要，产品模型的可视化可以采用不同的显示方法，这些方法都是利根据工程需要，产品模型的可视化可以采用不同的显示方法，这些方法都是利用图形学原理将几何模型变换成图像信息。用图形学原理将几何模型变换成图像信息。2024/7/1368（1 1）线框图）线框图）线框图）线框图2024/7/1369（2 2）隐藏线为虚线图）隐藏线为虚线图）隐藏线为虚线图）隐藏线为虚线图2024/7/1370（3 3）隐藏线为不可见图）隐藏线为不可见图）隐藏线为不可见图）隐藏线为不可见图2024/7/1371（4 4）着色图）着色图）着色图）着色图2024/7/1372第五节第五节产品模型数据的交换产品模型数据的交换一、产品模型数据交换的意义一、产品模型数据交换的意义一、产品模型数据交换的意义一、产品模型数据交换的意义现代产品研制已经呈现出多企业和全球化协同作业的趋势，不同企业或现代产品研制已经呈现出多企业和全球化协同作业的趋势，不同企业或部门根据承担项目的不同，都配置了不同的软件环境，因此造成了环境异构，部门根据承担项目的不同，都配置了不同的软件环境，因此造成了环境异构，包括操作系统、包括操作系统、CAD和和CAM软件、分析软件等，甚至软件、分析软件等，甚至PDM系统。这些异构系统。这些异构环境构成了部门、企业之间信息共享障碍，使得数字化设计制造的信息流中环境构成了部门、企业之间信息共享障碍，使得数字化设计制造的信息流中断。例如，不同断。例如，不同CAD之间、之间、CAD和和CAE之间、之间、CAD和和CAM之间模型的不同之间模型的不同重用性将导致可能重复建模，集成度差。因此需要建立一个统一的、支持不重用性将导致可能重复建模，集成度差。因此需要建立一个统一的、支持不同应用系统的产品信息描述和交换标准，实现产品模型数据的共享。同应用系统的产品信息描述和交换标准，实现产品模型数据的共享。20世纪世纪80年代初以来，国外对数据交换标准做了大量的研究、制定工作，年代初以来，国外对数据交换标准做了大量的研究、制定工作，也产生了许多标准，如美国的也产生了许多标准，如美国的DXF,IGES,ESP,PDES,德国的德国的SET,法国的法国的VDAIS,VDAFS及及ISO的的STEP等。这些标准都为等。这些标准都为CAD及及CAM技术在各国的推技术在各国的推广应用起到了极大的促进作用。随着标准化工作的开展，有些标准被淘汰，广应用起到了极大的促进作用。随着标准化工作的开展，有些标准被淘汰，有些标准已很少使用。目前以有些标准已很少使用。目前以图形数据交换图形数据交换为代表的标准成为产品数据交换为代表的标准成为产品数据交换的主流。的主流。2024/7/1373二、常用的文件交换类型二、常用的文件交换类型二、常用的文件交换类型二、常用的文件交换类型目前以图形数据为代表的标准较为成熟，它也是各目前以图形数据为代表的标准较为成熟，它也是各CAD系统交换数据的系统交换数据的主要形式。常用的标准包括：主要形式。常用的标准包括：（1）IGES(InitialGraphicsExchangeSpecification):初始图形交换规范。初始图形交换规范。（2）STEP(StandardfortheExchangeofProductModelDate):产品模产品模型数据交换标准。型数据交换标准。（3）DXF(DataExchangeFile)：数据交换文件。它是一种事实上的标：数据交换文件。它是一种事实上的标准，由美国准，由美国AUTODESK公司制定的面向二维公司制定的面向二维CAD模型交换标准。模型交换标准。此外还有一些专用的交换接口，例如此外还有一些专用的交换接口，例如UG-CATIA之间的交换接口，用之间的交换接口，用于网络环境的于网络环境的VRML标准等。标准等。2024/7/1374CAPP/CAMCAPP/CAM2024/7/1375作业题：作业题：1、什么是参数化设计？请说明参数化设计在产品设计中的意义。2、什么是特征设计？请举例说明。2024/7/1376本章结束本章结束ThankYou！