會計學1CAD技術基礎特征造型簡介特征造型是基于特征的造型方法。特征造型是近二十年來發(fā)展起來的一種新的造型方法，它是CAD第三次技術（參數(shù)化技術）革命的里程碑。特征(Feature)一詞的出現(xiàn)，最早是在一九七八年MIT的GossardD.C.所指導的SoltesJ.W的學士論文“AFeature-BasedRepresentationofPartsforCAD”中。第1頁/共42頁4.1特征定義從加工角度看，特征被定義為加工操作和工具有關的零部件形式以及技術特征；從形體建模角度看，特征是一組具有特定關系的幾何或拓撲元素；從設計角度看，特征又分為設計、分析和設計評價等。第2頁/共42頁實例設計特征第3頁/共42頁實例分析特征第4頁/共42頁實例工藝規(guī)程設計特征第5頁/共42頁實例數(shù)控加工特征第6頁/共42頁特征定義

特征的認識不同，至今尚無統(tǒng)一的特征定義，Shah指出一個特征所至少需要滿足以下幾個條件中的一個：零件的物理組成部分；可以映射到某一個具體的形狀；有工程意義；有可以預知的屬性。第7頁/共42頁一些組織機構對特征的定義

第8頁/共42頁特征定義通用定義：特征就是任何已被接受的某一個對象的幾何、功能元素和屬性，通過它們我們可以很好地理解該對象的功能、行為和操作。更為嚴格的定義也被使用：特征就是一個包含工程含義或意義的幾何原型外形。特征在此已不是普通的體素，而是一種封裝了各種屬性（attribute）和功能（function）的對象。特征是指描述產品信息的集合，也是設計或制造零、部件的基本幾何體。純幾何的實體與曲面是比較抽象的，將特征的概念引入的目的是增加實體幾何的工程意義。

第9頁/共42頁特征的作用

在CAD系統(tǒng)引入“特征”后，能夠起到以下三方面的作用：①表示設計意圖；②簡化傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)中繁瑣的造型過程；③從高層次上對具體的幾何元素如點、線、面進行封裝。第10頁/共42頁與前一代的幾何造型系統(tǒng)的區(qū)別1)過去的CAD技術從二維繪圖起步、經歷了三維線框、曲面和實體造型等發(fā)展階段，都是著眼于完善產品的幾何描述能力。而特征造型則是著眼于更好地表達完整的產品技術和生產管理信息，為建立產品的集成信息模型服務。它的目的是通過建立面向產品制造全過程的統(tǒng)一產品模型，替代傳統(tǒng)的產品設計方法以及技術文檔，使得—個工程項目或機電產品的設計和生產準備各個環(huán)節(jié)可以并行展開，信息流暢通。

2)它使產品設計工作在更高的層次上進行，設計人員的操作對象不再是原始的線條和體素，而是產品的功能要素，像螺紋孔、定位孔、鍵槽等。特征的引用直接體現(xiàn)了設計意圖，使得建立的產品模型容易為別人理解，設計的圖樣更容易修改，設計人員可以將更多精力放在創(chuàng)造性構思上。3)它有助于加強產品設計、分析、工藝準備、加工、檢驗各部門間的聯(lián)系，更好地將產品的設計意圖貫徹到各個后續(xù)環(huán)節(jié)并且及時得到后者的反饋，為開發(fā)新一代的基于統(tǒng)一產品信息模型的CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)奠定基礎。第11頁/共42頁4.2特征分類

從產品整個生命周期來看，可分為：設計特征、分析特征、加工特征、公差及檢測特征、裝配特征等；(STEP產品模型)從產品功能上，可分為：形狀特征、精度特征、技術特征、材料特征、裝配特征；從復雜程度上講，可分為：基本特征、組合特征、復合特征。第12頁/共42頁特征分類從工程應用的角度

1．形狀特征(FormFeature)2．裝配特征(AssemblyFeature)3．精度特征(PrecisionFeature)4．材料特征(MaterialFeature)5．分析特征(AnalysisFeature)6．補充特征(AdditionalFeature)第13頁/共42頁1．形狀特征形狀特征用于描述某個有一定工程意義的幾何形狀信息，是產品信息模型中最主要的特征信息之一。它是其他非幾何信息如精度特征、材料特征等的載體。非幾何信息作為屬性或約束附加在形狀特征的組成要素上。形狀特征又分為主特征和輔特征。主特征用于構造零件的主體形狀結構；輔特征則用于對主特征的局部進行修飾，它依附在主特征之上。輔特征又有正負之分，正特征向零件加材料，用來描述如凸臺、筋板等形狀實體；負特征向零件減材料，用來描述孔、槽之類的形狀。在輔特征中還包括修飾特征，用來表示印記和螺紋等。第14頁/共42頁2．裝配特征裝配特征用于表達零件的裝配關系，以及在裝配過程中所需的信息，包括位置關系、公差配合、功能關系、動力學關系等，有時也包括在裝配過程中生成的形狀特征，如配鉆等。第15頁/共42頁3．精度特征精度特征用于描述幾何形狀和尺寸的許可變動量或誤差，如尺寸公差、形位公差、表面粗糙度等。精度特征又可細分為形狀公差特征、位置公差特征、表面粗糙度等。第16頁/共42頁4．材料特征材料特征用于描述材料的類型、性能和熱處理等信息，如強度和延展性等力學特性、導熱性和導電性等物理化學特性、以及材料熱處理方式與條件(如整體熱處理、表面熱處理等)。第17頁/共42頁5．分析特征分析特征用于表達零件在性能分析時所使用的信息，如有限元網格劃分、梁特征和板特征等。也稱技術特征。第18頁/共42頁6．補充特征補充特征用于表達一些與上述特征無關的產品信息，如用于描述零件設計的GT(成組技術)碼等管理信息的特征，也可稱之為管理特征。第19頁/共42頁一般把形狀特征與裝配特征叫做造型特征，因為它們是實際構造出產品外形的特征。其他的特征稱為面向過程的特征，因為它們并不實際參與產品幾何形狀的構造，而屬于那些與生產環(huán)境有關的特征。第20頁/共42頁特征分類圖

第21頁/共42頁4.3基于特征的零件信息模型

第22頁/共42頁4.4特征造型系統(tǒng)實現(xiàn)模式

(1)特征交互定義(2)特征自動識別(3)基于特征的設計第23頁/共42頁特征創(chuàng)建方法第24頁/共42頁特征交互定義早期的造型系統(tǒng)。設計人員先用造型系統(tǒng)完成幾何造型，然后再進入特征定義系統(tǒng)，通過交互式的定義操作將特征信息附加到已有的幾何模型之上。這種方法實現(xiàn)簡單。有很多缺陷：①交互操作繁瑣，效率低；②特征信息與幾何模型無必然聯(lián)系，零件形狀發(fā)生改變，定義在其上的特征需重新定義。第25頁/共42頁特征自動識別設計人員首先進行幾何設計，然后通過一個特定領域的特征自動識別系統(tǒng)從幾何模型中識別或抽取特征。部分解決了實體造型系統(tǒng)與系統(tǒng)間信息交換的不匹配問題，提高了設計的自動化程度。有一定的局限性：①對簡單形狀特征的識別比較有效，當產品比較復雜時，特征識別就顯得很困難，甚至無效；②特征識別使形狀特征在形狀上得到了一定程度的表達，但形狀特征之間的關系仍無表達。第26頁/共42頁基于特征的設計目前特征造型系統(tǒng)最高實現(xiàn)方式。在這種方式下，系統(tǒng)采用具有特定應用含義的特征，為用戶提供更高層次的符合實際工程設計過程的設計概念和方法，因而使設計效率和設計質量大大提高。此外，在設計過程中還可方便地進行設計特征的合法性檢查、特征相關性檢查，并可組織更復雜的特征。第27頁/共42頁基于特征的設計特征的描述

?幾何形狀的表示；

?相關的處理機制；

?特征高層語意信息。面向對象的特征表示特征標示ID特征類型B-rep特征引用FDG參數(shù)與約束CBG特征操作第28頁/共42頁基于特征的產品描述

第29頁/共42頁基于特征的參數(shù)化設計

產品的描述是形狀特征的集合，產品的描述包含特征構成的描述和參數(shù)化變量的描述。約束通常可分為幾何約束和工程約束兩大類。幾何約束包括結構約束(也稱拓撲約束)和尺寸約束。第30頁/共42頁基于特征的參數(shù)化造型結構第31頁/共42頁4.5特征造型的關鍵技術幾何表達/顯示布爾操作幾何約束求解特征編碼第32頁/共42頁幾何約束求解數(shù)值代數(shù)方法；符號代數(shù)方法；推理方法；圖論方法；第33頁/共42頁特征編碼技術特征編碼技術（基礎）：從AutoCAD二維造型，到ACIS實體造型核心，沒有進行特征編碼會出現(xiàn)的問題。指針的直接引用是不能夠解決這個問題的，因為指針的直接引用畢竟是暫態(tài)的，因此是不穩(wěn)定和不可靠的。特征編碼思路：基于B-rep表示法，體——面——線——點，研究拓撲實體的命名規(guī)則，以確保零件在重構時，被引用的拓撲實體能夠被識別出來。特征編碼的主要功能：拓撲實體編碼、傳播、記錄和解碼。第34頁/共42頁4.6特征技術的發(fā)展基于知識的工程(KBE,KnowledgeBasedEngineering)行為建模(BM,BehaviorModeling)第35頁/共42頁KBEKBE的基本內涵是面向工程，以提高市場競爭力為目標，通過工程產品知識的繼承、繁衍、集成和管理，建立工程產品的分布式開放設計環(huán)境，并獲得創(chuàng)新能力的工程設計方法。由于KBE技術的開放性，迄今為止，尚無一種公認、完備的定義。KBE的特點：(1)KBE不僅是一個知識的處理過程，包含知識的繼承、繁衍、集成和管理，而且是產品創(chuàng)新設計的重要使能技術。

(2)KBE不僅能夠表示多種形式的知識，而且能夠處理多應用領域的知識，因而是集成化的大規(guī)模知識處理環(huán)境。

(3)KBE是面向工程產品全生命周期的系統(tǒng)集成，是一種開放的體系結構，對不同領域具有不同的解決方案。第36頁/共42頁UG/KFUG提供了知識驅動自動化（KnowledgeDrivenAutomation）解決方案，將KBE

系統(tǒng)與CAx軟件系統(tǒng)完全集成。KDA是一個能夠記錄、重復使用工程知識并用來驅動、建立、選擇和裝配相應的幾何模型的系統(tǒng)。這套解決方案包括UG/KF(KnowledgeFusion，知識融合)和一系列過程向導。UG中采用創(chuàng)成（Generative）和吸納機制（Adoption）將知識與CAx系統(tǒng)融合。特別是吸納機制解決了從現(xiàn)有的成熟產品與實踐中總結和反求知識的問題。使用Adoption可以為一個已存在的UG對象建立規(guī)則，使這個UG對象與規(guī)則相關。因為用KF語言建立復雜造型過于繁瑣，所以可以用交互方式進行幾何建模。對象建立后，使用Adoption，系統(tǒng)自動生成相應的規(guī)則，這個對象的參數(shù)定義為規(guī)則的屬性。規(guī)則通過屬性來控制對象。

第37頁/共42頁CATIAV5知識工程Knowledgeware在CATIAV5知識工程Knowledgeware包含以下7個分模塊。1.KnowledgeAdvisor：知識顧問

提供了捕捉工程知識作為嵌入特征、客戶化重構、參數(shù)利用、公式利用、規(guī)則利用、強力拷貝、定義關系以及反應特征等功能。2.KnowledgeExpert：知識專家

提供了檢測規(guī)則、規(guī)則導入、全局分析檢測、客戶化檢測報表、專家語言系統(tǒng)、規(guī)則編輯器、超限特征高亮以及對象條件庫等功能。3.ProductEngineering

Optimizer：產品工程優(yōu)化器提供了定義優(yōu)化過程、定義幾何約束、最值尋優(yōu)、實驗方法設計、實驗工具設計、生成優(yōu)化報表以及利用關系定義參數(shù)變化范圍等功能。4.ProductKnowledgeTemplate

產品知識模板提供了設計數(shù)據(jù)表格化分類、用戶特征定義目錄、特征搜尋、零件設計模板、裝配設計模板、創(chuàng)成式腳本語言以及交互式設計模板等功能。5.BusinessProcessKnowledge

Template：業(yè)務流程知識模板提供了工作環(huán)境創(chuàng)建、技術目標創(chuàng)建、行為創(chuàng)建、行為綜合、行為鏈接、問題檢測工具、創(chuàng)成式零件設計表格以及技術條件特征添加等功能。6.ProductFunction

Optimization：產品功能優(yōu)化提供了精確描述產品功能系統(tǒng)、可視化產品功能系統(tǒng)、產品功能系統(tǒng)識別、產品功能系統(tǒng)簡化、產品解決方案以及輸入輸出技術優(yōu)化文件等功能。7.ProductFunctionalDefinition

產品功能定義提供了創(chuàng)建圖形模板、定義行為組、創(chuàng)建系統(tǒng)、創(chuàng)建變量、零部件產品鏈接、編輯相關功能元件、圖形排列以及變量系統(tǒng)管理等功能。第38頁/共42頁ProE行為建模（BMX）

在要考慮多個設計目標時（如怎樣在減小材料壁厚的同時保持產品強度），手工求解優(yōu)化值可能是非常煩瑣和費時的。即使是這樣，我們也不能肯定獲得的就是最佳設計，原因是根本沒有如此之多的時間來計算所有可能合適的不同設計。

BMX利用設計研究功能能夠自動完成此過程。要執(zhí)行設計研究，只需定義工程目標，然后定義設計中的哪些方面是可變的，BM