智能制造支持逆向創(chuàng)新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品模型組織逆向建模及產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)逆向建模及產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)1.當(dāng)前CAD造型基礎(chǔ)技術(shù)的回顧

從20世紀(jì)60年代開始，CAD造型技術(shù)經(jīng)歷了線框、自由曲面，發(fā)展到目前仍占據(jù)主流的基于約束的實(shí)體造型技術(shù)，而且主要是以PTC公司的Pro/E軟件為代表的參數(shù)化造型理論和以EDS公司軟件為代表的變量化造型理論兩大技術(shù)流派，它們都屬于基于約束的實(shí)體造型技術(shù)。參數(shù)化造型是由編程者預(yù)先設(shè)置一些幾何圖形約束，然后提供給設(shè)計(jì)者在造型時(shí)使用，與一個(gè)幾何相關(guān)聯(lián)的所有尺寸參數(shù)可以用來產(chǎn)生其他幾何。逆向建模及產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)

其主要特技術(shù)特點(diǎn)是：基于特征、全尺寸約束、尺寸驅(qū)動設(shè)計(jì)修改、全數(shù)據(jù)相關(guān)。下面將分別介紹一下各自特點(diǎn)的具體內(nèi)容。第一，基于特征，將某些具有代表性的平面幾何形狀定義為特征，并將其所有尺寸存為可調(diào)參數(shù)，進(jìn)而形成實(shí)體，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行更為復(fù)雜的幾何形體的構(gòu)造。第二，全尺寸約束，將形狀和尺寸聯(lián)合起來考慮，通過尺寸約束來實(shí)現(xiàn)對幾何形狀的控制。造型必須以完整的尺寸參數(shù)為出發(fā)點(diǎn)，不能漏注尺寸，也不能多注尺寸。第三，尺寸驅(qū)動設(shè)計(jì)修改，通過編輯尺寸數(shù)值來驅(qū)動幾何形狀的改變。第四，全數(shù)據(jù)相關(guān)，尺寸參數(shù)的修改導(dǎo)致其他相關(guān)模塊中的相關(guān)尺寸得以全盤更新。逆向建模及產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)

采用參數(shù)化技術(shù)可以克服自由建模的無約束狀態(tài)，幾何形狀均可通過尺寸的形式而牢牢地控制住。如零件形狀需要修改時(shí)，只需改變尺寸的數(shù)值，即可實(shí)現(xiàn)形狀上的改變，尺寸驅(qū)動已經(jīng)成為當(dāng)今造型系統(tǒng)的基本功能。

變量化技術(shù)或稱變量化設(shè)計(jì)，是在參數(shù)化的基礎(chǔ)上又做了進(jìn)一步改進(jìn)后提出的設(shè)計(jì)思想。變量化造型的技術(shù)特點(diǎn)是保留了參數(shù)化技術(shù)基本特征、全數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動設(shè)計(jì)修改的優(yōu)點(diǎn)，但在約束定義方面作了根本性改變，它將參數(shù)化技術(shù)中所需要定義的尺寸參數(shù)，進(jìn)一步區(qū)分為形狀約束和尺寸約束，而不是像參數(shù)化技術(shù)那樣只用尺寸來約束全部幾何，這樣將賦予設(shè)計(jì)修改更大的自由度。逆向建模及產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)

因?yàn)樵谛庐a(chǎn)品開發(fā)的概念設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者首先考慮的是設(shè)計(jì)思想及概念，并將其體現(xiàn)于某些幾何形狀之中。這些幾何形狀的準(zhǔn)確尺寸和各形狀之間的嚴(yán)格的尺寸定位關(guān)系，在設(shè)計(jì)的初期階段，還很還很難完全確定，所以自然希望在設(shè)計(jì)的初始階段允許尺寸約束的存在。此外，在設(shè)計(jì)初始階段，整個(gè)零件的尺寸基準(zhǔn)以及參數(shù)控制方式如何處理還很難決定，只有當(dāng)獲得更多具體概念時(shí)，一步步借助已知條件才能逐步確定怎樣處理才是最佳方案。逆向建模及產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)1）兩種技術(shù)的區(qū)別

參數(shù)化造型和變量化造型技術(shù)的基本區(qū)別在于約束的處理。參數(shù)化技術(shù)在設(shè)計(jì)全過程中將尺寸和形狀聯(lián)合起來一并考慮，通過尺寸約束來實(shí)現(xiàn)對幾何形狀的控制；而變量化技術(shù)是將形狀約束和尺寸約束分開處理。第二，參數(shù)化技術(shù)在非全約束時(shí)，造型系統(tǒng)不允許執(zhí)行后續(xù)操作；變量化技術(shù)由于可適應(yīng)各種約束狀況，操作者可以先決定所感興趣的形狀，然后再給一些必要的尺寸，尺寸是否注全并不影響后續(xù)的操作；第三，參數(shù)化技術(shù)的工程關(guān)系并不直接參與約束管理，而是另有單獨(dú)的處理器外置處理；在變量化技術(shù)中，工程關(guān)系可以作為約束直接與幾何方耦合，最后再通過約束解算器統(tǒng)一解算。逆向建模及產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)2）兩種技術(shù)的不同應(yīng)用場合

參數(shù)化系統(tǒng)特別適用于那些技術(shù)已相當(dāng)穩(wěn)定成熟的零配件行業(yè)，這樣的行業(yè)，零件的形狀改變很少，經(jīng)常只需采用類比設(shè)計(jì)，即形狀基本固定，只需改變一些關(guān)鍵尺寸就可以得到新的系列化設(shè)計(jì)結(jié)果。再者就是由二維到三維的抄圖式設(shè)計(jì)，圖紙往往是絕對符合全約束條件的。變量化系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域更寬闊一些。除了一般的系列化零件設(shè)計(jì)，變量化系統(tǒng)在做概念設(shè)計(jì)時(shí)特別得心應(yīng)手，比較適用于新產(chǎn)品開發(fā)、老產(chǎn)品改形設(shè)計(jì)這類創(chuàng)新式設(shè)計(jì)。逆向建模及產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)2.基于參數(shù)化的逆向建模表示

模型的外形幾何表示為參數(shù)化形式，這樣可以通過修改尺寸實(shí)現(xiàn)模型的修改，根據(jù)實(shí)物的外形幾何特點(diǎn)，將模型分為兩種類型，一是具有規(guī)則幾何特征的外形；二是自由曲面組成的復(fù)雜外形。對前者來說，角適宜采用參數(shù)化表示，而且也很容易實(shí)現(xiàn)；自由曲面從整體來說，較難表示為某種幾何及尺寸約束，但對一些具有特確定解析計(jì)算公式表示的曲面或曲線，仍可選擇參數(shù)化表示。因?yàn)橹苯訉θS模型建立參數(shù)化仍然存在困難，因此，目前的參數(shù)化造型都是先建立全尺寸約束二維草圖，通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃掠等幾何造型形成三維模型的。為將重建模型表現(xiàn)為參數(shù)化模型，應(yīng)將模型分解為由一系列特征和操作組合而成的三維形體，由于逆向建模多選擇曲面表示，因此參數(shù)化也主要針對曲面進(jìn)行。逆向建模及產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)3.基于