外文翻譯--基于特征模型的柔性構(gòu)造及修改 中文版

1、<p>　　基于特征模型的柔性構(gòu)造及修改</p><p>　　何曉朝，張鐵昌，高光韜</p><p>　　計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/西北綜合性大學(xué)，計(jì)算機(jī)輔助制造研究中心</p><p>　　摘要：一種新方法提議引起靈活的基于特點(diǎn)的模型(FFBM), 這可被任意地修改。用BRep / CSFG / FRG 混合模式可以用來描述這種模型FFBM：用BRep明確地確定模

2、型，用CSFG(有建設(shè)性的固體特征的幾何學(xué))來記錄特征的塑造程序，用FRG(特征關(guān)系圖) 可以反映出不同的特征種類之間的關(guān)系，拓?fù)渌阕优c局部可循環(huán)利用的算法通過拓?fù)洳僮鞅碓敿?xì)追蹤(TOL)一起可以實(shí)現(xiàn)特征增加，。因此，F(xiàn)FBM直接在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫里可以被修改。有關(guān)特征連鎖反應(yīng)和易變的拓?fù)潢P(guān)系在設(shè)計(jì)修改過程均有效，在此之后，粘附在產(chǎn)品信息上的特征信息將不丟失。而且，一個(gè)特征的修改可以也有像增加一個(gè)特征那樣快。</p><p

3、>　　關(guān)鍵詞：柔性設(shè)計(jì)，拓?fù)洳僮鞅?，特征模?lt;/p><p><b>　　0 介紹</b></p><p>　　參數(shù)化設(shè)計(jì)導(dǎo)致參數(shù)的修改和變化。到目前為止，因?yàn)閰?shù)化設(shè)計(jì)，許多方法學(xué)得到了發(fā)展。Liuis Solano et al 提議一種有建設(shè)性的基于限制的方法，它能記錄由用戶定義對(duì)象相互作用的順序并且能創(chuàng)造一般的模型CPSM(有建設(shè)性的參數(shù)固態(tài)模型)。Hi

4、llyard R C et al曾提出數(shù)值限制解法，他把具有某種特征的全部尺寸約束翻譯成為一套方程式。另一種方法是建立在一個(gè)基于一套限制條件的幾何學(xué)模型的一個(gè)專家系統(tǒng)。幾乎所有上述方法都有他們各自的缺陷。而這種建設(shè)性的方法CPSM使用效率低，因?yàn)镃PSM的修改要求再做所有開始已做的工作。而且，重新再做這個(gè)操作需要新特征，這除了需要不同的幾何學(xué)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫地址，在設(shè)計(jì)過程中還要與它相似的特征共享相同的拓?fù)潢P(guān)系，這樣將會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品信息的丟失。

5、因此CPSM不能直接被用于基于特征的設(shè)計(jì)。數(shù)值限制解法需要?jiǎng)?chuàng)造許多的方程式和帶有很多的幾何學(xué)元素和約束的變量這樣一來它的計(jì)算的費(fèi)用是昂貴的。專家系統(tǒng)分析法需要的是簡單的模塊，不支持繁冗的設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　在本文，提到一種新的設(shè)計(jì)方法叫柔性設(shè)計(jì)法。這是特征表示法的合理的組合, 以塑造特征的工具和算法為特色有利于設(shè)計(jì)時(shí)參數(shù)的修改。在這種方法中，設(shè)計(jì)時(shí)參數(shù)的修改在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫同樣有效，并且不必重做開始已做的

6、工作。 在修改之后，粘貼在產(chǎn)品上的信息將不會(huì)丟失。另外，有關(guān)的特征和易變的拓?fù)涞倪B鎖反應(yīng)在設(shè)計(jì)修改過程中同樣支持。我們把這種方法運(yùn)用在基于特征的塑造原型系統(tǒng)中并且達(dá)到了更好的效果。</p><p>　　1 BRep / CSFG / FRG 混合模式</p><p>　　BRep/CSG 混合的方法通常用在描述固態(tài)模型過程中。它結(jié)合BRep和CSG的優(yōu)勢(shì)并且克服他們各自的不利條件。但是在

7、基于特征的模型里存在著約束和相互作用，這是BRep/CSG所不能描述的。因此在這篇文章里FRG將提出描述全部不同的特征之間的關(guān)系。更進(jìn)一步，當(dāng)一個(gè)特征被描述為一套表面時(shí)，傳統(tǒng)的CSG應(yīng)該被作為CSFG改進(jìn)，因?yàn)橐粋€(gè)模型一般被描述為一個(gè)固體。然后用BRep / CSFG / FRG混合法來描述特征模型。BRep，CSFG 和FRG之間用能分辨一個(gè)特征和其它特征專有的符號(hào)來連結(jié)。 一個(gè)特征模型用BRep表示如圖1 a 所示。這些特征標(biāo)識(shí)一起

8、儲(chǔ)存表面節(jié)點(diǎn)。BRep，CSFG和FRG之間的連接關(guān)系如圖1 b所示。</p><p>　　圖1 特征模型的BRep/CSFG/FRG結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　2 特征設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2．1 設(shè)計(jì)特征分類和表示法</p><p>　　基于特征的構(gòu)造的途徑內(nèi)出現(xiàn)各種各樣的工程概念，例如箱體，

9、孔，等等；在這里，只考慮特征形狀，這被叫為特征設(shè)計(jì)的方法可分成以下的3 種：</p><p>　　正特征(PF)，例如，箱體，肋板等等</p><p>　　負(fù)特征(NF)，例如，通過洞，盲孔，臺(tái)階，口袋等等，</p><p>　　局部特征(LF)，例如，倒角，倒直角，圓角，等等；</p><p>　　現(xiàn)在有兩個(gè)圖書館。一個(gè)是用來儲(chǔ)藏(基本特征

10、)的。 這個(gè)儲(chǔ)藏館被描述為在圖1a里的卷。另一個(gè)是特征圖書館。特征被描述為一套表面。在特征圖書館，一些尺寸是預(yù)先隨意定義的例如槽長度，通孔的深度，等等。在這些特征上加上尺寸時(shí)應(yīng)加以權(quán)衡。</p><p><b>　　2．2特征設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在特征設(shè)計(jì)中來，設(shè)計(jì)者一個(gè)接一個(gè)給儲(chǔ)藏館添加第二特征。傳統(tǒng)規(guī)則化的運(yùn)算是難理解的,這需要考慮全部模型的幾何學(xué)要

11、素。因此，物體幾乎不可能被修改。在很多模擬試驗(yàn)中，只對(duì)局部操作有必要。如圖2所示，槽的增加只與局部有關(guān)。這樣的話，這樣按固定模式來操作是不合理的。 因此發(fā)展一種只針對(duì)局部操作而且可以理解的基于特征的設(shè)計(jì)方法是有必要的。</p><p>　　有幾個(gè)術(shù)語的定義涉及到當(dāng)今的構(gòu)造特征：</p><p>　　基本操作面： 第二個(gè)特征增加的基本特征面(在圖2，特征面F1是基本操作面)。</p&g

12、t;<p>　　相關(guān)操作面： 涉及到增加特征的基本特征面(在2圖，F(xiàn)2 和F3相關(guān)操作面)。</p><p>　　設(shè)置元素：:幫助確定第二個(gè)特征的局部基本特征幾何學(xué)元素, 他們可以是邊緣或面孔。</p><p>　　特征標(biāo)示： 一個(gè)特征標(biāo)示字符串與其它特征的區(qū)別。它被存放在特征面孔紀(jì)錄、CSFG樹結(jié)和FRGNs中。</p><p>　　構(gòu)造基于特征主要

13、包括下列步：</p><p>　　選擇第二個(gè)特征的類型，輸入為必要的尺寸。</p><p>　　選擇基本操作面，為相關(guān)的操作面搜尋基本特征。</p><p>　　找到局部元素，為增加的特征輸入尺寸。輸入找到給特征加的尺寸。</p><p>　　對(duì)局部交互的操作做出相應(yīng)交并且建立必要BRep記錄。特別的交式的子特征由為其他特征所提供。 <

14、/p><p>　　(5)確定在交互式特征中的限制條件并且檢查特征相互作用。 </p><p>　　(6)產(chǎn)生相應(yīng)CSFG 樹和FRG 節(jié)點(diǎn)。 重新構(gòu)建局部拓?fù)潢P(guān)系。</p><p>　　在圖2，第二個(gè)特征類型是槽。它的尺寸包括寬度b 和深度d. 它的基本操作面和相關(guān)操作面是F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3。DI是用來確定尺寸的標(biāo)注。插槽的交叉子程序由插槽的頂點(diǎn)確定同時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)表面NF1

15、1、NF12和他們的環(huán)結(jié)，棱邊NE11、NE12、NE31、NE32。然后插槽才可以按上述步驟增加。</p><p>　　圖2 在長方體上加個(gè)鍵槽</p><p>　　顯然增加一個(gè)特征的是通過修改基礎(chǔ)特征的拓?fù)潢P(guān)系。拓?fù)潢P(guān)系的修改是通過修改拓?fù)渌惴▉韺?shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　2.3拓?fù)渌惴?lt;/b></p><p&

16、gt;　　在我們的系統(tǒng)里的拓?fù)渌惴ㄓ校?lt;/p><p>　　(1) 在SHEL節(jié)點(diǎn)上增加一個(gè)表面節(jié)點(diǎn)(AFOS); 在SHEL節(jié)點(diǎn)上刪除一個(gè)表面節(jié)點(diǎn)(KFOS)。 </p><p>　　(2)在表面節(jié)點(diǎn)上增加一個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)(AEOF)； 在表面節(jié)點(diǎn)上刪除一個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)(KEOF)。</p><p>　　(3)在環(huán)節(jié)點(diǎn)上增加一個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)(AEOL)； 在環(huán)節(jié)點(diǎn)上刪除一個(gè)邊

17、緣節(jié)點(diǎn)(KEOL)。 </p><p>　　(4)在表面節(jié)點(diǎn)上增加一個(gè)環(huán)節(jié)點(diǎn)(ALOF)； 在表面節(jié)點(diǎn)上刪除一個(gè)環(huán)節(jié)點(diǎn)(KLOF)。</p><p>　　在圖2中，在一個(gè)長方體上添加一個(gè)插槽用拓?fù)渌惴▉肀硎救缦拢?lt;/p><p>　　(1)做AFOS 3 次，在長方體的SHEL 節(jié)點(diǎn)上增加表面SF1，SF2，SF3。</p><p>　　(2

18、)表面F1的拓?fù)湫薷乃惴ǎ?lt;/p><p>　　(a)建立表面NF11 節(jié)點(diǎn)， NF12和他們的環(huán)節(jié)點(diǎn)；</p><p>　　(b)做AEOF和AEOL3次，在表面NF11 節(jié)點(diǎn)上增加邊緣節(jié)點(diǎn)E4, NE11, SE1, NE31和他們的環(huán)節(jié)點(diǎn)；做AEOF 和AEOL 3 次，在表面NF12 節(jié)點(diǎn)上增加邊緣節(jié)點(diǎn)E2, NE32, SE2, NE12和他們的節(jié)點(diǎn)。</p>&l

19、t;p>　　(c)做AFOS兩次，在SHEL節(jié)點(diǎn)上增加表面節(jié)點(diǎn)NF11和NF12。</p><p>　　(3) 修改表面F2的拓?fù)潢P(guān)系：</p><p>　　(a)KEOF和KEOL：從表面節(jié)點(diǎn)F2和它的環(huán)節(jié)點(diǎn)刪除邊緣節(jié)點(diǎn)E1。 </p><p>　　(b)AEOF和AEOL：在表面節(jié)點(diǎn)F2和它的環(huán)節(jié)點(diǎn)上刪除邊緣節(jié)點(diǎn)NE11。 </p><

20、p>　　(c)AEOF和AEOL：像步驟（b）一樣，在表面節(jié)點(diǎn)F2和它的環(huán)節(jié)點(diǎn)上增加邊緣節(jié)點(diǎn)SE3, SE4, SE5, NE12 </p><p>　　(4) 修改表面F3的拓?fù)潢P(guān)系： 這與(3)操作一致。</p><p>　　應(yīng)當(dāng)指出的是增加特征的順序是很重要的，例如，在圖3中，臺(tái)階FT1的增加一定要在孔FT2 和槽FT3的操作之前，槽 FT3一定要在倒角FT4和FT5 的操作之

21、前。用CSFG 樹枝結(jié)構(gòu)來描述上述特征增加命令如3圖b所示，在這個(gè)結(jié)構(gòu)中節(jié)點(diǎn)P1，P2，P3， P4是中間描述量。</p><p>　　圖3 虛邊，CSFG樹和FRG結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　進(jìn)一步闡述一下，在圖3a里，F(xiàn)T3 槽的地面和臺(tái)階FT1的是處于同一個(gè)平面的。在這種情況下，在上面增加插槽的算法中產(chǎn)生存在BRep結(jié)構(gòu)里的VE邊緣在這里不需要被顯示出來的叫做虛擬邊緣。虛擬邊緣不影

22、響式樣的真實(shí)性并且為了處理這種情況下的顯示問題提出了特別的模塊。</p><p><b>　　3 拓?fù)洳僮鞅?lt;/b></p><p>　　3.1 拓?fù)浔砟夸浀囊?lt;/p><p>　　在上例的特征修改中關(guān)鍵的是正確而且有效的從特征模型中抽出第二個(gè)特征的幾何元素和拓?fù)湫畔ⅰ榱诉_(dá)到這一目的，這篇文章將闡述在設(shè)計(jì)過程中運(yùn)用的一種叫做拓?fù)洳僮鞅?TO

23、L)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。TOL 必須具備下列能力：</p><p>　　(1)每種第二特征的幾何元素和拓?fù)湫畔⒕梢詮闹谐槿〕鰜怼?lt;/p><p>　　(2)它應(yīng)該包含所有第二個(gè)特征的標(biāo)識(shí)符。因此，如果設(shè)計(jì)者選擇一個(gè)特征面(通過挑選屬于特征的面)來修改，它的有關(guān)的信息可以方便地被從相應(yīng)的TOL抽取來。</p><p>　　3.2 TOL的結(jié)構(gòu)</p><

24、p>　　TOL的邏輯結(jié)構(gòu)如圖4所示。這里有更進(jìn)一步的說明：</p><p>　　圖4 TOL的邏輯結(jié)構(gòu)</p><p>　　(1)拓?fù)洳僮鞴?jié)點(diǎn)包含兩次互相補(bǔ)充的拓?fù)洳僮?，但只有一個(gè)特征被使用。 在圖3中，拓?fù)洳僮髟诿婀?jié)點(diǎn)F2上增加邊緣節(jié)點(diǎn)NE11和它補(bǔ)充操作上在面節(jié)點(diǎn)F2刪除邊緣節(jié)點(diǎn)NE11存儲(chǔ)在TOL的拓?fù)洳僮鞴?jié)點(diǎn)里。</p><p>　　(2)特征標(biāo)識(shí)節(jié)

25、點(diǎn)稱為特征聯(lián)系圖表節(jié)(FRGN)。在每列特征聯(lián)系圖表節(jié)的均可描述一個(gè)引以為例的特征鏈。</p><p>　　TOL是在基本特征的形成過程中進(jìn)行初始化和構(gòu)建起來的。而且，這種標(biāo)引方法可減少存儲(chǔ)空間。</p><p><b>　　4 特征關(guān)系圖</b></p><p>　　典型的特征關(guān)系可以被分類成為4類：</p><p>

26、　　(1)從屬關(guān)系：一個(gè)特征屬于另外一個(gè)特征，我們稱他們?yōu)楦柑卣骱妥犹卣?，這由設(shè)計(jì)者來確定。</p><p>　　(2)組特征關(guān)系： 一些特征可以劃分在同一組，被設(shè)計(jì)者確定。</p><p>　　(3)包容特征關(guān)系： 功能和制造特征之間的關(guān)系，被設(shè)計(jì)者確定。</p><p>　　(4)交互性特征關(guān)系：由系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)有一些特征的部分特征可能與另外一種特有共同點(diǎn)或者兩者有相

27、近的特征(應(yīng)當(dāng)指出種屬于的關(guān)系排除)。</p><p>　　特征關(guān)系由FRG來描述。隨著設(shè)計(jì)的不斷進(jìn)行，特征之間的關(guān)系會(huì)被系統(tǒng)或者設(shè)計(jì)者檢測出來，由此，新的FRG (FRGNs)的節(jié)點(diǎn)被建立起來并產(chǎn)生新的FRG結(jié)構(gòu)圖。FRG的結(jié)構(gòu)如圖3 c 所示。</p><p><b>　　5實(shí)現(xiàn)特征修改</b></p><p><b>　　5.1

28、特征修改功能</b></p><p>　　特征修改的功能包括：</p><p>　　(1) 刪除特征 從一個(gè)模式里刪除一個(gè)特征。 </p><p>　　(2) 移動(dòng)特征 修改一個(gè)特例特征的安放位置。</p><p>　　(3) 轉(zhuǎn)動(dòng)特征 修改一個(gè)特例特征的安放角度。</p><p>　　(4) 替換特征 修

29、改一個(gè)特例特征的類型。</p><p>　　5.2局部拓?fù)洳僮鞯臋z索</p><p>　　局部拓?fù)洳僮鞯臋z索，如果所有互為補(bǔ)充的拓?fù)洳僮鞫加脕碓诜捶较蛟黾右粋€(gè)特征的操作，而其他的特征不受影響。雖然這種特性是交互式特征的缺點(diǎn)，但是我們提出了一種處理交互式特征的方法。刪除特征是行之有效的修改特征的方法。在特征刪除之后，其它功能可以通過第二個(gè)新的拓?fù)洳僮鱽韺?shí)現(xiàn)。刪除特征包括：</p>

30、<p>　　(1)選擇例題中要被刪除的特征。</p><p>　　(2)為例題中的特征查找模型BRep的結(jié)構(gòu)，從中抽取模型的特征標(biāo)識(shí)。</p><p>　　(3)根據(jù)特征標(biāo)識(shí)，搜索FRG結(jié)構(gòu)并得到相應(yīng)的FRG和相關(guān)的FRGNs(包括關(guān)系類型)。</p><p>　　(4)處理相關(guān)的特征。處理相關(guān)的特征的規(guī)則如下。</p><p>

31、;　　在從屬關(guān)系的情況下，如果父特征被刪除，其子特征也一同被刪除，與此相反，如果子特征被刪除，其父特征會(huì)被留下來。 在交互式特性的情況中，如果將被刪除的特征在另外一個(gè)特征增加之前 (位于CSFG的前面)，兩個(gè)相互作用的特征必須一同被刪除，然后再增加其它特征。否則，只刪除特征本身。 在圖5a里如果槽FT3被刪除，槽溝FT4 和FT5會(huì)一同被刪除， 然后增加FT4 和FT5(FT5的增加是一次無效的行動(dòng))。 如果在圖5 b，臺(tái)階FT1被刪除

32、，孔FT2和槽FT3會(huì)一同被刪除， 然后FT4和FT5 也會(huì)被刪除。根據(jù)操作規(guī)則，F(xiàn)T3，F(xiàn)T4 和FT5 應(yīng)該按順序被妥善增加。 在組特征情況，在相同的組的全部特征必須一同被刪除。 在包容關(guān)系的情況下，在要被在FRG里刪除的特征應(yīng)該一同被刪除之后鏈子的特征里。</p><p><b>　　圖5 修改特征</b></p><p>　　系統(tǒng)將標(biāo)明將被刪除的全部特征。&

33、lt;/p><p>　　(5)每刪除一個(gè)特征，將會(huì)在拓?fù)洳僮骱竺娼又贿B串的特征標(biāo)識(shí)符， 然后做被儲(chǔ)存在拓?fù)?操作節(jié)點(diǎn)的補(bǔ)充拓?fù)洳僮?。根?jù)拓?fù)潢P(guān)系局部的檢索，特征將被刪除，沒有成功地影響其它特點(diǎn)。</p><p>　　(6)建立新模型并且重組CSFG 樹和FRG結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　6 結(jié)論</b></p><p&

34、gt;　　在文章中提到過的方法，用局部操作來代替集成的操來構(gòu)建模型。局部操作具有可檢索性并且能建立真正柔性的可以被直接修改的模型。因此這種設(shè)計(jì)方法具有高效率而且可以獲得完整的設(shè)計(jì)信息。這種能保證信息的完整性的設(shè)計(jì)方法在設(shè)計(jì)修改過程中對(duì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造的綜合化有非常重要的作用。它能幫助設(shè)計(jì)者理解參數(shù)化驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的綜合過程。相比之下，在前面的方法，當(dāng)模型被修改之后，全部產(chǎn)品信息必須被重新定義。因此其效率和信息

35、精確的精確性將受到影響。雖然這種方法不能用來設(shè)計(jì)非常錯(cuò)綜復(fù)雜的零部件，但是進(jìn)行局部特征操作是具有前景的。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　1　Verroust, et al. Rule-oriented method for parameterized computer-aided design. Comput-Aided Des,

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