關於CAD開發中圖形參數化的實現途徑探

論文類別:工學論文 > 工業設計論文
上傳時間:2011/11/5 21:29:00

  摘要:CAD是一種具有強大功能的計算机輔助設計技術的統稱,其技術的核心就是利用計算机的硬件功能對產品進行高速度的設计,在設計的過程中為了提高设計效率,技術人員引入了參數化的模式,即在產品形狀相對固定的情況下,特定參數的變化來完成某些設计內容,簡單的看就是改變参數而產品的幾何尺寸就會隨之改變,而達到設計新產品的目的。參數化的實現途径主要是利用數據庫和相應的模型建立來達成,即通過數据庫和CAD之間的连接來構建參數化的途徑。
  關鍵詞:CAD;參數化;開發思路;數據庫;特征模型

  1 CAD參數化概述
  CAD是一种計算機輔助設計的技术,是借助計算機的系統在工程和產品設計的過程中提供快速、有效的技術算計輔助手段,幫助設計人員快速的完成設計和優化的操作,已到達高效而準確的設計效果的技術。CAD將計算機的能力發揮出來,利用高速度高精確的計算能力,大容量存儲和數據处理能力與設計者的主觀分析和逻輯判斷能力結合起來,將思維落實在人機交互的界面上,上设計達到可視的效果,由此簡化了設計的過程,縮短了設计的周期,提高了設計質量。
  CAD技術本身就是一種綜合性的系統工程,一個完整的CAD軟件系統實際上包括了多个學科的研究成果,如:計算機工程、工程學、數據庫技術、數據結構、仿真技術、設計和制造等相關的專業知識的匯集和綜合。實際上就是以計算機辅助設計為核心,綜合了多個學科知識和技術的輔助設計系統。此項技術的形成是在上個世紀的60年代開始的。目前,現代的设計技術是更加的市場化、規模化,因此在實际的應用過程中,軟件技術逐步和制造技術結合起來,利用自動化控制技術實現了自动加工和生產技術,此種技術是建立在設計軟件的基礎上的,因此CAD也就進入到了自動化的領域中。
  CAD參數化設计實際上就是在產品開發和設計时,零件設計模型的建立速度是影響整個產品設計周期的重要基础。產品設計開發的初期零件的形狀和尺寸往往都還停留在設計者的頭腦中,即是以一種模糊的概念存在,要裝配驗證、性能分析、数控編程後才能進入到試制階段。此種設計流程希望零件的模型應當容易修改,即具備一定的靈活性。參數化設計的思路就是將模型中一些定量的信息变得具體起來,並使得參数可隨意的更,並在更改後有系統自動生成相關的数值,以此形成不同形狀的和尺寸的零件模型。在CAD系統中要實現參數化設计,建立參數化模型是最關鍵的。參数化模型主要體現的是零件的圖像幾何限定和工程限定。幾何限定主要就是指零件的尺寸,即結構上的要素和尺寸上的要素。工程約束則是零件尺寸之間的邏輯關系。
  2 CAD參數化開發思路
  2.1 CAD系統的開發
  現代的CAD系统並不是一個固定模式的软件系統,而是一個可以就進行開發的軟件系統,因此其功能的開發應建立在軟件工程的思路上,以此為指導。主要是为了減少開發過程中的失誤,提高開發的效率和系統質量。軟件從開始設計、開發、運行為周期進行展開,通常的開發流程是分析需求、總體設計规劃、詳細結構設計、代碼編寫、測試、運行等階段 。每個階段都有自身的特定功能和內容。在实現參數化的過程中應當按照這樣的思路來進行開發。
  1)參數化需求分析,確定軟件開發目標,包括了軟件期望功能、軟件的可靠性、穩定性要求,軟運行的硬件環境设定等;2)總體規劃,即明確軟件的系統結構,模塊劃分、模塊通信、數據庫功能等;3)具體設計實施,将總體規劃的模塊進行細化,即對模塊進行分解並設計程序模塊;4)代碼編寫,按照程序模塊編寫源代碼;5)軟件測试,對軟件的各個功能模塊進行測試,檢測功能和結構方面的缺陷,並進行調整;6)軟件運行和維護,在软件投入運行後對其運行情況進行反饋和收集,對其進行糾错和完善、擴充。
  2.2 參數化開發的思路
  目前采用的CAD参數化設計軟件中,主要的有有Pro/Engineer、UGNX、CATIA和Solidworks四種,這四種軟件在不同的領域發揮著不同的作用。其中Pro/Engineer是最早進行參數化设計的,參數化的實现也由其首先完成的,目前主要的领域是電子、小家電、日用品等,而其他的三個軟件主要是應用在制作業。在研究参數化實現的過程中,本文以Pro/E為例進行分析,以某個公司的機械制產品的參數化設計為例進行闡述。該公司所采用的是在Pro/E平臺上基於知識機械常用件為基础完成的CAD開發,在此過程中將行業標準、企業標準等設計融入到了系統中,並實現了資源的共享。采用參數驅動技術实現了常用軟件快速設計的流程。開发思路是將一個零件為設計对象,以結構設計數据庫、零件模型數據庫為核心,基於C/S模式,以零件結构參數定義和交互設計為基礎,融合了設計經驗、設計規则來實現參數化的開发,具體過程如圖1。
  開發的CAD系統具備了以下功能:1)實現了機械常用零件的CAD標準化和參數化設計;2)針對零件的Pro/E設計進行了智能化拓展;3)實現了自動化和人機交互相結合的操作方式,使得設計的過程更加的高效而便捷;4)在網絡技術的支持下,完成了網絡和數據庫技術、相關硬件的相互協調,為CAD和數據管理系統的數據连接和集成,為遠程数據調用打下了基礎;以上就是在CAD開發中實現闡述化的基本思路。
  3 CAD開發中圖形參數化的實现途徑
  3.1 數据庫基礎開發
  CAD的圖形參数化是建立在工程數據庫的基礎上的,因此在開發的初期應建立起相應的工程用數據庫,並使之可以與CAD向連接。
  1)工程數據
  在工程中應用的數據体現出來的是數量大、種類多、结構復雜等特點。從數據的性质上看,有圖形數據和非圖形數據;從應用上看有零件定义數據和設計控制設計兩種。其中图形數據就是滿足工程設計繪制圖形的二维數據和產品圖形中需要的三維數據。圖形數據構成是以網絡的形式出現,層次也不同。同一種實體可能在不同的應用階段出現不同的表達方式,並且需要完成在不同表達方式之間的轉換。工程應用中的非图形數據有三個主要部分:① 普通管理數據,主要負责對產品的情況進行說明,表達產品的性能、生產計劃、報表等;② 属於標準數據,包括设計規範、公差數據、結构要素、材料性質、技术規範等;③ 是對零件的形狀約束和設計過程中的語義條件等。

免費論文下載中心 http://www.hi138.com   3.2 CAD參數化的數據特征
  在參数化的過程中,相關的数據需要符合系統的需求,如:CAD數據需要包括產品設計数據、產品模型數據、產品材料數據、產品繪圖數據、技術編碼数據、測試數據、質量優化數據等。
  3.3 零件工程數據分類
  在图形參數化的過程中,主要涉及到以下幾種數據類型如图2。
  1)標準數據:此類數據主要是來自國家或者行业標準、生產標準、設計手册、經驗數據等構成,其特點就是在某段时間或者條件下表現为靜態數據,設計的過程中将被反復的查詢和調用,是設計的基礎性數據。此類數據的代表是機械设計中的公差和配合、各种產品目錄、樣本技术參數等。另外一些經驗公式和曲线規律或者圖表所給定的特定數據也可以看做是標準數據。標準數據在設計系統的時候應當進行優先處理。
  2)設計和工藝的參數:此類数據主要是針對不同的產品而形成的設計數據和制造过程中所需要的工藝性參數构成,因為產品和工藝的差異,計算出來的數據也就有所差異,因此形成了設計和工藝數據。因為設計和工藝是多樣化和隨機的,以此此類數据往往是動態化的,需要在設計和生產中進行隨機的读取和保存,同時相互之間的關系復杂,是參數化過程中的難點。
3)幾何参數:幾何參數就是在設计中對零件的幾何形狀進行定義而形成的幾何數據,以此數据是根據參數進行改變的,是動态模式。在實際的應用應具有可更改和適應性,以適應參數改變。
  3.4 建立工程數據庫
  在分析基本數據構成後,就可以根據工程數據庫的特點進行數據庫的開發,因為工程數據庫的復雜性突出,因此開發難度較大,開發具有獨立性、共享性、集中管理和安全維護等,需要數据的高度一致和並發功能,工程數據的建立和系統調用是CAD參數化的重要环節。
  3.5 零件參數化的特征数據庫建立
  零件是由一組相应的形狀特征按一定的顺序拼合而成的如圖3,基於特征的參數化模型應該能夠充分表達各形狀特征之間的確定位置關系,形狀特征與形狀特征之間存在的關系:附屬關系與鄰接关系。
  在零件的特征模型中,采用多層次地描述手段來滿足对零件不同級別信息的要求。對特征參數賦值并確定特征均為後構成參數化常用零件特征模型,采用同一特征模型以不同參數驅動得到不同結構零件,從而適應大量零件图形的生成。這樣做的優勢明顯:(1)實現常用零件的快速設計在采用基於知識的模型設計中,用戶用直觀的特征(如凸肩、凸緣、鍵槽)和熟悉的设計術語來構成常用零件模型,而不再采用原始的點、線和體素來構造設計對象,這樣用戶可以在更高層次上進行常用零件的設計。(2)實現設計模型的自動生成由于常用零件的特征模型直接體現了設計意圖,采用基於特征的模型描述常用零件後可以實現零件實體的自動生成,實現設计過程中信息流的自動化。
  4 結束語
  通過前面的論述不难看出,CAD開發中的圖形參數化,實際上就是建立以某些特征為基礎的數據庫,并實現在設計時CAD系統的共享和調用,在開發過程中為了實現這一途径就需要對整個系統進行重新構建,即利用工程數據庫來建立參數比對样本,在設計中利用軟件的模型化比對來完成參數化的设計實施。
  

參考文獻


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