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回旋
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回旋冲击钻具星形运动结构设计1,回旋,冲击钻,星形,运动,结构设计
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基于特征模型的柔性构造及修改何晓朝，张铁昌，高光韬计算机辅助设计/西北综合性大学，计算机辅助制造研究中心摘要：一种新方法提议引起灵活的基于特点的模型(FFBM), 这可被任意地修改。用BRep / CSFG / FRG 混合模式可以用来描述这种模型FFBM：用BRep明确地确定模型，用CSFG(有建设性的固体特征的几何学)来记录特征的塑造程序，用FRG(特征关系图) 可以反映出不同的特征种类之间的关系，拓扑算子与局部可循环利用的算法通过拓扑操作表详细追踪(TOL)一起可以实现特征增加，。因此，FFBM直接在系统数据库里可以被修改。有关特征连锁反应和易变的拓扑关系在设计修改过程均有效，在此之后，粘附在产品信息上的特征信息将不丢失。而且，一个特征的修改可以也有像增加一个特征那样快。关键词：柔性设计，拓扑操作表，特征模型0 介绍参数化设计导致参数的修改和变化。到目前为止，因为参数化设计，许多方法学得到了发展。Liuis Solano et al 提议一种有建设性的基于限制的方法，它能记录由用户定义对象相互作用的顺序并且能创造一般的模型CPSM(有建设性的参数固态模型)。Hillyard R C et al曾提出数值限制解法，他把具有某种特征的全部尺寸约束翻译成为一套方程式。另一种方法是建立在一个基于一套限制条件的几何学模型的一个专家系统。几乎所有上述方法都有他们各自的缺陷。而这种建设性的方法CPSM使用效率低，因为CPSM的修改要求再做所有开始已做的工作。而且，重新再做这个操作需要新特征，这除了需要不同的几何学数据和数据库地址，在设计过程中还要与它相似的特征共享相同的拓扑关系，这样将会导致产品信息的丢失。因此CPSM不能直接被用于基于特征的设计。数值限制解法需要创造许多的方程式和带有很多的几何学元素和约束的变量这样一来它的计算的费用是昂贵的。专家系统分析法需要的是简单的模块，不支持繁冗的设计方法。在本文，提到一种新的设计方法叫柔性设计法。这是特征表示法的合理的组合, 以塑造特征的工具和算法为特色有利于设计时参数的修改。在这种方法中，设计时参数的修改在系统数据库同样有效，并且不必重做开始已做的工作。 在修改之后，粘贴在产品上的信息将不会丢失。另外，有关的特征和易变的拓扑的连锁反应在设计修改过程中同样支持。我们把这种方法运用在基于特征的塑造原型系统中并且达到了更好的效果。1 BRep / CSFG / FRG 混合模式BRep/CSG 混合的方法通常用在描述固态模型过程中。它结合BRep和CSG的优势并且克服他们各自的不利条件。但是在基于特征的模型里存在着约束和相互作用，这是BRep/CSG所不能描述的。因此在这篇文章里FRG将提出描述全部不同的特征之间的关系。更进一步，当一个特征被描述为一套表面时，传统的CSG应该被作为CSFG改进，因为一个模型一般被描述为一个固体。然后用BRep / CSFG / FRG混合法来描述特征模型。BRep，CSFG 和FRG之间用能分辨一个特征和其它特征专有的符号来连结。 一个特征模型用BRep表示如图1 a 所示。这些特征标识一起储存表面节点。BRep，CSFG和FRG之间的连接关系如图1 b所示。图1 特征模型的BRep/CSFG/FRG结构2 特征设计21 设计特征分类和表示法基于特征的构造的途径内出现各种各样的工程概念，例如箱体，孔，等等；在这里，只考虑特征形状，这被叫为特征设计的方法可分成以下的3 种：正特征(PF)，例如，箱体，肋板等等负特征(NF)，例如，通过洞，盲孔，台阶，口袋等等，局部特征(LF)，例如，倒角，倒直角，圆角，等等；现在有两个图书馆。一个是用来储藏(基本特征)的。 这个储藏馆被描述为在图1a里的卷。另一个是特征图书馆。特征被描述为一套表面。在特征图书馆，一些尺寸是预先随意定义的例如槽长度，通孔的深度，等等。在这些特征上加上尺寸时应加以权衡。22特征设计在特征设计中来，设计者一个接一个给储藏馆添加第二特征。传统规则化的运算是难理解的,这需要考虑全部模型的几何学要素。因此，物体几乎不可能被修改。在很多模拟试验中，只对局部操作有必要。如图2所示，槽的增加只与局部有关。这样的话，这样按固定模式来操作是不合理的。 因此发展一种只针对局部操作而且可以理解的基于特征的设计方法是有必要的。有几个术语的定义涉及到当今的构造特征：基本操作面： 第二个特征增加的基本特征面(在图2，特征面F1是基本操作面)。相关操作面： 涉及到增加特征的基本特征面(在2图，F2 和F3相关操作面)。设置元素：:帮助确定第二个特征的局部基本特征几何学元素, 他们可以是边缘或面孔。特征标示： 一个特征标示字符串与其它特征的区别。它被存放在特征面孔纪录、CSFG树结和FRGNs中。构造基于特征主要包括下列步：(1) 选择第二个特征的类型，输入为必要的尺寸。(2) 选择基本操作面，为相关的操作面搜寻基本特征。(3) 找到局部元素，为增加的特征输入尺寸。输入找到给特征加的尺寸。(4) 对局部交互的操作做出相应交并且建立必要BRep记录。特别的交式的子特征由为其他特征所提供。 (5)确定在交互式特征中的限制条件并且检查特征相互作用。 (6)产生相应CSFG 树和FRG 节点。 重新构建局部拓扑关系。在图2，第二个特征类型是槽。它的尺寸包括宽度b 和深度d. 它的基本操作面和相关操作面是F1，F2，F3。DI是用来确定尺寸的标注。插槽的交叉子程序由插槽的顶点确定同时产生相应表面NF11、NF12和他们的环结，棱边NE11、NE12、NE31、NE32。然后插槽才可以按上述步骤增加。图2 在长方体上加个键槽显然增加一个特征的是通过修改基础特征的拓扑关系。拓扑关系的修改是通过修改拓扑算法来实现。2.3拓扑算法在我们的系统里的拓扑算法有：(1) 在SHEL节点上增加一个表面节点(AFOS); 在SHEL节点上删除一个表面节点(KFOS)。 (2)在表面节点上增加一个边缘节点(AEOF)； 在表面节点上删除一个边缘节点(KEOF)。(3)在环节点上增加一个边缘节点(AEOL)； 在环节点上删除一个边缘节点(KEOL)。 (4)在表面节点上增加一个环节点(ALOF)； 在表面节点上删除一个环节点(KLOF)。在图2中，在一个长方体上添加一个插槽用拓扑算法来表示如下：(1)做AFOS 3 次，在长方体的SHEL 节点上增加表面SF1，SF2，SF3。(2)表面F1的拓扑修改算法：(a)建立表面NF11 节点， NF12和他们的环节点；(b)做AEOF和AEOL3次，在表面NF11 节点上增加边缘节点E4, NE11, SE1, NE31和他们的环节点；做AEOF 和AEOL 3 次，在表面NF12 节点上增加边缘节点E2, NE32, SE2, NE12和他们的节点。(c)做AFOS两次，在SHEL节点上增加表面节点NF11和NF12。(3) 修改表面F2的拓扑关系：(a)KEOF和KEOL：从表面节点F2和它的环节点删除边缘节点E1。 (b)AEOF和AEOL：在表面节点F2和它的环节点上删除边缘节点NE11。 (c)AEOF和AEOL：像步骤（b）一样，在表面节点F2和它的环节点上增加边缘节点SE3, SE4, SE5, NE12 (4) 修改表面F3的拓扑关系： 这与(3)操作一致。应当指出的是增加特征的顺序是很重要的，例如，在图3中，台阶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 的操作之前。用CSFG 树枝结构来描述上述特征增加命令如3图b所示，在这个结构中节点P1，P2，P3， P4是中间描述量。图3 虚边，CSFG树和FRG结构图进一步阐述一下，在图3a里，FT3 槽的地面和台阶FT1的是处于同一个平面的。在这种情况下，在上面增加插槽的算法中产生存在BRep结构里的VE边缘在这里不需要被显示出来的叫做虚拟边缘。虚拟边缘不影响式样的真实性并且为了处理这种情况下的显示问题提出了特别的模块。3 拓扑操作表3.1 拓扑表目录的要求在上例的特征修改中关键的是正确而且有效的从特征模型中抽出第二个特征的几何元素和拓扑信息。为了达到这一目的，这篇文章将阐述在设计过程中运用的一种叫做拓扑操作表(TOL)的数据结构。TOL 必须具备下列能力：(1)每种第二特征的几何元素和拓扑信息均可以从中抽取出来。(2)它应该包含所有第二个特征的标识符。因此，如果设计者选择一个特征面(通过挑选属于特征的面)来修改，它的有关的信息可以方便地被从相应的TOL抽取来。3.2 TOL的结构TOL的逻辑结构如图4所示。这里有更进一步的说明：图4 TOL的逻辑结构(1)拓扑操作节点包含两次互相补充的拓扑操作，但只有一个特征被使用。 在图3中，拓扑操作在面节点F2上增加边缘节点NE11和它补充操作上在面节点F2删除边缘节点NE11存储在TOL的拓扑操作节点里。(2)特征标识节点称为特征联系图表节(FRGN)。在每列特征联系图表节的均可描述一个引以为例的特征链。TOL是在基本特征的形成过程中进行初始化和构建起来的。而且，这种标引方法可减少存储空间。4 特征关系图典型的特征关系可以被分类成为4类：(1)从属关系：一个特征属于另外一个特征，我们称他们为父特征和子特征，这由设计者来确定。(2)组特征关系： 一些特征可以划分在同一组，被设计者确定。(3)包容特征关系： 功能和制造特征之间的关系，被设计者确定。(4)交互性特征关系：由系统发现有一些特征的部分特征可能与另外一种特有共同点或者两者有相近的特征(应当指出种属于的关系排除)。特征关系由FRG来描述。随着设计的不断进行，特征之间的关系会被系统或者设计者检测出来，由此，新的FRG (FRGNs)的节点被建立起来并产生新的FRG结构图。FRG的结构如图3 c 所示。5实现特征修改5.1特征修改功能特征修改的功能包括：(1) 删除特征 从一个模式里删除一个特征。 (2) 移动特征 修改一个特例特征的安放位置。(3) 转动特征 修改一个特例特征的安放角度。(4) 替换特征 修改一个特例特征的类型。5.2局部拓扑操作的检索局部拓扑操作的检索，如果所有互为补充的拓扑操作都用来在反方向增加一个特征的操作，而其他的特征不受影响。虽然这种特性是交互式特征的缺点，但是我们提出了一种处理交互式特征的方法。删除特征是行之有效的修改特征的方法。在特征删除之后，其它功能可以通过第二个新的拓扑操作来实现。删除特征包括：(1)选择例题中要被删除的特征。(2)为例题中的特征查找模型BRep的结构，从中抽取模型的特征标识。(3)根据特征标识，搜索FRG结构并得到相应的FRG和相关的FRGNs(包括关系类型)。(4)处理相关的特征。处理相关的特征的规则如下。在从属关系的情况下，如果父特征被删除，其子特征也一同被删除，与此相反，如果子特征被删除，其父特征会被留下来。 在交互式特性的情况中，如果将被删除的特征在另外一个特征增加之前 (位于CSFG的前面)，两个相互作用的特征必须一同被删除，然后再增加其它特征。否则，只删除特征本身。 在图5a里如果槽FT3被删除，槽沟FT4 和FT5会一同被删除， 然后增加FT4 和FT5(FT5的增加是一次无效的行动)。 如果在图5 b，台阶FT1被删除，孔FT2和槽FT3会一同被删除， 然后FT4和FT5 也会被删除。根据操作规则，FT3，FT4 和FT5 应该按顺序被妥善增加。 在组特征情况，在相同的组的全部特征必须一同被删除。 在包容关系的情况下，在要被在FRG里删除的特征应该一同被删除之后链子的特征里。图5 修改特征系统将标明将被删除的全部特征。(5)每删除一个特征，将会在拓扑操作后面接着一连串的特征标识符， 然后做被储存在拓扑 操作节点的补充拓扑操作。根据拓扑关系局部的检索，特征将被删除，没有成功地影响其它特点。(6)建立新模型并且重组CSFG 树和FRG结构。6 结论在文章中提到过的方法，用局部操作来代替集成的操来构建模型。局部操作具有可检索性并且能建立真正柔性的可以被直接修改的模型。因此这种设计方法具有高效率而且可以获得完整的设计信息。这种能保证信息的完整性的设计方法在设计修改过程中对计算机辅助设计/计算机辅助工艺设计/计算机辅助制造的综合化有非常重要的作用。它能帮助设计者理解参数化驱动设计的综合过程。相比之下，在前面的方法，当模型被修改之后，全部产品信息必须被重新定义。因此其效率和信息精确的精确性将受到影响。虽然这种方法不能用来设计非常错综复杂的零部件，但是进行局部特征操作是具有前景的。参考文献：1Verroust, et al. 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