（航空宇航制造工程专业论文）特征建模与特征识别及其在cadcapp集成中的应用.pdf

南京航空航天大学硕士学位论文 iii 摘要 cad/capp 集成是企业应用系统集成的基础，通过建立产品工艺数据信息 模型，实现产品工艺信息在企业内部的共享，为应用系统之间的集成打下基础。 以产品特征建模作为 cad/capp 集成的基础，构建了基于特征的集成化产 品信息模型。根据系统集成对于信息的需求，从特征定义、特征分类、特征关 系、特征表达等方面对于特征技术进行了深入的研究，在此基础上构建特征信 息模型。 以产品特征模型为基础，研究基于特征模型的特征识别。针对轴类零件和 箱体类零件，建立相应的参数化特征库。在以上研究的基础上，在 caxa 平台 上利用 caxa 的二次开发接口，开发了相应的轴类零件和箱体类零件的特征建 模和特征识别功能模块。 该模块针对 capp 的需求，将工艺信息补充到设计特征信息，生成相应的 工艺特征信息，并以 xml 文件的形式输出到 capp 系统当中，最后给出了相 关的实例。 通过以上的研究和开发，对 cad 系统与 capp 系统之间的信息集成进行了 有效地探索和实践。 本文的主要工作如下： 1、 研究了特征建模与特征识别的相关概念、方法和原理。 2、 针对轴类和箱体类零件，研究了基于特征的建模技术，对两类零件的设 计特征进行了分类和参数化定义，在 caxa 上建立了相应的参数化特征 库。 3、 以轴类零件和箱体类零件的特征模型为对象，研究了基于特征模型的特 征识别的方法，在 caxa 上开发了特征识别的相关功能模块。 4、 以所识别出的设计特征为基础，通过添加相应工艺信息的方法，研究并 实现了工艺特征的映射输出。 特征建模与特征识别及其在 cad/capp 集成中的应用 iv 关键词： cad/capp，特征建模，特征识别，信息集成。 abstract integration of cad system and capp system is the base of application systems in an enterprise。by establishing whole product information model of arts and crafts, information can be shared in the enterprise and build the base of the integration between other application systems. by product feature modeling on the basis of the integrationo of cad/capp, the integrative product information models based on feature are built. according to the information requirements of information integration system, feature definition, feature classification, feature relationship, feature representation and establishment are all researched systematically. then feature information model is proposed on the base of research of feature. feature recognizing based on feature models is researched on the base of product feature model. aiming at shaft part and box part, parametering feature base is built.after incording research, the module that uses of feature modeling and feature recognizing corresponding to shaft part and box part is empoldered with the foundation of the application development of caxa. according to the requirement of capp, the module supply the art and crafts information to the designing feature information, make according arts and crafts feature information and xml files are outputted into capp system. at last, particular examples are given in the thesis by research and exploiture hereinbefore, the information integration of the cad/capp is explored and practiced. 特征建模与特征识别及其在 cad/capp 集成中的应用 iv 关键词： cad/capp，特征建模，特征识别，信息集成。 abstract integration of cad system and capp system is the base of application systems in an enterprise。by establishing whole product information model of arts and crafts, information can be shared in the enterprise and build the base of the integration between other application systems. by product feature modeling on the basis of the integrationo of cad/capp, the integrative product information models based on feature are built. according to the information requirements of information integration system, feature definition, feature classification, feature relationship, feature representation and establishment are all researched systematically. then feature information model is proposed on the base of research of feature. feature recognizing based on feature models is researched on the base of product feature model. aiming at shaft part and box part, parametering feature base is built.after incording research, the module that uses of feature modeling and feature recognizing corresponding to shaft part and box part is empoldered with the foundation of the application development of caxa. according to the requirement of capp, the module supply the art and crafts information to the designing feature information, make according arts and crafts feature information and xml files are outputted into capp system. at last, particular examples are given in the thesis by research and exploiture hereinbefore, the information integration of the cad/capp is explored and practiced. 南京航空航天大学硕士学位论文 v the emphasis of this paper is as follows: firstly, the correlative concept、method and principle of feature modeling ang recognizing are researched. secondly, according to shaft and box part, modeling technique based on feature is researched. classify feature and parametering definition are carred through these pars designing feature. thirdly, feature recognizing mothod based on feature model is researched according to the feature models of shaft and box part, and correlatve function module is carried out on caxa. lastly, on the base of recognized designing feature, mapping output of arts and crafts feature is researched and carried out through appending correlatve arts and crafts information. key word: cad/capp ， feature modeling, feature recognition, information integration. 特征建模与特征识别及其在 cad/capp 集成中的应用 ii 承诺书 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的 内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。 对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文 中以明确方式标明。 本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允 许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 作者签名： 日 期： 特征建模与特征识别及其在 cad/capp 集成中的应用 viii 硕士期间完成的学术论文.67 图表清单 图 1. 1 特征识别系统.3 图 2. 1 零件特征分类.13 图 2. 2 形状特征分类.14 图 2. 3 零件信息模型.19 图 3. 1 零件信息模型.23 图 3. 2 特征分类.24 图 3. 3 推理阶段.27 图 3. 4 特征识别模块总体结构.28 图 3. 5 零件信息提取模块的流程.29 图 4. 1 回转体零件特征模型.31 图 4. 2 caxa 标准图素特征库.32 图 4. 3 轴伸端参数化图.34 图 5. 1 二次开发对象接口图.39 图 5. 2 特征识别与特征提取流程图.40 图 5. 3 实例轴类参数特征库.51 图 5. 4 过渡圆键槽.51 图 5. 5 电机轴类零件图.52 图 5. 6 形状特征参数表.52 图 5. 7 轴伸端技术特征.53 图 5. 8 轴伸端尺寸精度.53 图 5. 9 错误提示.53 图 5. 10 形位公差.54 图 5. 11 轴类零件 xml文件.54 图 5. 12 箱体零件示意图.56 图 5. 13 箱体特征库.56 图 5. 14 对口法兰参数化.56 南京航空航天大学硕士学位论文 ix 图 5. 15 箱体建模流程图.57 图 5. 16 基于特征建模的箱体零件图.58 图 5. 17 箱体零件参数列表.58 图 5. 18 箱体零件 xml文件图.59 表 4. 1 轴类零件特征参数表.34 表 4. 2 箱体零件特征参数表.37 表 5. 1 特征编码表.43 南京航空航天大学硕士学位论文 1 第一章 绪论 计算机集成制造系统（computer integrated manufacturing system，cims） 被广泛地认为是先进的机械制造工业的生产模式。它是企业生产活动全过程中 各功能子系统的集成，即从市场预测、经营决策、计划控制、工程设计、生产 制造、质量控制到产品销售等支持功能部门，合理地通过计算机网络联合成一 个整体，以保证企业内部信息的一致性、共享性、可靠性、精确性和及时性， 实现生产的自动化和柔性化，达到高效率、高质量、低成本和灵活生产的目的1。 作为 cims 的重要组成模块的计算机辅助设计（computer aided design， cad） 、计算机辅助工艺设计（computer aided process planning，capp） ，等单 元技术在各自的领域都取得了巨大的发展，并在生产实践中获得了很好的应用 效果。为了提高企业的生产效率，加快实现企业信息化进程，在企业内部实现 真正意义上的 cims，cad 系统与 capp 系统的集成已经成为新的研究热点， 而基于特征的技术，是实现两者集成的有效方法之一。 1.1 特征建模技术 1.1.1 产品建模技术概况 特征建模的过程也是特征信息处理的过程。设计过程中产品信息的表达方 式与当时的生产发展水平紧密相关。随着 cad 和 cam 概念的逐步形成以及计 算机硬件和软件的飞速发展，产品的表达方式发生了显著的变化。相继出现了 几何模型、线框模型、表面模型、实体模型以及 80 年代末期的特征模型等不 同的产品设计模型。 线框模型结构简单，容易处理，适合表达自由曲面的产品。但由于它不包 含零件的表面信息，不能区分零件表面的里边或外边，对零件描述不完整，且 有二义性。表面模型能处理较复杂型面的设计与加工，只能表现零件几何形状 的外壳，不能描述零件内部的信息。实体模型能完整地描述产品的几何形状， 数据结构简单，可以表示更高层次的特征信息与拓扑信息，适合构造复杂的零 件。 gt 代码是用若干位数码来抽象地表达零件的几何、工艺特征，但由于描 特征建模与特征识别及其在 cad/capp 集成中的应用 2 述方法简单，对于需要生成详细工序、工序内容的 capp 系统来说，靠几位或 十几位数码来描述零件信息就远远不够了。上述几何模型的共同特点是，仅能 描述零件的几何数据，模型中对特征及公差表达不完整或不精确，满足不了 cad/capp/cam 集成的需要。 从 cad/cam 集成的角度出发，要求从产品整个生命周期各阶段的不同 需求来描述产品，能够完整地、全面地、描述产品的信息，即重构零件模型， 使得各应用系统可以直接从该零件模型中抽取所需的信息。人们把这种模型称 为特征模型，这样的建模技术称为产品建模或特征建模，是目前被认为最适合 于 cad/cam 集成系统的产品表达方法之一。国外在系统集成方面作了大量工 作，涌现出许多集成化的系统软件，如美国 sdrc 公司研制的集设计、 仿真、 加工、测试、数据库于一体的 master series cad/cae/cam 集成系统 ideas； 法国达索飞机公司开发大型 cad/cam 软件 catia，目前世界大部分航空和汽 车业使用该软件。 1.1.2 特征建模方法综述 特征建模可大至归为交互式特征定义、特征识别和基于特征设计三个方 面。 、交互式特征定义 利用现有的造型系统建立产品的几何模型，由用户 直接通过图形交互式拾取，定义特征几何所需要有几何要素，并将特征参数或 精度、技术要求、材料热处理等信息作为属性添加到特征模型中。这种建模方 法自动化程度低，产品数据的共享也难易实现，信息处理过程中容易产生人为 的错误。 、特征识别 将几何模型与预先定义的特征进行比较，确定特征的具体 类型及其它信息。它一般由下列步骤组成： 1) 搜索产品几何数据库，匹配特征的拓朴几何模型； 2) 从数据库中提取已识别的特征信息； 3) 确定特征参数； 4) 完成特征几何模型； 5) 组合简单特征以获得高级特征。 以上识别的主要是加工特征。然而，提取产品的特征信息是非常困难的。 曾经有不少学者对特识别的算法进行了深入研究，如特征匹配法、csg 树识别 南京航空航天大学硕士学位论文 3 法、 体积积分法、实体生成法等，但结果并未令人满意。特征识别往往只对 简单形状有效， 而且 capp 所需要的公差、材料等属性仍然缺乏。针对特征 识别中存在的困难和问题，wilson p.r 等提出直接采用特征建立产品模型，而 不是事后去识别特征来定义零件几何体，即将特征库中预定义的特征实例化 后，以实例特征为基本单元建立特征模型，从而完成产品的定义或设计。 1.2 特征识别技术 由于工业界的迫切需要，cad/capp 集成已成为近年 cad 研究人员主要 追求的目标之一。但是它们的有机集成仍面临着诸多困难。困难之一就是缺少 cad/capp 之间的智能接口。之所以需要建立 cad/capp 之间的智能接口， 是因为 cad 系统采用实体模型或设计特征表示产品，而 capp 系统所需要的 却是基于加工特征的产品标示。由于特征识别自然构成 cad，capp 之间的理 想接口，因此长期以来，特征识别一直是 cad/capp 领域的研究热点，并且研 究成果丰硕，所谓特征识别就是从产品的实体模型出发自动识别出其中具有一 定工程意义的几何形状，即特征，进而生成产品的特征模型。图 1.1 是特征识 别系统的结构示意图。 特征识别器 实体模型 特征识别特征提取 特征模型 图 1. 1特征识别系统 目前传统的特征识别方法的种类已经很多，但它们从整体上可以分成两大 类：一类是基于特征模型的特征识别方法；另一类是基于实体模型的特征识别 方法，它又分为基于边界匹配的特征识别和基于立体分解的特征识别，下面对 这两类方法分别进行讨论。 1.2.1 基于立体分解的特征识别方法 特征除具有特定的边界模式外，还具有特定的体积模式。鉴于特征的体表 示十分重要，而从特征的边界表示自动导出特征的体表示并非易事，因此人们 特征建模与特征识别及其在 cad/capp 集成中的应用 4 从 80 年代初就开始研究直接识别体特征的方法，即所谓基于体分解的特征识 别方法。 基于体分解进行特征识别的基本步骤是：首先对物体进行分解，将其分解 为凸体的集合；然后通过对分解出的凸体进行重新组合产生对应于特征的体 元；最后再对特征体元进行分类，确定出特征类型，建立特征的体表示。 根据不同的体分解策略，体分解方法分为两类：一类是基于立体交替和分 解的方法，一类是基于单元体分解的方法。下面分别介绍两类方法中具有代表 性的工作。 1. 基于立体交替和分解的特征识别方法 基于立体交替和分解的特征识别方法最早由 woo 在 1982 年提出2。该方 法通过将非凸物体表示为一棵以凸体元为叶结点，以布尔运算符（差或并）为 中间结点的分解树支持特征识别。分解树的根结点表示零件本身，叶结点表示 其父结点所表示物体的凸包，中间结点所表示的物体则是其父结点所表示物体 的凸包减去其本身的结果。基于分解树，该方法首先判别每一个叶结点本身是 否对应于一个形状特征，如其不是，再采用相关的组合操作将其与其它的叶结 点进行组合，使其对应于一个形状特征。woo 的方法存在两方面的问题：首先， 无法保证非凸物体的立体交替和分解总能收敛；其次，会识别出不可能由一次 加工操作完成的特征。针对这两方面的问题，kim 等人从 90 年代初开始对基 于立体交替和分解的特征识别进行了更深入的研究，提出了立体交替和剖分分 解方法，有效地解决了 woo 方法中体分解可能不收敛的问题。2另外他们还在 扩大该方法的识别范围，提供交互特征的多重解释，增强该方法的实用性等方 面开展了大量富有成效的工作。然而，基于立体交替和分解的特征识别方法仍 存在着两方面的问题：首先，由于带有曲面物体的凸包难以计算，因此该方法 难以适用它们；其次，效率不高。 2. 基于单元体分解的特征识别方法 所谓单元体（cell）是指物体内部的、凸的体积单元。物体的单元体分解 则是指将物体分解成一组单元体的并集，这里单元体之间只能相交在边界上。 现已广为采用的有 general dynamics 公司提出的通过对零件的切削体作单 元体分解，进行加工特征识别的方法。这里零件的切削体是指加工该零件需要 从选定的毛坯中切削掉的总体积，即毛坯减去零件的结果物体。由于零件的切 削体是加工特征的体积总和，因此基于零件的切削体分解进行加工特征识别更 南京航空航天大学硕士学位论文 5 加合理。 此外，sakurai 在 90 年代初开始对基于单元体分解的特征识别方法开展更 深入的研究，并且取得了较大进展。2他的方法首先通过延展零件的所有面并 进行面面求交，将零件的切削体分解为一系列最小凸单元体；然后以枚举的方 式将相邻的单元体组合成组合体元；最后再将每一组合体元与预定义特征的边 界模式进行匹配，判别出该组合体元是否为特征，以及具体的特征类型。该方 法能够有效地识别相交特征以及提供相交特征的多重解释，但也存在着两个突 出问题：首先，由于需要进行大量的求交计算，以及枚举产生的组合体元数目 过大，因此效率很低；其次，生成的特征解释太多。这里需要指出的是，虽然 能够提供多重特征解释是一种进步，但是，由于稍微复杂一点的零件就会有成 百上千种特征解释，因此要求生成和处理如此多的特征解释又是不现实的。 1.2.2 基于边界匹配的特征识别方法 由于每一类特征都有其一定的边界模式，因而特征识别的一个自然方法就 是通过搜索零件的边界模型，寻找其中符合特征边界模式的区域，进而识别出 零件中包含的所有特征。我们将这类基于零件的边界表示，通过边界匹配进行 特征识别的方法统归为基于边界匹配的特征识别方法，这类方法也是最早出现 的特征识别方法3。 基于边界匹配进行特征识别的基本步骤如下： 1) 搜索零件的边界表示，并将其特定部分与每一类特征的边界模式进行匹 配； 2) 确定已识别特征的参数，构造完整的特征几何模型； 3) 对能够合并成组合特征的基本特征进行组合。 下面介绍一下一些具有代表性的基于边界匹配的特征识别方法： 1、基于规则的特征识别方法 基于规则的特征识别方法通过规则定义特征的边界模式，基于专家系统进 行特征识别。基于规则的特征识别方法是最早提出的特征识别方法之一，但现 在已不太受重视。原因是该方法存在以下 3 个难以解决的问题： 1）特征的规则定义方法不唯一，不完备，并且用户不易掌握； 2）由于需要进行大量匹配，识别效率不高； 3）无法识别相交特征（相交特征指与其它特征发生边界相交的特征） 。 特征建模与特征识别及其在 cad/capp 集成中的应用 6 这里值得指出的是，相交特征是特征识别的难点，其原因是特征发生相交 后，会导致程度不等的几何、拓扑元素丢失，从而使特征无固定模式可寻62。 2、基于图的特征识别方法 基于图的特征识别方法是人们研究最多的特征识别方法之一。这种方面的 研究成果十分丰富。该类方法采用面边图表示特征的边界模式，表示零件的边 界模型4。所谓面边图是指以面为结点，以面之间的邻接关系为弧的图。 采用图来表示特征边界模式的主要优点在于： 1）特征的图表示具有唯一性，完备性； 2）库特征的图表示易于生成，用户只需用实体造型系统构造出一个特征 实例，该特征的图表示便可由统一的算法自动生成。 基于图的特征识别方法具有以下优点： 1）允许用户添加新的特征类型而不必改动程序； 2）易于与特征设计相结合； 3）能够支持设计、加工、分析等多种应用领域的特征识别。 该类方法存在的突出问题是难以有效地识别相交特征和提供相交特征的多 重解释。 3、基于痕迹的特征识别方法 特征痕迹是指一个特征实例在零件 cad 模型中的存留信息。在特征发生 相交后，特征的完整边界模式已经不复存在，但是只要它确实是零件的一个特 征，就一定在零件的 cad 模型中留有痕迹，因此基于痕迹可以识别出所有特 征。具体的特征痕迹可以是几何拓扑信息， 也可以是设计特征、 公差等其它 cad 信息。目前人们主要采用几何、拓扑信息来定义特征痕迹，其主要原因在于现 有 cad 模型中只有实体边界表示是成熟的。 基于痕迹的特征识别方法的具体识别过程是：首先从零件的边界表示中抽 取出所有的特征痕迹；然后通过几何推理判别每一特征痕迹对应于真实特征的 可能性；最后利用实体造型操作构造出特征痕迹所对应的完整特征20。 1.2.3 传统特征识别存在的缺陷 如上所述的传统的特征识别方法，都可以在一定程度上做到对产品特征信 息的提取，但是也还存在如下一些问题： 1.相交特征的识别 南京航空航天大学硕士学位论文 7 相交特征是特征识别中公认的难点。围绕这个问题，人们开展了大量工作， 并使这个问题得到了一定程度的解决。然而问题的解决程度还不尽人意。现有 方法一般只能识别常见的相交特征，识别效率也不理想。另外，相交特征多重 解释的组合爆炸又构成了相交特征识别中的新问题。 2.复杂零件的特征识别 现有的特征识别方法在识别现实加工中的复杂零件时都存在着不同程度的 问题。这也是为什么至今尚未出现成熟的商品化特征识别系统的主要原因。具 体问题在于以下三个方面： l）所能处理的曲面类型有限。通常仅为平面，虽然有些包括圆柱面、圆锥 面，但极少涉及自由曲面； 2）所能识别的特征种类有限。一般仅为常规的切削加工特征； 3）当识别的零件包含上千个拓扑元素，成百个特征时，识别速度往往不 理想。 3.基于多种信息的特征识别 现有的特征识别方法基本都仅仅利用零件的实体表示进行特征识别，而忽 略了利用可能对特征识别同样有用的设计特征、公差等信息。现在，人们已普 遍认识到这种状况是不合理的，应该改变。 1.3 cad/capp 集成技术 1.3.1 cad 与 capp 集成的必要性 虽然 cad 与 capp 技术分别发展至今，已经在产品设计自动化和工艺过 程规划等方面发挥了重要的作用，取得了显著的成果，但是这些独立的单元系 统只能是在局部达到自动控制和最优化，目前尚无法完全实现各系统之间信息 的自动传递和交换，使整个系统在最优化状态下运行，从而形成了一个个自动 化的信息孤岛，很难满足用户对于真正意义上的集成的需求。在此条件下，为 了完成各个独立系统的信息交换过程，不得已采用人工参与的方式，这样做不 但使系统中存在大量的重复冗余的信息，而且也增加了人为出错的几率，从而 给生产造成了不必要的损失，影响了企业生产效率的提高， 阻碍了 cad、 capp、 cam 系统在企业中的推广应用，减缓了企业信息化进程的步伐。 特征建模与特征识别及其在 cad/capp 集成中的应用 8 另外，解决集成是实现 cims 的一个关键问题。所谓集成是指将基于信息 技术的资源及应用（计算机软硬件、接口及机器）聚集成一个协同工作的整体， 集成包含功能互换、信息共享及数据通信三个方面的管理和控制（wenston， 1992）4。集成不是系统间简单的组合，必须要实现分散、独立的各子系统之 间的数据共享，正确处理集中和分散的关系。这就是要求整个产品的描述信息 在其全部的生命周期中能够被各个环节所获得。capp 是连接 cad 和 cam 的 桥梁，cad 的信息要经过 capp 处理，才能生成完整的制造信息，供 cam 及 后续的系统使用，因此要实现更大范围的集成和数据传递，首先要完成 cad 与 capp 的集成。 cad/capp 集成系统必须有统一的产品信息模型，以实现信息的自动生 成、传递、响应、分析和反馈。在 cad/capp 集成系统中，所包括的信息应有 几何拓扑信息、用于加工的工艺信息、用于结构分析的结构特征信息、用于检 测的测量信息、用于生产管理的组织信息。现有的商品化的 cad 系统都是以 几何和拓扑的形式定义和存储产品的信息，多采用基于数学和几何学理论的线 框模型、曲面模型和实体模型，只产生较低层次的几何信息，如点、线、面、 基本体素等，但对于 capp 及后续系统来说，只有点、线、面的层次太低，无 法被其所自动理解，因此再根据面向制造的需要来解释零件时需要大量的人工 干预和二次输入，降低了效率和增加了人为的不确定因素。因此，合理的根据 制造的需要自动解释零件数据的加工语义信息，实现数据共享，满足后续的 capp 与 cax 系统自动运行的需要是 cad 与 capp 集成系统所要解决的问题。 1.3.2 cad/capp 集成方法概述 目前实现 cad/capp 集成的方法归纳起来主要有以下两种： 1. 开发集成的 cad/capp 系统，通过统一的产品模型和数据库管理系统， 使各自系统对公共的数据进行操作，做到数据共享，实现应用上的无缝集 成。但是要建立一个统一的数据模型，技术难度大，开发周期长。 2. 实现系统集成的另一种有效途径是采用中性交换文件5。 各子系统通过前后置处理生成或读取使用通用的数据交换标准格式的中性 交换文件，进行信息集成，这种方法集成更加灵活和自由，开发和集成难度较 小。随着人们对产品数据交换的大量研究，先后提出了许多的数据交换标准， 如 20 世纪 70 年代末由美国 cam- i 开始研究初始化图形交换规范 iges（initial 南京航空航天大学硕士学位论文 9 graphics exchange specification） ，它是由美国国家标准局和工业界共同制定的， 它以产品设计图样为直接处理对象，规定了图样数据交换文件的格式规范，经 过 iges 格式数据文件的中介作用，可以实现在不同 cad 系统之间交换设计图 样信息，但其只解决了二维图纸的信息共享，还不能算是真正的集成。在接下 来的 20 年里，世界各国还相继制定了许多相应的数据交换标准，如产品定义 数据接口（pddi） 、产品数据交换规范（pdes） 、数据交换规范（set） 、及产 品模型数据交换标准（step） 3。其中，作为国际标准的 step（standard for the exchange of product model data）受到了广泛的重视。在 step 中，产品数据是 全面定义一个零件所需的几何、拓扑、公差、关系、性能和属性等的数据。但 由于其没有完全成熟，故当前的商业 cad 软件还只支持其几何标准，但是伴 随着 step 的不断完善，相信基于它的集成必将具有更广阔的前景。 虽然现在的 step 标准也还并不完善，但是它给出了未来系统集成的发展 方向，在本文中即以 step 中性文件为媒介，实现 cad 与 capp 系统之间的集 成，对于尚不完善的工艺，制造方面的信息，采用交互的方式进行扩展。 1.3.3 cad/capp 集成的发展趋势 cad/capp 集成系统正逐步向集成化、智能化、网络化和可视化方向发展， 随着敏捷制造思想的发展,要求其能够面向敏捷制造环境。 1)集成化 cad/capp 集成系统是 cims 的子系统，首先要实现 cad 与 capp 的紧 密耦合，还应与 cam、pdm 、cae、fms 等系统集成。 2)智能化 当前 cad/capp 集成技术必须与人工智能技术相结合，整个系统的工程 数据库应由传统数据库和知识库相结合组成。 3)网络化 网络技术是计算机技术和通信技术相互渗透而又密切结合的产物，由于单 个系统的处理能力有限，只有通过网络互联，才能有效地实现资源共享和协同 合作，发挥单个系统远远不及的效果。通过网络把各个子系统互联在一起实现 数据的交换、共享和集成，减少中间数据的重复输入输出过程，从而大大地提 高了整个系统的效率，加速新产品的开发，提高质量，降低成本，缩短交货周 期和库存量，以提高企业在市场中的竞争力。 特征建模与特征识别及其在 cad/capp 集成中的应用 10 4)可视化 复杂的数据以视觉的形式表现是最容易让人理解的，图像是沟通思维的最 自然方法之一。可视化的 cad/capp 集成系统的基本思想是，从准备数据、 实施计算到表达结果都用图像来完成或表现，最后结果还可以用具有真实感的 动态图形模拟来描述，即把符号信息(数据)转换为视觉信息(图像)，从而有效地 匹配开发人员的右侧大脑能力，丰富科学发现的过程，给人们以意想不到的洞 察力。 在 cad/capp 集成中有两个最为关键的问题:零件信息的描述及工艺的自 动生成方法。研究零件信息描述的目的是实现 cad/capp 的信息集成。成组技 术(group technology ,gt)编码是普遍使用的零件信息描述方法。由于其码位有 限,必然要丢失一些详细的零件信息,而无法满足 capp 进行详细工艺设计时的 需要。由于零件可以用 cad 系统建模,因此,直接用 cad 模型作为 capp 的输 入,可以避免 gt 编码描述的局限性。在商品化 cad 系统下实现 cad/capp 集 成是当前信息集成研究的热点问题之一,而且迄今仍然是一个尚未完全解决的课 题。 1.4 研究背景 随着 cad 和 capp 概念的逐步形成及计算机硬件和软件的飞速发展，产 品的表达方式发生了显著的变化。从 cad/capp 集成的角度出发，要求从产品 整个生命周而复始各阶段的不同需求来描述产品，能够完整地、全面地、描述 产品的信息，即重构零件模型，使得各应及系统可以直接从该零件模型中抽取 所需的信息，特征建模，是目前被认为最适合于 cad/capp 集成系统的产品表 达方法。 本论文是 863 项目“面向中小制造企业信息化的集成系统开发与应用” （项 目号是 2003aa414041）中的对于 cad/capp 集成的部分研究内容。 特征技术在 capp 系统的应用，要便于与 cad 以及 cam 的集成，是一个 非常重要的课题。目前 capp 系统使用最广泛的一种零件信息建模方法是基于 特征的零件信息描述法，简称为特征建模法。这是一种符合工程实际应用的实 用方法，它不同于一般 cad 系统以图形表达为目的零件模型。特征建模法既 适用于回转类零件又适用于非加转类零件，而且同时适合 cad 和 capp 系统。 南京航空航天大学硕士学位论文 11 目前主要采用三种方法实现 cad/capp 集成，即特征识别、基于特征的设 计和交互式特征定义。而基于商品化 cad 系统实现 cad/capp 集成一般有两 种途径:一是在商品化 cad 软件上开发具有制造特征功能的软件，使设计信息 可为 capp 直接使用；二是基于 cad 软件实体造型,开发制造特征识别与提取 系统，为 capp 等应用系统提供制造特征信息。 1.5 研究内容 本论文的研究包括前期理论探讨阶段和后期系统实现应用阶段，具体研究 内容包括： 1）研究特征建模与特征识别的相关概念、方法和原理。 2）针对轴类和箱体类零件，实现两类零件的设计特征分类和参数化定义， 并在 caxa 上建立相应的参数化特征库。 3）在参数化轴类和箱体类零件的基础上，在 caxa 系统上实现特征识别 的相关功能。 4）在识别出的设计特征基础上，实现外部添加相应工艺信息，最终以工 艺特征的映射文件输出。 通过特征设计过程中对特征的纪录，来完成 cad 与 capp 的集成。 整个系统采用统一的，交互式图形菜单为用户界面。系统中各模块间的信 息的传递和共享可通过“中性”文件 xml格式数据传递来实现。 此模块是 cad/capp 集成中特征识别的研究模块，主要涉及的技术基于特 征的特征识别工具，开发平台是 caxa 三维 cad 软件提供的二次开发平台， 开发环境是 vc+6.0。 特征建模与特征识别及其在 cad/capp 集成中的应用 12 第二章 特征建模技术 基于特征的建模