基于特征的部件实体建模技术在室内家具设计中的应用研究J7

1、基于特征的部件实体建模技术在室内家具设计中的应用研究J7    内容摘要本文针对我国目前室内家具设计中存在的问题，将艺术与技术相结合，引入基于特征的部件实体建模技术，以3DMAX为技术平台，介绍了特征的含义，阐述了特征建模的优势，并通过实例介绍了基于特征的实体建模技术在家具设计中的实际应用，为室内家具的设计开发提供了一条新的思路。 关键词特征/建模技术/室内家具 一、引言 在全球市场竞争日益加剧的今天，对家具制造业来说，如何做出快速的市场响应，如何完全按照顾客的要求生产出高质量低成本的产品是企业生存和发展的重要条件。 目前室内家具设计面临的主要问题有：

2、研制的周期较长； 部件选材不准确、尺寸设计不精确，部件组装不到位； 造型缺少艺术性； 大多数家具企业的CAD技术仅限于计算机绘图，应用缺少广度与深度。 同时，由于家具产品的工作环境复杂，设计计算较为复杂、难度较大，再加上缺少先进的设计计算工具，因而导致了产品造型粗大、笨重，很难满足现代家具市场的需要，更无法在国际市场上占有一席之地。 二、基于特征的部件实体的建模技术 要解决上述问题，可以采用机械设计领域中的基于特征的部件实体建模技术，从三维角度出发，基于一些三维建模软件（如3DMAX、MAYA等，这里着重以3DMAX为例），进行室内家具产品的研制开发，以加快开发速度，提高产品质量。 1. 特征

3、的定义 在机械三维设计过程中，所谓特征就是组成部件实体模型的基本元素，它体现了产品的功能要素和工程含义，是描述产品信息的集合。在产品设计过程中，其操作对象不是原始的线条和体面，而是产品的功能要素，诸如拉伸、凹凸、倒角、圆角和打孔等。它使产品设计工作在更高的层次上进行，使所设计的产品，既体现了设计意图，又易于理解，节省了产品设计的时间，又加强了产品设计、分析、工艺准备、加工、检验各部门的联系，有助于推动产品设计和工艺设计规范化、标准化和系列化。因此，基于特征的设计更符合设计人员的设计思路，更有利于发挥设计者的创造力和想象力，完全可以用于室内家具的开发设计。 2. 特征的分类 在进行三维设计过程中

4、，设计者为了得到不同的部件实体，常选择不同的特征。在这些特征中，有些是由曲面方法生成的，而有些是通过选择适当的工具或菜单命令，然后定义所需的尺寸或特征所生成的。 (1) 实体特征 实体特征常分为块体生成特征、线形生成特征。它是构成部件实体的基本要素，是基于特征的实体建模的含义所在，是创建实体特征和进行细节特征操作的主要部分。实体特征均可由块体或线形生成。 (2) 块体生成特征 块体生成特征常分为方体特征、球体特征、圆柱体特征、圆锥体特征、三角体特征、圆管体特征。它是直接参数创建实体模型上的特征，是系统或设计者已定义好的参数化特征。 (3) 线形生成特征 线形生成特征分为直线特征、圆周特征、矩形

5、特征、圆弧特征、椭圆特征、Bezier曲线特征。它是先创建二维平面图并进行相应的特征绘制，待平面图绘制完成后，再把平面图变成三维实体模型。 (4) 曲面特征 曲面是一种可用来生成实体特征的面。3DMAX提供了曲面建模技术，能够完成绝大部分工业产品的曲面造型。基于3DMAX平台的曲面建模方法有：拉伸曲面、旋转曲面、光滑表面、创建曲面、创建曲点、表面整齐、弯曲面和表面接近等。 3. 基于特征的设计 部件几何形状和特性直接由特征来定义，几何模型由特征来构造。特征的构造用得最多的方法是解构法，即通过在基本块上执行布尔运算，一步步地形成部件所需的形状。在3DMAX中，部件(基本体) 可通过线形或块体来构

6、造，同样还可以使用预定义的集合特征来执行基本块上的操作。 4. 参数化设计 参数化设计就是部件尺寸的设计，用参数来描述并在设计修改时通过修改的数值来更改部件的外形，从而实现尺寸对造型的驱动。对于传统的家具产品结构设计来说，基于3DMAX平台的参数化设计不但极大地改善了造型的修改手段，提高了设计的柔性，而且该设计还具有实质上的物理意义，即运用体积、表面积、质心等系统参数或密度、厚度等用户自定义参数加入设计构思中，从而来表达设计思想。这对家具产品设计中所要进行的概念设计、实体建模、装配等均有着革命性的意义。 5. 基于特征的实体建模技术的步骤 (1) 规划设计意图 广义的设计意图是从分析部件的结构

7、着手，确定部件的特征组成，理清特征创建的顺序，然后按照一定的要求对基本特征进行布尔运算。狭义的设计意图是规划被改变后的实体模型如何表现其它特征。 (2) 创建基体特征 最初建立的实体模型称为基体，它是最简单的实体，其上没有任何的细节特征，但它为创建后续细节特征奠定了基础。 (3) 细节特征 部件细节特征设计是实体建模逐步完善的过程，即在基体特征上进行新特征的添加，逐步完成整个实体的创建。一般细节特征设计分为以下几个步骤：选择进行特征设计的平面图；完成平面图绘制；创建特征；对于块体生成特征，则直接在已存在的实体特征上创建细节特征。 (4) 特征修改 通过改变一个或多个特征的形状或位置约束，并对部

8、件进行处理，则所修改的特征及与之相关的所有特征将一同被修改。由于3DMAX支持三维实体模型与二维工程图的双向关联，可将完成的三维实体模型转化为二维工程图，应用于生产、制造部门，也可以在二维工程图中对三维实体模型进行修改。 三、应用实例 在一些造型复杂椅子的设计过程中，一个主要的难点是椅座部位的设计。因为在椅子的设计过程中，原始构思是三维（3D）概念，设计结果也是三维（3D）实体，但传统的设计方法（甚至是CAD）所传递的信息全是2D图形，所以较难完成其全面的设计任务。 现在则可以用上面所阐述的基于特征的部件实体建模方法来创建该部件实体。 部件实体的特征分析：该方形曲面椅座实际上是由六个方孔所组成

9、的部件。在该部件中最难设计的是椅座凹陷部位，因为它的结构不太规则。但如果采用基于特征的部件实体建模技术，利用3DMAX就可以很快地解决问题。因为人在设计部件时的原始冲动是三维的，是有颜色、材料、硬度、形状、尺寸、相关配件、制造工艺等关联概念的三维实体。分析该部件的结构可以看出，该部件所包含的特征主要有：基体拉伸、基体布尔运算（开孔），并且基体布尔运算这个特征要多次使用。所以在完成该部件的结构，我们的步骤是：首先在3DMAX中利用矩形特征在TOP视图上建立一个矩形，然后在这个平面图上进行相应的特征绘制（规定尺寸），利用布尔运算进行表面开孔。当平面图绘制完成后，再通过修改面版中的挤压命令规定厚度把

10、这个平面图变成三维实体模型，利用材质编辑面版指定材质和颜色。接着根据该部位模型的具体形状，在曲面特征面版里使用创建曲面、拉伸曲面、弯曲面等方法进行细节特征设计，调节模型参数使其符合要求。最后根据部件实体的具体形状进行一定的修改，得出所需要的三维实体模型。 结语 本文引入了机械设计领域基于特征的部件实体建模技术，基于3DMAX技术平台，对该特征进行定义、分类，并以此总结、归纳出运用基于特征的部件实体建模技术进行家具部件创建的步骤；最后给出了利用该技术成功设计出一些复杂造型椅子的具体实例。结果表明：在设计室内家具产品过程中，利用该技术具有如下优势： 1. 所设计的模型可非常直观地表现出产品的实际情

11、况，提高产品的可信度和竞争力。 2. 可利用所得到的家具部件实体图，实现整个家具产品的虚拟装配，不仅可以进行产品的结构验证，而且可以对产品进行运动分析，提高设计的准确性。 3. 可快速、自动生成工程图，使部件、装配、工程图的尺寸自动保持一致性，大大减轻了设计的工作量，缩短了产品研发周期，降低了开发成本。 本文为安徽农业大学校长青年基金项目资助，项目号：20060910 参考文献 1 熊光楞、李伯虎、柴旭东：“虚拟样机技术”，系统仿真学报，2001.1。 2 朱林、尹成龙、孔晓玲等：“基于特征的零件实体建模技术在农机中的应用”，机械工程师，2005.9。 3 钱昀、董荪：“浅析产品设计以人为本”

12、，芜湖师专学报，2005.2。 4 祝国旺等：“基于特征的产品建模研究”，华中理工大学学报，1994.2。 5 曾旭东、谭洁：“室内设计与家具业的信息化链接智能物体GDL技术的应用研究”，室内设计，2005.3。 6 朱礼智、马晓君、陈健敏等：“智能家具对室内设计的影响”，林业机械与木工设备，2006.1。3. 可快速、自动生成工程图，使部件、装配、工程图的尺寸自动保持一致性，大大减轻了设计的工作量，缩短了产品研发周期，降低了开发成本。 本文为安徽农业大学校长青年基金项目资助，项目号：20060910 参考文献 1 熊光楞、李伯虎、柴旭东：“虚拟样机技术”，系统仿真学报，2001.1。 2 朱

13、林、尹成龙、孔晓玲等：“基于特征的零件实体建模技术在农机中的应用”，机械工程师，2005.9。 3 钱昀、董荪：“浅析产品设计以人为本”，芜湖师专学报，2005.2。 4 祝国旺等：“基于特征的产品建模研究”，华中理工大学学报，1994.2。 5 曾旭东、谭洁：“室内设计与家具业的信息化链接智能物体GDL技术的应用研究”，室内设计，2005.3。 6 朱礼智、马晓君、陈健敏等：“智能家具对室内设计的影响”，林业机械与木工设备，2006.1。3. 可快速、自动生成工程图，使部件、装配、工程图的尺寸自动保持一致性，大大减轻了设计的工作量，缩短了产品研发周期，降低了开发成本。 本文为安徽农业大学校长

14、青年基金项目资助，项目号：20060910 参考文献 1 熊光楞、李伯虎、柴旭东：“虚拟样机技术”，系统仿真学报，2001.1。 2 朱林、尹成龙、孔晓玲等：“基于特征的零件实体建模技术在农机中的应用”，机械工程师，2005.9。 3 钱昀、董荪：“浅析产品设计以人为本”，芜湖师专学报，2005.2。 4 祝国旺等：“基于特征的产品建模研究”，华中理工大学学报，1994.2。 5 曾旭东、谭洁：“室内设计与家具业的信息化链接智能物体GDL技术的应用研究”，室内设计，2005.3。 6 朱礼智、马晓君、陈健敏等：“智能家具对室内设计的影响”，林业机械与木工设备，2006.1。3. 可快速、自动生

15、成工程图，使部件、装配、工程图的尺寸自动保持一致性，大大减轻了设计的工作量，缩短了产品研发周期，降低了开发成本。 本文为安徽农业大学校长青年基金项目资助，项目号：20060910 参考文献 1 熊光楞、李伯虎、柴旭东：“虚拟样机技术”，系统仿真学报，2001.1。 2 朱林、尹成龙、孔晓玲等：“基于特征的零件实体建模技术在农机中的应用”，机械工程师，2005.9。 3 钱昀、董荪：“浅析产品设计以人为本”，芜湖师专学报，2005.2。 4 祝国旺等：“基于特征的产品建模研究”，华中理工大学学报，1994.2。 5 曾旭东、谭洁：“室内设计与家具业的信息化链接智能物体GDL技术的应用研究”，室内设计，2005.3。 6 朱礼智、马晓君、陈健敏等：“智能家具对室内设计的影响”，林业机械与木工设备，2006.1。3. 可快速、自动生成工程图，使部件、装配、工程图的尺寸自动保持一致性，大大减轻了设计的工作量，缩短了产品研发周期，降低了开发成本。 本文为安徽农业大学校长青年基金项目资助，项目号：20060910 参考文献 1 熊光楞、李伯虎、柴旭东：“虚拟