逆向建模及产品创新设计 第三十节 支持创新的逆向建模方法

智能制造支持创新的逆向建模方法逆向建模及产品创新设计逆向建模及产品创新设计1.参数化、变量化建模方法

在CAD造型技术中，实现参数化设计的方法主要有;编程、交互参数化、离线参数化和三维参数化等。1）编程参数化通过编程来进行参数化设计。例如对于系列化产品或标准件，只要对同一系列不同的初始尺寸赋给不同变量，初始尺寸不同，得到不同图形，达到参数化的目的。编程参数化一个较大的优点是可以通过条件判断生成实际产品设计中需要的类似结构的图形，即所谓变异式设计，这是其他许多参数化技术所不具备的；缺点是编程不直观、费时、易出错。逆向建模及产品创新设计2）交互参数化通过交互的方法来进行参数化设计。交互参数化的生成方法又包括多种。（1）变动几何法：先做草图、后加约束，并将几何约束转变为以一系列的特征点为变元的非线性方程组，通过求解方程来实现参数化设计。这种处理方法的技术难度大，因为将一张工程图的所有变量放在一个大矩阵内求解，会大大提高问题的复杂度，影响算法的效率和可靠性。（2）作图规则匹配：一般采用一阶谓词表示几何约束，采用人工智能的符号处理、知识表示、几何推理等手段，将当前的作图步骤与某个作图规则相匹配，逐步确定出未知的几何元素。该法强调了做图的几何概念，可以检查约束模型的有效性，便于局部求解，具有较强的智能性。但将原来简洁直观的几何作图规则拆散成繁琐的谓词，为此存在速度慢、系统庞大、对循环约束情况无解等问题。逆向建模及产品创新设计（3）几何作图局部求解法：这种方法在作图过程中随时标注新增加集合元素的自由度和所受的约束关系，判断几何求解的局部条件是否满足。通过遍历检测，依次求出求解条件充分的元素参数。由于未知条件和已知条件被区分，从根本上回避了搜索匹配的盲目性，可以及时发现几何元素和尺寸标注的欠约束和过约束，大大提高了问题求解的效率和可靠性。（4）辅助线作图法：所有作图线建立在辅助线的基础上，每一条辅助线都只依赖于至多一个变量，辅助线的求解条件在作图过程中已经明确规定，不必作遍历搜索和检查求解条件是否充分，故此法相对简单。辅助线作图法的作图过程符合设计人员的打样习惯，可以保证尺寸标注正确合理，不会产生欠约束或过约束，是一种高效的作图法。逆向建模及产品创新设计（5）变量流技术：该法力求在交互作图过程中同步建立结构图形约束。当整个图形的几何定义完成后，意味着约束关系的完成。它将约束封闭于几个图形元素之间，因此约束具有局限性，便于修改及求解。结构图形约束完成后再加尺寸标注约束，两种约束可能存在矛盾，可以回溯查找结构图形约束关系并进行修正，从而保证改变尺寸后直接驱动图形，一般不会出现约束冗余和约束不足，即使出现问题，也可检查修正。（6）交互生成参数绘图命令：这种方法利用数值参数和参数化点来控制全部图形和尺寸标注。图形交互输入系统后，生成具有一定格式的绘图语句，如画线、圆、圆弧、曲线、尺寸标注、字符串等，并可进一步生成高级语言程序。每当用户输入一组参数值时，通过解释执行，产生参数化图形。逆向建模及产品创新设计3）离线参数化

一般通过交互方法的CAD软件只是建立了几何模型，通过扫描输入和识别并进行矢量化的ZAD系统也只是建立几何模型，图形和尺寸之间元素、图形元素之间没有建立约束关系。与前述的在线参数化不同，将这几种几何模型向参数化模型转换的方法称为离线参数化方法。离线参数化可分成两个步骤，一是在已有图形基础上通过标注尺寸建立约束关系；二是在已有图形和尺寸的基础上，通过尺寸框架的识别搜索建立约束关系。4）三维参数化

三维参数化的实现有两种途径：其一是由二维参数化图形通过拉伸、旋转、扫掠等操作得到三维参数化图形，二维图形改变，三维图形随之改变；其二及建立基于特征的三维参数化模型，特征模型中包含特征定位和特征间的关联信息，，因而可以实现参数化。逆向建模及产品创新设计2.逆向建模的参数化、变量化实现方法

根据逆向造型的特点和CAD造型实现参数化的几种方法，可以得出适合于逆向建模的参数化实现方法，即离线参数化和三维参数化，处理过程分为数据分割、特征约束识别、确定特征造型过程、特征的参数化建立。实现上