第4章 产品数字化造型技术

产品数字化造型技术本章要领：

产品数字化造型技术概述

形体在计算机内部的表示基于线框、曲面及实体的产品造型技术产品的特征及参数化造型技术产品的数字化装配技术数字化设计软件中的关键技术及研究热点产品数据与产品数据交换标准

主流数字化造型软件介绍

2026/6/291SuChun,SoutheastUniversity产品数字化造型技术概述产品造型技术的研究始于20世纪60年代。总体上，产品造型技术经历了三个发展阶段：产品造型（modeling）也称产品建模，它研究如何以数学方法在计算机中表达物体的形状、属性及其相互关系，以及如何在计算机中模拟模型的特定状态。

产品造型是数字化设计技术的核心内容。以产品模型信息为基础，可以进行运动学和动力学分析、干涉检查以及生成数控加工程序等。因此，产品造型技术在很大程度上决定了数字化设计技术的水平。2026/6/292SuChun,SoutheastUniversity产品数字化造型技术概述①60年代，研究重点是线框造型技术；②70年代，研究重点是自由曲面造型及实体造型技术；③80年代以后，研究重点是参数化造型及特征造型技术。

三维线框模型以直线和曲线描述三维形体的边界组成，并定义线框模型空间顶点的坐标信息、边的定义信息以及顶点与边的连接关系。

自由曲面造型研究曲面的表示、求交以及显示等问题，主要针对汽车、飞机、船舶等复杂表面的设计及制造。

实体造型主要研究如何以形状简单、规则的基本体素（如正方体、圆柱、圆锥等）为基础，通过并、差、交等集合运算以构成复杂形状的物体。2026/6/293SuChun,SoutheastUniversity产品数字化造型技术概述参数化造型采用几何拓扑和尺寸约束来定义产品模型，使人们可以动态地修改模型。特征造型则是以实体造型为基础，采用具有一定设计意义或加工意义的特征作为造型的基本单元，来建立零部件的几何模型。

曲面造型和实体造型所依据的理论和方法不太相同。早期两种建模方法曾相互独立、平行发展。80年代后期，非均匀有理B样条（NURBS）技术的出现，使人们可以采用统一的数学表达形式表示基本体素的二次解析曲面以及自由曲面。于是，实体模型中也开始采用自由曲面造型技术，从而使实体造型技术和曲面造型技术得到统一。2026/6/294SuChun,SoutheastUniversity产品数字化造型技术概述将参数化造型的思想应用到特征造型中，使产品的特征参数化，就形成了参数化特征造型技术。造型技术广泛应用于机械产品开发中。例如：产品设计时，用以反映物体外观、检查零件装配关系、生成工程图纸等；结构分析时，用以计算零件的质量、质心、转动惯量、表面积等物理参量；运动分析时，用于机械结构的动作规划、运动仿真以及零件的干涉检查等；数控加工时，以产品模型为基础，规划刀具轨迹、进行数控加工仿真等。近年来，产品结构建模成为人们研究的重点。它是一种面向装配的建模技术，包含了产品从零件、部件到装配的完整信息，产品结构模型提供了统一、完整的产品信息，为信息共享创造了条件。2026/6/295SuChun,SoutheastUniversity形体在计算机内部的表示在计算机内部用一定结构的数据来描述、表示三维物体的几何形状及拓扑信息，称为形体在计算机内部的表示。它的实质就是物体的几何造型（GeometryModeling），目的是使计算机能够识别和处理对象，并为其他产品数字化开发模块提供原始信息。几何信息和拓扑信息：

三维实体造型需要考虑实体的几何信息及拓扑信息。其中，

几何信息是指构成几何实体的各几何元素在欧氏空间中的位置与大小。2026/6/296SuChun,SoutheastUniversity形体在计算机内部的表示常见几何元素的数学表达式

拓扑信息只考虑构成几何实体的各几何元素的数目及其相互之间的连接关系。也就是说，拓扑关系允许三维实体作弹性运动、可以随意地伸张扭曲。因此，对于两个形状、大小不一样的实体，它们的拓扑关系却有可能等价。2026/6/297SuChun,SoutheastUniversity形体在计算机内部的表示拓扑等价的两个几何实体从拓扑信息的角度，顶点、边、面是构成模型的三种基本几何元素。从几何信息的角度，则分别对应于点、直线（或曲线）、平面（或曲面）。上述三种基本元素之间存在多种可能的连接关系。以平面构成的立方体为例，存在：面相邻性、面-顶点包含性、面-边包含性、顶点-面相邻性、顶点相邻性、顶点-边相邻性、边-面相邻性、边-顶点相邻性、边相邻性等九种关系。2026/6/298SuChun,SoutheastUniversity形体在计算机内部的表示形体的定义及表示形式：

任何复杂形体都是由基本几何元素构成的。几何造型就是通过对几何元素进行各种变换、处理以及集合运算，以生成所需几何模型的过程。点是零维几何元素，也是几何造型中最基本的几何元素，任何形体都可以用有序的点的集合来表示。利用计算机存储、管理、输出形体的实质就是对点集及其连接关系的处理。①点（Vertex）点有不同的种类，如端点、交点、切点、孤立点等。在形体定义中，一般不允许存在孤立点。2026/6/299SuChun,SoutheastUniversity形体在计算机内部的表示自由曲线及曲面中常用到三类点：控制点、型值点和插值点。

控制点也称特征点，它用于确定曲线、曲面的位置和形状，但相应的曲线或曲面不一定经过控制点。

型值点用于确定曲线、曲面的位置和形状，并且相应的曲线或曲面一定要经过型值点。

插值点是为了提高曲线和曲面的输出精度，或为便于修改曲线和曲面的形状，而在型值点或控制点之间插入的一系列点。边是一维几何元素，它是指两个相邻面或多个相邻面之间的交界。②边（Edge）2026/6/2910SuChun,SoutheastUniversity形体在计算机内部的表示正则形体的一条边只能有两个相邻面，而非正则形体的一条边则可以有多个相邻面。边由两个端点界定，即边的起点及边的终点。直线边或曲线边都可以由它的端点定界，但曲线边通常是通过一系列的型值点或控制点来定义，并以显式或隐式方程式来表示。边具有方向性，它的方向为由起点沿边指向终点。面是二维几何元素，它是形体表面一个有限、非零的区域。面的范围由一个外环和若干个内环界定。③面（Face）2026/6/2911SuChun,SoutheastUniversity形体在计算机内部的表示一个面可以没有内环，但必须有且只能有一个外环。面具有方向性，一般用面的外法矢方向作为面的正方向。外法矢方向通常由组成面的外环的有向棱边，并按右手法则确定。几何造型系统中，常见的面的形式有平面、二次曲面、柱面、直纹面、双三次参数曲面等。面的外环与内环2026/6/2912SuChun,SoutheastUniversity形体在计算机内部的表示环是由有序、有向边（直线段或曲线段）组成的面的封闭边界。环中的边不能相交，相邻边共享一个端点。环有内外环之分，确定面的最大外边界的环称为外环，确定面中内孔或凸台边界的环称为内环。环也具有方向性，它的外环各边按逆时针方向排列，内环各边则按顺时针排列。④环（Loop）体是由封闭表面围成的三维几何空间。通常，把具有维数一致的边界所定义的形体称为正则形体。

⑤体（Object）2026/6/2913SuChun,SoutheastUniversity形体在计算机内部的表示正则形体非正则形体2026/6/2914SuChun,SoutheastUniversity形体在计算机内部的表示正则形体与非正则形体的区别

壳是由一组连续的面围成。其中，实体的边界称为外壳；如果壳所包围的空间是空集，则为内壳。一个体至少有一个壳组成，也可能由多个壳组成。⑥壳（Shell）2026/6/2915SuChun,SoutheastUniversity形体在计算机内部的表示⑦形体的层次结构a.几何信息：用以表示几何元素的性质和度量关系，如位置、大小、方向等；b.拓扑信息：用以表示各几何元素之间的连接关系。形体的几何元素及几何元素之间存在以下两种信息：2026/6/2916SuChun,SoutheastUniversity形体在计算机内部的表示几何形体的层次结构2026/6/2917SuChun,SoutheastUniversity基于线框、曲面及实体的产品造型技术

线框造型

在计算机绘图及数字化设计技术的初期，只有二维线框模型（WireframeModel），用户需要逐点、逐线地构造模型。二维线框造型的目标是用计算机代替手工绘图。三维线框模型也仅由点、线及曲线等组成。三维物体可以用它的顶点以及边的集合来描述。因此，每个线框模型都包含有两张表：顶点表:记录各顶点的坐标值；棱线表:记录每条棱线所连接的两个顶点信息。2026/6/2918SuChun,SoutheastUniversity基于线框、曲面及实体的产品造型技术线框模型的数据结构原理2026/6/2919SuChun,SoutheastUniversity基于线框、曲面及实体的产品造型技术根据物体的三维线框数据模型，可以产生任意视图，且视图之间能够保持正确的投影关系，还可以生成任意视点或视向的透视图、轴测图。另外，线框模型操作较简单，对计算机的内存、显示器等软硬件要求较低。

线框模型的缺点：

当对象形状复杂、棱线过多时，若显示所有棱线将会导致模型观察困难，引起理解错误；

对于某些线框模型，人们很难判断对象的真实形状，会产生歧义，即“二义性”问题。

线框模型的数据结构中缺少拓扑信息，如边与面、面与体之间的关系信息等。2026/6/2920SuChun,SoutheastUniversity基于线框、曲面及实体的产品造型技术无法识别面与体，无法形成实体，也不能区分体内与体外。线框模型还存在不能消除隐藏线、不能作任意剖切、不能计算物性（如质量、体积）、不能进行面的求交、无法生成刀具轨迹、不能检查物体之间的干涉等具有“二义性”的线框模型2026/6/2921SuChun,SoutheastUniversity基于线框、曲面及实体的产品造型技术曲面模型的描述方式有两种：曲面造型曲面模型也称为表面模型（SurfaceModel）。它以“面”来定义对象模型，能够精确地确定对象面上任意一点的X、Y、Z坐标值。面的信息对于产品的设计和制造过程具有重要意义。物体的真实形状、物性（体积、质量等）、划分有限元网格、数控编程时刀具的轨迹坐标等都需要根据物体面的信息来确定。①以线框模型为基础的面模型；②以曲线、曲面为基础构成的面模型。2026/6/2922SuChun,SoutheastUniversity基于线框、曲面及实体的产品造型技术表面模型的数据结构基于线框模型的面模型是把线框模型中的边所包围成的封闭部分定义为面，只适合于描述简单形体。现代航空航天、电子、汽车以及模具等产品中复杂、且需要精确描述的曲面，只能以第二种方法通过参数方程描述。2026/6/2923SuChun,SoutheastUniversity基于线框、曲面及实体的产品造型技术①线性拉伸面：线性拉伸面是由一条曲线（母线）沿着一定的直线方向移动而形成的曲面。曲面造型方法（1）扫描曲面（SweptSurface）②旋转面：旋转面是由一条曲线（母线）绕给定的轴线，按给定的旋转半径旋转一定的角度而扫成的面。2026/6/2924SuChun,SoutheastUniversity基于线框、曲面及实体的产品造型技术③扫成面：扫成面是由一条曲线（母线）沿着另一条（或多条）曲线（轨迹线）扫描而成的面。直纹面是以直线为母线，直线的端点在同一方向上沿着两条轨迹曲线移动所生成的曲面。圆柱面、圆锥面都是典型的直纹面。（2）直纹面(RuledSurface)2026/6/2925SuChun,SoutheastUniversity基于线框、曲面及实体的产品造型技术（3）复杂曲面（ComplexSurface）复杂曲面的生成原理：先确定曲面上特定的离散点（型值点）的坐标位置，通过拟合使曲面通过或逼近给定的型值点，得到相应的曲面。曲面的参数方程不同，就可以得到不同类型及特性的曲面。常见的复杂曲面有孔斯（Coons）曲面、贝塞尔（Bezier）曲面、B样条（B-Spline）曲面等。①孔斯曲面：孔斯曲面是由四条封闭边界所构成的曲面。孔斯曲面的几何意义明确、曲面表达式简洁，主要用于构造通过给定型值点的曲面，但不适用于曲面的概念性设计。2026/6/2926SuChun,SoutheastUniversity基于线框、曲面及实体的产品造型技术②贝塞尔曲面：以逼近为基础，先通过控制顶点的网格勾画出曲面的大体形状，再通过修改控制点的位置来修改曲面的形状。该方法存在局部性修改的缺陷，即修改任意一个控制点都会影响整张曲面的形状。③B样条曲面：它以B样条基函数来反映控制顶点对曲面形状的影响。该方法保留了贝塞尔曲面的优点，解决了贝塞尔曲面设计中存在的局部性修改问题。Bezier曲面Coons曲面2026/6/2927SuChun,SoutheastUniversity基于线框、曲面及实体的产品造型技术与曲面扫描变换法原理类似，实体扫描变换是通过将一个二维形体沿给定轴线方向平移一定距离或绕着给定轴旋转一定角度而形成实体。实体扫描的前提条件是平面轮廓必须封闭。实体造型实体模型（SolidModel）是一种具有封闭空间、能提供三维形体完整的几何信息的模型。它所描述的形体是唯一的。（1）扫描变换法2026/6/2928SuChun,SoutheastUniversity基于线框、曲面及实体的产品造型技术扫描变换法“边界”是物体内部点与外部点的分界面。边界表示法（BoundaryRepresentation，BRep）将实体定义为有封闭的边界表面围成的有限空间。（2）边界表示法2026/6/2929SuChun,SoutheastUniversity基于线框、曲面及实体的产品造型技术CATIA、EUCLID等软件就是以BRep为基础的。封闭的边界表面既可以为平面，也可以为曲面。每个表面可由边界的边及顶点表示。边界表示法强调形体的外表细节，包含了描述三维物所需要的几何信息和拓扑信息。实体模型的边界表示2026/6/2930SuChun,SoutheastUniversity基于线框、曲面及实体的产品造型技术其中，几何信息包括物体的大小、尺寸、形状及位置，拓扑信息则描述了物体上所有顶点、边与表面之间的连接关系。通过检查拓扑关系可以保证物体拓扑的正确与否。边界表示法存储信息完整，相应的信息量也大。通常，以边界表示的建模系统中都采用翼边数据结构。翼边结构由美国Stanford大学最先提出。它以边为核心，通过某条边可以检索到该边的左面和右面、该边的两个端点及上下左右的四条邻边，从而确定各元素之间的连接关系。2026/6/2931SuChun,SoutheastUniversity基于线框、曲面及实体的产品造型技术体素构造法也称实体构造法（ConstructiveSolidGeometry，CSG）。它是以基本实体体素（Primitive）为基础，通过交、并、差等布尔运算（BooleanOperation）来构造复杂形体的方法。

基本体素是指能用有限个尺寸参数进行定形和定位的简单的封闭空间，如长方体可以通过长、宽、高来定义。此外，还要定义体素在空间的基准点、位置和方向。另外，也可以将体素理解为是特定的轮廓沿给定的空间参数作平移扫描或回转扫描运动所产生的形体。（3）体素构造法2026/6/2932SuChun,SoutheastUniversity基于线框、曲面及实体的产品造型技术常用的基本体素2026/6/2933SuChun,SoutheastUniversity基于线框、曲面及实体的产品造型技术布尔运算是指两个或两个以上体素经过集合运算得到新的实体的一种方法。长方体与圆柱体的布尔运算经过布尔运算生成的形体应具有边界良好的几何形体，并保持初始形状的维数。2026/6/2934SuChun,SoutheastUniversity基于线框、曲面及实体的产品造型技术两个三维实体的交采用体素构造法构成三维形体的过程，可采用一棵二叉树来描述，也称为CSG树。CSG树的叶结点为基本体素，中间点为集合运算符号或经集合运算生成的中间形体，树根为生成的最终形体，它可以完整地记录一个形体的生成过程。2026/6/2935SuChun,SoutheastUniversity基于线框、曲面及实体的产品造型技术某零件三维形体及其CSG树实体模型完整地定义了三维形体，存储的信息也最完整。它能确定物体的物性参数，如体积、面积、重心和形心等。根据实体模型，也可以方便地生成三维物体的多视图和剖切图，也可以消除隐藏线和隐藏面。另外，以实体模型为基础，可以直接进行数控加工编程。2026/6/2936SuChun,SoutheastUniversity产品的特征及参数化造型技术特征造型

广义特征（Feature）是指产品开发过程中各种信息的载体，如零件几何信息、拓扑信息、形位公差、材料、装配、热处理、表面粗糙度等。

狭义特征则是指具有一定拓扑关系的一组实体体素构成的特定形体。

特征的定义2026/6/2937SuChun,SoutheastUniversity产品的特征及参数化造型技术某零件的特征2026/6/2938SuChun,SoutheastUniversity产品的特征及参数化造型技术特征造型（FeatureModeling）的特点①传统造型技术，如线框造型、曲面造型和实体造型，着眼于完善产品的几何描述能力。特征造型则着眼于如何更好地表达产品完整的技术及生产管理信息，以便为建立产品的集成信息模型服务。②特征造型使产品数字化设计工作在更高的层次上进行，设计人员的操作对象不再是原始的线条和体素，而是产品的功能要素，如螺纹孔、定位孔、键槽等。特征的引用直接体现了设计意图，使得所建立的产品模型更容易为被别人理解、所设计的图样更容易修改，也有利于组织生产，从而使设计人员可以有更多精力进行创造性构思。2026/6/2939SuChun,SoutheastUniversity产品的特征及参数化造型技术⑤特征造型有利于推动行业及专业产品设计，有利于从产品设计中提炼出规律性知识及规则，促进产品智能化设计和制造的实现。③特征造型有助于加强产品设计、分析、工艺准备、加工、装配、检验等各部门之间的联系，更好地将产品的设计意图贯彻到后续环节，并及时地得到后者的反馈信息。④特征造型有助于推行行业内产品设计和工艺方法的规范化、标准化和系列化，在产品设计中及早考虑制造要求，保证产品结构具有良好的工艺性。2026/6/2940SuChun,SoutheastUniversity产品的特征及参数化造型技术特征分类形状特征（FormFeature）用于描述具有一定工程意义的几何形状信息。它是产品信息模型中最主要的特征信息之一，也是其他非几何信息（如精度特征、材料特征等）的载体。①形状特征非几何信息可以作为属性或约束附加在形状特征的组成要素上。形状特征又分为主特征和辅特征。其中，主特征用于构造零件的主体形状结构，辅特征用于对主特征进行局部修改，并依附于主特征。辅特征又有正负之分。正特性向零件加材料，如凸台、筋等形状实体；负特性向零件减材料，如孔、槽等形状。辅特征还包括修饰特征，用来表示印记和螺纹等。2026/6/2941SuChun,SoutheastUniversity产品的特征及参数化造型技术装配特征（AssemblyFeature）用于表达零部件的装配关系。此外，装配特征还包括装配过程中所需的信息以及装配过程中生成的形状特征（如配钻等）。②装配特征③精度特征精度特征(PrecisionFeature)用于描述产品几何形状、尺寸的许可变动量及其误差，如尺寸公差、形位公差、表面粗糙度等。精度特征又可细分为形状公差特征、位置公差特征、表面粗糙度等。2026/6/2942SuChun,SoutheastUniversity产品的特征及参数化造型技术材料特征（MaterialFeature）用于描述材料的类型、性能以及热处理等信息。例如：机械特性、物理特性、化学特性导电特性、材料处理方式及条件等。④材料特征补充特征(AdditionalFeature)也称为管理特征，用于表达一些与上述特征无关的产品信息。例如：成组技术（GT）中用于描述零件设计编码等的管理信息。⑤性能分析特性性能分析特性(AnalysisFeature)也称为技术特征，用于表达零件在性能分析时所使用的信息，如有限元网格划分等。⑥补充特征2026/6/2943SuChun,SoutheastUniversity产品的特征及参数化造型技术参数化造型参数化造型使用约束来定义和修改几何模型。约束反映了设计时要考虑的因素，包括尺寸约束、拓扑约束及工程约束（如应力、性能）等。采用传统造型方法建立的几何模型具有确定的形状及大小。模型建立后，零件的形状和尺寸的编辑、修改过程繁琐，难以满足产品变异设计和系列化开发的需求。因此，一般将这类设计软件称为静态造型系统或几何驱动系统（Geometry-drivenSystem）。参数化设计中的参数与约束之间具有一定关系。当输入一组新的参数数值，而保持各参数之间原有的约束关系时，就可以获得一个新的几何模型。2026/6/2944SuChun,SoutheastUniversity产品的特征及参数化造型技术使用参数化造型软件，设计人员在更新或修改产品模型时，无需关心几何元素之间能否保持原有的约束条件，从而可以根据产品需要动态地、创造性地进行新产品设计。因此，人们也称这种设计软件为动态造型系统或参数驱动系统。尺寸驱动系统也被称为参数化造型系统，但它只考虑尺寸及拓扑约束，不考虑工程约束。它采用预定义的办法建立图形的几何约束集，并指定一组尺寸作为参数与几何约束集相联系。因此，改变尺寸值就能改变图形。目前，参数化造型软件系统可以分为两类：①尺寸驱动系统2026/6/2945SuChun,SoutheastUniversity产品的特征及参数化造型技术尺寸驱动的几何模型由几何元素、尺寸约束与拓扑约束三部分组成。当修改某一尺寸时，系统自动地检索该尺寸在尺寸链中的位置，找到它的起始几何元素与终止几何元素，使它们按新尺寸值进行调整，得到新模型；再检查所有几何元素是否满足约束。如不满足，则拓扑关系保持不变，按尺寸约束递归修改几何模型，直到满足全部约束为止。尺寸驱动的参数化造型2026/6/2946SuChun,SoutheastUniversity产品的特征及参数化造型技术变量设计是一种约束驱动的系统，它不仅考虑了尺寸约束及拓扑约束，还考虑了工程约束。这种系统更适合于在考虑工程约束的前提下进行产品结构设计。

②变量设计系统

几何元素是指构成物体的直线、圆等几何图素；

几何约束包括尺寸约束及拓扑约束；

尺寸值是指每次赋给的一组具体数值；

工程约束表达设计对象的原理、性能等。2026/6/2947SuChun,SoutheastUniversity产品的特征及参数化造型技术参数化特征造型

将参数化造型的思想应用到特征造型过程中，用尺寸驱动或变量设计的方法定义特征并进行相关操作，就形成了参数化特征造型。下面以数字化设计软件SolidWorks为例，介绍参数化特征造型技术的基本特点及功能:①三维零件模型是SolidWorks的基本部件②特征是三维模型的基本元素③二维草图是生成特征的基础2026/6/2948SuChun,SoutheastUniversity产品的特征及参数化造型技术2026/6/2949SuChun,SoutheastUniversity产品的特征及参数化造型技术d）放样特征f）倒角特征e）圆角特征a）拉伸特征b）扫描特征c）旋转特征2026/6/2950SuChun,SoutheastUniversity产品的特征及参数化造型技术j）特征的镜像l）特征的线性阵列k）特征的圆周阵列g）抽壳特征i）拔模特征h）筋特征及钻孔特征2026/6/2951SuChun,SoutheastUniversity产品的特征及参数化造型技术三边圆角的生成抽壳

相同特征命令、不同操作顺序的造型效果2026/6/2952SuChun,SoutheastUniversity产品的数字化装配技术数字化装配的基本概念

一般地，产品是由多个零部件装配而成。为评价产品性能，需要在零件数字化模型的基础上，定义零部件之间的配合关系，在计算机中建立产品的完整几何模型及约束关系，这就是数字化装配。传统的数字化设计软件是一种面向零件的造型技术，而不是面向装配。用户需要先设计零件，再以零件模型为基础进行装配，也称为自下而上的设计模式。自下而上设计的优点是：零部件设计相对独立，设计人员可以专注于某个零件的设计。但是，只有在装配时才能检验零件之间的配合是否合理、产品设计是否满足预期目标。2026/6/2953SuChun,SoutheastUniversity产品的数字化装配技术对于结构简单、无需过多考虑零部件之间的配合关系或只有很少设计人员参与的产品而言，自下而上设计模式还能满足开发需求。但是，当产品装配结构复杂、设计人员众多且地域非常分散时，上述模式就存在很多缺点。为克服上述缺点，人们提出了自上而下的产品设计模式，即先建立装配体，再在装配体中进行零件的造型和编辑。这种模式的优点是：可以参考一个零部件的几何尺寸来生成或修改其他相关的零部件，从而确保零件之间存在准确的尺寸和装配关系；当被参考零件的尺寸发生改变时，相关联的零件尺寸会自动发生改变，从而保证零件之间的配合关系不发生改变。因此，这种设计方法也称为关联设计。2026/6/2954SuChun,SoutheastUniversity产品的数字化装配技术20世纪90年代，随着并行工程的发展，产生了产品结构模型（ProductStructureModel）技术。产品结构模型采用统一的数字和图形模型，在计算机中全面地描述新产品从概念设计、制造到装配等整个开发过程。它集成了零件、部件及装配的全部可用信息，形成一个电子化产品定义（ElectronicalProductDefinition，EPD）。该模型可被所有相关的设计部门、组织管理部门、制造部门等所使用，即使上述部门在地域上是分散的。不同部门的人员可以根据自身的权限对同一产品的电子化模型进行并行设计、修改和验证工作。产品结构模型也构成了产品数据管理（PDM）的原始信息。2026/6/2955SuChun,SoutheastUniversity产品的数字化装配技术数字化装配的功能及操作

产品数字化装配的过程就是定义零件的相对位置和零部件之间配合关系的过程。此外，为便于定义装配关系并完成一定的零件编辑操作，数字化设计软件通常会提供一些辅助的装配工具。以SolidWorks为例，装配体是一种文件格式（.sldasm），其中包含两个或多个零件（或部件）及其之间的配合。装配体工具栏2026/6/2956SuChun,SoutheastUniversity产品的数字化装配技术SolidWorks中的主要配合类型2026/6/2957SuChun,SoutheastUniversity产品的数字化装配技术数字化装配实例：——旋钮、旋臂和轴等三个零件之间的配合待装配的零件2026/6/2958SuChun,SoutheastUniversity产品的数字化装配技术配合实体的选择转动曲柄的装配体2026/6/2959SuChun,SoutheastUniversity产品的数字化装配技术装配体中的干涉检查2026/6/2960SuChun,SoutheastUniversity产品的数字化装配技术装配体爆炸视图及装配特征树2026/6/2961SuChun,SoutheastUniversity数字化设计软件中的关键技术及研究热点

数字化设计软件中的关键技术1．参数化设计2．智能化3．基于特征设计4．单一数据库与相关性设计5．NURBS几何造型技术6．数字化设计软件与其他开发、管理系统的集成7．标准化2026/6/2962SuChun,SoutheastUniversity数字化设计软件中的关键技术及研究热点数字化设计软件的研究热点1．计算机辅助概念设计2．计算机支持的协同设计3．海量信息的存储、管理和检索5．与虚拟现实技术的集成6．计算机安全4．支持设计创新2026/6/2963SuChun,SoutheastUniversity产品数据与产品数据交换标准

产品数据与产品数据交换

产品数据是指对一个产品从设计、制造、销售以及使用等全生命周期的全部描述。特指计算机能够识别、表示和存储的信息。产品数据是在产品的生命周期中通过各种数据采集、传递和加工处理过程而形成并不断完善的。机械产品开发涉及概念设计、详细设计、工艺规划、加工、装配以至售后等环节，各环节的信息既有继承性，也存在差异。因此，产品数据交换在产品生命周期中将不断进行。有效的产品数据交换成为能否充分利用产品数据信息和资源、提高生产效率的前提条件。2026/6/2964SuChun,SoutheastUniversity产品数据与产品数据交换标准

数据交换的两种实现方式：①通过各系统之间的专用接口，实现点对点的连接②通过一个与系统无关中性格式数据接口，实现星形连接产品数据交换的两种方式2026/6/2965SuChun,SoutheastUniversity产品数据与产品数据交换标准①接口数量：假设在n个系统之间交换数据，若考虑双向转换则点对点方式需开发n（n-1）个专用接口，星形方式只需开发2n个接口。因此，当n＞3时，星形交换方式所需开发的接口数量相对较少，而且系统数量越多，减少越明显。

两种数据交换方法的比较：②接口对系统的依赖程度：当某系统发生变化时，点对点方式需要改动与之相关的2（n-1）个接口，而星形交换方式仅需改动2个接口。③信息遗失的可能性：星形交换方式增加了中性格式数据这一中间环节。因此，从原理上讲该方式似乎更容易出现信息遗失。2026/6/2966SuChun,SoutheastUniversity产品数据与产品数据交换标准星形交换方式的工作原理2026/6/2967SuChun,SoutheastUniversity产品数据与产品数据交换标准常用的产品数据交换标准

1982年，美国国家标准局（ANSI）提出了基本图形转换规范（InitialGraphicsExchangeSpecification，IGES）美国国家标准。1988年，发布IGES4.0版。IGES标准发布较早，得到工业界的广泛认可。我国也采纳了IGES标准，相应的国家标准号为GB/T14213-93。1．初始图形转换规范（IGES）IGES可对实体、修剪曲面、曲面、线框、文字、视图、图纸及层、颜色、屏蔽状态、批处理、命令行处理、跟踪和调试记录等进行数据交换。它的主要应用范围包括：（1）IGES的功用2026/6/2968SuChun,SoutheastUniversity产品数据与产品数据交换标准①在传递几何数据的基础上产生加工图纸；②应用传递的几何数据实现运动模拟和动态实验；③把已有的零部件数据整理成图形文件；④实现CAD和NC系统的连接；⑤实现CAD与有限元分析（FEM）系统的连接等。IGES的产品模型就是指用于定义某产品的实体集合。定义IGES产品模型就是通过实体对产品的形状、尺寸以及产品的特性信息进行描述。（2）IGES的产品模型2026/6/2969SuChun,SoutheastUniversity产品数据与产品数据交换标准实体是IGES的基本信息单位。它可能是单个的几何元素，也可能是若干个实体的集合。在IGES规范中，每个实体都被赋予一个特定的实体类型号。某些实体类型还包括一个作为属性的格式号，格式号用来说明该实体类型内的实体。IGES中的实体可以分为以下三类：①几何实体：用于定义与物体形状有关