外文翻譯--基于特征模型的柔性構造及修改 中文版.doc

1基于特征模型的柔性構造及修改何曉朝，張鐵昌，高光韜計算機輔助設計/西北綜合性大學，計算機輔助制造研究中心摘要：一種新方法提議引起靈活的基于特點的模型(FFBM),這可被任意地修改。用BRep/CSFG/FRG混合模式可以用來描述這種模型FFBM：用BRep明確地確定模型，用CSFG(有建設性的固體特征的幾何學)來記錄特征的塑造程序，用FRG(特征關系圖)可以反映出不同的特征種類之間的關系，拓撲算子與局部可循環(huán)利用的算法通過拓撲操作表詳細追蹤(TOL)一起可以實現(xiàn)特征增加，。因此，F(xiàn)FBM直接在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫里可以被修改。有關特征連鎖反應和易變的拓撲關系在設計修改過程均有效，在此之后，粘附在產(chǎn)品信息上的特征信息將不丟失。而且，一個特征的修改可以也有像增加一個特征那樣快。關鍵詞：柔性設計，拓撲操作表，特征模型0介紹參數(shù)化設計導致參數(shù)的修改和變化。到目前為止，因為參數(shù)化設計，許多方法學得到了發(fā)展。LiuisSolanoetal提議一種有建設性的基于限制的方法，它能記錄由用戶定義對象相互作用的順序并且能創(chuàng)造一般的模型CPSM(有建設性的參數(shù)固態(tài)模型)。HillyardRCetal曾提出數(shù)值限制解法，他把具有某種特征的全部尺寸約束翻譯成為一套方程式。另一種方法是建立在一個基于一套限制條件的幾何學模型的一個專家系統(tǒng)。幾乎所有上述方法都有他們各自的缺陷。而這種建設性的方法CPSM使用效率低，因為CPSM的修改要求再做所有開始已做的工作。而且，重新再做這個操作需要新特征，這除了需要不同的幾何學數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫地址，在設計過程中還要與它相似的特征共享相同的拓撲關系，這樣將會導致產(chǎn)品信息的丟失。因此CPSM不能直接被用于基于特征的設計。數(shù)值限制解法需要創(chuàng)造許多的方程式和帶有很多的幾何學元素和約束的變量這樣一來它的計算的費用是昂貴的。專家系統(tǒng)分析法需要的是簡單的模塊，不支持繁冗的設計方法。在本文，提到一種新的設計方法叫柔性設計法。這是特征表示法的合理的組合,以塑造特征的工具和算法為特色有利于設計時參數(shù)的修改。在這種方法中，設計時參數(shù)的修改在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫同樣有效，并且不必重做開始已做的工作。在修改之后，粘貼在產(chǎn)品上的信息將不會丟失。另外，有關的特征和易變的拓撲的連鎖反應在設計修改過程中同樣支持。我們把這種方法運用在基于特征的塑造原型系統(tǒng)中并且達到了更好的效果。1BRep/CSFG/FRG混合模式BRep/CSG混合的方法通常用在描述固態(tài)模型過程中。它結合BRep和CSG的優(yōu)勢并且克服他們各自的不利條件。但是在基于特征的模型里存在著約束和相互作用，這是BRep/CSG所不能描述的。因此在這篇文章里FRG將提出描述全部不同的特征之間的關系。更進一步，當一個特征被描述為一套表面時，傳統(tǒng)的CSG應該被作為CSFG改進，因為一個模型一般被描述為一個固體。然后用BRep/CSFG/FRG混合法來描述特征模型。BRep，CSFG和FRG之間用能分辨一個特征和其它特征專有的符號來連結。一個特征模型用BRep表示如圖1a所示。這些特征標識一起儲存表面節(jié)點。BRep，CSFG和FRG之間的連接關系如圖1b所示。2圖1特征模型的BRep/CSFG/FRG結構2特征設計21設計特征分類和表示法基于特征的構造的途徑內(nèi)出現(xiàn)各種各樣的工程概念，例如箱體，孔，等等；在這里，只考慮特征形狀，這被叫為特征設計的方法可分成以下的3種：正特征(PF)，例如，箱體，肋板等等負特征(NF)，例如，通過洞，盲孔，臺階，口袋等等，局部特征(LF)，例如，倒角，倒直角，圓角，等等；現(xiàn)在有兩個圖書館。一個是用來儲藏(基本特征)的。這個儲藏館被描述為在圖1a里的卷。另一個是特征圖書館。特征被描述為一套表面。在特征圖書館，一些尺寸是預先隨意定義的例如槽長度，通孔的深度，等等。在這些特征上加上尺寸時應加以權衡。22特征設計在特征設計中來，設計者一個接一個給儲藏館添加第二特征。傳統(tǒng)規(guī)則化的運算是難理解的,這需要考慮全部模型的幾何學要素。因此，物體幾乎不可能被修改。在很多模擬試驗中，只對局部操作有必要。如圖2所示，槽的增加只與局部有關。這樣的話，這樣按固定模式來操作是不合理的。因此發(fā)展一種只針對局部操作而且可以理解的基于特征的設計方法是有必要的。有幾個術語的定義涉及到當今的構造特征：基本操作面：第二個特征增加的基本特征面(在圖2，特征面F1是基本操作面)。相關操作面：涉及到增加特征的基本特征面(在2圖，F(xiàn)2和F3相關操作面)。設置元素：:幫助確定第二個特征的局部基本特征幾何學元素,他們可以是邊緣或面孔。特征標示：一個特征標示字符串與其它特征的區(qū)別。它被存放在特征面孔紀錄、CSFG樹結和FRGNs中。構造基于特征主要包括下列步：(1)選擇第二個特征的類型，輸入為必要的尺寸。(2)選擇基本操作面，為相關的操作面搜尋基本特征。(3)找到局部元素，為增加的特征輸入尺寸。輸入找到給特征加的尺寸。(4)對局部交互的操作做出相應交并且建立必要BRep記錄。特別的交式的子特征由為其他特征所提供。(5)確定在交互式特征中的限制條件并且檢查特征相互作用。(6)產(chǎn)生相應CSFG樹和FRG節(jié)點。重新構建局部拓撲關系。在圖2，第二個特征類型是槽。它的尺寸包括寬度b和深度d.它的基本操作面和相關操作面是F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3。DI是用來確定尺寸的標注。插槽的交叉子程序由插槽的頂點確定同3時產(chǎn)生相應表面NF11、NF12和他們的環(huán)結，棱邊NE11、NE12、NE31、NE32。然后插槽才可以按上述步驟增加。圖2在長方體上加個鍵槽顯然增加一個特征的是通過修改基礎特征的拓撲關系。拓撲關系的修改是通過修改拓撲算法來實現(xiàn)。2.3拓撲算法在我們的系統(tǒng)里的拓撲算法有：(1)在SHEL節(jié)點上增加一個表面節(jié)點(AFOS)；在SHEL節(jié)點上刪除一個表面節(jié)點(KFOS)。(2)在表面節(jié)點上增加一個邊緣節(jié)點(AEOF)；在表面節(jié)點上刪除一個邊緣節(jié)點(KEOF)。(3)在環(huán)節(jié)點上增加一個邊緣節(jié)點(AEOL)；在環(huán)節(jié)點上刪除一個邊緣節(jié)點(KEOL)。(4)在表面節(jié)點上增加一個環(huán)節(jié)點(ALOF)；在表面節(jié)點上刪除一個環(huán)節(jié)點(KLOF)。在圖2中，在一個長方體上添加一個插槽用拓撲算法來表示如下：(1)做AFOS3次，在長方體的SHEL節(jié)點上增加表面SF1，SF2，SF3。(2)表面F1的拓撲修改算法：(a)建立表面NF11節(jié)點，NF12和他們的環(huán)節(jié)點；(b)做AEOF和AEOL3次，在表面NF11節(jié)點上增加邊緣節(jié)點E4,NE11,SE1,NE31和他們的環(huán)節(jié)點；做AEOF和AEOL3次，在表面NF12節(jié)點上增加邊緣節(jié)點E2,NE32,SE2,NE12和他們的節(jié)點。(c)做AFOS兩次，在SHEL節(jié)點上增加表面節(jié)點NF11和NF12。(3)修改表面F2的拓撲關系：(a)KEOF和KEOL：從表面節(jié)點F2和它的環(huán)節(jié)點刪除邊緣節(jié)點E1。(b)AEOF和AEOL：在表面節(jié)點F2和它的環(huán)節(jié)點上刪除邊緣節(jié)點NE11。(c)AEOF和AEOL：像步驟（b）一樣，在表面節(jié)點F2和它的環(huán)節(jié)點上增加邊緣節(jié)點SE3,SE4,SE5,NE12(4)修改表面F3的拓撲關系：這與(3)操作一致。應當指出的是增加特征的順序是很重要的，例如，在圖3中，臺階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樹枝結構來描述上述特征增加命令如3圖b所示，在這個結構中節(jié)點P1，P2，P3，P4是中間描述量。4圖3虛邊，CSFG樹和FRG結構圖進一步闡述一下，在圖3a里，F(xiàn)T3槽的地面和臺階FT1的是處于同一個平面的。在這種情況下，在上面增加插槽的算法中產(chǎn)生存在BRep結構里的VE邊緣在這里不需要被顯示出來的叫做虛擬邊緣。虛擬邊緣不影響式樣的真實性并且為了處理這種情況下的顯示問題提出了特別的模塊。3拓撲操作表3.1拓撲表目錄的要求在上例的特征修改中關鍵的是正確而且有效的從特征模型中抽出第二個特征的幾何元素和拓撲信息。為了達到這一目的，這篇文章將闡述在設計過程中運用的一種叫做拓撲操作表(TOL)的數(shù)據(jù)結構。TOL必須具備下列能力：(1)每種第二特征的幾何元素和拓撲信息均可以從中抽取出來。(2)它應該包含所有第二個特征的標識符。因此，如果設計者選擇一個特征面(通過挑選屬于特征的面)來修改，它的有關的信息可以方便地被從相應的TOL抽取來。3.2TOL的結構TOL的邏輯結構如圖4所示。這里有更進一步的說明：圖4TOL的邏輯結構(1)拓撲操作節(jié)點包含兩次互