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1、第五講 特征建模,產品建模技術的發(fā)展歷程,,,,,,,,,線框建模,,曲面建模,,,,,,,體素建模,特征建模,參數建模,混合建模,產品結構建模,,,技術水平,70年代,80年代,90年代,二維加工,三維加工,特征加工,年代,,三維加工,特征建模,線框建模、表面建模、實體建模只是提供了產品三維形體的幾何信息和拓撲信息，但產品幾何模型尚不足以驅動產品生命周期的全過程。 幾何建模只是從計算機圖形學的角度進行研究和構造，但沒有完全考慮到工程應用的信息需要，如產品的工藝信息等。,,在產品的幾何信息和拓撲信息以外，還存在非幾何信息，如材料、熱處理信息、加工精度等。 特征建模（Feature Model
2、ing）是從工程師應用角度提出的產品建模方法。,特征是具有屬性，與設計、制造活動有關， 并含有工程意義和基本幾何實體或信息的集合。,什么是 特征,扳手的構造過程：,特征的分類,形狀特征Form Feature 裝配特征Assembly Feature 精度特征Precision Feature 材料特征Material Feature 分析特征Analysis Feature 補充特征Additional Feature,裝配特征Assembly Feature,用于表達零件的裝配關系以及裝配過程中所需的信息 模型替代、包封、邊界盒 裝配過程中生成的形狀特征：如配鉆等 與形狀特征合稱為造型特征
3、 實際構造產品外型的特征,精度特征 用于描述幾何形狀和尺寸的許可變動量或誤差 尺寸公差、形狀公差、表面粗糙度等 材料特征 描述材料的類型與性能以及材料處理等信息 機械物理化學等特性及熱處理方式與條件等,分析特征、技術特征 用于表達零件在性能分析時所使用的信息 有限元網格劃分 補充特征、管理特征 表達與以上無關的一些產品信息 描述零件設計的編碼等管理信息,形狀特征Form Feature,描述某一個具有一定工程意義的幾何形狀信息 其他非幾何信息的載體 非幾何信息作為屬性或約束附加狀于形狀特征 基本特征 構造零件的主要形狀結構 附加特征 對主特征的局部進行修飾 正特征、負特征、修飾特征,基本形狀特
4、征,分布特征 表達一組相同的特征，如齒輪、陣列孔等。,附加形狀特征,附加形狀特征,附加形狀特征,特征分析 特征分析主要有以下內容： A.特征分解 分析零件都是由哪些特征組成，需要創(chuàng)建哪些特征。對同一個零件可以有不同的特征分解方法，應該以是否符合設計思想為原則來確定一個好的特征分解方案。 B.特征的構造順序 分析按照什么順序創(chuàng)建這些特征以及如何進一步修整它們，分析的原則仍然是反映設計思想，并方便設計分析和修改。 C.特征的構造方法 不同的特征有不同的構造方法，同一個特征也有不同的構造方法，應該確定特征的造型方法，同時分析特征的主要約束。,特征建模與幾何建模,相互聯(lián)系 幾何建模提供了面向幾何的產品
5、信息的表現(xiàn)形式 特征建模提供了連接工程知識和幾何信息的工具 特征向下細分需要幾何建模提供產品的幾何形狀信息 向上則反映工程語義的高層次信息 基于特征造型的產品設計方法是隨著 CAD/CAM一體化要求而產生的，是建立在實體造型方法基礎之上，更適合于計算機集成制造系統(tǒng)的產品設計方法,產品結構模型,產品結構模型（Product Structure Model）是將產品從概念設計到制造成最終產品的整個過程在計算機上用數字和圖形模型給予全面描述。 其集成零件、部件和裝配的全部可用信息，形成一個包括各種信息的電子化產品模型EPD（Electronic Product Definition）。,裝配結構樹：
6、,思考題,1、形狀特征主要分為哪兩類？ 2、幾何特征的種類？ 3、在實體建模技術中是否不含線框、曲面建模的技術？ 4、什么是特征？特征的分類有哪些？,產品數據交換技術,主要內容：圖形及產品數據交換有關技術。,概述,CAD/CAM系統(tǒng)之間存在數據交換的問題。在同一企業(yè)或不同企業(yè)可能應用不同的CAD/CAM系統(tǒng)，因此在不同系統(tǒng)之間必然存在文件的讀取、轉換和應用需要。 圖形標準數據的轉換是CAD發(fā)展進程中提出的（上一世紀70年代）。一個CAD系統(tǒng)不可能完全獨立進行一項產品設計，圖形交換的需求引導了產品數據定義標準化的規(guī)則。,IGES,IGES Initial Graphics Exchange St
7、andard 初始圖形交換規(guī)范是國際上最早（1980年）產生的圖形數據交換標準。 目前幾乎所有的CADCAM軟件均配有IGES接口。,SolidWorks 軟件在打開文件的類型選項中帶有IGES的接口。,caxa 軟件在打開文件中的IGES選項,IGES產品模型,IGES產品模型 指用于定義產品模型的實體集合。 實體entity IGES的基本信息單位 幾何實體 定義與物體幾何形狀有關的信息，包括點、線、面、體及實體集合的關系。 描述實體 定義尺寸及繪圖說明等信息。 結構實體 組合項、圖組、特性等。,IGES文件結構,格式以ASCII碼，記錄長度為80個字符的順序文件。 文件分為五節(jié) 目錄入
8、口（DE） 存放實體信息、指針及關系 參數（PD）節(jié) 存放實體信息、指針及關系 整體節(jié)（G） 數據原始信息 結束節(jié)（T） 文件本身信息 開始節(jié)（S） 可閱讀的定義信息,IGES文件結構,開始節(jié) 提供可讀的文件序言； 整體節(jié) 全局參數、處理器信息及后置處理器信息； 目錄節(jié) 目錄條目，為文件提供索引，含實體屬性信息； 參數節(jié) 實體相聯(lián)的參數數據； 結束節(jié) 含各段的標識字母及其最末一行的序號。,IGES文件舉例：,IGES文件舉例：,IGES文件舉例：,IGES文件舉例：,系統(tǒng)之間的傳輸：,IGES在實踐中存在的問題：,不能精確地完整轉換數據，如修剪后的表面定義數據會丟失； 不能轉換屬性信息； 層
9、信息常丟失； 不能將兩個零部件的信息放在一個文件中； 產生的數據量大； 轉換數據過程中發(fā)生的錯誤很難確定。,DXF,AutoCAD軟件所支持的中間文件格式。 由于在國際上具有較多用戶（二維繪圖），故被大多數軟件商所認可。 目前幾乎所有的CADCAM軟件均帶有DXF的接口。,DXF的文件格式,DXF文件采用ASCII碼格式，文件由五個部分組成： HEADER SECTION（頭部區(qū)） 記錄作圖時所用到的系統(tǒng)變量。 TABLE SECTION（列表區(qū)） APPID 圖名 DIMSTYLE 尺寸標注種類 LTYPE 線型及間隔,DXF文件格式,END OF FILE（文件結束）,STE
10、P,產品模型數據交換標準STEP是由國際標準化組織（ISO）于1983年專門成立的技術委員會TC184下設的制造語言和數據分委會SC4所提出。 STEP的核心EXPRESS描述語言部分（PART 11）于1993年成為國際標準草案。,SolidWorks中打開文件的STEP選項,（1）標準的描述方法,EXPRESS語言的開發(fā)目的是使描述的模型既要能為計算機所處理，又易于閱讀。 EXPRESS是一種信息建模語言，用于說明對象、信息單元及其限制和操作。 EXPRESS參考Ada、C等語言，有強大的信息模型描述能力。 EXPRESS處于STEP的應用層。,（2）實現(xiàn)形式,指所用方法或格式在具體領域實
11、現(xiàn)信息交換。分為四級： 文件交換 為最低一級，ASCII碼順序文件。 工作格式 產品數據結構在內存的表現(xiàn)。 數據庫交換 實現(xiàn)共享。 知識庫交換 數據庫約束。,先進制造模式介紹,一、CIMS,CIM是一種概念和哲理，可用來作為組織現(xiàn)代工業(yè)生產的指導思想。 制造（Manufacturing） 是關于企業(yè)的一組相關操作和活動的集合，它包括市場分析、產品設計、材料選擇、計劃作業(yè)、生產、質量檢驗、生產管理和市場銷售等一系列與制造企業(yè)有關的生產活動。,CIM作為一種組織、管理與進行企業(yè)生產的哲理，它在計算機網絡和數據庫技術的支撐下，綜合運用現(xiàn)代管理、制造、信息、自動化和系統(tǒng)工程等領域的技術，將企業(yè)生產全
12、部過程中有關人、技術、經營管理要素及其信息流與物流有機地集成并優(yōu)化運行，以實現(xiàn)產品高質量、低成本、上市快，從而使企業(yè)贏得市場競爭。 簡單地說，CIM是用計算機通過信息集成實現(xiàn)現(xiàn)代化的生產制造，求得企業(yè)的總體效益”，即以計算機作為工具，制造為其內容的CIM，其哲理的核心為信息的“集成”。,CIM與CIMS的定義,CIMS的核心在于集成,人員集成,信息集成,功能集成,技術集成,CIMS的概念,經過十多年的努力，我國CIMS事業(yè)取得了迅速發(fā)展，已形成了一個健全的組織和一支研究隊伍； 實現(xiàn)了我國CIMS研究和開發(fā)的基本框架；建設研究環(huán)境和工程環(huán)境，包括一個國家CIMS實驗工程中心和7個單元技術開放實驗
13、室，完成了一大批課題的研究工作，陸續(xù)選定了一批CIMS典型應用工廠作為利用CIMS推動企業(yè)技術改造的示范點； 這些工廠包括飛機、機床、大型鼓風機、紡織機械、汽車、家電、服裝以及鋼鐵、化工等行業(yè)。,發(fā)展,我國的第一個計算機集成制造系統(tǒng),柔性制造系統(tǒng)（FMS）（Flexible Manufacturing System）是一個以網絡為基礎、面向車間的開放式集成制造系統(tǒng)，是實現(xiàn)CIMS的基礎，它具有CAD、數控編程、分布式數控、工夾具管理、數據采集和質量管理等功能。根據系統(tǒng)所含機床數量、機床的結構不同，可將系統(tǒng)分為三類：柔性制造裝置（FMU）、柔性加工單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）。,柔性制
14、造系統(tǒng)（FMS）,柔性制造裝置（FMU）:是以一臺加工中心為主的系統(tǒng) 它裝備有托盤庫、自動托盤交換站或機器人、一個自動化工具交換裝置（可以部分無人照管）。 柔性加工單元(FMC)有多種配置形式，但至少有一臺加工中心、托盤庫、自動托盤交換站、每臺機床的刀具交換裝置。柔性加工單元的所有操作均以單元方式進行，并由DNC計算機控制。FMC通常有固定的加工工藝流程，零件流是按固定工序順序運行，它不具有實時加工路線流控制、載荷平衡及生產調度計劃邏輯的中央計算機控制,精益生產： 是美國麻省理工學院的幾位專家對日本“豐田生產方式”美稱。 1）精良生產的產生：20世紀初，從美國福特汽車公司創(chuàng)立 第一條汽車生產流
15、水線以來， 大規(guī)模的生產流水線生產方式一直是現(xiàn)代工業(yè)生產的主要特征，它以標準化、大批量生產來降低生產成本，提高生產效率。20世紀50年代，日本豐田汽車公司的豐田和大野考察了 福特公司轎車生產，當時這個廠每天生產7000輛轎車，比豐田公司一年的產量還要多。但豐田并沒有照搬福特的生產模式,而是提出了改進的思路。,精良生產（LEAN PRODUCTION）,二戰(zhàn)后的日本經濟蕭條，缺少資金和外匯。怎樣建立日本自己的汽車工業(yè)呢？ 豐田和大野分析了在日本，家族觀念強、服從紀律、團隊精神以及嚴格的上、下級關系等是美國所沒有的。 但美國的經濟基礎雄厚是日本所沒有的。于是提出了一套新的生產管理體系。經過30年的
16、努力，它使日本成為新的汽車王國，產量遠遠超過了美國。,在精良生產中，精益求精的管理使得它在人員的利用、廠房的利用、時間的利用等方面都大大優(yōu)于大量生產方式。 精良生產的基本觀念是及時供應，盡可能減少庫存，甚至零庫存。 精良生產的組織是能把最大量的工作任務和責任轉移到生產線上真正為產品增值的那些工人身上； 精良生產的組織另一個特點是具有一個處于在適當位置的一旦發(fā)現(xiàn)問題就能快速追查并找出最終原因的檢測缺陷系統(tǒng)。,3、精良的管理,精良管理的具體做法,1、從組織上實現(xiàn)對工人的要求,要求工人是多面手，對小組的工作集體負責外，要求工人全面了解全廠的情況，并把工廠的全部信息公布出來，工廠任何地方出現(xiàn)任何差錯，
17、誰知道怎么解決問題就會去幫忙，這種靈活動態(tài)的工作小組就是精良管理的核心。,在精良生產的組織管理中，工人是多面手，動態(tài)的工作小組集體負責，工作中充滿了創(chuàng)造性的解決問題的挑戰(zhàn)，生產活動不再枯燥無味。,2、改變單調枯燥的重復工作,3、從推動方式變成拉取方式,在傳統(tǒng)的生產方式下，人們?yōu)榱耸购蠊ば虿恢峦９ねＡ希偸窃谇肮ば蚨嗌a一些產品（零件），即由前向后的推動方式，由于多生產了某種零件，或遺漏了生產下一工序所需的另一種零件，形成浪費。精良生產則是拉取方式，即后工序只在必要的時候到前工序領取必要的物品，且前工序只生產要被取走的物品，即準時生產（JIT）的概念。,敏捷制造（Agile anufacturi
18、ng）AM,1992年，由美國國會和工業(yè)界在里海（LIHIGH）大學建立了美國敏捷制造協(xié)會。 它是美國為重振工業(yè)雄風、保持霸主地位而提出的新的生產模式。 它的主要模式是動態(tài)組合聯(lián)盟。 它的核心是優(yōu)化企業(yè)內外的一切資源，通過信息集成和資源重組縮短產品開發(fā)周期，降低成本，以最少的投入獲得最大的效益。 如圖是西安交大 汪應洛教授提出的。,3.敏捷制造（Agile Manufacturing）AM,“小而全”“大而全”企業(yè),突出核心競爭力企業(yè),敏捷制造使企業(yè)“大而全”“小而全”的組織模式走向分工協(xié)作突出核心競爭力的模式,敏捷制造使企業(yè)管理從金字塔式的多層結構走向扁平化結構,,,,,,企 業(yè),工 廠,單
19、 元,工作站,,,,車 間,設 備,,,,,,,,,,,,,,,,計 劃,執(zhí) 行,控 制,,,（a）多級遞階,（b）分布式,縱向集成,縱橫向綜合集成,即與實際制造一樣，只是在計算機上執(zhí)行制造的全過程。 它的特征： 1)信息高度集成 2）敏捷靈活性更高 3）分布合作 4）可視性強，修改方便,虛擬制造VM（VariaxManufacturing）,4.虛擬制造VM（Variax Manufacturing ）,針對逆向工程中復雜零件表面的實物反求過程,反求工程reverse engineering,反求工程的研究對象 實物反求 軟件反求 影像反求,LSH800型激光數字化儀,鉚接機器人,工業(yè)機器人
20、,“尤尼梅特”世界第一臺機器人,我國首臺隧道鑿巖智能機器人,機器人還存在以下三種新的發(fā)展趨勢： 微型化：體積越來越少，結構越來越精細 智能化 ：越來越脫離機械化的程式 擬人化： 機器人越來越接近人，不論結構還是功能,一、特征建?；A,特征是具有屬性，與設計、制造活動有關， 并含有工程意義和基本幾何實體或信息的集合。,二、特征生成 分模,模具生成,,三、加工方法等高線粗加工,,定義毛坯選擇加工方法加工參數設置生成加工軌跡 軌跡仿真 程序生成,,課堂討論：,模具的另一半的程序，在CAXA制造工程師中怎么生成呢？,,思考題：,,,1、特征的核心含義是什么？ 2、CAXA制造工程師中分模功能，我們用到了什么分模方法？ 3、等高線粗加工中，行間連接的方式有哪幾種？ 4、實現(xiàn)生成加工程序的步驟。,
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