91视频大全污免费看（tōng）機械三維CAD係統（tǒng）開發的關鍵技術研（yán）究

1. 引言

    隨著（zhe）傳統CAD係統在破碎機設備的應用普及以及現代設計問題的複雜化、智能化，人們不再僅僅滿足於用計算機取代人進行手工繪（huì）圖。所幸隨著（zhe）計算機圖形學、人工智能（néng）、計算機網絡等基礎技術的發展和計算（suàn）機集成製造、並行工程、協同設計等現代（dài）設計理論和方法的研究，使得CAD係（xì）統也由單純二維繪圖向三維智能設計、物性分（fèn）析、動態仿真方向發展，參數化設計向變量化和VGX(超變量（liàng）化)方（fāng）向發展，幾（jǐ）何造型、曲（qǔ）麵造型、實體造型向特征造型以及語義特征造型等方向發展；另一方麵，伴隨著CAD軟件複雜程度的增加和各個（gè）不同應用係統間互操作的現實需要，人（rén）們希望CAD係統具有（yǒu）極佳的開放性同時又能“搭積木”似的自由（yóu）拚裝形成不同的（de）功能配置，軟件工程技術特別是組件開發技術的研究應用和（hé）逐漸成熟為解決這一問題提供了堅實（shí）的（de）基（jī）礎。
    組件技術（shù）使得各CAD係統開發商們不必再完全遵從“一切從零開始”的開發模式，他們可根據自己的技術優勢在（zài）滿足組件接口規範要求下開發不同的構件，然後在得到許可的情況下（xià）便可以自由使用（yòng）這些構件來搭建（jiàn）用戶所需要的（de）CAD係（xì）統。這種方式因其開發周期短、見效快（kuài）、係統柔性高、開放（fàng）性好、以及（jí）容易“即插即用”和進行並行開發（fā）等優勢而倍受親賴（lài）。
    本（běn）文主要討論采用組件技術開（kāi）發國產商品化CAD/CAM係統——“金銀（yín）花” 係統（tǒng）的一些關鍵技（jì）術。

    2. 係統框架

    “金銀花”是在ACIS幾何建模平台上，采用變量（liàng）化特征造型技（jì）術，基於STEP標準（zhǔn）——遵（zūn）循AP214和AP203協議而研製開發出來的（de）商品化三維CAD係統。該係統基（jī）本框架結（jié）構如圖一所示，大體分（fèn）為（wéi）三個層次——數據層、功能層（céng）、接口層：

   數據層包括（kuò）物理（lǐ）數據文件、數據庫和邏輯數據模型兩部分，它是CAD係統的設計結果，也（yě）是CIMS信息集成的（de）主模型，由於本係統是符合STEP標準的（de），故可以通過標準（zhǔn）數據存取接（jiē）口(SDAI)進行操作，數據是用戶利用係統功（gōng）能實現的。
    功能層是主體部分，主要（yào）有三維零件設計（jì）、裝配設（shè）計、二維（wéi）工程圖設計三大模塊，由於（yú）有主模型的支持，三塊之間相互（hù）關聯：即任一部分的改變都將引起其（qí）它部分相關的自動更新。在零件設計中采用特征造型和實體造型相結合、特征（zhēng）模型與實體模型共存，大大方便了後續工藝分析和（hé）加工對特（tè）征信息的需求又滿足了顯示、變換、物性計算、幹涉檢查等操作對實體信息的要求。變量化VGX技術主要在草（cǎo）圖設計、特征造型、裝配設（shè）計等部分應用，極大的方便了用戶對設計的編輯和修改。
    接口層是（shì）提供係統（tǒng）的對外接口，分為功能接口與數據接（jiē）口。功能接口便於用（yòng）戶進行二次開發，組件重用（yòng）等；而數據接口為其它環節如CAPPCAMCAEPDM等提供一（yī）致性的數據訪問方式。

    3. 組件結（jié）構

    係統（tǒng）的組（zǔ）件結構設計是基於組件技術（shù）開發（fā）CAD係統的關鍵，主要內容（róng）是根（gēn）據應用係統（tǒng）的功能需求（qiú）列出所有構成組（zǔ）件、各個組件間的依賴關係和接口，並（bìng）確定哪些組件自己開發而哪些可直接從組件供應商（shāng）處購買（mǎi）以縮短開發周期。而本係統就是通過（guò）從美國STI公司(Spatial Technology Inc.)購買三維CAD係（xì）統所需幾何造型、文件管理、內存管理等基本（běn）功能組件，而集中精力開發支持特征造型、VGX約束（shù）求解、裝配設（shè）計、關聯繪圖、用戶接（jiē）口等組件。
    由於ACIS是完全基於組件技（jì）術開發的，其所有基礎功能均通過不同的組（zǔ）件（表現為動（dòng）態（tài）聯接庫（kù）DLL）實現。在ACIS6.0中大約有五十多個DLL，所有這些DLL實際可劃歸為兩部分：ACIS 3D Toolkit（核心模塊）和Optional Husks（可選模（mó）塊）。其中核心組件提供構（gòu）造係統所需的基（jī）本功能（如：基本幾何和拓撲、內存（cún）管理、模型管理、顯示管（guǎn）理、圖形交互等），這部分是（shì）ACIS幾（jǐ）何建模的核心，類似於（yú）飛機的發動機，其中包括許多開發商的必選構件；而另（lìng）一部（bù）分可選組件則提供一些更專業化和更（gèng）高（gāo）級的功（gōng）能（如：高級過渡、高級渲染、可（kě）變形曲麵、精確消影、拔模、抽殼、與CATIA和Pro/E等係（xì）統的數據（jù）接口等），這（zhè）部分作為可選組件（jiàn）由用戶根據實際開發的係統需要自由挑選、搭配和組（zǔ）合，當然用戶也可用自己開發的組件取代ACIS的（de）部（bù）分組件。ACIS的（de）各組件之間（jiān）存在一（yī）定的（de）依賴關係，其中核心組件詳情可參見（jiàn）ACIS6.0核心組件依賴關係（xì）圖。

     金銀（yín）花係統組件結構是在對係統功能需（xū）求和總體（tǐ）框架結構（gòu）分（fèn）析基礎（chǔ）上（shàng）得出的，同時也參照了ACIS的（de）組件劃分思想。圖二給出了係統組件依賴（lài）關係簡圖（為節省（shěng）篇幅（fú），主（zhǔ）要表示了三維零件設（shè）計部分的組件（jiàn），而沒有詳細表示關聯（lián）繪圖和裝配部分的組（zǔ）件），為方便組件的（de）集中管理和調用係統（tǒng）采用了層（céng）次（cì）結（jié）構，主要分為（wéi）核心（xīn）組件、功能組件、接口組件三層（céng），上層組件可任意調用下層組件提（tí）供的所有服務（wù）。以下對圖二作一些（xiē）介紹：
    ◆ 核心組件層：該層包含了係統較重要（yào）和較（jiào）基本的組件，是三維特征造型（xíng）、二維關（guān）聯繪圖、部件裝配、動態仿真（zhēn）等模塊的共享部分（fèn）。ACIS核心（xīn）組（zǔ）件也位於（yú）其中，為係統（tǒng）提供ACIS幾何造型（xíng）基本功能（néng）；LM_GI是提供底層顯示支持，如：對OpenGL的調用、對屏幕刷新的操作（zuò）、基本（běn）幾（jǐ）何元素的繪製；LM_PUBFUN中（zhōng）提供通用數學運算以及公用鏈表（biǎo）、隊列、堆棧的類定義；LM_RUB包容了各種幾何元素的橡皮（pí）條——rubberband，該部（bù）分（fèn）是支持VGX動態拖放造型（drag-and-drop)、動態約束添加以（yǐ）及裝配模塊中的動態幹涉檢查等的基（jī）本組件（jiàn）；LM_KERN包括本係統特征造型功能和ACIS幾何造型引擎連接相關的類LmSuperElement(詳見4)，以及為上（shàng）層提供的（de）管理（lǐ）類（lèi）、約束類、特征類等提供超類。
    ◆ 功能組（zǔ）件（jiàn）層：該層建於核心層之上，係統麵向應用的主要功能（néng）部件均在這一層（céng）實（shí）現。用戶的（de）不同需（xū）求會希望配置不同功能的軟件係統，從該（gāi）層選折所需組件集進（jìn）行不同配置即可。圖二所示為三維部分的核心組件（jiàn）LM_KERNPART、特征（zhēng）造型組件LM_FEATURE、VGX約束管理器組件LM_VGX、處理（lǐ）選折對象的組件LM_PICK、和負責總體（tǐ）協調管（guǎn）理的（de）組件LM_MANAGE等。而其中特征造型和（hé）VGX組（zǔ）件中又分別進一步細化為：草圖特征、高級特（tè）征、自定義特征和VGX約（yuē）束操（cāo）作、約（yuē）束管（guǎn）理約束求解（jiě）等組件。
    ◆ 接口組件層（céng）：是（shì）係統的較高層，也是與用戶直接進行交互操（cāo）作管理的組件層（céng），所以主要有處（chù）理鼠標事件MouseTool的LM_MT和管理係統（tǒng）界麵中涉及到的對話（huà）框、菜單、工具條等資源的組件。
    可見，這（zhè）種組（zǔ）件設計結構（gòu）不僅極大的（de）方便（biàn）了不同用戶需求係統的配置，而（ér）且將係統的用戶接口與功能（néng）的具（jù）體實現分開，便於針對不同語種、不同操作係統平台、不（bú）同使用習慣開發豐富多彩的界（jiè）麵，也從技術角度實現了與ACIS幾何引擎的無縫集（jí）成。

    4. 關（guān）鍵技術實現

    采用（yòng）軟件組件技術建立（lì）組件依賴關係為三維CAD係統架設了總體結構，但具體實現還需（xū）解決（jué）許多關鍵性技術，以（yǐ）下主要（yào）以特征造型技術為例說明係統（tǒng）的設計思路。
    由於ACIS本質上一個幾何實體造（zào）型的平台，通過B-rep表示提供實體幾何、拓撲結構的完整描述，但它並不（bú）直接支持特（tè）征（zhēng）造型。因（yīn）此，如圖（tú）三所示係統在實體模型和特征模型之間通過引入構造點、邊、麵的機製建立（lì）一種映射關係。每個特征中不僅（jǐn）包含工藝製造信息還包（bāo）含其具體構造點、邊、麵信息，這些構造元素再與實體模型中的點、邊、麵建（jiàn）立聯係。

    其中（zhōng）LmFeature較終派生於ACIS的ENTITY，以便（biàn）於進行內存管（guǎn）理、文件存儲和模型操（cāo）作管理。m_Construction屬性記錄該特征的所有（yǒu）構造（zào）點（diǎn）LmSuperPoint、邊LmSuperEdge、麵LmSuperFace（三者均派生於LmSuperElement)，它（tā）們又分（fèn）別記錄ACIS的VERTEX，EDGE，FACE和部分幾何參數以及特定的語義（yì）信息；同時在每個ACIS拓撲元素（FACE，EDGE，VERTEX）中（zhōng）通過屬性ATTRIB機製又嵌入其對應的LmSuperElement。這種雙向鏈表結構方式不僅便於實現特征造型（xíng）和實體（tǐ）造型間的無縫鏈接和快速查找，而（ér）且也為係統重建時維護拓撲關係奠定了基礎。因為僅記錄ACIS拓（tuò）撲（pū）元素（FACE，EDGE，VERTEX）是不可能保證拓撲關係一致的。m_OtherInfo屬性主要用（yòng）於存（cún）放特征語義、工藝信息等（děng），另外還為用戶提供了手工添加特征語義（yì）的接口， 為真正支持CIMS環境下信息集成奠定（dìng）了基礎（chǔ）。
    在特征創建刪除\修改或模型重建過程中，為維護設計者的設計意圖關鍵在於維護模型修改前後拓撲結構的對應關（guān）係即：拓撲一致性，因此必須（xū）考（kǎo）慮拓撲編碼的問題。係統通過為每個從ENTITY派生的實（shí）體引入索引（yǐn）標誌的方法解決，該索引標誌不僅（jǐn）記錄全局**標誌符，而且通過充分利用ACIS ENTITY中的（de）ATTRIB 和ANNOTATION 類對模型操（cāo）作的具體變化做了詳細的記錄：操作前有那些（xiē）麵、邊、點（diǎn），操作後又產（chǎn）生了那些新的麵、邊、點等等。操作後係統自動重新整理（lǐ），保證了拓撲結構的對應關係。
    要支持特征造（zào）型，還必需維（wéi）護特（tè）征之間的依賴關（guān）係，以便修改特征參數後重建所有依賴特征，這（zhè）些關（guān）係一般形成樹（shù）形結構，又稱特征樹。 特征樹方便（biàn）了對特征的管理，但這種關係往往也限製了（le）設計人員的設計思路，並且還可能出現：父特征的刪除導致所有子特征的刪除，如（rú）果某特（tè）證的參數依（yī）賴於其後續特征的參數導致係統重建時的（de）崩潰等現象。於是係統采用雙重坐標方法： 即對每個（gè）特征既記錄其相對父（fù）特征的坐標，也記錄其在全局坐標係下的坐標。這樣，當父特征不存在時，子特征可在全（quán）局坐標係下"生存"；另外， 采用VGX技術，將約束關係從（cóng）幾何關係中獨立出來，建立全局約束鏈，相對獨立的約束（shù）求解器， 結合代數方法和（hé）數（shù）值求解方法對（duì）約（yuē）束整體聯立求（qiú）解，既增加了係統的動態導航、動態約束添加和動態修改機製又（yòu）保（bǎo）證（zhèng）了模型的修改（gǎi）可以超越設計曆史樹的限製，使得設（shè）計人員隨時、隨地、隨意修改成為現實。

    5. 結論

    軟件組件技術的發展為大型複雜的三維CAD/CAM係統的開發提供了極好的解決之道，它完（wán）全改變了傳統CAD/CAD係統開發的低效率模式，使得該類複雜係統也可以“搭積式”的快速構建。本文深入（rù）研究了基於組件技術開發三維CAD係統的相關技術，介紹了具體實現方法，同時給出了係統組件層次結構，可為開發該類係統提供一定的參考。