第四章 特征造型讲解

ProE行为建模（BMX）
在要考虑多个设计目标时（如怎样在减小材料壁厚的 同时保持产品强度），手工求解优化值可能是非常烦 琐和费时的。即使是这样，您也不能肯定获得的就是 最佳设计，原因是根本没有如此之多的时间来计算所 有可能合适的不同设计。BMX 利用设计研究功能能 够自动为您完成此过程。要执行设计研究，只需定义 工程目标，然后定义设计中的哪些方面是可变的， BMX 就会自动执行无数的设计迭代，最终得出最佳 解决方案。Pro/E行为建模将设计自动化的程度从简 单的几何创建提升到整个设计过程。您要做的只是挑 选最佳设计，然后继续执行下一项任务。
提供了检测规则、规则导入、全局分析检测、客户化检测报表、专家语言系统、规则编辑器、 超限特征高亮以及对象条件库等功能。
3 . Product Engineering
Optimizer：产品工程优化器提供了定义优化过程、定义几何约束、最值寻优、实验方法设计、 实验工具设计、生成优化报表以及利用关系定义参数变化范围等功能。
实体造型器
几何模型
(c)基于特征的设计
特征交互定义


早期的造型系统。 设计人员先用造型系统完成几何造型，然后再 进入特征定义系统，通过交互式的定义操作将 特征信息附加到已有的几何模型之上。 这种方法实现简单。 有很多缺陷： ① 交互操作繁琐，效率低； ② 特征信息与几何模型无必然联系，零件形 状发生改变，定义在其上的特征需重新定义。

谢谢!
主要优点 • 通过研究大量能满足您的设计标准的方案，改善了创新 • 清楚了解设计变更的影响，避免不相一致的情况发生 • 通过优化设计来满足多个目标（如在减轻产品重量的同时保 持其强度），降低了产品成本 • 通过自动迭代设计来满足设计要求，节省了时间 • 通过使用来自外部工具的结果来直接驱动设计（无需手工输 入），减少了错误

特征的描述
►几何形状的表示； ►相关的处理机制； ►特征高层语意信息。
面向对象的特征表示 特征标示ID 特征类型 Brep 特征引用FDG 参数与约束CBG 特征操作
基于特征的产品描述
基于特征的参数化设计

产品的描述是形状特征的集合，产品的描述 包含特征构成的描述和参数化变量的描述。 约束通常可分为几何约束和工程约束两大类。 几何约束包括结构约束(也称拓扑约束)和尺寸 约束。



UG/KF

UG提供了知识驱动自动化（Knowledge Driven Automation）解决方案，将KBE 系统与CAx软件系统完 全集成。KDA是一个能够记录、重复使用工程知识并用来 驱动、建立、选择和装配相应的几何模型的系统。这套解 决方案包括UG/KF (Knowledge Fusion，知识融合) 和一 系列过程向导。 UG中采用创成（Generative）和吸纳机制（Adoption） 将知识与CAx系统融合。特别是吸纳机制解决了从现有的 成熟产品与实践中总结和反求知识的问题。使用Adoption 可以为一个已存在的UG对象建立规则，使这个UG对象与 规则相关。因为用KF语言建立复杂造型过于繁琐，所以 可以用交互方式进行几何建模。对象建立后，使用 Adoption，系统自动生成相应的规则，这个对象的参数定 义为规则的属性。规则通过属性来控制对象。

CATIA V5知识工程Knowledgeware
在CATIA V5知识工程Knowledge ware包含以下7个分模块。
1.Knowledge Advisor：知识顾问
提供了捕捉工程知识作为嵌入特征、客户化重构、参数利用、公式利用、规则利用、强力拷 贝、定义关系以及反应特征等功能。
2.Knowledge Expert：知识专家
从产品功能上，可分为：形状特征、精度特征、 技术特征、材料特征、装配特征； 从复杂程度上讲，可分为：基本特征、组合特 征、复合特征。


特征分类

从工程应用的角度 1．形状特征 (Form Feature) 2．装配特征 (Assembly Feature) 3．精度特征 (Precision Feature) 4．材料特征 (Material Feature) 5．分析特征 (Analysis Feature) 6．补充特征 (Additional Feature)

6．补充特征

补充特征 用于表达一些与上述特征无关的产 品信息，如用于描述零件设计的GT (成组技术) 码等管理信息的特征，
也可称之为管理特征。


一般把形状特征与装配特征叫做造型特征，因 为它们是实际构造出产品外形的特征。 其他的特征称为面向过程的特征，因为它们并 不实际参与产品几何形状的构造，而属于那些 与生产环境有关的特征。

4．材料特征

材料特征 用于描述材料的类型、性能和热处 理等信息，如强度和延展性等力学特性、导热 性和导电性等物理化学特性、以及材料热处理 方式与条件 (如整体热处理、表面热处理等)。
5．分析特征

分析特征 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、梁特征和板特征 等。
也称技术特征。
基于特征的设计


目前特征造型系统最高实现方式。 在这种方式下，系统采用具有特定应用含义的 特征，为用户提供更高层次的符合实际工程设 计过程的设计概念和方法，因而使设计效率和 设计质量大大提高。 此外，在设计过程中还可方便地进行设计特征 的合法性检查、特征相关性检查，并可组织更 复杂的特征。
基于特征的设计
4.Product Knowledge Template
产品知识模板提供了设计数据表格化分类、用户特征定义目录、特征搜寻、零件设计模板、 装配设计模板、创成式脚本语言以及交互式设计模板等功能。
5.Business Process Knowledge
Template：业务流程知识模板提供了工作环境创建、技术目标创建、行为创建、行为综合、 行为链接、问题检测工具、创成式零件设计表格以及技术条件特征添加等功能。
2．装配特征

装配特征用于表达零件的装配关系，以及在装 配过程中所需的信息，包括位置关系、公差配 合、功能关系、动力学关系等，有时也包括在 装配过程中生成的形状特征，如配钻等。
3．精度特征

精度特征 用于描述几何形状和尺寸的许可变 动量或误差，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。
4.6 特征技术的发展

基于知识的工程(KBE) 行为建模(BM)
KBE

由于KBE技术的开放性，迄今为止，尚无一种公认、完 备的定义。KBE的基本内涵是面向工程，以提高市场竞 争力为目标，通过工程产品知识的继承、繁衍、集成和 管理，建立工程产品的分布式开放设计环境，并获得创 新能力的工程设计方法。由此可见，KBE的特点在于： KBE不仅是一个知识的处理过程，包含知识放继承、繁 衍、集成和管理，而且产品创新设计的重要使能技术。 KBE不仅能够表示多种形式的知识，而且能够处理多应 用领域的知识，因而是集成化的大规模知识处理环境。 KBE是面向工程产品全生命周期的系统集成，是一种开 放的体系结构，对不同领域具有不同的解决方案。
特征的作用
在CAD系统引入“特征”后，能够起到以 下三方面的作用： ①表示设计意图； ②简化传统CAD系统中繁琐的造型过程； ③从高层次上对具体的几何元素如点、线、面 进行封装。
4.2 特征分类

从产品整个生命周期来看，可分为：设计特征、 分析特征、加工特征、公差及检测特征、装配 特征等； (STEP产品模型)

基于特征的参数化造型结构
4.5 特征造型的关键技术


几何表达/显示 布尔操作 几何约束求解 特征编码
几何约束求解

数值代数方法； 符号代数方法； 推理方法； 图论方法；
特征编码技术



特征编码技术（基础）：从AutoCAD二维造型，到 ACIS实体造型核心，没有进行特征编码会出现的问题。 指针的直接引用是不能够解决这个问题的，因为指针的 直接引用毕竟是暂态的，因此是不稳定和不可靠的。 特征编码思路：基于Brep表示法，体——面——线—— 点，研究拓扑实体的命名规则，以确保零件在重构时， 被引用的拓扑实体能够被识别出来。 特征编码的主要功能：拓扑实体编码、传播、记录和解 码。
CAD/CAM基础
华中科技大学 材料学院 王义林
第四章 特征造型
4.1 特征定义 4.2 特征分类 4.3 基于特征的零件信息模型 4.4 特征造型系统实现模式 4.5 特征造型的关键技术 4.6 特征技术的发展
简介

特征造型是近二十年来发展起来的一种新的造型方 法，它是CAD第三次技术（参数化技术）革命的里 程碑。

特征分类图
4.3 基于特征的零件信息模型
4.4 特征造型系统实现模式
(1) 特征交互定义
(2) 特征自动识别 (3) 基于特征的设计
特征创建方法
设计师 几何造型器 几何模型 特征定义系统 特征模型
工艺规划
(a)特征交互式定义
实体模型 特征识别 特征提取 特征模型
(b)特征识别
设计师 特征造型器 特征模型
特征自动识别



设计人员首先进行几何设计，然后通过一个特定领域 的特征自动识别系统从几何模型中识别或抽取特征。 部分解决了实体造型系统与系统间信息交换的不匹配 问题，提高了设计的自动化程度。 有一定的局限性： ① 对简单形状特征的识别比较有效，当产品比较复 杂时，特征识别就显得很困难，甚至无效； ② 特征识别使形状特征在形状上得到了一定程度的 表达，但形状特征之间的关系仍无表达。
6 ization：产品功能优化提供了精确描述产品功能系统、可视化产品功能系统、产品功 能系统识别、产品功能系统简化、产品解决方案以及输入输出技术优化文件等功能。