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CAD/CAM关键技术

—特征技术

MW35.com 2004-7-24

    1. 特征技术产生的背景
　　特征技术是CAD/CAM技术发展中的一个新里程碑，它是在CAD/CAM技术的发展和应用达到一定水平，要求进一步提高生产组织的集成化、自动化程度的历史进程中孕育成长起来的。
　　现代设计制造系统的发展趋势是集成化、智能化，目的是达到高度的自动化。实现上述目标的基础是给系统的各个环节提供能够共享的产品定义。现有的CAD/CAM系统，因不能用一个完整的产品模型来支持各工程应用活动，在设计、制造及检验的各个环节中，使用者需要重复地输入和识别一些信息，定义一些新模型，以满足各工程应用子系统的具体需要，各子系统的概念信息也必须依靠人工来识别和综合处理，从而导致产品自动设计和制造中信息处理的中断，人为干预量大，数据大量重复处理的后果。其主要原因是作为当代CAD系统的核心棗实体造型存在下列不足：
　　(1) 产品定义信息不完备。实体造型主要用来定义产品公称几何形状，而许多反映设计意图和工艺要求的信息，如公差、材料性质等难以在数据库中一起表达。这里由于工艺信息的表达既与高级的形状特征有关，又与低级的点、线、面几何要素有关，而实体造型难以提供这些信息。
　　(2) 数据的抽象层次低。实体造型只能以低级的几何/拓扑信息来描述几何形状，而工程师进行思想交流，以及CIMS智能化处理过程中涉及的信息往往是高层的概念实体。
　　(3) 支持产品设计的环境较差。传统的几何造型不利于进行创造性设计，这是因为它不能方便地修改设计模型，并且，即使实体零件的参数已被定义，在每次零件再生时，也必须重新显示输入所有参数。
　　因此，必须开发取代现有实体造型的支撑系统，为CAD/CAM系统提供完备的和多层次的产品信息。这些信息能在无人干预的条件下，为设计、分析、制造所接受，且能在各应用子系统间自动变换，使CAD/CAM集成，以至CIMS的实现走向现实，由此产生了特征技术。特征技术是人工智能应用于实体模型的结果，它表达的产品信息完备且含有丰富的语义信息，为CAD/CAM集成提供了有力基础。
    2. 特征造型的特点和作用
　　特征造型方法与前一代的几何造型方法相比较，有以下特点和作用：
　　(1) 过去的CAD技术从二维绘图起步，经历了三维线框、曲面和实体造型发展阶段，都是着眼于完善产品的几何描述能力; 而特征造型则是着眼于更好表达产品的完整的技术和生产管理信息，为建立产品的集成信息模型服务。它的目的是用计算机可以理解和处理的统一产品模型，替代传统的产品设计和施工成套图纸以及技术文档，使得一个工程项目或机电产品的设计和生产准备各环节可以并行展开，信息流畅通。}
　　(2) 它使产品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，象螺纹孔、定位孔、键槽等。特征的引用直接体现设计意图，使得建立的产品模型容易为别人理解和组织生产，设计的图样更容易修改。设计人员可以将更多精力用在创造性构思上。
　　(3) 它有助于加强产品设计、分析、工艺准备、加工、检验各部门间的联系，更好地将产品的设计意图贯彻到各个后续环节并且及时得到后者的意见反馈，为开发新一代的基于统一产品信息模型的CAD/CAPP/CAM集成系统创造前提。
　　(4) 它有助于推动行业内的产品设计和工艺方法的规范化、标准化和系列化，使得产品设计中及早考虑制造要求，保证产品结构有更好的工艺性。
　　(5) 它将推动各行业实践经验的归纳总结，从中提炼更多规律性知识，以丰富各领域专家的规则库和知识库，促进智能CAD系统和智能制造系统的逐步实现。
    3. 特征技术的研究概况
　　特征技术研究的萌芽产生于八十年代初，并于八十年代的中后期蓬勃发展起来。STEP标准中将形状和公差特征等列为产品定义的基本要素，使特征获得了国际标准的法定地位。