概念设计自动化软件DARFAD与其它系统的集成技术研究

论文摘要

概念设计自动化软件ACIS-DARFAD借助于生物生长的机理,提供产品设计从无到有、零件从少到多、表面从初级到高级、结构从简单到复杂的进化模式。生长型设计模式的出发点是已有产品的需求原型。本文从已有产品出发,以STEP中性文件为交换机制,从中性文件中提取3-D产品模型的数据信息,应用ACIS API函数重建,并转化成基于功能表面的产品装配模型,进而通过逆向设计得到产品的需求原型,实现了ACIS-DARFAD软件与其他系统的信息集成。本文建立了基于STEP的面向对象的产品装配模型。首先将STEP中性文件的实体数据信息映射为一系列的C++类结构,保存在一个链表中。然后根据面向对象的思想采用C++语言建立基于边界表示法（B rep）的产品信息模型的类结构,将中间文件的几何和拓扑关系信息读入到相应的类结构中,建立了几何和拓扑关系信息的关联。最后采用ACIS API绘图函数实现三维产品模型的重建,在ACIS环境下进行产品几何模型的显示。实现了ACIS几何模型向ACIS-DARFAD的基于功能表面的产品装配模型的转化。首先在ACIS数据信息的基础上,采用宽度优先算法实现装配关系的查找,根据装配体的几何信息自动识别装配关系。然后对识别出的装配关系进行存储,将ACIS中的零件类、表面类转化成基于功能表面产品装配模型中的零件类和功能表面类,向PartNet网络结构中添加零件与零件、表面与表面之间的关系。然后,对生长型设计过程进行回溯,通过功能模式之间的耦合作用实现对需求原型的反求。提供了一条从已有产品到创新产品的实用设计技术途径。最后,阐述了系统的功能、模块设置、系统开发技术和运行环境。并以机械带传动结构为例进行STEP后置处理器功能的验证;以活塞半精镗工序夹具为例,详细介绍了产品装配模型的转化和产品原型的反求过程,验证了本文理论研究与技术实施的正确性和实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 产品概念设计研究综述
• 1.2.1 产品概念设计概述
• 1.2.2 计算机辅助概念设计的研究现状
• 1.3 相关技术的研究概述
• 1.3.1 基于STEP的集成系统
• 1.3.2 装配建模的研究现状
• 1.3.3 逆向工程的研究现状
• 1.4 课题的主要研究内容
• 第2章 基于ACIS的产品概念结构生长型设计基础
• 2.1 生长型设计相关理论
• 2.1.1 分解重构理论
• 2.1.2 功能表面
• 2.1.3 广义定位原理
• 2.1.4 概念结构生长型设计
• 2.2 ACIS几何平台
• 2.2.1 ACIS概述
• 2.2.2 ACIS的几何和拓扑
• 2.2.2.1 几何体
• 2.2.2.2 拓扑体
• 2.2.3 实体对象和属性
• 2.2.3.1 实体对象
• 2.2.3.2 属性
• 2.2.4 ACIS的开发接口
• 2.3 基于功能表面的产品装配结构模型
• 2.3.1 功能表面类
• 2.3.2 产品装配结构模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 STEP中性文件的信息提取与图形显示
• 3.1 STEP标准概述
• 3.1.1 STEP标准的组成和体系结构
• 3.1.2 STEP标准各组成部分概述
• 3.2 STEP中性交换文件
• 3.2.1 应用协议AP203简介
• 3.2.2 AP203的扩展边界表示法
• 3.2.3 STEP中性文件结构
• 3.3 STEP文件的信息提取与装配模型的建立
• 3.3.1 STEP文件中的实体描述到C++的映射
• 3.3.2 零件级中间文件中几何与拓扑关系的提取
• 3.3.2.1 封闭实体类的构造
• 3.3.2.2 几何与拓扑关系的提取
• 3.3.3 装配级中间文件中几何与拓扑关系的提取
• 3.3.3.1 STEP文件中装配信息的分析和提取
• 3.3.3.2 零件类和装配类模型的构造
• 3.4 图形显示模块的设计
• 3.4.1 ACIS的几何造型方法
• 3.4.2 图形显示模块设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 产品装配模型的转化和逆向设计
• 4.1 产品装配模型的自动转化
• 4.1.1 装配关系识别算法
• 4.1.2 装配关系识别算法流程
• 4.1.3 概念装配结构信息的获取和存储
• 4.2 表面关系的添加与删除
• 4.3 产品需求原型反求
• 4.4 产品运动仿真
• 4.4.1 零件模型的离散化
• 4.4.2 VRML基于顶点的几何体建模
• 4.4.3 动态仿真的实现
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统应用实例
• 5.1 系统实现的技术途径
• 5.1.1 系统软件程序编制
• 5.1.2 系统运行软、硬件环境
• 5.2 系统运行实例
• 5.2.1 中性文件的信息提取与图形显示
• 5.2.2 产品概念装配结构模型的转化
• 5.2.3 产品需求原型的反求
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表