面向产品快速开发的集成逆向工程若干关键技术研究

论文摘要

在经济全球化时代，任何企业所能拥有的产品竞争优势都是相对的、暂时的，除非持之以恒地创新。因此，不断开发新产品是企业最重要的任务，也应该成为我国学者的研究热点。作为产品快速开发的重要支撑技术集成逆向工程技术，其研究和应用的成果对解决与之相关的产品快速开发问题具有一定的指导作用。本文针对STL模型的快速建模、模型综合优化及重构模型的再设计等集成逆向工程中的主要关键技术进行了深入研究。 主要研究工作及成果归纳如下： (1)针对产品快速开发的需求，建立了集成逆向工程系统的体系结构。全面、系统地总结和分析了集成逆向工程系统各环节上的现有方法和技术难点，内容贯穿了从数据获取到产品制造的整个过程，促进了集成逆向工程系统中目前仍需要解决的问题和待完善的技术研究，为本文研究方向的确定奠定了基础。提出了针对离散数据，采用模仿式的创新设计方式和基于STL模型的RE／RP系统直接集成的方法，推进和丰富了产品快速开发关键技术的研究。 (2)针对离散数据输入数据组织形式，开发了基于离散数据的STL模型的快速建模的算法。从算法的时间效率性，适应性和处理对象的复杂性等角度出发，采用将3D离散数据投影到某一平面的方法，把一个3D三角划分问题转化成平面上不规则点的三角划分问题，并使用凸壳来减少计算时间，在三角网格的划分过程中同时实现最小权优化，从而避免了三角网格完全生成后再进行优化和调整的反复过程，提高了时间效率性，降低了算法的复杂性。该算法能够有效地处理各种不同类型曲面的离散数据，且实现过程简单，弥补了现有商业CAD的不足，使得算法具有很强的适应性，为基于STL模型的模仿式创新设计提供了及时有效的技术支持，是产品快速开发中模型创新设计的关键环节。 (3)针对环域网格划分的特点，提出了STL模型综合优化的概念，并研究了其算法实现。在将传统的最小角最大化和最小权这两种优化方法相结合，进行全局初始优化的基础上，提出增加顶点删除法这种综合改良方法。通过增加合适的网格顶点，删除退化的几何要素，生成新的几何要素，并对网格中拓扑关系发生改变的相应几何要素进行实时地更新，更为主动地优化三角形形状。解决了优化过程中出现的退化现象和局域狭长三角形比较集中现象，并将网格

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 选题的背景与课题来源
• 1.2 产品快速开发
• 1.2.1 制造战略的变迁
• 1.2.2 主要支撑技术
• 1.3 集成逆向工程系统
• 1.3.1 系统集成路径
• 1.3.2 RE/RP集成方法的比较
• 1.4 国内外研究现状
• 1.4.1 集成逆向工程技术
• 1.4.2 三维模型的建模技术
• 1.4.3 模型的综合优化
• 1.4.4 模型的再设计
• 1.5 研究目的及内容
• 1.5.1 研究目的与意义
• 1.5.2 主要研究内容与章节安排
• 第2章 面向产品快速开发的集成逆向工程系统体系结构
• 2.1 产品快速开发过程
• 2.1.1 开发过程描述
• 2.1.2 正向工程和逆向工程的比较
• 2.2 集成逆向工程系统
• 2.2.1 系统的特点
• 2.2.2 体系结构
• 2.2.3 实现过程流程
• 2.3 主要关键技术
• 2.3.1 面向集成的实物数字化方法和技术
• 2.3.2 模型创新设计
• 2.3.3 面向集成的逆向制造技术
• 2.4 本章小结
• 第3章 RE/RP直接集成系统建模技术研究
• 3.1 概述
• 3.1.1 RE/RP直接集成系统框架
• 3.1.2 系统建模技术
• 3.2 快速原型制造数据源
• 3.2.1 快速原型制造中的三维实体模型
• 3.2.2 STL文件格式
• 3.3 基于离散数据的STL模型快速直接建模技术
• 3.3.1 数字化测量的数据输出形式
• 3.3.2 STL模型快速建模方法
• 3.3.3 基本概念和定义
• 3.3.4 离散数据直接三角网格划分
• 3.4 实例分析
• 3.4.1 实例
• 3.4.2 算法比较分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 STL模型综合优化技术研究
• 4.1 基本概念和定义
• 4.2 实现目标
• 4.3 STL模型综合优化算法研究
• 4.3.1 STL模型综合优化过程
• 4.3.2 平面三角形网格优化算法
• 4.3.3 空间三角形网格综合优化算法
• 4.4 实例分析
• 4.4.1 综合优化指标
• 4.4.2 实例优化结果与分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于STL模型的产品再设计
• 5.1 基于STL模型的再设计系统
• 5.1.1 STL模型再设计的需求
• 5.1.2 系统的框架
• 5.2 STL模型编辑
• 5.2.1 复制
• 5.2.2 缩放
• 5.2.3 坐标变换
• 5.3 STL模型分割处理技术
• 5.3.1 定义和概念
• 5.3.2 算法过程描述
• 5.3.3 分割处理算法研究
• 5.4 STL模型的拼接
• 5.4.1 拼接方法
• 5.4.2 拼接算法研究
• 5.4.3 重叠区域删除
• 5.4.4 拼接区域的识别
• 5.5 实例分析
• 5.5.1 分割实例
• 5.5.2 拼合实例
• 5.6 本章小结
• 第六章 系统的实现与案例研究
• 6.1 系统总体介绍
• 6.1.1 运行环境
• 6.1.2 结构模型
• 6.1.3 系统功能
• 6.1.4 工作流程
• 6.2 系统核心模块的软件实现
• 6.2.1 STL模型快速建模模块
• 6.2.2 模型综合优化模块
• 6.2.3 模型的再设计模块
• 6.3 案例研究
• 6.3.1 模型分析
• 6.3.2 建模方案制订
• 6.3.3 STL模型建模
• 6.3.4 模型评价
• 6.4 系统误差分析
• 6.4.1 误差来源
• 6.4.2 误差分析
• 6.5 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 进一步工作的方向
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果