汽車數(shù)字開發(fā)技術(shù)第二章

1、規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽車工程學(xué)院汽車工程學(xué)院2.1 汽車數(shù)字化建模技術(shù)2.2 汽車的基于知識工程技術(shù)2.3 汽車可視化技術(shù)2.4 工程數(shù)據(jù)庫2.5 汽車產(chǎn)品全生命周期設(shè)計(jì)2.6 協(xié)同設(shè)計(jì)與網(wǎng)絡(luò)化制造2.7 汽車大規(guī)模定制2.8 汽車并行工程汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 1 頁規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽車工程學(xué)院汽車工程學(xué)院2.1 汽

2、車數(shù)字化建模技術(shù) 產(chǎn)品建模技術(shù)基本概念汽車幾何建模技術(shù) 汽車特征建模技術(shù) 汽車集成建模技術(shù)2022-2-20汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 2 頁規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽車工程學(xué)院汽車工程學(xué)院建模定義: 對于現(xiàn)實(shí)世界中的物體，從人們的想象出發(fā)，利用交互的方式將物體的想象模型輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)以一定的方式將模型存儲起來，這種過程稱為建模。涉及一組活動、方法和工具來建立描述企業(yè)不同側(cè)面的模型。2022-2-20汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 3 頁規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家（威海）（威海

3、）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽車工程學(xué)院汽車工程學(xué)院一、基本概念 產(chǎn)品建模也稱產(chǎn)品造型，根據(jù)幾何模型提供的各種信息，可以進(jìn)行裝配件的干涉檢查，進(jìn)行有限元分析，結(jié)構(gòu)分析、仿真、生成數(shù)控加工程序等后續(xù)應(yīng)用。 建模技術(shù)又是CAD系統(tǒng)的核心技術(shù)，沒有數(shù)字產(chǎn)品模型，數(shù)據(jù)的交換、共享與集成就失去了對象。 目前主要的建模方法有幾何建模、特征建模、裝配化建模和近年來新發(fā)展起來的集成化建模技術(shù)等。2022-2-20汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 4 頁規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF

4、 TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽車工程學(xué)院汽車工程學(xué)院建模過程就是一個(gè)產(chǎn)生、存儲、處理、表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界的過程?，F(xiàn)實(shí)物體抽象化格式化描繪計(jì)算機(jī)內(nèi)部模型信息模型一、基本概念汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 5 頁規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽車工程學(xué)院汽車工程學(xué)院二、幾何建模技術(shù)二、幾何建模技術(shù)2022-2-20汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第6 頁 所謂幾何建模系統(tǒng)是指能夠定義、描述、生成幾何實(shí)體，并能交互編輯的系統(tǒng)。 計(jì)算機(jī)內(nèi)部幾何

5、的表達(dá)方式可以是二維或三維模型。 二維模型幾何表達(dá)的基本元素是點(diǎn)、線、面或符號，主要用于細(xì)節(jié)部分的設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)工程圖的繪制。 常用的三維建模有：線框建模、表面建模、實(shí)體建模。規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽車工程學(xué)院汽車工程學(xué)院 1 、線框建模 利用基本線素來定義設(shè)計(jì)目標(biāo)的棱線部分而構(gòu)成的立體框架圖。由一系列的直線、圓弧、點(diǎn)及自由曲線組成，描述的是產(chǎn)品的輪廓外形。在計(jì)算機(jī)內(nèi)部生成三維映像，還可實(shí)現(xiàn)視圖變換及空間尺寸的協(xié)調(diào)。汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 7 頁規(guī)格嚴(yán)格 功夫到

6、家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽車工程學(xué)院汽車工程學(xué)院二、幾何建模技術(shù)二、幾何建模技術(shù)線框建模的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：所需信息最少，數(shù)據(jù)運(yùn)算簡單，所占存貯空間較小，硬件的要求不高，容易掌握，處理時(shí)間短。 缺點(diǎn)：在線框模型中由于沒有面和體的概念，因此無法區(qū)分物體的內(nèi)部和外部，斷面也無法表達(dá)。由于表面信息的缺乏，對于圖形描述來說，消隱工作無法自動進(jìn)行，必須采用繁瑣的交互工作方式來完成，中等復(fù)雜程度的零件用這種方式進(jìn)行建模就已經(jīng)是非常困難，更無法采用連接許多簡單的幾何對象來構(gòu)造復(fù)雜的零件。 汽車數(shù)

7、字化開發(fā)技術(shù) 第 8 頁規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽車工程學(xué)院汽車工程學(xué)院 線框建模的局限性： 幾何意義的二義性，即一個(gè)線框模型可能被解釋為若干個(gè)有效幾何體。 結(jié)構(gòu)體的空間定義缺乏嚴(yán)密性； 拓?fù)潢P(guān)系缺乏有效性； 描述的結(jié)構(gòu)體無法進(jìn)行消隱、干涉檢查、物性計(jì)算。二、幾何建模技術(shù)二、幾何建模技術(shù)汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 9 頁規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINE

8、ERING汽車工程學(xué)院汽車工程學(xué)院 2、表面建模 將物體分解成組成物體的表面、邊線和頂點(diǎn)，用頂點(diǎn)、邊線和表面的有限集合來表示和建立物體的計(jì)算機(jī)內(nèi)部模型。 表面建模是通過對實(shí)體的各個(gè)表面或者曲面進(jìn)行描述而構(gòu)成實(shí)體模型的一種建模方法，用面來定義一個(gè)物體，并能精確確定物體表面上任意一個(gè)點(diǎn)的X、Y、Z坐標(biāo)值。 二、幾何建模技術(shù)二、幾何建模技術(shù)汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 10 頁規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽車工程學(xué)院汽車工程學(xué)院 表面建模的特點(diǎn)： 表達(dá)了零件表面和邊界定義的數(shù)據(jù)

9、信息，有助于對零件進(jìn)行渲染等處理，有助于系統(tǒng)直接提取有關(guān)面的信息。 在物體性能計(jì)算方面，面信息的存在有助于對物性方面與面積有關(guān)的特征計(jì)算，同時(shí)對于封閉的零件，采用掃描等方法也可實(shí)現(xiàn)與體積等物理性能有關(guān)的特征計(jì)算。 表面建模方式生成的零部件及產(chǎn)品可分割成板、殼單元形式的有限元網(wǎng)格。 二、幾何建模技術(shù)二、幾何建模技術(shù)汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 11 頁規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽車工程學(xué)院汽車工程學(xué)院 3、 實(shí)體建模 定義：定義一些基本體素，通過基本體素的集合運(yùn)算或變形操

10、作生成復(fù)雜形體的一種建模技術(shù)。能夠定義三維物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)形狀，能完整地描述物體的所有幾何信息和拓?fù)湫畔?，包括物體的體、面、邊和頂點(diǎn)的信息。 特點(diǎn)： 可以提供實(shí)體完整的信息； 可以實(shí)現(xiàn)對可見邊的判斷，具有消隱的功能； 能順利實(shí)現(xiàn)剖切、有限元網(wǎng)格劃分、直到NC刀具軌跡的生成。二、幾何建模技術(shù)二、幾何建模技術(shù)汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 12 頁規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽車工程學(xué)院汽車工程學(xué)院二、幾何建模技術(shù)二、幾何建模技術(shù)缺點(diǎn)： 實(shí)體建模只存儲了形體的幾何形狀信息，缺乏產(chǎn)

11、品開發(fā)全生命周期所需的信息，諸如材料、加工特征信息、尺寸公差、形位公差、表面粗糙度、裝配要求等信息，不能構(gòu)成符合STEP標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品模型。汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 13 頁規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽車工程學(xué)院汽車工程學(xué)院二、幾何建模技術(shù)二、幾何建模技術(shù) 按照物體生成的方法不同，實(shí)體建模方法可分為： (1)體素法 通過基本體素（如長方體、圓柱、圓環(huán)、圓球等）的集合運(yùn)算（布爾運(yùn)算）構(gòu)造幾何實(shí)體的建模方法。每一基本體素具有完整的幾何信息，是現(xiàn)實(shí)生活中真實(shí)而唯一的三維實(shí)體。

12、汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 14 頁規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽車工程學(xué)院汽車工程學(xué)院常用基本體素布爾運(yùn)算汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 15 頁規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽車工程學(xué)院汽車工程學(xué)院 (2)掃描法 利用基體的變形操作實(shí)現(xiàn)表面形狀較為復(fù)雜的物體的建模方法稱為掃描法，又分為平面輪廓掃描和整體掃描兩種方法。 基本原理:用曲線、曲面或形體沿

13、某一路徑運(yùn)動后生成2D或3D的物體。掃描變換需要兩個(gè)分量，一是給出一個(gè)運(yùn)動形體，稱為基體；另一個(gè)是指定形體運(yùn)動的路徑。 二、幾何建模技術(shù)二、幾何建模技術(shù)汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 16 頁規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽車工程學(xué)院汽車工程學(xué)院二、幾何建模技術(shù)二、幾何建模技術(shù)(1)平面輪廓掃描法 由任一平面輪廓在空間平移一個(gè)距離或繞一固定的軸旋轉(zhuǎn)就會掃描出一個(gè)實(shí)體汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 17 頁規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TEC

14、HNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽車工程學(xué)院汽車工程學(xué)院二、幾何建模技術(shù)二、幾何建模技術(shù)（2）整體掃描法 首先定義一個(gè)三維實(shí)體作為掃描基體，即一個(gè)“運(yùn)動的物體”，讓此基體在空間運(yùn)動，運(yùn)動可以是沿某一方向移動，也可以是繞某一軸線轉(zhuǎn)動，或繞某一點(diǎn)擺動。2022-2-20汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 18 頁規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽車工程學(xué)院汽車工程學(xué)院三、特征建模技術(shù)三、特征建模技術(shù)特征建模技術(shù)出現(xiàn)原因： 幾何建模很難滿足集

15、成的要求。主要表現(xiàn)在以下兩方面： 1)1)低層次的幾何信息低層次的幾何信息 通常CAD系統(tǒng)只產(chǎn)生層次較低的幾何信息，而CAPP及CAM系統(tǒng)則需要較高層次的信息，主要包括幾何形狀、形狀特征、尺寸、公差、材料特性、表面粗糙度、裝配要求等。 2)2)低層次的設(shè)計(jì)環(huán)境低層次的設(shè)計(jì)環(huán)境 一般實(shí)體建模系統(tǒng)利用體單元和平面輪廓掃描等造型，這樣以某種結(jié)構(gòu)形狀來表達(dá)某種功能的設(shè)計(jì)思想，容易限制設(shè)計(jì)者創(chuàng)造性思維的發(fā)揮。另外，實(shí)體模型一旦建立，修改不方便，難以滿足工程設(shè)計(jì)中重復(fù)設(shè)計(jì)、反復(fù)修改的設(shè)計(jì)方法。汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 19 頁規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECH

16、NOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽車工程學(xué)院汽車工程學(xué)院 通過分析機(jī)械產(chǎn)品大量的零件圖樣信息和加工工藝信息，可將構(gòu)成零件的特征分為六大類。 (1)管理特征 與零件管理有關(guān)的信息集合，如標(biāo)題欄信息(如零件名、圖號、設(shè)計(jì)者、設(shè)計(jì)日期等)。 (2)技術(shù)特征 描述零件的性能和技術(shù)要求等信息。 (3)材料特征 描述零件材料、熱處理和條件等有關(guān)的信息。如材料性能、熱處理方式、硬度值等。 (4)精度特征 描述零件幾何形狀、尺寸的許可變動量的信息集合，包括公差(尺寸公差和形位公差)和表面粗糙度等。 (5)形狀特征 描述與零件幾何形狀、尺寸相關(guān)的信息集合，包括功能形狀

17、、加上工藝形狀(如退刀槽、工藝凸臺等)、裝配輔助形狀。 (6)裝配特征 描述零件在裝配過程中將使用的信息，如零、部件的相關(guān)方向、相互作用面和配合關(guān)系等。三、特征建模技術(shù)三、特征建模技術(shù)汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 20 頁規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽車工程學(xué)院汽車工程學(xué)院2022-2-20一種形狀特征的分類方法汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 21 頁規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBI

18、LE ENGINEERING汽車工程學(xué)院汽車工程學(xué)院四、集成建模技術(shù)四、集成建模技術(shù) 就信息集成角度看，集成是指CAD、CAPP、CAM各模塊之間信息的提取、交換、共享和處理的集成，即信息流的整體集成。實(shí)現(xiàn)這種集成需具備兩個(gè)基本要素： (1)CAD系統(tǒng)能提供完備的、統(tǒng)一的、符合某種標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品信息模型，使CAPP及CAM環(huán)節(jié)能從該模型中獲取所需要的信息，并最終將CAD模型轉(zhuǎn)換成制造模型。 (2)CAD/CAM各模塊之間能通暢地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞與交換，交換方式可以是數(shù)據(jù)庫接口或符合某種規(guī)范的格式文件或數(shù)據(jù)庫。2022-2-20汽車數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 22 頁規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽車工程學(xué)院汽車工程學(xué)院四、集成建模技術(shù)四、集成建模技術(shù) 產(chǎn)品信息模型包括三個(gè)層次的信息，即零件層、特征層和幾何層。 1)零件層零件層 主要反映零件的總體信息，其中包括零件的名稱、編號、批量、材料名稱、材料牌號和性能、設(shè)計(jì)者及設(shè)計(jì)日期等信息。 2)特征層特征層 主要反映零件的形狀、精度和加工要求。組成零件的所有特征，其定型、定位參數(shù)包括公差、粗糙度、材料熱處理要求和與一定加工方法相對