性欧美午夜高清在线观看,黄色毛片免费进入,免费在线黄网,成年人免费视频网站,一个人看aaaa免费中文,男女午夜特黄毛片免费,中文毛片无遮挡播放免费

第四章  基于圖形結構的智能化設計方法

【本章摘要】本章首先分析了基于產品圖形的智能化設計的內涵、發(fā)展和形式描述，詳細分析了參數化設計的原理、集成化設計的系統結構和智能圖元化設計的詳細內容。

4.1  CAD系統的智能化

CAD系統的智能化一直是人們追求的目標。目前，智能化的研究重點是在傳統CAD系統中加強推理和對知識庫的管理、查詢能力，形成智能CAD(ICAD)系統。當前的智能設計分成兩種類型，即設計型專家系統和人機智能化系統，人機智能化系統是面向CIMS的復雜智能設計技術，其研究尚處于起步階段，而設計型專家系統研究的核心問題是模式設計，典型應用領域是方案設計，很難應用到產品的結構設計中。

到目前，智能化CAD系統的發(fā)展經歷了三個階段：參數化設計、集成化設計和智能圖元化設計。從整個發(fā)展歷史來看，智能化CAD系統主要存在二個本質問題：一、需要一定的交互干涉控制；二、智能化適用范圍的限制。而從智能化CAD系統的三個階段來看，智能化CAD的智能化程度也是在這二個問題上不斷地探索和發(fā)展的程度。

參數化CAD設計，主要是針對傳統的CAD系統大部分僅局限于建立產品幾何模型，擅長設計階段中某一時刻設計信息的表達，而在表述產品設計的工程意義和動態(tài)設計過程方面顯得十分乏力。參數化CAD系統的關鍵是參數化模型的建立。從智能化角度上說，參數化CAD的優(yōu)點是：（一）通過參數化模型中參數的傳遞，實現“工程信息一圖形信息”。（二）通過參數的改變，使圖形自動發(fā)生相應的改變。而缺點是：它是通過已建立的特定的參數化模型賦值而驅動圖形，所以它只能驅動參數化模型對應的圖形，對于工程上用的多的復雜圖形，特別是組合圖形來說，不太實用；它很難反向從圖形中的獲取較多的工程語義，不具有面向對象的概念。

集成化CAD設計，這是目前用的比較多的專業(yè)CAD系統，主要是針對一些特殊行業(yè)（如室內裝修、室內設計等行業(yè)），在這些行業(yè)的工程圖紙描述中，都是由有若干行業(yè)中工程實體組成。正是根據這個特點，我們將行業(yè)相關的實體，按照面向對象的思維，進行封裝。從智能化角度上看，其優(yōu)點是：引入了面向對象的編程思維，初步實現由通過簡單的幾何元素（線、圓、圓弧等）畫圖轉變成由實體進行拼圖，將大大提高工作效率。缺點是，系統參數化功能不強，系統應用范圍過于專一，并且由于系統中描述的工程實體不具有自適應性，不利于新產品的設計。

智能圖元化設計綜合了參數化設計和集成化設計的優(yōu)點，盡量避免他們的缺點，它是通過“智能圖元”來實現。智能圖元是完全按照“面向對象”的思維上建立的，它外在表現為圖形的集成，但又不同于集成化設計，首先，智能圖元表現的圖形不是完全針對某個產品，而是針對常用圖形單元；其次，智能圖元具有良好的參數化；最后，也是最重要的，智能圖元具有自適應性，能夠根據一定的外在條件改變自己的拓撲屬性，能夠真正實現“拼圖”功能。

4.2  參數化設計原理

CAD系統的參數化設計主要是針對產品建模，當前，在產品建模中，也主要是約束建模。在產品約束建模中，將工程知識與產品模型的幾何元素和拓撲關系結合起來，建立圖形和工程信息的聯系，實現計算機參數化設計的智能化。

實現參數化CAD系統的關鍵是建立參數化模型。模型的建立需要圖形信息的描述。圖形信息包括幾何信息和拓撲信息。拓撲信息主要是描述幾何信息之間的約束。參數化所要解決的二個主要問題：約束的描述和約束的求解。

4.2.1  約束的描述

設計過程可視為約束滿足的過程，設計活動本質上是通過提取產品有效的約束來建立其約束模型并對約束求解。約束可以解釋為若干個對象之間的關系，也就是限制一個或多個對象滿足一定的關系R(A、B、C……），對約束的求解就是找出約束為真的對象的值。

在參數化模型中約束可分為幾何約束和工程約束面向二大類。

幾何約束是指幾何元素之間滿足的某種關系．利用幾何約束，就可以方便地表達其設計意圖。

幾何約束包括結構約束和尺寸約束，其中結構約束是指拓撲與結構上的約束，體現的是圖形元素之間的關系，在參數化設計中，一般是不變動的對象，又成為不變約束，主要包括水平、鉛垂、共點、相切、平行、垂直、共線、夾角等約束。尺寸約束是指固定幾何元素之間相對位置的約束，是對圖形元素的幾何屬性的描述，一般是可變的對象，又稱為可變約束，包括角度、長度、半徑、坐標、方向等約束。

由于給予變分幾何的方法用多元非線形方程組來描述一組約束，采用數值方法迭代求解，能較好地解決復雜的約束關系。因此，本文采用了變分幾何為核心算法的基礎，同時對同樣存在的效率問題作了修改和完善，并提高了可靠性。

基于變量幾何法的參數設計中，約束描述方法是將其表示為代數方程組。對圖形實體的所有幾何或尺寸約束都可以表示為方程，方程中的變量是坐標點的分量。這些點一般稱為特征點。在二維圖形中，每個特征點有二個自由度，即（x,y）坐標值。用N個特征點定義的圖形共有2N個自由度。相應需要建立2N個獨立約束的方程組才能唯一確定圖形的形狀和位置。

結構約束有水平、鉛垂、共點、相切、平行、垂直、點在直線上，相切、共線、共圓，固定點等。尺寸約束有點到點的距離，夾角，半徑等。對于工程約束，也可以轉化成幾何或尺寸約束。

以上幾種約束的表示方法如下：

(1）水平：y₂-y₁=O

(2）鉛垂：x₂-x₁=O

(3）直線1((x_l,y₁),(x₂,y₂)）與直線2((x₃,y₃),(x₄，y₄)）平行：

          (x₂-x₁)*(y₄-y₃）-（y₂-y₁)*(x₄-x₃)=O

(4）直線1((x_l,y_l),(x₂,y₂)）與直線2((x₃,y₃),(x₄,y₄)）垂直：

          (y₂-y_l)*(y₄-y₃)+(x₂-x_l)*(x₄-x₃）=0

(5)點（（x₁, y₁）在直線（(x₂,y₂),(x₃,y₃)）上：

          (x₂-x_l)*(y₃-y₁）-（y₂-y₁)*(x₃-x₁)=O

(6)直線（(x₁,y₁),(x₂,y₂)）和圓心(x_c,y_c)半徑為R的圓相切：

工程約束是指尺寸之間的約束關系以及變量尺寸和其它外在設計變量之間的約束關系，通過人工定義尺寸變量及它們之間在數值上和邏輯上的關系來表示。相應的，在參數化設計系統中，設計人員根據工程關系和幾何關系來指定設計要求，要滿足設計要求，不僅需要滿足尺寸或工程參數的初值，而且要在每次改變這些設計參數來維護這些基本關系，其中尺寸值是可以變的，而幾何元素的各種連接幾何信息是不變的。圖形參數化設計的本質是根據圖形中的不變約束，進行幾何求解，確定可變約束，產生新的圖形的過程。

4.2.2  基于變量幾何法的約束的求解

在參數化圖形中，含有N個特征點，則在二維平面中，將所有特征點的未知分量寫成分量：

x=(x₁，x₂，…，x_n）^T，      n=2N，表示形體的總自由度

同樣，將已知的尺寸標注約束方程的值，包括結構約束條件在內，也寫成矢量：

d=（d₁，d₂，…，d_n）^T,

于是，變量幾何的一個實例就是求解以下一組非線形方程組的一個具體解：

或寫成一般形式：F（x_i，d_I）=0      i=1，2，3，…，n

約束方程組中有三個方程用來阻止剛體的平移和旋轉，剩余的（n-6）個約束取決于具體的尺寸標注方法和約束的類型等條件。求解非線形方程組的具體方法是牛頓迭代，即xn+1=xⁿ-[F（xⁿ）]^-1F（xⁿ）

或J·△x=r

其中△x={△x₁，△x₂ ，…△x_n}^T   表示各個自由度的少量位移。

r={-F₁，-F₂，-F_n}^T，表示方程組的殘余個數。

在變量幾何法中，約束轉化為一系列以特征點為變量的非線形方程組，對于給定的約束，通過數值法求解非線形方程組確定出幾何細節(jié)。

4.2.2  參數化設計實現

參數化設計實現的流程圖如圖4-1所示。

從這個流程圖上，整個參數化過程是圍繞“參數模型”，也就是約束的方程建立和求解。在注解過程中，如果圖形中的圖形元素較多，則求解的方程回很多，使得求解的復雜程度大，時間長，未了簡便方程組的求解，采用分解的方法，簡化求解的復雜度。也正是如此，參數化設計適合于一些簡單的圖紙設計，而對于復雜的圖形，由于方程組求解的時間太長而不適用；

上一頁

下一頁