面向装配的CAD建模技术在覆盖件设计中的研究与实践
摘要
进入二十一世纪以来，随着以计算机信息技术为基础的高新技术的迅猛发展，传统的制造业已经进入了一个新的发展领域。数字样机技术作为现代化的产品设计方法，已经越来越广泛地在制造业领域得到了应用。在利用数字样机技术进行产品开发的过程中，面向装配的CAD建模技术是重要的实现手段。本文针对覆盖件产品的开发特点，对面向装配的CAD建模理论和方法进行了深入研究。
对面向装配的设计的原理和方法进行了研究。阐述了面向装配的设计方法的运行模式和体系结构；详细探讨了装配建模的主要内容，分析了装配模型的装配关系、装配层次关系以及装配约束，对装配模型的信息组成进行了介绍，提出了自下向上的装配建模方法和自顶向下的装配建模方法。
通过对覆盖件造型特点的分析，对自由曲线曲面造型技术进行了理论研究。对覆盖件曲面造型中的关键技术曲面拼接和曲面过渡的算法进行了分析。
以装配建模理论为基础，针对覆盖件产品的开发特点，对面向装配的CAD建模技术进行了深入研究。对覆盖件产品的装配模型进行了描述；提出了覆盖件装配建模的一般流程；详细研究了覆盖件的CAD装配建模技术；对面向装配的CAD建模技术在覆盖件产品反求设计中的应用进行了研究，介绍了产品覆盖件的反求流程，提出了基于装配的数据测量方法，分析了面向装配的曲面重构技术。
结合某摩托车集团改型开发新款摩托车的项目和某汽车有限公司实施数字样机技术的项目，通过理论联系实际，在工程实践中验证了本文的研究内容和研究方法。
With the development of high-tech, manufacturing industry has been come into a new field. As important design method of product, the technology of digital mock-up has been widely applied to manufacturing field. In the process of product development making use of digital mock-up, assembly-oriented CAD modeling technology are very important. The thesis addresses the theory and methods of assembly-oriented CAD modeling technology according to the characteristics of panels.
A study of DFA (design for assembly) is presented. The running mode and system of DFA are discussed. The content of assembly modeling is provided. Assembly relationships, assembly hiberarchy and assembly restraints are analyzed. The assembly modeling methods of bottom-up and top-down are put forward.
The author summarizes the characteristics of panels, investigates the modeling technology of free-form curve and surface; The algorithm of surface joining and surface blending is also analyzed.
Assembly-oriented CAD modeling technology based on assembly modeling theory is analyzed and investigated in panels product design. The assembly model of panels is indicated. The general flow of assembly modeling of panels product is put forward. The key technology of Assembly-oriented CAD modeling in panels product design is analyzed. The application of assembly-oriented CAD modeling technology in reverse engineering is also presented; The assembly-oriented data measure method is put forward; The assembly-oriented surface reconstruction technology is analyzed.
With the project "The Construction of digital mock-up for a mini-car" supported by an automobile corporation, Ltd. and the project " The Rapid Development and Variant Design of some brand of motorcycle" supported by a motorcycle corporation, the author summarizes the experience of assembly modeling for digital prototyping, and provides sound proof for the viewpoints in the thesis.
对面向装配的设计的原理和方法进行了研究。阐述了面向装配的设计方法的运行模式和体系结构；详细探讨了装配建模的主要内容，分析了装配模型的装配关系、装配层次关系以及装配约束，对装配模型的信息组成进行了介绍，提出了自下向上的装配建模方法和自顶向下的装配建模方法。
通过对覆盖件造型特点的分析，对自由曲线曲面造型技术进行了理论研究。对覆盖件曲面造型中的关键技术曲面拼接和曲面过渡的算法进行了分析。
以装配建模理论为基础，针对覆盖件产品的开发特点，对面向装配的CAD建模技术进行了深入研究。对覆盖件产品的装配模型进行了描述；提出了覆盖件装配建模的一般流程；详细研究了覆盖件的CAD装配建模技术；对面向装配的CAD建模技术在覆盖件产品反求设计中的应用进行了研究，介绍了产品覆盖件的反求流程，提出了基于装配的数据测量方法，分析了面向装配的曲面重构技术。
结合某摩托车集团改型开发新款摩托车的项目和某汽车有限公司实施数字样机技术的项目，通过理论联系实际，在工程实践中验证了本文的研究内容和研究方法。
With the development of high-tech, manufacturing industry has been come into a new field. As important design method of product, the technology of digital mock-up has been widely applied to manufacturing field. In the process of product development making use of digital mock-up, assembly-oriented CAD modeling technology are very important. The thesis addresses the theory and methods of assembly-oriented CAD modeling technology according to the characteristics of panels.
A study of DFA (design for assembly) is presented. The running mode and system of DFA are discussed. The content of assembly modeling is provided. Assembly relationships, assembly hiberarchy and assembly restraints are analyzed. The assembly modeling methods of bottom-up and top-down are put forward.
The author summarizes the characteristics of panels, investigates the modeling technology of free-form curve and surface; The algorithm of surface joining and surface blending is also analyzed.
Assembly-oriented CAD modeling technology based on assembly modeling theory is analyzed and investigated in panels product design. The assembly model of panels is indicated. The general flow of assembly modeling of panels product is put forward. The key technology of Assembly-oriented CAD modeling in panels product design is analyzed. The application of assembly-oriented CAD modeling technology in reverse engineering is also presented; The assembly-oriented data measure method is put forward; The assembly-oriented surface reconstruction technology is analyzed.
With the project "The Construction of digital mock-up for a mini-car" supported by an automobile corporation, Ltd. and the project " The Rapid Development and Variant Design of some brand of motorcycle" supported by a motorcycle corporation, the author summarizes the experience of assembly modeling for digital prototyping, and provides sound proof for the viewpoints in the thesis.
引文
[1] 许彧青，创造性思维与新产品开发，科技与管理，2001.2 pp: 29-31
[2] 刘保嘉，面向虚拟样机的机械产品的三维表达技术的研究与实践，重庆大学硕士学位论文，2002，pp:2-4
[3] 熊光楞等，虚拟样机技术，系统仿真学报，2001.13(1)，pp:114-117
[4] 张宇宏，分布式协同虚拟环境体系结构及其仿真运行环境中的关键技术研究，北京航空航天大学博士学位论文，2002，pp:15-16
[5] H.-J. Bullinger，J. Warschat，D. Fischer，Rapid Product Development─an Overview，Computers In Industry，2000(42)，pp:99-108
[6] 潘海寿，复杂机械的虚拟样机技术，南京理工大学硕士学位论文，2001，pp:3-6
[7] 白芳妮，数字化产品装配序列生成算法及相关技术研究，西北工业大学博士学位论文，2000，pp:14-16
[8] Molloy E.，Yang H.，Browne J.，Feature-based Modeling in design for assembly[J]，International Journal of Computer Integrated Manufacturing，1993,6,(1-2)，pp:119-125
[9] 舒启林，并行环境下面向装配设计的集成化建模技术，现代设计技术，2001.18(3)，pp:15-17
[10] 王春河等，并行环境下装配设计的系统设计及开发技术研究，机械科学与技术，1998.17(1)，pp:122-124
[11] 姜华等，面向装配的设计方法与技术研究，计算机集成制造系统，1999.5(4)，pp:56-60
[12] 樊波，并行环境下的DFA技术研究与实现，西北工业大学硕士学位论文，2001，pp:27-30
[13] 王石刚等，面向装配特征的CAD系统建模的信息模型，机械设计与研究，1998.3，pp:21-23
[14] unigraphics，unigraphics CAST，UNIGRAPHICS company，2001
[15] 蒋琴仙，数字化产品基本装配过程及关键匹配要素的研究，南京理工大学硕士学位论文， 2001，pp:10-17
[16] 王先奎等，自顶向下的产品装配建模系统研究及实现，清华大学学报(自然科学版)，1998.38(8)，pp:12-14
[17] 庄晓等，支持Top-down设计过程的装配建模，计算机辅助设计与制造，1998.10，pp:17-21
[18] 《现代模具技术》编委会，现代模具技术 汽车覆盖件模具设计与制造，第1版，国防工业出版社，pp:1998.1-2
[19] 孙家广等，计算机图形学，第3版，清华大学出版社，1998，pp:286-350
[20] 朱心雄等，自由曲线曲面造型技术，科学出版社，2000，pp:138-168
施法中，计算机辅助几何设计与非均匀有理B样条，北京航空与航天大学出版，1994，
[21] pp:405-440
[22] 方逵等，曲线曲面设计技术与显示原理，国防科技大学出版社，1997，pp:127-137
[23] 王国瑾等，计算机辅助几何设计，高等教育出版社&施普林格出版社，2001，pp:129-157
[24] 董洪智等，曲面拼接在车身覆盖件仿真成形几何建模中的应用研究，锻压机械，1998.6，pp:40-43
[25] Watkins M.A.，Worsey A.，Degree Reduction for Bézier Curves，CAD，Vol.20，No.7，1988，pp:398-405
[26] Peigl L.，Representation of Rational Bézier Curves and Surfaces by Recursive Algorithms，CAD，Vol.18，No.7，1986，pp:361-366
[27] Faux I.D.，Pratt M.J.，Computational Geometry for Design and Manufacture，Ellis Horwood Limited，1979.
[28] 赵东福等，多曲面间的光滑自由过渡和数控加工，工程设计，1998.2，pp:30-33
[29] Gregory J.，Lau V.，Zhou J.，Smooth Parametric Surfaces and N-sided Patches，In W. Dahmen et al，Editors，Computation of Curves and Surfaces，Kluwer Academic Publisher，1990，pp:457-489
[30] Gregory J.，N-sided Surface Patches，In J. Gregory，Editor，The Mathematics of Surface，Clarendon Press，1986，pp:217-232
[31] Gregory J.，Lau V.，Hahn J.，High Order Continuous Polygonal Patches，Computing Suppl.，Vol.8，Spring-Verlag，1993，pp:117-132
[32] Varady T.，Overlap Patches: a New Scheme for Interpolating Curve Networks with N-side Regions，Computer Aided Geometric Design，Vol.1，No.1，1991，pp:7-26
[33] Suresh L.，Filling N-sided Holes，In B. Falcidieno and T. L. Kunni，editors，Modeling in Computer Graphics，Spring-Verlag，1993.
[34] Chiyokura H.，Kimura F.，Design of Solids with Free Form Surfaces，Computer Graphics，Vol.17，No.3，1983，pp:289-298
[35] Zhao Y.，Rockwood A.，N-sided Polynomial Surface Patch Generated from Convolution Concept，International Conference Proceedings of Pacific Graphics'94/CADDM'94，Beijing，China，1994，pp:187-195
[36] Wang L.Z.，Zhu X.，Construction of N-sided Patches，CADDM，Vol.5，No.1，1995，pp:26-32
[37] Farin G.，Triangular Bernstein- Bézier Patches，Computer Aided Geometric Design，Vol.3，No.2，1986，pp:83-128
[38] 廖荣华，车身曲面CAD建模研究，同济大学硕士学位论文，2001，pp:39-46
[39] 王文波,基于空间几何位置的产品可装配性分析,浙江大学硕士学位论文,2002，pp:42-44
[40] 雷刚等，快速逆向工程研究进展，机械工艺师，2000.10，pp:54-56
[41] 邓乾旺等，快速反求工程及其在快速成形制造中的应用，机械设计与制造，2000.4，pp:59-60
[42] 吴向阳，基于逆向工程的模型重构系统研究，西北工业大学硕士学位论文，2001，pp:1-3
[43] 沈立，反求工程中数据对正和多视角拼合技术的研究与实践，上海交通大学硕士学位论文，2001，pp:1-12
[44] 金涛等，实物测量造型中的测量数据重定位方法，计算机辅助设计与图形学学报，2001.13(4)，pp:315-318
[45] 王巍等，基于装配的摩托车覆盖件反求设计中的关键技术研究，现代制造工程，2003.5
[2] 刘保嘉，面向虚拟样机的机械产品的三维表达技术的研究与实践，重庆大学硕士学位论文，2002，pp:2-4
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