【文档说明】网络化计算机辅助设计与制造第三章课件.pptx，共(170)页，1.118 MB，由小橙橙上传

转载请保留链接：https://www.ichengzhen.cn/view-77046.html

以下为本文档部分文字说明：

第3章网络化计算机辅助设计技术3.1CAD与网络化3.2网络化产品设计3.3产品模型与网络化计算机辅助造型3.4产品协同设计通用工具3.5DFX驱动的网络化产品协同设计方法3.6思考题3.1CAD与网络化3.1.1应用工具对

CAD技术的影响3.1.2信息应用方式对CAD技术的影响3.1.3CAD系统的网络化3.1.1应用工具对CAD技术的影响3.1.1.1共享空间技术——白板和NetMeeting3.1.1.2RP设备下的实物原型远程制造3.1.1.3分布式仿真或

虚拟现实3.1.1.1共享空间技术——白板和NetMeeting1)共同浏览：可以共享屏幕，将屏幕上的信息复制到多个远程终端上供多个用户浏览查看。2)远程操作：利用提供的鼠标和白板等工具，用户之间可以相互交流信息(如文字、图像、图形、声音、视频等)，共同

就感兴趣的问题进行讨论协商。图3-1白板应用示意图3.1.1.2RP设备下的实物原型远程制造1)在CAD系统中设计三维零件。2)转换CAD模型为STL格式文件(模型表面由三角形逼近)，作为快速成型系统的输入信息。3)对STL文件进行“切片”处理，得到切片数据及扫描路径(SLI文件)。4)把SLI

转化为数控命令代码，输入到计算机数控系统(CNC)中。5)由计算机数控系统完成零件的扫描加工成型。图3-2RP制造的一般过程图3-33种不同形式的RP远程控制制造3.1.1.3分布式仿真或虚拟现实产品设计是一个循环迭代

不断优化的过程，在这个过程中，计算机辅助分析和仿真优化起着重要的作用。在设计阶段进行仿真有如下考虑：1)对复杂精密产品(或系统)而言，如果用实际的物化产品来做试验，存在经济性及安全性的问题，因此人们希望先在数字模

型上试验而不是在真实系统上进行试验以降低成本。2)在一个产品未完成之前需要预测和检查它的性能，则只能用数字模型进行试验，为设计改进提供依据。(1)仿真类型(2)仿真建模(3)网络环境下的协同仿真(4)虚拟现实和分布式虚拟现实仿真

图3-4协同设计与协同仿真流程(1)仿真类型1)初步设计阶段：对尚未建立起来的系统进行方案论证及可行性分析，为系统设计打下基础。2)设计进行阶段：设计人员通过建立系统仿真模型和仿真验证，进行优化设计。3)建成阶段：利用仿真技术分

析系统的运行状况，寻求改进系统的最佳途径。(2)仿真建模仿真是在数字计算机上进行试验的数字化技术，它包括数字与逻辑模型的某些模式，这些模型描述某一事件或经济系统(或者它们的某些部分)在若干周期内的特征。(3)网络环境

下的协同仿真1)分布式建模技术：实现仿真首先要建立仿真模型。2)分布式协同仿真运行：一般的单领域仿真软件，建模、仿真运行、输出都可以在一台计算机上完成。3)分布式仿真显示：仿真结果有各种形式，如数据、表格、简单图形、复杂图

像与动画演示等。(4)虚拟现实和分布式虚拟现实仿真1)简单仿真：对给定的结果数据，主要以文本、图形、曲线、趋势图显示。2)可视化仿真：文本提示、图形、图像、动画表现，使仿真过程更加直观，结果更容易理解，并能验证仿真过程是否正确。3)多媒体仿真：在可视化仿

真的基础上加入声音，就可以得到多媒体仿真。4)虚拟现实仿真：在多媒体基础上，增加与环境的交互功能，支持位姿、力觉、运动感知触觉等，提供具有沉浸感和感知环境的能力，是一种比较高级的仿真模拟。虚拟现实系统的功能特征如下：1)多感知性：除了计算机

技术所具有的视觉感知外，还有听觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。2)沉浸感：虚拟环境的逼真度达到了让用户真假难辨的程度，用户感到自己作为主角存在并融入该系统中，从而有身临其境的感觉。3)交互性：用户能对虚拟环境内的实体进行操作并能从环境中得到反馈。4)

实时性：自然交互手段符合人的感知速度，实体间的交互速度在时间上符合实际规律。5)自主性：虚拟环境中的实体行为、状态应遵循物理规律。1)同步方式：模拟仿真方案讨论或会议讨论，在仿真的每一个步骤都可以实现“你见即我见”，所有的客户端

都可以看到仿真现场，对仿真的结果进行讨论和评判，讨论的内容也在所有的客户端被大家看到。2)异步方式：查看历史模型模板；正在进行协同建模和仿真时，用户需要查看其他用户的情况，可以通过网络将其他用户的建模单元和仿真结果通过异步方式传输，还可通过浏览器查看系统

建模的人员和修改内容。复杂产品的协同仿真融合于协同设计过程中，在网络环境下协同仿真的运行工作方式有同步方式和异步方式两种。3.1.2信息应用方式对CAD技术的影响图3-5网络信息共享与过程设计示意图3.1.3CAD系统的网络化3.1.3.1CAD系统的网络化需求3.1.3.2网络化

CAD与协同工程3.1.3.1CAD系统的网络化需求1)多机多用户：协同产品开发团队是一个群体性、交互性、分布性和协作性的群体，一个复杂产品需要团队全体成员协调有效工作才可提高效率，而多机多用户并行工作是提高

效率的有效途径之一。2)异构环境：大型复杂产品的设计仿真分布于不同的地域，采用不同的CAD系统，涉及不同的人员、资源、信息和知识。3)异步/同步协同：多用户团队协作，有异步与同步两种方式供用户选择。4)轻量化模型：C

AD模型一般很庞大，受带宽的影响难以在网络上传输实现协同设计，因此应该支持不同粒度的模型表达形式，便于网络传输。5)信息沟通与协同工作：基于异步协同模式的沟通可以通过E-mail和发送消息机制，发布产品数据。6)协同

工具集：在B/S结构下，能够协同查询，即查询产品模型的特征参数、装配约束参数、BOM结构树和属性等；协同批注，即在协同会议上可直接在产品模型上进行标记说明，发表意见和建议；协同浏览，即在网络上同步浏览相同的模型；协同造型，即讨论方案时多个用户可以同时对一个模型进行造型操

作。表3-1CAD系统和网络化CAD系统的区别比较对象传统CAD系统网络化CAD系统用户环境单机/单用户网络/多用户工作模式异步工作方式异步/同步工作方式协同方式通过电话、E⁃mail、会议通过网络协同设计系统网络环境下模型传

输CAD模型轻量级模型系统结构独立系统分布式系统设计过程独立互相协调交互方式人⁃机交互人⁃人交互3.1.3.2网络化CAD与协同工程协同工程要求有效地支持跨时间、跨地域、跨学科的多功能小组的协同工作，实现不同领域的

知识共享和设计思想交流。与并行工程相比，协同工程更加突出人的作用，强调相关活动的各方面人员(包括设计、制造、销售、管理、维护人员，甚至最终用户)的协同工作，协同工程思想认为在未来的全球化企业竞争中，只有使来自不同专业领域、具有不

同经验技能的专家彼此间共享知识、交流思想、激发灵感，才能有效地实现产品设计的创新——“协同创新”。协同工程是一种分布式产品设计和开发模式，它对传统的设计手段和设计工具提出了新的要求，需要为用户提供实时、在线的协同讨论和问题求解的协作

工具和环境，使得“概念设计→细节设计→工艺分析→加工制造→市场销售→最终用户”的全过程人员都能够为产品的开发做出贡献。3.2网络化产品设计3.2.1产品设计方法的类型划分3.2.2产品设计过程与网络化3.2.3网络化产品设计过程的建模3.2.1产品设

计方法的类型划分1.产品设计方法2.协同产品设计的特征1.产品设计方法图3-􀰊6产品设计方法类型2.协同产品设计的特征1)协同小组的成员不仅来自不同学科领域，而且隶属不同的企业，形成协同开发小组。2)不仅要求跨学科领域协作，而且

要求构成跨地域、多学科领域的协同网络。3)计算机环境的异构性更加明显，导致表示产品信息的数据格式更加多样，而产品开发过程必须建立在权限控制的信息共享基础之上。4)协同小组成员之间的协作方式更加丰富，同步与异步并存，串行与并行交错，多学科领域异地设计者间

的同步协同有时是必不可少的，由此对通信提出了更高的要求。5)产品设计过程中某些活动需要其他企业执行，导致远程的过程形成、控制、协调和通信。6)产品开发过程更趋动态：产品开发步骤、进度、工作人员的安排、设备状况等均在发生动态变化，为使协同产品开发能顺利进行，必须能方便有效地

处理这种动态性。(1)面向过程链的协同设计(2)面向客户需求的协同设计(3)面向虚拟企业合作的协同设计(4)面向供应商的协同设计根据产品设计目标的不同，针对网络环境下的协同设计有不同的设计模式。图3-7并行设计和异地协同设计对比示意

图a)并行工程为同地、跨领域的纵向协同b)协同产品设计构成异地、多领域的协同网络3.2.2产品设计过程与网络化3.2.2.1产品设计过程3.2.2.2产品设计过程中的网络化3.2.2.1产品设计过程1)需

求分析阶段：需求分析是产品设计阶段的首要任务，为产品功能设计和性能设计提供依据。2)初步方案设计阶段：根据需求分析和设计任务书，进行初步方案设计、功能分析以及工艺总体方案可行性分析。3)详细设计方案阶段：对产品功能设计细化，变成结构上的确定解，该阶段产生具有结构几何参数的三维CAD模型，并且以

三维CAD模型为输入源，分析人员进行各种功能和性能仿真，工艺人员进行DFM/DFA分析，使得在保证功能和性能的前提下，满足可制造性和可装配性的要求。4)工艺设计阶段：根据产品设计结果、初步工艺方案和企业

制造资源，进行详细工艺设计(包括工艺流程、冷热加工工艺、装配工艺、检测工艺等)和工装设计。5)工装设计阶段：工装设计主要是根据设计模型进行各种工装零、组件设计，包括刀具、量具、夹具、模具等。6)数控加工设计：根据工艺要求，在三维设计模型的

基础上计算NC数控加工刀具轨迹，并进行加工仿真分析。7)成型工艺设计：针对依靠模具成型(压铸模、铸型、锻模)的制造方法，根据工艺要求进行成型仿真，如冲压成型仿真、铸造充填过程仿真、锻造过程仿真、焊接仿真等。图3-􀰊8产品设

计过程示意图3.2.2.2产品设计过程中的网络化1)产品设计贯穿需求分析、方案设计、详细设计、工艺设计过程，产品设计一部分在企业内、一部分在企业间进行，产品数据通过网络进行传输，协同过程通过网络统一管理。2)产品设

计过程的协作采取以协同团队成员不同程度参与的方式，成员可能是跨企业的，也可能是企业内不同部门的，成员之间的交流借助于网络(基于网络的会议、信息发布，方案的协同讨论，模型的协同批注、协同浏览、协同查询、协同建模、语音、视频、白板等各种软件工具)，

网络不仅仅是简单的传输数据的高速公路，而被赋予了更多的功能。3)企业之间的协同以计算机辅助工具(CAX)、面向下游的分析工具(DFM、DFA)、面向功能和性能的仿真工具(各种CAE系统)、过程管理工具(工作流管理)和产品数据

管理(PDM)平台、网络支撑环境为基础，实现多用户、多学科、异构应用程序的集成。3.2.3网络化产品设计过程的建模3.2.3.1过程建模方法3.2.3.2产品协同设计过程对工作流模型的需求3.2.3.3产品协同设计过程建模3.2.3.4协同设

计的过程协作、信息协作和应用协作3.2.3.1过程建模方法1)基于集成计算机辅助制造定义(IntegratedComputerAidedManufacturingDefinition，IDEF)的建模方法：包括功能建模方法IDEF0、信息建模方法IDEF1x、动

态建模方法IDEF2、过程描述方法IDEF3和面向对象的过程设计方法IDEF4等。2)基于Petri网的建模方法：Petri网模型对过程中任务的定义非常严格，具有精确的语义和严格的数学基础，还可用于检验过程模型的正确性

。3)基于工作流的建模方法：工作流方法将注意力集中于活动、文档和信息的路径表示，其基本特点是强调过程的自动化。4)基于集成多视图的产品开发过程建模：建立一个集成的并行工程过程模型框架，通过信息视图、功能视图、组织视

图、资源视图等分别描述集成开发过程中的相应内容。5)基于PSL的建模方法：PSL是一种基于本体论的、实现异构应用系统间过程信息自动交互的标准语言格式，是一种面向制造业的过程规范语言，它与以前过程描述方法的最大区别就是提出了本体论的概念，建立了一个无歧义的过程描述

词汇集。3.2.3.2产品协同设计过程对工作流模型的需求1)集成性：应能够方便地与协同团队组织模型和资源模型集成。2)易用性：应支持可视化工作流建模，可视化的工作流定义语言形象直观，易于理解，简化了模型的创建和分析工作。3)层次性：应支持任务的逐步分解和动态细化。4)完备性：应针对

不同的任务执行特征，区分各种任务类型。5)控制流表达能力：对现实中的各种过程执行路线，应具有足够的表达能力。6)柔性：应支持工作流的柔性执行。7)数据流表达能力：应能很好地描述任务间的数据传递特征。8)正确性：应

能对模型结构进行正确性校验。9)规范性：应能用符合标准的描述语言来表示。3.2.3.3产品协同设计过程建模1)对设计过程进行分析，去掉不增值的活动，在顶层根据过程的工作流程，定义每个活动的输入信息。2)根据每个活动的信息，定义过程模型中的活动模型、信息模型以及功能模型，并确定它们之间的相互关系

。3)如果存在复杂活动，将复杂活动分解为子过程，对每个子过程按照步骤1和步骤2继续进行建模。4)进行过程仿真和分析，并根据一定的条件(如循环时间、效能、风险、活动成本等因素)对过程进行评价分析和评估，从而判断所

建立的过程模型是否恰当。3.2.3.4协同设计的过程协作、信息协作和应用协作1.过程协作2.信息协作3.应用协作1.过程协作1)链式关系：不同企业承担产品协作任务，每个企业都要根据其实际情况对任务进行分解和求精，形成产品开发子过程，如图3-9a所示。2)嵌套子过程：这种协作方式也称为同步调用，它以

某企业中进行的产品开发过程(称为主过程)为主体，将某些任务外包给协作企业执行，外包任务作为整个产品开发项目的子项目，其过程(称为子过程)在协作企业中形成。3)异步调用：这种协作方式与嵌套子过程类似，区别仅在于主过程与子过程的互操作方式不同。4)对等关系：多个企业协同

完成产品开发项目，其关系对等，如图3-9d所示。5)并行同步：m个企业中的过程独立地启动运行，其中企业i中的过程pi的当前状态为si，它所包含的某个同步点为spi，则对所有的过程有状态集合S:{si,2≤i≤m}和同步点集

合SP:{spi,2≤i≤m}，当S=SP(即si=spi)时，过程才能分别继续进行，否则就要暂停，直到该条件满足为止，此时，过程pi，2≤i≤m，在同步点集合SP上并行同步。图3-9企业间协同产品开发过程协作方式a)链式关系b)嵌套子

过程(同步调用)c)异步调用d)对等关系e)并行同步2.信息协作1)能够对数据格式方便地转换。2)需要有精确定义的信息访问权限和针对不同合作伙伴定义的信息可视级别。3)联邦式的信息管理构架，透明地存取和管理分布在各地的产品信息。图3-10“联邦式”产品信息管理架构3.应用协

作1)同步协同：同步协同为协同成员之间交流思想、激发灵感、整合知识提供了可能，但是对网络带宽的要求较高。2)异步协同：同步协同有时受到某些限制，如实现技术、网络带宽、人员缺席等，难以实现，而且产品设计过程中大部分活动是异步协同，如工艺人员对设计人员设

计的零件模型进行可制造性分析、审查，使用批注工具表达自己的意见，并把批注信息存储起来供他人查阅。3.3产品模型与网络化计算机辅助造型3.3.1产品模型的几何表达与轻量化3.3.2以网络为中心的WebCAD特征造型与网络化传输3.3.3网络化计算机辅助产品设计的方法3.3.4商用CAD系统的

网络化封装与应用3.3.1产品模型的几何表达与轻量化3.3.1.1产品几何模型类型3.3.1.2轻量化产品几何模型3.3.1.1产品几何模型类型1)精确几何模型：在CAD系统中，设计人员建立的3D模型均采用精确几何模型

的表达形式，这是由产品的功能要求、性能分析、工艺等方面的需求决定的。2)中性格式几何模型：为了解决不同CAD系统之间的模型共享，而提出的一种和CAD平台无关的模型表达形式，最常用的是IGES、STEP、DXF等。3)专用转

换几何模型：为了在指定的CAD/CAE/CAM系统之间进行转换的模型表达形式，如Parasolid格式、UG-CATIA之间的专有格式等。4)多边形几何模型：为了达到显示目的和特殊要求的模型表达形式，如VRML、STL格式等。5)

轻量化模型：轻量化模型是为了适应协同设计和网络传输的需求而提出的一种容量小且不失所需信息，并且具有中性文件格式特点的模型表达形式。3.3.1.2轻量化产品几何模型1.几何元素表示2.模型存储3.与其他方法的结果比较1.几何元素表示1)应便于客户

端的处理，能够方便地转变成为客户端的曲线曲面表示方法。2)轻量级模型，数据量小，因为中间模型是通过网络传输给客户端的，较小的数据量能够降低网络负担，提高系统的实时性。对轻量化中间模型而言，有两个基本要求：中间模型中曲线和曲面的表示方法如下：(1)曲线的表示(2)曲面的

表示(1)曲线的表示1)初等解析曲线：直接采用其曲线的几何属性进行表示，例如，圆弧可以用圆心、半径、起始角、终止角、圆弧所在平面的法向量等表示。2)自由型曲线：由于自由型曲线的描述一般比较复杂，所需要的数据量也比较大。(

2)曲面的表示图3-11面的基于环的表示与三角剖分a)带有内环的面b)三角剖分的一种结果c)增加圆形内环的面d)图(c)三角剖分的一种结果2.模型存储轻量化中间模型采用XML语言进行存储。使用XML存储中间模型信息应遵循一定的格式，以保证XML文档的有

效性。3.与其他方法的结果比较1)基于XML方法所生成的文件尺寸非常小，与VRML格式相比能够减少大约50%~95%的数据量。2)对于平面较多并且面的边界多为直线的零件(如模型2)，相对减少的文件尺寸较少，主要是由于这类零件三角网格化后，所生成的网格比较少。3)对于自由曲面

较多的零件(如模型4)，XML方法所生成的文件尺寸也比较大，因为XML文件包含了较多的三角面片信息。4)对于球面、柱面、锥面和环面比较多或者曲面边界多为曲线的零件，相对减少的文件尺寸比较多，主要是由于这类曲面的三角网格表示所需要的数据量比采用环的表示方法所需要的数据

量多。图3-12用于对比的零件几何模型a)模型1b)模型2c)模型3d)模型4表3-2不同表示方法之间对比(单位：KB)UG模型VRMLJTXML模型110217413511模型2335444421模型338915514020模型42442333691023.3

.2以网络为中心的WebCAD特征造型与网络化传输3.3.2.1以网络为中心的WebCAD特征造型3.3.2.2模型的网络化传输3.3.2.3增量式几何模型传输3.3.2.4渐进式几何模型传输3.3.2.1以网络为中心的WebCAD特征造型1.传

统的参数化特征造型方法2.特征模型的建立与描述3.客户机/服务器模式的WebCAD特征造型4.基于分布式对象技术的造型服务器5.WebCAD几何模型1.传统的参数化特征造型方法特征应该理解成一个专业术语，它兼有形状和功能两种属性，

从它的名称和词义可以联想它的特定几何形状、拓扑关系、典型功能、绘图表示方法、制造技术和公差要求。特征类型可分为形状特征、公差特征、装配特征、功能特征和材料特征等。当前的CAD系统主要提供形状特征造型功能。形状特征用于描述具有一定工程意义的几何形状

信息，是非几何特征信息(公差特征、材料特征)的载体，非几何特征信息作为属性或者约束附加在形状特征的组成要素上。特征造型就是使用特征构造产品几何模型，利用用户熟悉的专业术语表达设计意图，借助计算机直观地模拟设计结果，灵活地修

改设计方案，直到满意为止。参数化特征造型是将参数化造型思想应用到特征造型中来。参数化造型使用约束和参数来定义和修改几何模型。约束包括尺寸约束、拓扑约束和工程约束，当约束或者参数发生变化时，系统自动修改几何模型。参数化特征造型使用约束和参

数驱动特征。约束条件附加在拓扑上，表达拓扑元素的几何关系和连接关系。参数或者约束的修改将相应地改变这些特征的形状及其子特征的形状。2.特征模型的建立与描述图3-13孔特征SimpleHole的参数说明及描述示例a)孔特征SimpleH

ole的参数说明b)基于XML的SimpleHole描述示例3.客户机/服务器模式的WebCAD特征造型图3-14基于客户机/服务器模式的造型过程4.基于分布式对象技术的造型服务器1)独立开发的造型服务器：在几何引擎(

如ACIS)的基础上进行二次开发，用CORBA技术封装为分布式对象对外提供服务。2)对现有的CAD系统进行源码级的改造：在现有自主开发的CAD系统的基础上，对源码进行改造，将与造型相关的部分独立出来开发成为分布式的组件，

对外提供造型功能。3)封装现有的CAD系统：即通过一定的方法(例如对现有的CAD系统进行二次开发)，将现有的面向单机单用户的CAD系统进行改造，增加它们与外部世界的通信接口，使其造型功能能够被外部的客户所访问。5.WebCAD几何模型1)服务器端几何模

型：服务器端几何模型的表示方法与造型核心有关，均采用的是基于历史的参数化特征模型，依赖的实体模型是边界表示(Boundaryrepresentation，B-rep)法。2)中间模型：服务器端的几何模型是精确的

几何模型，不适合于网络环境下的传输和显示，因此一般采用将服务器端的几何模型转变成中间模型的方法，由客户端进行处理和显示。3)客户端几何模型：WebCAD客户端的主要功能之一是几何模型的显示和用户交互，客户端几何模型的数据结构对于几何模型的显示和用户交互具有重要的作用。轻量级的

几何模型表示方法涉及客户端几何模型的数据结构，曲线、曲面的轻量表示及数据结构，曲线、曲面的显示，拓扑元素的关系表示与数据结构，基于特征的数据组织方法等问题。(1)客户端几何模型的数据结构(2)客户端曲线、曲面的轻量表示(3)拓扑元素的表示(4)特征的表示(1)客户端几何模型的数据结构图

3-15客户端几何模型的结构(2)客户端曲线、曲面的轻量表示1)追求曲线表示的统一性和曲面表示的统一性，便于数据结构的组织，便于曲线、曲面的表达。2)便于曲线、曲面的显示。3)减少曲线、曲面表示所需要的数据量。(3)拓扑元素的表示Web

CAD客户端几何模型的拓扑元素包括面和边，不包括B-rep中常见的壳、环和顶点元素。(4)特征的表示在Java3D环境下，几何形体的显示是通过Shape对象来实现的。由于客户端几何模型的几何元素曲线和曲面都是采用Shape3D对象实现的，所以很容易实现客户端几何模

型的显示。在浏览器中显示几何模型时，不仅要将几何模型显示出来，还应该支持用户对特征、几何面和几何边的选择，以满足交互式造型的需要。利用Java3D提供的交互功能，可以实现场景内显示对象的选择。客户端的几何对象是采用TriangleArray和LineArray构造的几何形体，虽然内部是离

散的三角面片或者折线段，但是在交互的过程中，Java3D会当做一个几何对象来对待，即用户在交互的过程中，只要选择了曲面上的任意一个三角面片就可以选中整个曲面，曲线也一样。特征的选择需要通过客户端的数据结构来实现。通过搜索客户端的数据结构可以搜索到与特征有关的所有的面，然后实现特征的选择。3.3.2

.2模型的网络化传输(1)CAD模型标准(2)基于网格的CAD模型传输(3)精确CAD模型传输(4)基于操作命令的几何模型传输3.3.2.3增量式几何模型传输1)客户端修改前的模型(ClientSitePre-ModifiedModel，CSPrMM)：客户端

向服务器发送造型命令之前的状态。2)服务器端修改前的模型(ServerSitePre-ModifiedModel，SSPrMM)：服务器端接收到造型命令时的状态。3)服务器端修改后的模型(ServerSitePost-ModifiedModel，SSPoMM)：服务器

端处理完造型命令之后的状态。4)客户端修改后的模型(ClientSitePost-ModifiedModel，CSPoMM)：客户端模型变化后的状态。几何模型增量搜索算法步骤如下：4)通过比较SS(SSPrMM)和SS(SSPoMM)中各个元素的ID，获得所有增加元素集合Added

_Entities(C)和所有被删除元素集合Deleted_Entities(C)。5)下面首先搜索变化边以及第一类变化面。6)令集合S=Added_Edges(C)，i=0，n为集合S中元素的个数。7

)如果i<n，取出集合S中的第i条边Ei，搜索边Ei的所有相邻面，将不属于Faces(C)、Deleted_Faces(C)和Modified_Faces(C)的面加入集合Modified_Faces(C)。8)令i=i+1，继续步骤

7，直到i等于n-1。1)在服务器端，首先对没有发生改变的几何模型SSPrMM进行扫描，获得模型SSPrMM的当前状态SS(SSPrMM)。2)执行造型命令C。3)对改变后的几何模型SSPoMM进行扫描，获得模型SSPoMM的当前状态SS(SSPoMM

)。几何模型增量搜索算法步骤如下：12)令集合S=ES(SSPrMM)∩ES(SSPoMM)，i=0，n为集合S中元素的个数。13)如果i<n，取出集合S中的第i条边Ei，否则执行步骤16。14)查询扫

描SSPrMM时所记录的边Ei的几何信息Ei_geo，与扫描SSPoMM时所记录的边Ei的几何信息E’i_geo，比较Ei_geo和E’i_geo，如果两者不同，则将Ei加入集合Modified_Edges(C)。15)令i=i+1，继续步骤13。16)至此，第一类变化面搜索完毕。17)对于包

含在集合FAS(SSPrMM)∩FAS(SSPoMM)，但是没有包含在Modified_Faces(C)中的所有球面、环面、非规则曲面，逐一比较其曲面方程，对于发生变化的曲面加入Modified_Faces(C)。9)令集合S=Deleted_Edges(C)，i=0，n为集

合S中元素的个数。10)如果i<n，取出集合S中的第i条边Ei，搜索边Ei的所有相邻面，将不属于Faces(C)、Deleted_Faces(C)和Modified_Faces(C)的面加入集合Modified_Faces(C)。11)令i=i+1，继续步骤10，直到i等于n-1。18)令S=

Modified_Faces(C)∪Added_Faces(C)∪Deleted_Faces(C)，遍历S中的每一个面Fa，逐一搜索包含它的特征Fe，如果Fe不属于Deleted_Features(C)、Added_Features(C)和Modified_Features(C

)，则将Fe加入集合Modified_Features(C)。19)至此已经搜索到所有发生更改的特征、面、边，算法结束。图3-16模型变化顺序图3.3.2.4渐进式几何模型传输(1)基于模型多分辨率的渐进传输方法(

2)与视点相关的三维几何数据流式传输技术(3)基于线—面的渐进式几何模型传输方法(1)基于模型多分辨率的渐进传输方法利用模型的多分辨率表示，先传输比较粗糙的网格模型，然后再传输比较精细的网格模型，显示结果逐渐细化。这种方法的不足之处是，多分辨率表示增加数据传输量，加重了网络的负

担。(2)与视点相关的三维几何数据流式传输技术1)几何模型数据是根据用户视点位置和视线方向进行排序的，用户一旦更改了视点位置和视线方向，就可能导致原来可见面变成不可见面，流式传输的优点将不复存在。2)只适用单用户的情况，不适用于多人协同工作。3)算法的预处

理时间比较长，不适用于同步协同工作。(3)基于线—面的渐进式几何模型传输方法1)先向客户端传输几何模型的线框模型，再传输面片模型。2)在传输的过程中，不论是线框模型还是面片模型都是边传输边显示，显示结果逐渐细化。3)最后传输

与显示无关的数据，如特征数据等。图3-17渐进式几何模型传输流程图图3-18渐进式几何模型传输的例子a)传输完40%的边b)传输完70%的边c)传输完所有的边d)传输完40%的面e)传输完70%的面f)最终状态3.3.3

网络化计算机辅助产品设计的方法3.3.3.1传统CAD系统的数据流3.3.3.2协同CAD系统的参考模型3.3.3.1传统CAD系统的数据流1)图形用户接口：负责处理用户与CAD应用程序之间的对话和交互，是CAD应用程序与用户、操作系统之间的输入

输出接口。2)几何造型功能模块：提供几何造型功能的程序包，图形用户接口通过应用程序接口(API)调用几何造型功能模块的函数功能。3)几何模型数据库：负责存储和管理CAD数据模型。4)图形显示功能模块：提供2D/3D图形显示功能的程序包，图形用户接口通过应用程序接口调用图形

显示功能模块的函数功能。1)设计意图：反映了用户的设计目标，用户通过图形用户接口与CAD应用系统进行交互，通过鼠标点取、菜单选择和对话框输入等多种交互手段，将用户的设计意图传递给CAD应用系统，变成CAD应用系统可

以理解的内部命令。2)内部命令：是对用户设计意图的形式化描述。3)几何模型：记录了设计产品的几何信息和非几何信息，几何模型是造型操作的结果数据。4)显示模型：是产品模型中与图形显示相关的子视图，CAD应用系统从几何模型中抽取显示模型子视图用于图形显示。5)图形数据：是指基本图元，通过图形显示功能

模块，将描述几何信息的显示模型转化成可以直接用于显示的基本图元。6)图像数据：是计算机屏幕上显示给用户的输出内容，通过调用低层的图形显示接口，将图形数据以二维图像的方式显示在图形用户接口的窗口中。图3-19传统CAD系统参考模型图3-20传统CAD系统的数据流模型3

.3.3.2协同CAD系统的参考模型(1)协同CAD系统参考模型1(2)协同CAD系统参考模型2(3)协同CAD系统参考模型3(4)协同CAD系统参考模型4(5)协同CAD系统参考模型5(6)协同CA

D系统参考模型6(1)协同CAD系统参考模型1图3-21协同CAD系统参考模型1(2)协同CAD系统参考模型2图3-22协同CAD系统参考模型2(3)协同CAD系统参考模型3图3-23协同CAD系统参考模型3(4)协同CAD系统参考模型4图3-24协同CAD系统参考模型4(5)协同CAD系统参考

模型5图3-25协同CAD系统参考模型5(6)协同CAD系统参考模型61)协同感知／协同透明：协同CAD系统是协同感知的还是协同透明的。2)集中式／复制式：协同CAD系统采用集中式还是复制式结构。3)同步协同／异步协同：协同CAD系统支持同步协同还是异步协同应用。

4)主从模式／对等模式：多个协同CAD应用程序之间的交互行为是主从模式还是对等模式。5)显示同步／模型同步：协同CAD系统实现多个协同CAD应用程序之间的显示同步或者模型同步。6)通用／专用：协同CAD系统的实现方法是通用CSCW实现方法，还是针对CAD应用的专用实现方法。7)网络

性能要求：协同CAD系统实现方法对网络传输速率和带宽的要求。8)耦合度：两个协同CAD应用程序之间的耦合度，分为松散耦合、中度耦合和紧密耦合。9)数据抽象与共享层次：协同CAD系统中共享数据的抽象层次，高层次数据表示的是抽象的语义信息，而低层次数据表示的是具体的模型数据。图3-

26协同CAD系统参考模型6表3-36种协同CAD系统参考模型的比较参考模型1参考模型2参考模型3参考模型4参考模型5参考模型6协同感知／协同透明协同感知协同感知协同感知协同感知协同透明协同透明集中式／复制式复制式集中式集中式复制式

集中式集中式同步协同／异步协同同步同步/异步同步/异步同步同步同步主从模式／对等模式对等模式对等模式对等模式对等模式对等模式主从模式显示同步／模型同步显示同步模型同步显示同步模型同步显示同步模型同步显示同步显示同步显示同步通用／专用专用专用专用专用通用通用网络性能要

求低较高高较高较高高表3-36种协同CAD系统参考模型的比较耦合度松散耦合中度耦合中度耦合中度耦合紧密耦合紧密耦合数据抽象与共享层次语义级共享模型级共享模型级共享图形级共享窗口级共享图像级共享3.3.4商用CAD系统的网络化封装与应用1)传统的CAD系统输入

的是用户的交互式操作，输出的是几何模型的图形；而造型服务器处理的是造型命令文件，输出的是中间模型文件。2)传统CAD强调的是交互式造型，交互式用户界面是CAD的重要组成部分；而造型服务器则是在无人值守的服务器端运行，运行过程中不能出现任何需要人为交互的界面，其输入和输出只能

通过造型服务器对外公开的接口来实现。3.3.4.1造型服务器结构3.3.4.2造型服务器接口3.3.4.3WebCAD特征造型协议3.3.4.1造型服务器结构图3-27造型服务器结构3.3.4.2造型服务器接口图3-28造型

服务器内部的数据流图3.3.4.3WebCAD特征造型协议1.造型操作类型2.造型操作参数3.以网络为中心的特征造型协议实例1.造型操作类型造型操作类型(Operation)参数描述造型操作类型，WebCAD定义了4种类型的造

型操作，包括：•特征创建操作(Feature.Create)；•特征编辑操作(Feature.Edit)；•特征删除操作(Feature.Delete)；•回退操作(Feature.Undo)。2.造型操作参数(1)基体特征(2)加工特征(3)操作特征(1)基体特征造型操作类型(Operati

on)参数描述造型操作类型，WebCAD定义了4种类型的造型操作，包括：•特征创建操作(Feature.Create)；•特征编辑操作(Feature.Edit)；•特征删除操作(Feature.Delete)；•回退操作(Feature

.Undo)。(2)加工特征1)孔类特征包括简单孔(SimpleHole)、沉头孔(CountersinkHole)和平头孔(CounterboreHole)。2)通槽类特征包括矩形键槽(RectangularSlot)、球

形键槽(Ball-EndSlot)、U形键槽(U-Slot)和T形键槽(T-Slot)、燕尾形键槽(Dove-TailSlot)。3)腔类特征包括圆柱腔体(CylindricalPocket)、矩形腔体(RectangularPocket)和一般腔体(GeneralPocket)

。4)凸台类特征包括矩形凸台(RectangularPad)和一般凸台(GeneralPad)。5)凹槽类特征包括矩形凹槽(RectangularGroove)、球形凹槽(Ball-EndGroove)和U形凹槽(U-Groove)。(3)操作特征1)过渡特征包括倒角(Chamfer)和圆角(

Blend)。2)复制特征包括圆形阵列(CircularArray)和矩形阵列(RectangularArray)。3)布尔运算包括布尔交(Intersect)、布尔并(Unit)和布尔差(Subtract)操作。表3-4造型操作与造型操作参数之间的关系FeatureTypeFeatu

reIDFeatureParameterFeature．Create√×√Feature．Edit√√√Feature．Delete×√×Feature．Undo×××3.以网络为中心的特征造型协议实例下面所示是一个特征创建的消息示例片段，该消息由用户user1发出，请求在名称为10的面上创建

一个位置在(5.0，5.0，10.0)，方向为(0.0，0.0，-1.0)，直径为3.0，深度为6.0，底面锥角为118°的孔。3.4产品协同设计通用工具3.4.1常用的协同工具3.4.2协同批注3.4.3协同浏览3.4.4协同

查询3.4.5协同会话3.4.1常用的协同工具(1)设计人员之间的协同(2)协同工具间协作(1)设计人员之间的协同设计人员可以通过视频聊天、语音聊天以及书写聊天的方式进行沟通和协作来完成一个共同的设计任务。参与协作任务的人员来自产品设计、开发以及销售部门和不同专业，可以包括项目主管、设计人

员、工艺人员、市场销售、维护人员和用户。不同人员具有不同的专业知识和经验，完成不同的协作任务。(2)协同工具间协作1)表示层：表示层主要负责模型数据的表示以及用户的交互。2)业务逻辑层：业务逻辑层主要负责具体应用的处理、消息应答以及协同会议的管理控制。3)数

据处理层：数据处理层由数据库服务器的数据库管理系统DBMS以及相关的CAD软件系统组成，负责管理对数据库数据的读写操作。图3-29协同团队成员协作方式图3-30协同工具系统结构图3.4.2协同批注3.4.2.1批注环境3.4.2.2协同批注原理3.4.2.1批注环境

1)同构CAD系统下：协同的双方配置有同样的CAD系统，一方直接在CAD模型上批注意见，例如零件上的某个孔位置不对。2)B/S结构下的3D模型批注：批注方是在浏览器下、B/S结构下浏览的CAD模型不是精确表达的几何模型，而是VRML三角形逼近的显示模型，因而精确的几何信息和特征

信息不再存在，同时由于大多数显示采用Java3D，所以交互功能较弱，捕捉精确的几何对象难度较大。3)B/S结构下的2D图形批注：2D图形有两种格式，即点阵图形和矢量图形。3.4.2.1批注环境1)创建批注信息：在模型指定位置上增

加批注的文本信息。2)删除批注信息：用鼠标拾取批注信息，并将其从虚拟世界的场景图中删除。3)查看批注信息：用鼠标拾取批注信息，并显示其批注信息的详细内容。4)修改批注信息：用鼠标拾取批注信息，并在原信息的基础上进行内容修改。5)隐藏批

注信息：对批注信息有选择地进行隐藏和显示。协同批注工具主要指后面两种情况。客户在浏览器下的批注操作类型有：3.4.2.2协同批注原理1)客户端负责用户的批注信息的添加、删除、修改、显示、隐藏。2)服务器负责转发批注信息，并维护批注信息

全局映射表，客户端之间的批注信息通过此表来进行关联。图3-31协同批注原理图图3-32批注示例图3-33层次关系表示场景图3.4.3协同浏览3.4.3.1协同浏览的基本原理3.4.3.2视图同步机制3.4.3.1协同浏览的基本原理CAD三维模型信息包

括模型的形状信息(模型的三角面片点信息)、特征信息(模型特征形状参数和位置参数等)、属性信息(模型材料、制作时间及一些尺寸公差)以及几何信息(特征点的位置、直线和曲线的尺寸等)。3.4.3.2视图同步机制1)会议服务器启动，将视图

控制权变量赋为空。2)用户登录，服务器将视图控制权变量状态反馈给登录用户。3)用户收到视图控制权状态，设定相应的用户界面。4)用户可以向服务器提交视图控制权申请。5)服务器接收到用户的申请消息，采用队列的方式处理消息。6)如果视图控制权变量为空，根

据“先来先服务”的原则，将视图控制权授予第一个申请的用户，并且将用户的标识赋给视图控制权变量，然后将视图控制权状态改变的消息广播给所有用户，并且转到步骤3。7)如果视图控制权变量不为空，服务器将向控制权变量对应的用户发送视图控制权申请消息，并附上申请人的信息，然后由拥有控制权的用户来决定是否

将控制权移交。8)如果拥有控制权的用户决定移交控制权，将向服务器发送放弃控制权的消息，服务器接收到此消息后，修改视图控制权变量，然后将视图控制权状态改变的消息广播给所有用户，并且转到步骤3。9)如果拥有控制权的用户决定不移交控制权，转到步骤4，由其余用户提

起新一轮的申请。图3-34多用户协同浏览界面3.4.4协同查询3.4.4.1查询操作类型3.4.4.2动态查询方法3.4.4.1查询操作类型1)静态查询指待查询的信息简单地包含在基于特征的产品模型信息中

，例如零件的材料、体积、重量、热处理方式，以及特征参数、特征中的几何元素(点、线、弧)的几何信息。2)动态查询是指用户在会议过程中，待查询的信息是预先未知的，必须经过用户的交互指定才能确定所需查询信息的输入参数，例如两点之

间的距离、两特征面之间的距离等。3.4.4.2动态查询方法(1)模型信息存储模块(2)模型信息查询模块(3)查询权限控制模块(4)客户端图3-35混合信息查询框架图3-36动态查询模块结构图1)客户端通过嵌入浏览器的JavaA

pplet，用鼠标在模型上拾取想要查询特征的面片，面片被加亮，同时通过面片与特征的对应关系得到特征的标识号，以及所要查询模型的XML文档。2)客户端把特征标识号和XML文件名称发送给服务器，服务器首先把用户的标识号和特征标识号发给查询权限控制模块，查询权限控制模块根据客户角色判断其是否具有对

此特征的访问权限，如果有权限，则服务器调用JAXPAPI，依据XML文件名称对XML文件进行解析。3)把查询到的特征的尺寸信息和属性信息发送给客户端，客户端利用JavaFrame将信息显示到客户界面。查询过程的UML序列图如图3-37所示。由信息查询的序列图可以看到查询过程可分成3步。图

3-37查询过程的UML序列图3.4.5协同会话3.4.5.1协同会话控制3.4.5.2并发控制3.4.5.3协同感知3.4.5.1协同会话控制1)创建会话：创建一个新的会话，并为该会话设置相应的信息如会话名称、参加会话的成员等。2)启动会话

：开始一个会话进程，通常是由协同用户来启动，但有时是由某些条件触发启动的。3)结束会话：关闭当前会话进程，结束所有的交互，并保留必要的信息如协同过程记录等。4)加入会话：启动一个新的协同应用程序，并加入

到现有的会话中。5)退出会话：协同用户退出当前会话，断开与所有协同用户的感知和交互。表3-5用户列表信息协同会话名称协同用户名称协同用户登录密码协同用户角色协同用户状态协同用户参加的协同会议，该名称是主持人在创建会话时设置的协同用户在协同会话过程中的代号，是不同用户进行交互的基础协同用户加入会

话时的身份验证参数，协同用户在加入协同会话时只有提供的用户姓名和密码均与用户列表中的相符才能加入到协同会话中用户角色与发言权控制有关，不同角色的用户申请发言权的优先级不同标识该用户是否在协同会话中。协同用户在加入协同会话前和退出协同会话后该状态为“0”，协同用户加入会话后该状态为“1”3.

4.5.2并发控制1)先到先服务(FirstComeFirstServe，FCFS)：即无规则的并发操作模式，任何协同用户都可以随时发言，可以任意“抢夺”会话资源的操作权，不受任何控制。2)轮流发言(RoundRobin)：每一位协同用户按照固定的先后顺序

轮流发言。3)令牌传递(TokenPassing)：需要发言的协同用户提出请求获得令牌，请求被发送给当前持有令牌的发言者，发言者主动释放令牌，并将令牌传递给提出请求的协同用户。4)集中控制(Moderated)：所有用户的发言申请首先被发送给会

议主持人(即会话管理员)，由会议主持人决定是否给予发言权。5)时间片轮换：比如有的计算机会议系统给每个用户固定的发言时间(比方说5min)。6)剥夺：具有某种权限的用户可以剥夺某个用户的发言权，从而自己获得发言权。7)指定：具有

某种权限的用户可以指定发言权的归属。3.4.5.3协同感知感知是一种通告信息，至少包含3层含义：1)感知是关于动态环境的知识，它应随着环境的改变而变化。2)感知是通过从环境中收集到的知觉信息来实现的。3)感知是一种手段，它是为某一目的服务的。在现实的面对面的物理协同工作环

境中，用户可以自然而方便地获得协同工作需要的感知信息，但在计算机支持的协同设计系统中，感知信息的获取十分困难。这是因为：1)用户物理的工作空间被虚拟的工作空间代替，用户可察觉的环境信息迅速减少。2)用户之间的交互通信手段也被大大削弱了，例如，手的表达

能力(如手势、指点等)仅仅通过屏幕上鼠标的动作来实现，它的表达能力相对显得十分贫乏。3)人机交互的方法(如菜单、功能键等)屏蔽了许多在物理空间中可见的动作。4)人们在实际的工作空间中形成的许多习惯性的感知方法，往往在协同设计环

境中很难实现，例如，人们对工作空间的浏览，在协同设计环境中往往要通过滚屏等复杂的操作才能实现，远不如在物理空间中自然和方便。5)目前将各协同用户的身体、手势等带入虚拟工作空间的视频技术仍受到规模和分辨率等问题的限制。图3-38协同用户界面3.5DFX驱动的网络化产品协同设计方法3.5.1常

用DFX设计方法概述3.5.2DFX设计方法与协同工作流程3.5.3DFX驱动的网络化产品协同设计系统3.5.1常用DFX设计方法概述3.5.1.1DFM3.5.1.2DFA3.5.1.3其他DFX方法3.5.1.1DFM1)在设计方法上，

传统方法是以手工绘图表达产品设计和工艺数据，产品数据难以共享，下游需要的数据来自于图纸，工艺设计和工装设计也是以手工绘图为主，信息表达不完整，缺乏各种可制造性评价工具。2)在设计制造的协同性上，传统设计过程中上下游各部门基本上各自为政，互相之间缺乏协调和有效

沟通，产品的可制造性等各种3)在支撑环境上，传统方法主要以手工操作和纸介质传递为主，数据管理效率不高，设计、制造协同工作依赖于会议、电话、图样等简单的交互方式，缺乏产品数据管理和网络环境的支持。图3-39传统的串行设计过程图3-40以设计为

中心的模型3.5.1.2DFA面向装配的设计(DFA)是在设计阶段利用各种设计手段，如分析、评价、规划、仿真等，分析产品的可装配性和对产品性能和功能的影响，进而优化设计。DFA的术语是由美国马萨诸塞大学的G.Boothroyd和P.Dewhurst

于1980年正式提出的，其产生的背景源于如何处理设计、制造、装配的关系。产品的设计必须考虑制造的成本，为了降低制造成本和加工的方便，设计的零件应尽可能简单和易于加工，但是由此可能导致产品的装配结构复杂，总成本反而上升。因此，设计需要考虑产品的可装配性和可制造性，并协调好二者的关系。3

.5.1.3其他DFX方法除了DFM、DFA外，下游的其他阶段对设计也存在约束，如面向测试的设计(DFT)、面向质量的设计(DFQ)、面向环境的设计(DFE)等。3.5.2DFX设计方法与协同工作流程3.5.2.1DFM的设计方法3

.5.2.2可制造性的评价指标和方法3.5.2.3DFA的设计方法3.5.2.4可装配性的评价指标3.5.2.5支持DFX设计方法的协同设计流程3.5.2.1DFM的设计方法DFM的设计方法涉及的内容如下：DFM方法与现代设计

方法相结合，需要以数字化模型为基础。设计为DFM提供一个可共享的产品信息模型，该模型在逻辑上是产品全生命周期中信息共享的唯一数据源。设计阶段产生的模型，可以提供给DFM进行各种分析和工艺设计与工装设计。设计模型向制造过程的推进也是通过发布设计模型的产品信息进行的。设计模型包括了三维几何模型，属

性信息(如材料、规格、标准件、设计者等各种信息)、BOM信息(物料清单或者产品的装配结构树)、工艺信息(尺寸、公差、表面处理、加工方法)等。数字化模型的建立可以借助于各种CAD软件系统进行，如UG、CATIA、SolidWorks等。而其他信息可以通过CA

D中各种工具或者产品数据管理系统进行定义和管理。数字化模型包含了两个层面的意思：一个是模型本身应该是参数化特征模型，参数化是模型可修改的必要条件，特征则是零件的可制造性评价的对象；另一个是产品的数字化模型是建立在产品数字化定义的基础上的，不再是孤立的几何零件模型。所谓产品

数字化定义，就是建立面向产品全生命周期的，受各下游制造部分约束的数字化信息模型的定义。例如，设计模型的几何结构和尺寸除了受到功能性能的约束外，还受到零件可加工性(是否可铸造、锻造、切削、焊接)的限制，设计

模型包含的工艺信息(如材料、公差、粗糙度等)受制造成本和制造资源(如机床等)的限制。因此产品的数字化定义时，不是简单的建立几何模型，而是产品开发的协同团队成员一起，从不同的角度对产品的数字化模型提出相关性约束条件和需求，

才可实现数字化模型的有效定义，为可制造性评价提供必要的信息。3.5.2.2可制造性的评价指标和方法1)面向单个特征的定性评价方法：这类方法的目标是根据现有工艺和制造资源(如机床、工装等)的制造能力，以零

件的加工制造特征作为基本评价对象，判断产品模型的每个制造特征是否存在可制造性问题，并将存在制造问题的特征作为反馈信息输出。2)基于工艺规划的定性评价方法：这种评价方法首先根据产品零件的制造特征模型建立加工工艺规划，从工艺规划的角度对单个制造特征或者整个产品模型进行可制造性评价。3)面向经济性的定

量评价方法：可制造性定量评价指标包括加工时间、加工成本以及加工质量等几个方面，目前大多数评价方法采用加工时间和加工成本作为可制造性指标值(见图3-41)。4)具有优化设计建议功能的评价方法：这类评价方法位于可制造性评价功能目标的最高层，系统自动产生对评价对象的优化设计修改建议。图3-41产品可

制造性评价指标3.5.2.3DFA的设计方法1.产品的可装配性分析方法2.装配顺序规划3.装配路径规划1.产品的可装配性分析方法(1)装配结构的表示(2)装配约束关系(3)装配干涉检查(1)装配结构的表示1)有了装配结构的分层模型，可以并行装配产品，若干个子装配体可

以分别装配，再进行整体装配，从而提高数字化预装配的效率。2)快速了解装配体的基本构成，定制产品的结构，实现面向客户的产品配置。3)构造装配BOM(物料清单)，产品结构树为BOM的生成提供了基本数据来源。4)产品预装配规划的信息来源，按照这些信息进行规划。图3-42产品装配结构树

(2)装配约束关系1)面贴合——两个面的法向量方向相同，可控制面的距离。2)面对齐——两个面的法向量方向相反，可控制面的距离。3)轴对齐——孔轴类的中心轴线对齐。4)角度——两个物体的一对表面法向量相差一个角度。5)对称——两个物体关于参考对象的对称装配。6)相切——两个

物体相切接触的装配。7)组合——上述约束的组合。(3)装配干涉检查1)几何分析法：分析装配中任意两个零件的各个面之间的关系，从而得到零件间的连接关系及运动自由度，基于运动自由度判别无冲突装配路径。2)扫描法：扫描法可用于两个零件间装配

路径无冲突的检测，根据两个零件在一个装配方向上的投影以及投影区域间的距离，判断是否存在无冲突装配路径。3)包容盒法：包容盒法是一种快速检查零件是否干涉的方法，计算机图形学经常使用，是一个非常简单的判别算法。4)移动增量干涉检查法：移动增量干涉检查方法是将扫描进行分解，得到

多段扫描区间。图3-43扫描法判断干涉路径2.装配顺序规划(1)生成—测试法(2)装配割集法(3)几何可行性优先(4)工艺可行性优先和工艺优化(5)基于知识的装配顺序规划工艺约束有以下几个方面需要考虑：1)定位基准零件的优先级：后续零件的装配需要参照某些基准进行，这

些基准所依附的零件应该优先装配。2)配合条件严格的零件应优先装配：过盈配合优于过渡配合，过渡配合优于间隙配合。3)拆装频率低的零件应该优先装配：考虑到应用维护的因素，由于磨损和维修的原因，拆装频率低的零件应先安装，拆装频率高的零组件后安装，这样便于拆卸和避免影响更多的零组件。4)装配工装影

响：某些零件受装配工具和工装夹具影响，如果后装可能无法装配到位，就需要优先装配。5)装配质量检验影响：某些零件在装配过程中需要进行检验，检验对零件的装配顺序的影响也要考虑。3.装配路径规划装配路径规划确定零件装配经过的空间区域，检查装配过程中是否与工装、

环境发生动态干涉。如果发生干涉，装配过程中零组件的装配路径需要避让，甚至修改装配零组件的位置以及设计修改装配工装等。装配路径规划主要是动态干涉检测，通过路径上的不同位置判断干涉情况。3.5.2.4可装配性的评价指标1)技术特性：描述装配的难易程度，在规划制定的基础上，对装配的定位、连接、操作方便程

度进行评价。2)经济特性：在给定的条件下，对装配工时、标准化程度等进行评估。3)效率：装配效率评价，如装配装夹次数，装配工件移动或改变方向的次数等。4)社会特性：针对装配单元的再利用和装配环境保护进行评价。图

3-44产品可装配性评价3.5.2.5支持DFX设计方法的协同设计流程图3-45支持DFX方法的协同设计流程3.5.3DFX驱动的网络化产品协同设计系统1)DFX方法对协同设计的环境要求：以DFX为驱动源

，表明在设计过程中，产品设计模型是基础，不管是DFM还是DFA，设计模型以三维模型为主，工艺、工装、加工、装配、检测都以设计模型为数据源。2)DFX方法对协同设计的应用能力要求：DFX方法的分析数据来源于产品模型，产品模型的信息完整性、表达的方便性、模型的可修改性、

存储的分布性都应该有利于DFX获取数据以及分析结果的输出。3)DFX方法对协同设计的标准化要求：环境和应用工具仅仅提供了操作的方便性，DFX由于涉及跨部门、跨企业，在数据交换、信息共享、协同流程、信息发布等各个

方面必须制定标准和规范，使得信息畅通，流程控制有章可循，有法可依。4)DFX方法对协同设计的产品数据管理要求：产品数据是产品的结构、形状、参数、工艺等各种信息的载体，涉及各种数据信息和模型，在PDM的管理下，产品模型信

息在统一的工作流管理下，同时由制造和装配派生出的各种模型也在PDM管理下，而一般中间结果不进入PDM管理。5)DFX方法对协同设计的流程要求：跨部门、跨企业的DFX驱动的设计流程，需要协调各参与方的工作内容和活动，因此需要有柔性的协同流程控制机制和平台支持。图3-46

DFX驱动的网络化产品协同设计系统3.6思考题1.网络化CAD系统应具备哪些功能？2.简述协同设计的特征。3.协同设计分哪几种类型，各有什么特点？4.简述产品几何模型的类型及其特点与应用范围。5.什么是轻量化模型，与其他类型的几何模型相比，轻量化模型在几何元素的表达方法与

模型存储方面有哪些特点？6.WebCAD系统中，造型服务器的实现方法有哪些？7.WebCAD系统进行特征造型的过程中，模型的网络化传输有哪些实现方法？8.试列举三种协同CAD系统的参考模型，并简述它们的特

点。9.简述商用CAD系统的网络化封装的实现方法。10.简述常用的产品协同设计工具及其用途。11.试设计支持DFX的网络化协同CAD系统的体系结构。