数字化设计与制造技术及应用
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3.1 产品模型与造型技术的基本概念

模型是实际或想象中的物体或现象的数学表示,它给出对象的结构和性能的描述,并能产生相应的图形。产品模型是在三维欧氏空间中建立的实际产品或将要投产的产品的几何模型,是对产品进行计算、分析和模拟的基础。

3.1.1 产品模型

产品模型(Product Modeling)是对具有某种功能的产品(已生产的实际产品或将要生产的产品)在三维欧氏空间建立起它的数学模型,然后在某种媒介上表示这种数学模型。这个数学模型所表达的文件就成为设计与制造过程中许多任务的依据。在传统制造过程中,表达媒介是工程图纸。在以计算机为基础的现代制造系统的制造环境下,表达产品数学模型的媒介就要求由计算机(其存储媒介)所代替。因此,产品模型是产品CAD、CAPP、CAM的核心,它包括了产品的定义信息、与产品设计和制造有关的技术和管理信息等,其中既有形状信息,又有非形状信息,其体系结构如图3.1所示。

图3.1 产品模型的体系结构

3.1.2 几何造型技术

现实世界中的产品是由不同类型的几何形体、属性以及形体之间的相互关系构成的集合体。几何造型(Geometric Modeling)研究如何用数学方法在计算机中表达物理或工程对象的形状、属性及其相互关系,以及如何在计算机中模拟该对象的特定状态,并将为各种不同的后续应用提供信息。例如,由模型产生有限元网格,由模型编制数控加工代码,由模型进行碰撞、干涉检查等。

几何造型技术研究几何外形的数学描述、三维几何形体的计算机表示与建立、几何信息处理与几何数据管理以及几何图形显示的理论、方法和技术。几何造型技术的研究始于20世纪60年代。60年代,研究重点是线框造型技术;70年代,研究重点是自由曲面造型及实体造型技术;80年代以后,研究重点是参数化造型及特征造型技术。