4　应用“同步建模技术”进行水力机械零件建模的体验

“同步建模技术”的推出已经10年了，其上述技术特点在各种CAD软件的不同版本中得到了充分体现和发展。宣传中的“使设计师获得快100倍的设计体验”据说也非夸张[4]，但对不同专业的用户来说重要的是自己体验。绝大多数建模功能通常是用于通用设计特征的，因此对“同步建模技术”在特殊建模中的应用也需要进行摸索和实践。下面以转轮叶片建模为例，对比一下“基于历史记录”的建模方法与“同步建模”方法，如图2所示。

转轮叶片模型是由6个曲面闭合而成的实体，分别为曲面1（叶片正面）、曲面2（叶片背面）、曲面3（上冠回转面）、曲面4（下环回转面）、曲面5（出水边曲面）及曲面6（进水边倒圆曲面）。以下描述如何创建和组合6个曲面完成叶片建模的不同方法。

4.1　非同步建模方法的叶片造型过程

文献[5]中介绍了应用NX软件进行水轮机叶片“基于历史记录”建模的例子。初始建模环境中有3个特征：草图（叶片轴面投影线）、片体（叶片正面）、片体（叶片背面）。这3个特征均是通过导入水力设计数据直接创建的（图2）。创建叶片实体的步骤主要为：①用“叶片轴面投影线”创建回转实体，其包角范围必须包含叶片正、背面片体的位置。回转体形成了曲面3和曲面4。②分别编辑2个叶片表面片体的4个边界，使其扩展到足以“切透”回转实体的尺寸。这一步需要适度设置扩展参数，且没有统一参照。扩展曲面片体初步形成曲面1和曲面2。③用扩展后的新片体创建叶片出水边“直纹面”片体特征，初步形成曲面5。④用3个新创建的片体对回转实体进行剪切编辑，或创建新实体进行布尔运算，从而创建叶片实体。需要的话还要对“叶片轴面投影线”进行编辑，添加辅助线已保证此步骤的计算成功。⑤添加叶片头部倒圆特征，形成曲面6，完成叶片建模。这样创建叶片模型的历史记录特征表如图3所示。

4.2　同步建模方法的叶片造型过程

同步建模方法的叶片造型过程如图4所示。初始建模环境同图2，导入的2个片体自然形成曲面1和曲面2。创建叶片实体的步骤主要为：①以“叶片轴面投影线”创建回转实体，其包角范围任意。回转体形成了曲面3和曲面4。②用叶片正面和背面片体创建叶片出水边“直纹面”片体特征，形成曲面5。③应用“同步建模技术”，顺序插入3个“替换面”特征，用“叶片正面”替换回转体左侧轴面，用“叶片背面面”替换回转体右侧轴面，用“出水边直纹面”替换回转体内侧回转面（图4）。④添加叶片头部倒圆特征，形成曲面6，完成叶片建模。叶片造型结果如图5所示。

在应用“同步建模”时，可选用“历史记录模式”和“无历史记录模式”，二者可以达到同样的效果，但操作体验上则有不同。仅以一例说明。

在“历史记录模式”下添加了同步建模特征后，如果想整修面（光顺叶片表面），可在“部件导航器”中将新的整修面特征移动到同步建模替换面特征前，即完成归顺叶片表面。如果在添加同步建模特征后，又添加了新特征（如倒圆特征），则无法完成“整修面”。这时可通过先抑制、后编辑倒圆特征以适合新的实体，而无须完全重做倒圆。上述做法正是应用了“历史记录”建模的智能特点。

在“无历史记录模式”下进行上述操作，则需用同步建模替换面的方式，用整修编辑后的新片体替换相应叶片表面。如果已经添加了非同步建模的头部倒圆特征，则需先将其转换为同步建模特征，如利用“重用”工具复制倒圆曲面并替换原倒圆特征曲面，然后才可以进行“整修面”的同步建模替换。

哪种方式方便，用户可自己体验。笔者还是偏爱“历史记录模式”，因为此模式更具智能化的优势。

4.3　方法对比

对比图3和图5的“部件导航器”内容，可见应用“同步建模技术”的步骤内容有所简化。其实从操作上说，“同步建模技术”确实带来了省时省心省力、成倍快捷的体验。同时通过“智能识别解析”和“保持明显意图”的功能减少了本文4.1节中所有辅助性建模操作，无需反复尝试输入辅助参数，提高了建模质量。

4.4　“同步建模技术”应用特点的讨论

现结合上例，讨论本文第3节中所述的“同步建模技术”的八大特点。

（1）“同步建模技术”的“无序”指的是添加“编辑特征”的无序，而不是添加“形状特征”的无序。图4中由于回转体没有覆盖叶片正、背面片体的位置，所以添加“替换面”特征时就必须按一定顺序进行。此处的顺序要求不是受特征之间的依赖关系所限，仅是要在被编辑的几何体外创建新的几何形状。新添加的“替换面”特征被有序地加入回转体的子特征集。同样应认识到，“同步建模”只能在已有特征上添加编辑特征，而不能创建新的形状特征，如“倒圆特征”。

（2）观察用本文4.2节的方法创建的模型会发现，原来需人工修整的叶片边角均被自动拟合完善，这要归功于“同步建模技术”的发现和解析这些关系的能力。从图4的建模环境也可体验到“系统自动识别设计意图”的惊喜效果，未写明的“回转”意图被自动识别和保持。

（3）上例中“同步建模”特征与“模型参数约束”特征（回转体）是共存的。添加的“同步建模”特征同样是有参数的。在上例中，“替换面”的距离值参数均设置为0。如果需要对叶片进行放样处理，例如，要设计有间隙的样板模型，则可为“替换面”设置一个间隙大小的距离参数值。

（4）只有采用“无历史记录模式”时，才可无视“父/子结构”的影响。而在“历史记录模式”下，“父/子结构”的影响依然存在。例如，在“无历史记录模式”下完成创建叶片后，可以删除叶片正、背面片体而不影响建模结果。在“历史记录模式”下则不可。

（5）“尺寸方向控制”的功能对于“自由曲面特征”没有效果。

（6）“程序特征”不是此例所涉及的特征需要的类型。

（7）通过上述两种建模方法的比较，“模型创建”的便捷性已被充分体现，即使不能达到文献[4]所说的“100倍”的效果。

（8）对于进行“假设”变更的特点，仅适用于常规几何形状的模型，而对自由曲面特征无效。例如，当试图在叶片模型上使用“基于剖面的编辑功能”时，软件将无法解算成功。

综上所述，在进行类似叶片这类自由曲面特征建模时，“同步建模技术”的8个特点不能完全体现出来，包括这种技术的一些开发思想，但其提高设计效率和高智能化的能力是显著的。因此，我们看“同步建模技术”更像是一种新的特征系列，可以实现其“解放了设计工程师，大幅提高了设计工作效率，提高了产品开发的竞争优势”的目标。其四大“创新点”在进行类似水力机械叶片建模方面也有实在的体现。