参数化、变量化设计技术是当前CAD/CAM系统的研究热点之一,是实现工程设计智能化、自动化的重要手段。在工程设计的概念设计阶段,产品的主要尺寸、结构细节难以具体化,设计师关心的是产品的基本结构、主要尺寸关系,因此无法采用具体尺寸绘图设计。在一般CAD系统中,设计好的图形如果要取得结构、尺寸关系,只好重新绘制有关图形,这大大影响设计师的设计效率。如何在概念设计阶段支持图形尺寸、拓扑结构的变化,使设计师将精力集中在设计创意等创造性工作上,一直是CAD研究者追求的目标。能够支持约束表达、求解和动态调整已成为现代CAD系统区别于传统CAD系统的最显著的特征。 参数化、变量化技术是支持概念设计、系列化产品设计的重要方法。参数化技术与变量化(或尺寸驱动)技术在应用和关键技术方面有一定差异。参数化技术是面向系列化产品设计建模,强调从产品设计约束上看一幅图形的哪些尺寸需要改变;哪些尺寸是依赖其他尺寸计算的以及尺寸之间的计算次序。尺寸驱动是从支持草图设计的角度出发,强调的是图形的几何约束的可满足性和几何约束关系的自动获取,一般不讨论标注尺寸之间的约束关系。目前,参数化、变量化技术主要有三类方法: 1) 一是非线性约束方程组求解,它将图形的尺寸约束、几何约束转化为一组基于特征点的的约束方程组,然后用Newton-Raphson迭代等数值方法求解,计算出每个特征点的坐标;其主要缺点是求解问题的复杂性大,难以进行稳定可靠的求解。 2) 二是基于符号推理的智能技术,运用经典的产生式规则或谓词表达、匹配技术,通过推理与计算,从而得到满足约束的几何图形。该方法几何知识的逻辑表达清晰。其主要缺点是搜索、匹配产生式规则计算量大,计算效率低。 3) 三是约束传播求解法,首先约束被转换为由变量和常量构成的方程;然后构造无向图,由方程、变量和常量作为顶点,边表示方程是否与变量或常量关联。该方法从常量开始,依次检查是否可解,直到所有的方程计算完为止。该方法计算效率高,但约束过早地被转化为代数方程,忽略了约束的几何特点,难以检查、处理约束的循环依赖问题。 上述几种方法仅适用于表示图形的尺寸约束和几何约束。当图形具有复杂结构关系时,模型求解效率呈非线性下降,难以支持图形的拓扑结构(如:图中孔的个数,子部件形状等)变化和图形的嵌套。 |