面向逆向工程模型重构的特征技术及其特征模块的开发

　　0　前言

　　在逆向工程中,只用采集的数据点集组成的产品模型实际上仅仅是一个线框模型,仅仅表达了物体表面上的组成点以及点的位置,不能表达产品形状以及物体各部分相互间的拓扑关系等其他信息。而利用这些点直接构建几何表面,或希望采用特征自动识别方法目前也被证明是很困难的。因此,如何快速地进行产品模型的重构是目前逆向工程一个难点[1]。而自1988年末公布的STEP标准草案将形状和公差特征等列为产品定义的基本要素后,特征技术在CAD/CAE/CAM中日益普及和商业化。其实质原因在于特征技术给产品数字化设计开发以及制造用户带来了一系列的优点,其工作方式适应于用户思维方式,能快速构造或改变模型,可以建立已经在设计加工中得到验证的特征库,并提供给用户使用。同样,特征技术在逆向工程中的应用也是目前研究的一个热门课题之一[2]。在逆向工程中,由于实物制造和使用的原因,仅仅进行形状重构并不能获得要求的合格产品数据,而且产品的不同部分作用各异,只有通盘考虑各个部分的逻辑关系和功能结构,建立能满足逆向工程要求的产品主模型及描述产品装配关系的产品装配建模体系,才可以还原原始设计参数[3]。虽然特征的定义准则一直不是很明确,但特征表示零件上几何的工程语义是毋隐置疑的。从集成的观点,特征的定义:[4]

　　特征=形状特征v语义

　　即特征被定义为形状特征和(或)语义。一个特征或者可以是一个语义事态、一个形状特征,或者二者皆是。因此根据零件的特点以及逆向建模的具体要求,用特征建模的设计思想进行模型的重构是符合实际建模要求的。提出将逆向工程的建模作为一种特殊的产品类别来考虑,建立符合逆向工程的建模的特征分类和有效的特征库,以实现逆向工程的快速建模。

　　1　逆向工程中的特征的抽象和分类

　　组成一有辅助作用的特征设计制造系统,关键在于合理的特征分类和一种可以针对企业特有的产品品种来调整的特征数据库,这是有效采取特征概念工作的实质上的前提条件。只有当现有的数据被充分利用的时候,特征技术才可能有效应用。因此面向逆向工程的特征建模技术首先需要对逆向工程建模的特点进行分析,进行特征分析、特征分解和组织[5]。根据实践,将逆向产品建模的特征分为功能特征、装配特征、自由曲面(复杂型面)特征和其他特征。当然有许多特征是交叉的,如曲面特征和装配、功能特征之间均可能产生交叉,这是就需要综合加以考虑。

　　1·1　功能特征

　　功能特征指产品中为满足某种特定功能要求的部分,通常也是产品的设计参数要求的部分。比如说车辆灯具,其反射面具有特定的要求,必须满足特定的反射聚焦功能;再如某些机械凸轮机构,也必须满足特定的凸轮尺寸以实现机构要求的运动,此时必须考虑设计的场合和特点,结合实际功能进行设计。因此需要建立设计规则和典型的功能特征,从产品建模这个角度出发,功能特征实质上大部分是规律曲线特征,如抛物线、双曲线、椭圆、螺旋线、阿基米德螺旋线、渐开线等通过拉伸旋转而获得的,它们是通过设计理论而不是直接采取形状逆向就能够满足要求的。需将知识工程KBE和理论设计技术如数理统计理论、精度设计等多学科技术合理运用,形成一个独特的设计参数还原的技术,才能有效地解决原始设计参数还原问题。