现代制造业信息化技术_第三章

哈尔滨工业大学CAD/CAM研究所第1页共236页现代制造业信息化技术2019年8月3日8时56分3.制造业信息化系统建模技术3.1数字化产品建模方法3.2特征建模方法3.3功能模型建模方法3.4信息模型建模方法哈尔滨工业大学CAD/CAM研究所第2页共236页现代制造业信息化技术2019年8月3日8时56分3.1数字化产品建模方法模型是实际对象或系统的抽象及简化表示，是抽取研究对象的本质特征，忽略或精简一些次要的非本质影响因素的对象表示法。3.1.1基本概念(1).产品数据与产品数据模型是指产品生命周期所有阶段有关产品的数据总和。一个完整的产品定义数据模型不仅是产品数据的集合，还应反映出各类数据的表达方式以及相互间的关系。哈尔滨工业大学CAD/CAM研究所第3页共236页现代制造业信息化技术2019年8月3日8时56分3.1数字化产品建模方法(2).产品建模将人们头脑中构思的产品模型转换成用图形、符号或算法表示的形式，然后形成计算机内部数据模型的过程。换句话说，就是在计算机内部产生、存储、处理和表达产品的过程。(3).机械产品建模根据使用需求确定产品应具备的功能，构思出产品的工作原理、运动方式、力和能量的传递，结构形状以及所使用的材料等事项，将其在计算机内部转化为具体描述或数据模型，例如图纸、文档等。哈尔滨工业大学CAD/CAM研究所第4页共236页现代制造业信息化技术2019年8月3日8时56分3.1数字化产品建模方法(4).数字化产品建模定义和表达产品在全生命周期中所必需的产品数据内容，数据关系以及活动过程的数字化信息模型。换句话说，数字化产品建模是建立产品数字化信息模型的过程。3.1.2零件信息模型(1).零件信息模型的总体结构零件信息模型是一个层次的结构，包含有零件层、特征层和几何层。零件层主要反映零件的总体信息；特征层包含各类特征信息及其相互间关系；几何层记录了零件的点、线、面的几何/拓扑信息。哈尔滨工业大学CAD/CAM研究所第5页共236页现代制造业信息化技术2019年8月3日8时56分3.1数字化产品建模方法零件管理特征技术特征形状特征精度特征材料热处理特征几何/拓扑信息零件层特征层几何层ISTISTISTISTISTISTREFREFIST—从属关系REF—引用关系REF基于特征的零件信息模型的总体结构哈尔滨工业大学CAD/CAM研究所第6页共236页现代制造业信息化技术2019年8月3日8时56分3.1数字化产品建模方法(2).零件信息模型的数据结构1）管理特征数据结构管理特征描述零件的总体信息和标题栏信息。E-枚举数据类型I-整形数据类型S-字符数据类型2）形状特征数据结构形状特征包括有几何属性、精度属性、材料热处理属性和关系属性等。零件类型零件名图号GT码件数材料名设计者设计日期其他ESSS1SSS哈尔滨工业大学CAD/CAM研究所第7页共236页现代制造业信息化技术2019年8月3日8时56分3.1数字化产品建模方法形状特征的数据结构几何要素特征类别特征标识几何要素定位坐标定形尺寸及公差定位尺寸及公差形状公差位置公差表面粗糙度材料热处理属性关系属性几何属性和精度属性定形尺寸公差定位尺寸公差形状公差位置公差表面粗糙度材料热处理SI*PtR*Pt*Pt*Pt*Pt*Pt*PtE几何要素几何要素类型几何要素标识所属形状特征标识EII基准S–字符数据类型E–枚举数据类型I–整型数据类型R–实型数据类型*Pt–指针哈尔滨工业大学CAD/CAM研究所第8页共236页现代制造业信息化技术3）精度特征的数据结构。包括：精度规范信息、实体状态信息、基准信息。尺寸类型尺寸值公差等级ERI基本偏差代号上偏差下偏差ERR被测几何要素*Pt几何要素a)定形尺寸与公差的数据结构尺寸类型尺寸值公差等级ERI基本偏差代号上偏差下偏差ERR终止几何要素2*Pt几何要素b)定位尺寸与公差的数据结构起始几何要素1*Pt特征标识形状公差名公差值IER公差等级实体状态IE被测几何要素*Pt几何要素c)形状公差的数据结构特征标识位置公差名公差值IER公差等级第1基准第2基准I*Pt*Pt被测几何要素*Pt几何要素d)位置与公差的数据结构基准代号基准几何要素1基准几何要素2S*Pt*Pt*Pt...哈尔滨工业大学CAD/CAM研究所第9页共236页现代制造业信息化技术2019年8月3日8时56分3.1数字化产品建模方法4）材料热处理特征的数据结构包括：材料信息和热处理信息。如下图所示：e)表面粗糙度的数据结构材料获取方式评定参数名评定参数值EER*Pt被测几何要素几何要素热处理方式热处理工艺名硬度单位EEE最高硬度值最低硬度值II被测几何要素*Pt几何要素类材料名力学性能参数性能上限值SER性能上限值R哈尔滨工业大学CAD/CAM研究所第10页共236页现代制造业信息化技术2019年8月3日8时56分3.1数字化产品建模方法5）技术特征的数据结构包括：零件的技术要求和特性表等。(3)基于特征的零件信息模型的应用举例57080566524028050k655m656789432r1r1.5C1B50k6技术要求：调质处理，硬度200-250HBS。哈尔滨工业大学CAD/CAM研究所第11页共236页现代制造业信息化技术基于特征的零件信息模型的数据结构实例管理信息几何信息定位尺寸与公差整体热处理信息未注表面粗糙度技术特征信息管理信息零件类型零件名材料图号设计者设计日期...实心轴轴45JA401定位尺寸与公差尺寸类型尺寸值公差等级上偏差下偏差起点形状特征号起点几何要素名终点形状特征号终点几何要素名距离240mm1左端面3右端面热处理特征热处理方式热处理工艺名硬度单位最低硬度值最高硬度值整体调质HBS220250表面粗糙度材料获取方式评定参数名评定参数值北侧几何要素切除Ra1.6um外圆柱面圆柱面1圆柱面2圆柱面3圆柱面4倒角5键槽6过渡圆角7过渡圆角8键槽9过渡圆角10倒角11形状特征3特征类名特征标识几何形状参数位置公差表面粗糙度局部热处理形状公差公差名公差值公差等级被测几何要素表面粗糙度材料获取方式评定参数名评定参数值被测几何要素切除Ra1.6um外圆柱面圆柱体3形状公差几何要素定位坐标定位尺寸与公差尺寸类型尺寸值公差等级上偏差下偏差被测几何要素被测几何要素2长度65mm左端面右端面尺寸类型尺寸值公差等级基本偏差代号上偏差下偏差被测几何要素直径55mm0.030mm0.011mm外圆柱面定形尺寸与公差公差名公差值公差等级被测几何要素第1基准第2基准位置公差圆跳0.025mm7外圆柱面热处理方式热处理工艺硬度单位最低硬度最高硬度热处理12343333几何要素名所属特征标识几何要素局部标识左端面外圆柱面右端面中心线4424所属形状特征标识几何要素局部标识中心线中心线几何要素名基准基准代号几何要素1几何要素2A-B哈尔滨工业大学CAD/CAM研究所第12页共236页现代制造业信息化技术2019年8月3日8时56分3.1数字化产品建模方法3.1.3产品信息模型产品信息模型是指产品从毛坯到成品的整个设计和制造过程所需要的信息总和，它是由产品结构信息模型和产品工艺信息模型组合而成的复合模型。(1).产品结构信息模型1）产品结构信息模型产品结构信息模型是描述产品的结构组成以及各组成元素相互关系的信息总和。构成产品的组成元素包括部件、组件和零件。产品结构信息包含三类信息：工程图形信息、基本属性信息、装配信息。哈尔滨工业大学CAD/CAM研究所第13页共236页现代制造业信息化技术2019年8月3日8时56分3.1数字化产品建模方法产品结构信息模型如下：产品部件1部件N组件1组件M零件零件组件1.1组件1.P组件1.1.1组件1.1.Q零件零件零件............产品结构信息模型也可以用产品明细表BOM进行描述。其结构为：零部件代码零部件基本信息(图号、材料、规格、来源等)父件代码哈尔滨工业大学CAD/CAM研究所第14页共236页现代制造业信息化技术2019年8月3日8时56分3.1数字化产品建模方法2）产品结构的自动编码及可视化处理一般采用层次数字码来描述树形产品结构。首先要对产品结构进行编码。产品结构码编码规则如下：12345678产品代号部件代码组件代码1组件代码2零件来源零件代码组件代码3哈尔滨工业大学CAD/CAM研究所第15页共236页现代制造业信息化技术2019年8月3日8时56分3.1数字化产品建模方法图中××为产品的基本信息；@位代表了层次结构，且肯定不为零；#位为顺序号，如####表示0001～9999的顺序号。XX@0000X部件XX0####X部件层产品零件XX@@000X组件1XX@0###X组件1层零件XX@@@00X组件2XX@@0##X组件2层零件XX@@@@0X组件3XX@@@0#X组件3层零件XX@@@@#X第五层零件零件产品结构的可视化处理是利用计算机对产品结构码进行分析，再现产品结构树的处理过程。哈尔滨工业大学CAD/CAM研究所第16页共236页现代制造业信息化技术2019年8月3日8时56分3.1数字化产品建模方法(2).产品工艺信息模型产品工艺信息模型是表示构成产品的零件从毛坯到成品的全部工艺过程信息的模型。产品工艺信息模型示意图如下：毛坯加工方法1加工方法2加工方法N成品...制造资源1.1制造资源1.2制造资源1.m工序1.1工序1.2工序1.m检验1.1检验1.2检验1.m...............哈尔滨工业大学CAD/CAM研究所第17页共236页现代制造业信息化技术2019年8月3日8时56分3.2特征建模方法3.2.1特征与特征建模的概念特征：是一组具有特定属性且相互关联的几何形体，是零件形状、工艺和功能等特征信息集的综合描述。它能携带和传送有关设计和制造所需要的工程信息。特征建模：是指通过特征及其集合来定义和描述零件模型的过程。哈尔滨工业大学CAD/CAM研究所第18页共236页现代制造业信息化技术2019年8月3日8时56分3.2特征建模方法3.2.2特征的分类与特征间的关系(1).特征的分类1）形状特征描述零件上有一定拓朴关系的几何形状信息。形状特征是携带其他特征信息的载体。形状特征可分为主要形状特征和辅助形状特征，其中主要形状特征用于构造零件的基本形状，辅助形状特征用于对主要形状特征的补充。2）精度特征用于描述产品、零件几何形状和尺寸的误差信息。3）材料特征用于描述产品、零件的材料成分、物理化学指标、热处理方法哈尔滨工业大学CAD/CAM研究所第19页共236页现代制造业信息化技术2019年8月3日8时56分4）技术特征用于描述产品、零件的性能、工艺技术要求、功能等信息。5）管理特征6）装配特征用于描述零件之间、特征之间的装配关系、装配方向、配合表面、装配顺序、装配工具等信息3.2特征建模方法哈尔滨工业大学CAD/CAM研究所第20页共236页现代制造业信息化技术2019年8月3日8时56分3.2特征建模方法(2).特征表达与特征联系1）特征的表示与约束对形状特征的表示有三种方法，即边界表示(B-rep)、几何体素构造表示(CSG)和二者的混合表示。特征约束是指对特征的形状尺寸或工程信息的限制。分为几何约束和工程约束。2）特征联系邻结关系：反映主要形状特征间的空间相互位置关系。所属关系：反映特征对象与其所属特征类间的关系。哈尔滨工业大学CAD/CAM研究所第21页共236页现代制造业信息化技术2019年8月3日8时56分3.2特征建模方法引用关系：描述特征类间作为关联属性而相互引用的关系。附属关系：辅助形状特征从属于一个主要特征或另一个辅助形状特征构成的关系。3.2.3制造特征的层次结构制造特征之间可以形成树状的层次结构。特征之间是否形成父子关系，取决于加工时是否相互影响。零件特征对象的层次结构如下图所示。哈尔滨工业大学CAD/CAM研究所第22页共236页现代制造业信息化技术零件特征的对象层次结构图特征（超类）主特征辅特征非回转特征平面回转特征长方体槽台阶