计 算 机 辅 助 造 型 (CAS,computer aided styling)

    计算机辅助造型技术经过20多年的探索,已发展到特征造型和参数化、变量化设计阶段,为实体模型向产品模型的转化铺平了道路。同时,CIMS、并行工程、虚拟制造等设计制造模式的发展,使得产品模型必须实现全生命周期中的信息共享、各种模型数据的转换和网络传输,这些都对计算机辅助造型技术提出了更高的要求。计算机辅助造型技术的研究主要体现在造型的自由曲面设计和草图设计等方面。

自由曲面设计
产品外形自由曲面设计的研究是CAS的一个重要内容,采用曲面特征设计(Surface Feature Design)是自由曲面设计的一个重要发展。曲面特征设计包括了3部分,即基本表面、移动特征和串通图形。


草图设计
草图设计技术是随着实体造型技术的发展、为满足工业设计师传统的手绘习惯而发展起来的造型
技术。它是用来弥补传统CAD系统与工业设计之间鸿沟的有效手段。该技术的重点在于2个方面:一是设计过程中的人机交互技术,即设计系统如何有效地模拟设计手绘;二是草图重建技术。当前,国内外已建立了一些基于草图的CAD系统。

 

图形工作站

    工作站是一种以个人计算机和分布式网络计算为基础,主要面向专业应用领域,具备强大的数据运算与图形、图像处理能力,为满足工程设计、动画制作、科学研究、软件开发、金融管理、信息服务、模拟仿真等专业领域而设计开发的高性能计算机。

    工作站根据软、硬件平台的不同,一般分为基于RISC/UNIX系统的传统工作站和基于Windows、Intel的PC工作站。UNIX工作站是一种高性能的专业工作站,他具有强大的处理器(以前多采用RISC芯片)和优化的内存、I/O、图形子系统,使用专有的处理器(Alpha、Mips、Power等)、内存以及图形等硬件系统,专有的UNIX操作系统,针对特定硬件平台的应用软件,彼此互不兼容。而PC工作站则是基于高性能的X86处理器之上,使用稳定的Windows NT及Windows2000 操作系统,采用符合专业图形标准(OpenGL)的图形系统,再加上高性能的存储、I/O、网络等子系统,来满足专业软件运行的要求;以NT为架构的工作站采用的是标准、开放的系统平台,能最大程度的降低拥有成本;并且由于ISV加强NT及2000平台软件的开发和移植工作,为NT及2000工作站提供大量的专业应用软件。

 

SGI图形工作站
IBM图形工作站
HP图形工作站
SUN图形工作站
联想图形工作站
O2、O2+为单CPU,其最大特点是采用了UMA。O2的内存支持到1G。Octane2可支持双CPU,它的图形摸块功能由专用的高性能图形卡担任。V12卡有128MB的显存,纹理内存达到了104MB。CrossBar的体系结构是Octane,CPU、内存以及外设的通讯都实现了并行。Fuel是SGI图形工作站的新产品,它的结构与Octane一样,不过只支持单CPU。
IBM主要提供基于Power 3处理器和AIX的RS/6000系列Unix图形工作站。而基于Intel处理器的IntelliStation系列NT图形工作站则是IBM产品家族的一支新生力量。其中,IntelliStation Z Pro主要面向那些要求较高3D性能和海量数据处理能力的用户。它可配置1个或2个500MHz/550MHz Intel P Ⅲ Xeon CPU,最大可扩至2GB的ECC SDRAM内存。
P系列Visualize NT图形工作站可支持FX2+和FX4+ 3D图形卡,全屏幕反走样、2D和3D纹理映射、3D几何加速、硬件消隐、硬件阴影处理等功能一应俱全。采用可扩充中型塔式机箱,配置1个或2个Intel P Ⅲ 450MHz或500MHz CPU,使用Intel 440BX AGP芯片组。系统内存为128MB DIMM或256MB DIMM 100MHz ECC SDRAM,最多可扩展到768MB(3 个 DIMM 槽)。
Sun Blade 2000系列工作站采用了UltraSPARC III处理器,将工作站主频提升到1.015 GHz。sun公司声称,1.015GHz的Sun Blade 2000工作站,其浮点运算性能(SPECfp2000) 比SGI公司主频600MHz的Octane2工作站快了108%,比SGI公司主频600MHz的Fuel Visual图形工作站则要快46%,而比惠普公司主频750MHz的c3700工作站快了将近30%,在浮点运算上比J6700服务器则要快33%。
联想补天系列工作站目前已经形成了包括补天1100、2200、3000在内的完整产品系列,其中1100为中、低档产品,2200为中、高档产品,3000为高档产品。补天3000工作站适用于大型工业设计和高级3D动画制作领域,采用2个Intel Xeon工作站专用处理器,512MB ECC 内存(可以扩充至最大2GB),9.1GB 10000r/min SCSI硬盘,配置ELSA XXL(56MB)和Diamond Fire GL1(32MB)专业图形处理系统。

 

Pro/Engineer

     Pro/Engineer是美国PTC公司研制开发的基于参数化设计的三维设计软件,是一个全方位的3D产品开发环境,集零件设计、装配、模具开发、NC加工、钣金设计、自动测量等功能于一体。应用Pro/Engineer能够方便地完成复杂的三维实体造型。强大的曲面造型功能更能直观地体现产品真实的设计思想,缩短设计时间,从而快速抢占市场。

    Pro/Engineer包括多个应用模块,其中Pro/SURFACE是一个选项模块。它扩展了Pro/ENGINEER的生成、输入和编辑复杂曲面和曲线的功能。Pro/SURFACE提供了一系列必要的工具,使得工程师们在整个工业范围内很容易地生成用于飞机和汽车的气动曲线和曲面,船壳设计以及通常所碰到的复杂设计问题。功能包括:1.生成曲线及曲线种类,(1)在草图中画出示意几何体,(2)通过IGES输入曲线,(3)通过IGES输入定义曲线的点,(4)通过一系列点插值曲线,(5)求二个曲面的交换,(6)不、圆、样条曲线、二次曲线、复合曲线。它们主要用于构造用于曲面实体模型的旋转几何体,定义用于生成任意仲类特征的几何体,定义扫描轨迹线,多点倔值/定义平滑线,增加或改变一个线框模型。2.编辑曲线,(1)在交点处截断曲线,(2)缩短或加长地剪裁曲线,(3)通过移动定义点或改变斜率条件重新定义曲线,(4)改变曲面交线定义曲线,(5)删除或恢复曲线。3.生成曲面及曲面种类,(1)冲压或旋转一条曲线,(2)沿著轨迹线扫描一条曲线,(3)沿著—多轮廓轨迹妇描一条曲线,(4)曲线之间的融合,(5)四条边界曲线之间的融合,(6)通过一个点映射平滑表面,(7)两族曲线之间的事例(“放样”),(8)二交曲线间的融合,(9)二次曲面间的倒角/圆滑,(10)通过 IGES输入曲面,(11)通过计算值曲面输入,(12)平面、圆柱面、直纹曲面、圆锥面、球面/圆环面、旋转曲面、薄壁柱面、非均匀有理B样条曲面(NURBS)、倒角曲面(角的倒角)、恒定或可变半径的倒角、偏置曲面和由计算值定义的曲面。4.编辑曲面,(1)将曲面缝合在一起形成一个曲面网,(2)在与其它曲面交线处剪裁曲面,(3)改变输入点的文件定义一个曲面,(4)重新定义用于定义曲面的轨迹或曲线,(5)用曲面或曲面网替换实体模型的任一表面,(6)将曲面缝合在一起形成一个封闭的容器从而生成一个实体模型,(7)偏置一个曲面或曲面网,(8)将一个曲面转换成一个薄壁实体。 它们主要用于构造复杂特征和零件,构造表面模型,构造实体模型,在一个实体上生成任意种凹下或凸起物,用一新的曲面或网替换实体模型上的任意表面,给一线框模型复益上表面并变成一个非参数化的实体模型,实体表面可以生成偏置表面。

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Unigraphics

   Unigraphics(简称UG)起源于美国麦道飞机公司,当时为了设计和制造F15战斗机而形成了UG产品。由于它在计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助工程、以及产品数据管理上所具有的卓越的性能,加上它提供CAD/CAM/CAE/PDM集成解决方案,目前该软件在航天航空、汽车制造、模具加工、通用机械等领域具有很高得知名度,并受到广泛的应用。同时,UG还提供编程工具UG/Open API用来进行二次开发。

    UG以Parasolid几何造型核心为基础,采用基于约束的特征建模与传统的几何建模为一体的复合建模技术,其曲面功能包含于Freeform Modeling模块之中,采用了NURBS、B样条、Bezier为数学基础,同时保留解析几何实体造型方法,造型能力较强。其曲面建模完全集成在实体建模之中,并可独立生成自由形状形体以备实体设计时使用,而许多曲面建模操作可直接生成或修改实体模型,曲面壳体、实体与定义它们的几何体完全相关。UG实现了面与体的完美集成,可将无后度曲面壳缝合到实体上。总体上,UG的实体化曲面处理能力是其主要特征和优势。

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CATIA

    作为世界领先的CAD/CAM软件,CATIA在过去的二十年中一直保持着骄人的业绩,在汽车及摩托车、航空航天领域的统治地位不断增强。IBM/DS一贯对开发很重视,CATIA的新产品的开发非常的迅速。目前的CATIA覆盖了产品开发的整个周期,并且一直保持着其技术领先的优势。

    CATIA先进的混合建模技术:在CATIA的设计环境中,无论是实体还是曲面,做到了真正的互操作;在设计时,设计者不必考虑如何参数化设计目标,CATIA提供了变量驱动及后参数化能力,对于一个企业,可以将企业多年的经验积累到CATIA的知识库中,用于指导本企业新手,或指导新车型的开发,加速新型号推向市场的时间。CATIA具有在整个产品周期内的方便的修改能力,尤其是后期修改性:无论是实体建模还是曲面造型,由于CATIA提供了智能化的树结构,用户可方便快捷的对产品进行重复修改,即使是在设计的最后阶段需要做重大的修改,或者是对原有方案的更新换代,对于CATIA来说,都是非常容易的事。CATIA所有模块具有全相关性:CATIA的各个模块基于统一的数据平台,因此CATIA的各个模块存在着真正的全相关性,三维模型的修改,能完全体现在二维,以及有限元分析,模具和数控加工的程序中。并行工程的设计环境使得设计周期大大缩短:CATIA提供的多模型链接的工作环境及混合建模方式,使得并行工程设计模式已不再是新鲜的概念,总体设计部门只要将基本的结构尺寸发放出去,各分系统的人员便可开始工作,既可协同工作,又不互相牵连;由于模型之间的互相联结性,使得上游设计结果可做为下游的参考,同时,上游对设计的修改能直接影响到下游工作的刷新,实现真正的并行工程设计环境。CATIA覆盖了产品开发的整个过程:CATIA提供了完备的设计能力,从产品的概念设计到最终产品的形成,以其精确可靠的解决方案提供了完整的2D、3D、参数化混合建模及数据管理手段,从单个零件的设计到最终电子样机的建立;同时,作为一个完全集成化的软件系统,CATIA将机械设计、工程分析及仿真、数控加工和CATweb网络应用解决方案有机的结合在一起,为用户提供严密的无纸工作环境,特别是CATIA中的针对汽车、摩托车业的专用模块,使CATIA拥有了最宽广的专业覆盖面,从而帮助客户达到缩短设计生产周期、提高产品质量及降低费用的目的。

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