基于STEP和STEP-NC的CAD/CAPP/CAM/CNC系统集成技术研究

针对当前CAx系统间难以实现产品信息交换和共享的问题,提出了一种基于产品模型数据交换标准和数据接口标准的信息集成方法;建立了一个计算机辅助设计／计算机辅助制造／计算机数字控制系统集成模型,采用产品模型数据交换标准和数据接口标准中性文件形式描述产品信息,各系统之间通过中性文件实现信息的交换和共享;深入研究了工艺信息建模、STEP AP203文件到AP224文件的转换及自动特征识别等关键集成技术。     

基于轻量化模型的CAD/CAPP系统集成技术研究

针对当前计算机辅助设计、计算机辅助工艺设计系统间三维模型信息的集成和共享问题,提出了一种基于轻量化三维模型的信息集成方法。建立了基于轻量化模型的工艺信息模型。提出了基于轻量化模型的制造特征提取方法,通过设计轻量化模型几何信息提取和判断相邻表面间邻接关系的算法,建立了轻量化模型的边界表示(B-rep)模型,然后将边界表示模型与预先定义的形状特征模板进行比较,从而识别出零件的制造特征。最后通过一个实例验证了制造特征提取方法的可行性和有效性。     

由三角网格模型重构多层次几何信息方法研究

利用STL标准文件系统表达的三角网格模型同CAD模型中几何设计信息间的约束映射关系，提出将三角网格实体模型重构为B—rep、几何信息集、独立于应用领域的几何信息等多层次几何信息表达方法，使面向虚拟设计、虚拟装配领域的应用只需对几何抽象信息表达查询而无需查询最底层的三角网格信息。将提出的方法在摩托车曲面的虚拟变形设计中作为提供产品信息的基础层，初步解决了虚拟环境中产品设计的可行性问题。     

应用于CAD/CAM的基于点的几何模型

常规几何模型通常难以胜任一些复杂曲面产品的计算机辅助设计／计算机辅助制造问题,为此,提出了应用于计算机辅助设计／计算机辅助制造的基于点的几何模型概念,给出了基于点的几何模型的定义及其计算机辅助设计／计算机辅助制造应用流程,研究了基于点的几何模型的几何特性、计算机辅助设计方法、计算机辅助制造方法及其计算机辅助设计／计算机辅助制造系统开发方法。在鞋楦计算机辅助设计／计算机辅助制造中的应用表明,基于点的几何模型有常规几何模型所没有的特性,能够实现某些特殊产品的计算机辅助设计／计算机辅助制造。     

面向三维机加工艺规划系统的尺寸信息模型构建

在数字化工艺设计领域,制造特征识别技术是连接CAD和CAPP的桥梁,并将MBD模型的几何和非几何信息转换为CAPP可识别的特征属性。然而,标注尺寸在工艺设计领域与CAD中表达方式的差异,阻碍了特征识别对应的尺寸信息作为其属性信息。在重点研究二者表达方式的不同点后,为了构建适用于三维机加工领域的尺寸信息模型,将尺寸依附体抽象转化为工艺上有意义的面或中心线,促进了设计特征与制造特征之间的转化,为后续的工艺规划提供了更加完善的制造信息。     

金属板材数控渐进成形支撑CAD模型自动生成

为满足金属板材数控渐进成形中支撑制作的需要,提出一种从板材件的计算机辅助设计模型自动生成支撑计算机辅助设计模型的方法。采用STL数据模型,根据板材件曲面曲率的变化和成形过程中板材的减薄规律,计算出成形过程中板材厚度的变化量,通过对STL模型进行不等距偏置,生成了能够自适应板材厚度变化、并能保证挤压工具头与支撑之间合理间距的支撑计算机辅助设计模型。最后,给出了支撑计算机辅助设计模型生成实例。     

基于特征域和结构组件的CAD/CAE集成建模方法

为有效降低设计人员的认知负担,提高集成建模效率,提出并实现了一种计算机辅助设计/计算机辅助工程集成建模方法.该方法通过特征域定义实现模型领域知识的自然分类,构造结构组件作为特征载体,将领域知识应用于特征求解,在结构组件内部约束和外部关联两个层次上建立序列化建模过程;利用特征关联矩阵进行特征关联动态管理,实现模型修改的特征联动,建立了完整的产品计算机辅助设计/计算机辅助工程集成模型.基于该方法开发了一种针对建筑钢结构工程产品的分析系统,通过网架模型的设计实例,验证了该方法的正确性和有效性.     

CAD/CAPP集成中的精度信息建模研究

精度信息是CAD／CAPP集成系统产品信息模型中不可缺少的重要组成部分,而精度信息的描述与建模是实现CAD／CAPP／CAM集成的瓶颈问题之一。本文在深入研究产品特征模型中精度信息及其表达的基础上,进一步提出将精度信息作为形状特征的附加属性,并通过引用几何链表将二者集成起来,形成一个能满足集成CAD／CAPP／CAM需要的产品信息模型。进而,详细探讨和实践了特征信息模型的处理方法,采用共享特征数值库存贮特征信息,并利用基于ObjectARX的数据库接口ASI（AutoCAD SQL Interface）技术的数据库的双向操作功能实现了CAD／CAPP各系统间的数据交换与共享,使CAD／CAPP在真正意义上的信息集成成为可能。     

基于XML的CAD系统和虚拟装配系统之间的数据转换

针对计算机辅助设计系统和虚拟装配系统之间的模型转换问题,提出了基于特征的统一的产品层次信息模型,采用XML中性文档和三角面片模型文件,通过信息分解的方法,分别将在产品建模系统中建立的产品层次信息模型中的装配信息和几何拓扑信息与三角面片信息通过数据转换接口转换到虚拟装配系统中,并在虚拟装配系统中通过映射关系进行模型重构,较好地解决了计算机辅助设计系统和虚拟装配系统之间信息共享的问题,通过实例验证了研究成果的可行性。     

基于几何与公差信息的加工特征识别方法

为实现计算机辅助设计与计算机辅助工艺规划系统的有效集成,提出了一种同时利用几何信息和公差信息的加工特征识别新方法。建立了加工资源、加工表面和加工方法三类信息模型。提出了切削模式的概念及以之为基础的表面加工方法生成原理和过程。建立了表面加工方法优化选择模型。采用多目标模糊优化结合蚁群算法求解该模型,为每个加工表面选择最优加工方法,并将在同次装夹中采用同一刀具类型和加工条件进行加工的表面聚为加工特征。最后,通过实例测试,验证了该方法的正确性和有效性。     

基于鱼类运动行为的水质异常评价因子研究

针对利用鱼类运动行为进行异常水质评价的问题,本文对如何选取具有普遍性、全面性、代表性等特点且能够反映水环境与鱼类运动特征参数之间的主要相关性的因子进行了研究。首先通过研究水质变化对红鲫鱼运动轨迹的影响,引入基于鱼类运动轨迹的曲率、邻近特征这两个特征参数;其次分别提取正常和异常水质中红鲫鱼的速度、加速度、曲率、邻近特征4个特征参数,建立水质异常评价因子数据库;最后将不同评价因子输入支持向量机(SVM)进行分类识别,且采用ROC曲线考察鱼类运动特征参数和水质安全定性关系的准确性。实验结果表明,曲率、邻近特征作为水质评价因子明显优于速度、加速度,不但异常水质识别率达到90%以上,而且通过ROC曲线可知其建立的模型具有稳健性、普适性、高效性。     

利用曲率多特征融合改进人体三维脊椎模型特征点的标注方法

由于脊椎生理结构的精准坐标描述和准确匹配尚未达到医学精度的要求,本文对如何精确描述脊柱腰骶段特征点的物理坐标进行研究。介绍了人体脊椎采样特征点的定义和传统标记方法。针对手动标注特征点精确度不够,易产生较大误差等问题提出了一种基于曲率多特征融合的自适应标注特征点的方法。该方法首先找出某个特征点的高斯曲率和平均曲率流的定义值,得到该特征点的法曲率相对极大值,并计算在指定极小半径r范围内的所有模型点的法曲率相对极大值。由于极大值曲率越大,三维模型表面在该点处的弯曲程度越大,该点就越能表现三维模型的大致轮廓,故以r范围内极大值最大的点作为特征点的曲率描述来替换手动拾取的点,从而准确反映该点的特征变化情况。最后,对改进结果进行偏差验证分析。结果表明:改进方法的准确度比现有手动标注特征点方法的准确度提高了约37%,验证了本文方法的有效性。     

一种新的截面轮廓特征点识别与分段曲线类型判别算法

截面特征处理技术是基于特征的反求工程CAD建模中的一个重要组成部分,而特征点识别、分段曲线类型判别是其首要环节。本文提出一种新的算法:首先对截面数据点排序;然后基于协方差矩阵的特征值分析自适应地确定支撑区域;在此基础上计算离散点的曲率进而完成特征点识别并实现数据分段;最后确定每个分段数据所对应的曲线类型。实验表明:算法精度较高,为基于特征的截面曲线重建提供了依据。     

基于UG实体模型的特征信息提取技术研究

CAPP系统用“制造特征”来产生与零件加工探作相关的信息。然而，这些制造特征信息在传统的CAD系统中并没有明确的包含。本文尝试着集成特征识别技术和基于特征的设计技术实现从设计特征模型中提取出制造特征。而且，随着“全息模型”技术的发展，产品的三维设计模型中逐步包含了一些CAPP系统所必需的零件信息，如零件表面粗糙度、几何公差和基准等。本文也提出一种方法将它们从零件模型的工程数据库中提取出来。     

CAD/CAM集成系统中的特征分类与描述方法研究

特征分类与描述是实现基于特征的ＣＡＤ／ＣＡＭ系统集成的关键技术之一,本文从面向制造系统的角度出发,根据实际需要提出了基于特征族的特征分类方法,并对在特征造及特征识别阶段由于对特征概念理解上的差异所带来的问题进行了探讨,提出了相应的特征描述方法,充分满足了产品生命周期各阶段对特征描述的需要,解决了特征的可扩展性问题。     

A new rolling bearing fault diagnosis method based on multiscale permutation entropy and improved support vector machine based binary tree

A new bearing vibration feature extraction method based on multiscale permutation entropy (MPE) and improved support vector machine based binary tree (ISVM-BT) is put forward in this paper. Local mean decomposition (LMD), a new self-adaptive time–frequency analysis method, is utilized to decompose the roller bearing vibration signal into a set of product functions (PFs) and then MPE method is used to characterize the complexity of the principal PF component in different scales. After the feature extraction, a new pattern recognition approach called ISVM-BT is introduced to accomplish the fault identification automatically, which has the priority of high recognition accuracy compared with other classifiers. Besides, the Laplacian score (LS) is introduced to refine the fault feature by sorting the scale factors. Finally, the rolling bearing fault diagnosis method based on LMD, MPE, LS and ISVM-BT is proposed and the experimental results indicate the proposed method is effective in identifying the different categories of rolling bearings.     

基于改进SIFT特征提取的车标识别

为减少SIFT车标识别算法中检测极值点的冗余以及各种图像变化因素的不利影响,提出了基于边缘约束和全局结构化的改进SIFT算法。利用图像不变矩理论及图像边缘检测算法只对目标图像的边缘区域检测,剔除与车标识别区域无关的极值点;同时将特征点邻域划分为圆形并计算出同心圆内像素点最大曲率来构建全局SIFT组合特征向量,使SIFT描述子具有全局描述特性;并结合SVM模型作为车标图像特征向量的分类器进行特征分类、识别。仿真实验结果表明:改进的SIFT算法可以减少冗余极值点约25%~45%,提高了检测极值点的有效性;使车标平均识别率达到97%以上,改善了识别实时性。改进SIFT的车标识别方法与几种常用的图像特征提取算子相比较具有识别率高、识别速度快的优点。     

手机塑料外壳底面造型耐撞击性能研究

通过分析和提取手机外壳底面造型曲线不同曲率半径的造型特征,建立相应的手机前外壳模型。运用ABAQUS软件对其进行跌落仿真模拟实验,分析其耐撞击性能。根据实验数据在MATLAB软件中拟合曲线,能够预测一定曲率半径范围内手机底面自由跌落时碰撞区域最大应力,供产品设计师参考。实现了产品造型设计和可靠性设计的结合。     

基于IGES的钣金零件特征识别的方法研究

针对钣金设计软件数据模型的外部读取与特征识别问题,对钣金设计软件的数据共享、IGES文件结构以及零件特征分类进行了研究,提出了一种基于IGES曲面模型的后置处理方法,通过遍历IGES文件,获取了钣金零件的所有裁剪参数曲面信息,建立了以折弯面作为结点的双向链表的数据结构,根据IGES文件的数据特征,对钣金零件进行了特征分类,提取了钣金折弯特征并建立了特征间的依赖关系。利用Pro/E软件绘制的钣金零件对特征识别方法进行了测试。研究结果表明,该方法能够准确地获取钣金的特征,为钣金零件折弯仿真与工序规划提供了可靠的特征数据,使得产品开发周期缩短了近30%,最终实现了钣金加工的精确性与高效性。     

反求工程中切片数据处理及断面特征曲线全局优化技术

针对基于特征的反求工程中,各种曲面特征处理技术的研究已经比较深入,平面切片数据的特征处理技术研究相对不足的现状,研究并实现了处理切片数据的离散曲率分析、数据分段、特征识别和基于连续性约束的断面特征曲线全局优化技术,使获得的断面特征曲线在满足约束的同时对数据点的逼近误差达到最小。应用实例表明,通过点云切片和断面特征曲线全局优化技术进行反求工程曲面模型重建,可以显著提高曲面重建的效率和曲面的质量。