VGX变量化技术

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1、SDRC的VGX技术摘要：SDRC在I DEASMas terSeries5采用了一种崭新的核心技术VGX。VGX将用来建立一组变量化特征，这些特征使实体模型的编辑技术得到重大改进，编辑工作量大 大减少。I一DEASMasterSeries5是第一个使用变量化特征技术的软件系统。SDRC公司邀请D.H.BrownAssociates评述了一种叫做VGX的新型核心技术。这种技术将在IDEASMasterSeries5中使用。自从十年前参数化基于特征的实体建模技术首 次应用之后，VGX可能是最引人注目的一次革命。VGX的最大好处在于，使原有的参数化基于特征的实体模型在可编辑性及易编辑性方面得到了极

2、大的改善和提高。当用户打 算做预期的模型修改时，再也不用费心去理解和查询设计历程。当然，VGX技术仍保留了 I DEASMasterSeries5中应用设计历程树而形成的强有力的造型技术的优点，比如 捕捉零件各特征之间的关系，这在维持设计的整体性方面是很重要的。在当今大多数基于历程的参数化实体建模环境中，对零件进行编辑时，要求设计者须相当熟悉CAD软件的编程思路。而当创建参数化基于特征的实体时，如果实体发生变 化，设计者须用CAD软件指定的方式为其模型编程。这时用户给出的参数要能与软件编程相匹配，历程树和特征附着的规则要能与软件逻辑相匹配。当设计人员改变实体模型 的参数，并重新生成该模型时，就

3、只能执行该零件内定的逻辑。以零件的内定逻辑来判断哪部分模型可以修改，哪些不需要对几何图形进行大范围的重新构造。如此象程序员一样思考模型编辑的逻辑必要性，会极大地干扰工程设计工作。这种思考过程需要理解实体模型的构造顺序，从而打断了改进设计形状和功能的工程过程。 并且，当设计组的多个成员都在同一实体模型上工作时，每个人都要对历程树的修改达成一种绝对正确的理解方可对模型进行修改。由于工作习惯不同及理解差异，他们一 般很难直接找到这种绝对正确的方式，因而很可能与模型的逻辑不兼容。这种不兼容的情况经常出现，致使模型的修改会引起特别的争议并浪费大量的时间。（参数化设 计之缺陷一译者注）VGX消除了这些麻烦

4、！因为VGX允许CAD用户实时地照顾到三维实体的各个表面，避开设计历程树，随时生成新的规则并注入零件之中。按照SDRC的计划，第一个带有 VGX的版本IDEASMasterSeries5仅仅是奠定一个基础，在此之后会开发出一整套基于VGX的编辑功能。SDRC计划很快在VGX基础之上建立一整套变量化特征。即使这样，I DEASMasterSeries5的用户即将用到的这种既基于VGX的变量化特征又结合现有历程树技术的最基本的功能，就已在设计性能方面体现出了显著的实际效果。现有的对象编辑功能面临的挑战在当今传统的实体建模环境中，初始创建模型时遇到的困难已相对较少，而在适应动态设计、仿真以及加工环境

5、的前提下，如何提高后期设计修改的灵活性则是目前面临 的最大的挑战。当我们把参数化零件的编程作为选择设计方案的主要评估因素时，CAD、CAM或CAE用户必须研究二维轮廓的约束方式、二维轮廓转换成三维特征的模型构造技术、将 特征附着在已有实体上的各种方法、以及从设计历程树中获取的所有的构造顺序等，上述这些生成实体时的方方面面对零件可能进行的修改有极大的影响。当一个轮廓的约束方式不适合进行后期模型修改时，用户只能重新定义约束方式，而且还要重新生成零件模型。假如特征附着的方法致使子特征成为孤体，甚至在修改 父特征时子特征被删除，那么重新附着或重新构造这个零件将会相当费事。更重要的是，模型构造的步骤顺序

6、能够决定两个特征间可能的关系范围。例如，设计人员可能希望做一个合成编辑来驱动一个给定特征的尺寸，此特征基于另一个特征的 某个参数，而另一特征却是在设计历程树中后面的几步才被创建的。这时用户屏幕上当前显示的模型并没有说明哪一个特征是先创建的。传统的参数化CAD设计系统不允许这 种变化，除非重新安排这些特征。这实际又使设计者集中在工程方面的注意力受到干扰。设想一下，假如传统的CAD软件真的这样去编辑，将会发生什么情况。在模型重新生成的过程中，设计人员已确定了较理想的关系修改，设计历程树却检测出某已有特征 的尺寸或位置依赖于另一个特征，而这个特征是在重新生成顺序中后面的几步才可被创建的。一旦发现这种

7、难处理的情况，零件的重新生成就会失败。由于这种局限性，设计 人员不得不从头开始创建零件模型以体现其设计意图。无疑这将花费相当的时间和精力。（参数化设计之缺陷一译者注）D.H.Brown对使用参数化基于特征实体技术的单位做了大量研究之后，发现许多公司已经认识到这些问题，因此他们制定了一些指南或者构造零件模型的共同标准，以期 减少设计历程树中的这些负面因素。在很多情况下，这种自制的标准或许会有一定的效果，但是，此类标准通常难以推广实施。VGX在3D中定义变量化关系基于VGX的变量化特征允许CAD用户通过相同零件的特征在3D中动态捕捉各种关系，历程树顺序不影响关系的有效性。如图1所示。图1a的零件上

8、有一个孔，放在A面和B面中间，如图所示；设计人员可能希望定义一种关系，使得孔总保持与B面相切。应用变量化特征，设计人员只需要动态地向下 拖动孔移向B面，如图1b所示；图1c描述了当设计人员刚刚到达切点时的瞬间，B面以增亮显示来表明已满足相切条件。图la：初始模型图lb：用户动态拖动孔时的模型图lc：系统自动检测出与底面相切图1：在3D中直接应用各种关系图2： I DEASMasterSerires约束图标菜单VGX功能扩展了检验产品的约束推理能力，这种功能早在IDEASMasterSeries的2D变量化草图中就已投入使用。构图器在已有几何体的某作图面上构图时，自动推断 画出的图线与已有几何体

9、的相对位置关系，检测并动态地以预增亮方式显示出所有可能产生的约束。可以推断出的约束包括平行、垂直、相切和共线等VGX能识别基于3D 特征上的平面及解析曲面的约束。因此，SDRC的用户仍将非常喜欢这种VGX中提供的与原来的2D动态引导器完全一致的3D动态引导功能。这些新的3D约束，无需添加新的命令即可通过VGX来实现。而且，原有的约束菜单不需做任何改变，功能就能由2D扩至3D。如图2所示，只需点菜单做你想做的操作。因此，用户也不用另外学习新的操作，就连点菜单的机械动作都可保持原样。表1：VGX基础及应用应用变量化草图变量化扫掠变量化特征集成化2D/3D解算器约束管理VGX动态引导器总的来说，VG

10、X为用户提出了一种交互操作模型的一致的三维环境。设计人员在零件上定义关系时，基本上不用再关心2D设计信息如何演变成3D信息。由于设计人员不 用在2D和3D之间来回切换进行编辑，所以他们更少地去翻点菜单并以更少的形体动作来轻松完成设计模型的修改。表1概括了 VGX的核心功能以及建立在这些功能之上的三 种应用。方程式一拖一拽操作一指一点操作形状设计VGX与历程无关的操作过去在设计历程树中，造型步骤的顺序可能会导致关系失效。现在通过VGX定义的关系消除了这种担心。图3举了一个实例，图4给出了设计历程树。定殳旦圆柱2的高度驰动圆柱1与苴相等圆柱2的顶面定殳两風柱间的关系VGX淀义等:高館圆柱在有了一个

11、矩形块之后，设计人员以任意高度创建圆柱1，并将它加入到基座特征（矩形块）。下一步，用户以高度B创建圆柱2。使用VGX,设计人员拖动圆柱1的上 表面，拉长圆柱1直到软件识别并表示出两个圆柱的顶面共面。根据使用的约束，VGX识别出两个特征的高度与同一个平面相关。以变量化关系而论，IDEASMasterSeries 认为这两个高度是相等的。如果给一参数到某一个圆柱，即能确定两者的高度。注意：VGX允许使用历程树中稍后创建的特征（圆柱2）来确定历程树中早先创建的特征（圆 柱1）的高度。当今大多数CAD技术在上述情况下将判断关系失效，因为在圆柱1的创建过程中，模型重新生成时的历程树的重演必须寻找圆柱2上

12、的参数B。由于此时圆柱 2和参数B在历程树重演阶段尚不存在，因此重新生成将无法进行。（参数化设计之缺陷一译者注）加强部分约束模型的使用图4：带有两个圆柱的长方块的设计历程树大多数主导CAD产品已放宽了实体模型必须完全参数化的限制，因为取消这一限制可使初始模型构造更容易。对部分参数化模型持反对意见的一个最具争议性的理由是认 为设计人员不能完全信任重新生成的结果。如果不建立全约束，出错的源数据一 9如在非全参数化的几何模型上进行数字圆整一导致预想不到的结果。基于VGX的变 量化特征从容地避开了这种争议，因为用户可以实时地、直观地、动态地进行模型修改！他们根本不用费时等待重新生成的结果再来确定零件修

13、改正确与否。因此，VGX技 术提供了如下保证：初始模型构造更容易，后期模型修改结果可信，不会出现非预期结果。富于挑战性的开发之路虽然IDEASMasterSeries5将是颇为成熟的产品，但SDRC仍然只将建立在VGX技术基础上的3D变量化特征应用描述成概念发布，以说明VGX技术只是初试身手， 刚刚起步。例如，变量化特征目前仅表示了拉伸特征，尚不能表示旋转或倾斜特征。3D约束中的相切功能目前也只适用于平面或解析曲面。有了初始功能集以后，VGX尚须同基于设计历程的建模一起使用。因此，要想有效使用，必须具有很强的诊断工具，来理解和研究带有约束的VGX技术与那些基于历程 的构造过程中所应用的技术之间

14、的相互影响及作用。例如，如图4所示，假设设计人员施以一参数于圆柱1, IDEASMasterSeries将检测出过约束的条件并报告错误。一种 关系被建立起来：两个圆柱的高度必须相等，圆柱2已有一个附带的尺寸参数。圆柱1上的这个尺寸参数将会与圆柱2上的尺寸参数发生冲突。如图4所示，这种问题将很容 易在这种简单零件上被检测出来。但是，如果没有一种强有力的诊断工具，在一些工业应用中经常出现的复杂零件上，这种问题将很难被检测出来。值得庆幸的是，SDRC已拥有了很强的诊断功能。例如，IDEASMasterSeries将能够对表面进行彩色编码，用颜色注释出某面是否已可以用VGX约束、部分约束、全部约 束或

15、不能应用VGX约束。在零件建模过程中，哪些约束过的表面将从VGX编辑中清除。对零件模型使用SHOWFREE命令则显示注释颜色，并在那些自由度开放的方向上 做动画显示，提醒用户所选体素可以使用VGX。but now实傣模型圆拄特征退回到某线框状:彥圆拄特征退回到某线框状态，特征仍显示但为半透明快速线框工具在检测约束、了解历程树以及修改模型构造等方面也很有用处。图5描述了快速线框。如果用户回退到某状态对一个零件进行修改，快速线框允许用户提前查看在当前状态之外所添加的特征。快速线框以一种半透明的方式显示特征之线框边缘和所附特征约束。同时，它也显示与之有相关约束的其它线框实体。光标放在某面则显示与之相关表面。美好前景即使在目前VGX技术刚成形的初始阶段，SDRC的用户也会发现VGX性能的价值。我们期待SDRC继续研发此项技术，并不断使之完善，造福于广大用户。