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南 京 理 工 大 學(xué) 紫 金 學(xué) 院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯
系： 機(jī)械工程系
專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化
姓 名： 姚宇峰
學(xué) 號(hào)： 060104224
(用外文寫)
外文出處： Computers in Industry
39（1999）113–125
附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。
指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：
外文翻譯基本遵循了原文，用詞較為準(zhǔn)確，整體質(zhì)量較好，但存在個(gè)別專業(yè)詞匯不夠準(zhǔn)確、部分語(yǔ)句較生硬的不足。
簽名：
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注：請(qǐng)將該封面與附件裝訂成冊(cè)。
附件1：外文資料翻譯譯文
集成特征識(shí)別和特征設(shè)計(jì)的模塊化建模方法
1 引言
對(duì)于零件加工，加工特征起到連接CAD和CAPP的作用。因?yàn)镃AD數(shù)據(jù)處于一個(gè)低水平的格式，比如邊界表示法。因此，CAD數(shù)據(jù)需要被轉(zhuǎn)化為一個(gè)高層次的格式以便滿足CAPP的應(yīng)用。
在特征識(shí)別的過程中，在設(shè)計(jì)結(jié)束后，特征從零件描述中被識(shí)別出來(lái)。因?yàn)镃AD數(shù)據(jù)沒有明確的提供特征信息，因此，特征信息必須要被識(shí)別和提取。所以，從CAD模型中識(shí)別特征的方法和算法是非常關(guān)鍵的。旋轉(zhuǎn)零件通常以2D模型的形式來(lái)表述，旋轉(zhuǎn)特征可以從零件的2D輪廓或邊界模式中來(lái)判別。人們發(fā)現(xiàn)識(shí)別旋轉(zhuǎn)特征的方法可以用作旋轉(zhuǎn)模式的識(shí)別，專家系統(tǒng)/邏輯方法和基于圖的方法的識(shí)別。最近，柱狀3D特征普遍用固體模型表示。3D柱狀特征的識(shí)別已經(jīng)與搜索和匹配3D表面鄰接關(guān)系或體積模式的幾何推理有關(guān)聯(lián)。Joshi、Chang和Tseng總結(jié)了3D柱狀特征的特征識(shí)別方法。Sakurai和Dave、Trabelsi和Meeran、Wu和Liu、Dong和Vinayan、Qamhiyah et al、Allada、Anand代表著最近的方法。
特征識(shí)別方法有允許使用不同系統(tǒng)的CAD作為輸入數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)。方法本身沒有限制設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)零件的幾何。但是，識(shí)別程序始于一開始而且沒有一個(gè)設(shè)計(jì)者的想法可以用來(lái)協(xié)助識(shí)別。設(shè)計(jì)的作用性信息不代表著特征數(shù)據(jù)，那樣就需要在識(shí)別程序啟動(dòng)后解釋一下。另外，在某些情況下存在不識(shí)別的結(jié)果。一個(gè)零件幾何的一部分可能會(huì)由于一些參數(shù)和特殊方法的限制而不被識(shí)別。一些不被識(shí)別的結(jié)果可以發(fā)生在不同的情況下。
（1）設(shè)計(jì)的零件可能還沒有完成或者由于設(shè)計(jì)者的錯(cuò)誤而造成的零件的不正確。比如，一個(gè)設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)一個(gè)槽指定了2個(gè)面，但是2個(gè)面不互相平行。那么如果特征識(shí)別方法搜索一個(gè)關(guān)于2個(gè)面平行的模式，那么槽就不會(huì)被識(shí)別。
（2）也有可能存在不是預(yù)定義的特征，設(shè)計(jì)者可能給一個(gè)零件設(shè)計(jì)一個(gè)新的形狀，那么新的幾何將不會(huì)被特征識(shí)別方法所識(shí)別。
（a）這種方法四個(gè)階段的所有流程
(b)整合模塊化和模塊化特征識(shí)別的模塊化建模方法的所有流程
圖1
（3）該特征識(shí)別算法可能沒有完成，比如，特征識(shí)別方法的推理和搜索方法不包括所有可能的情況。在某些情況下，由于特征的相互作用引起的邊界變動(dòng)而出現(xiàn)了不識(shí)別的結(jié)果。特殊的幾何結(jié)構(gòu)可能沒有被定義而識(shí)別不了。如果有一個(gè)不識(shí)別的結(jié)果出現(xiàn)，那么一個(gè)恢復(fù)過程是必須的。
另一方面，在傳統(tǒng)的基于特征設(shè)計(jì)的方法中，在創(chuàng)造一個(gè)新零件的過程中，特征就被包含在里面了。事先定義的特征是來(lái)自于一個(gè)圖書館并且操縱設(shè)計(jì)著一個(gè)零件?；谔卣鞯牧慵拿枋隹梢灾苯佑迷贑APP中。關(guān)于基于特征設(shè)計(jì)方法的回顧和討論可以在Chang、Shah、Roger和Shah中找到。在一個(gè)典型的基于特征的設(shè)計(jì)中，可以用到設(shè)計(jì)中的形狀被限制在個(gè)別的基本加工特征中。設(shè)計(jì)者可能必須得考慮不使用功能因素的加工觀點(diǎn)的幾何。然而，所有的形狀是用基本的加工特征創(chuàng)造出來(lái)的，盡管那些形狀可能經(jīng)常使用組或者完成了的模型。
最近，Laakko、Mantyla和De Martino et al已經(jīng)在討論基于特征的設(shè)計(jì)和特征識(shí)別的綜合化。在上述方法中主要討論的主題是在基于特征設(shè)計(jì)的程序之后去識(shí)別和更新特征。目的是分開互動(dòng)特征和在基于特征設(shè)計(jì)的模型中保持一組有效設(shè)置的特征。Han 和 Requicha提出的方法是在固體模型和設(shè)計(jì)特征中識(shí)別特征運(yùn)用信息是否有用。主要思想是利用設(shè)計(jì)特征或人的干預(yù)來(lái)提示特征識(shí)別程序。
本文提出了一種新的方法。第一個(gè)想法是加強(qiáng)提供給設(shè)計(jì)者的技術(shù)支持。這種方法是基于設(shè)計(jì)者對(duì)功能設(shè)計(jì)觀點(diǎn)中的功能模塊比較熟悉的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。那樣對(duì)于一個(gè)設(shè)計(jì)者來(lái)說在設(shè)計(jì)中使用功能模塊比使用個(gè)人加工特征要方便的多。從功能觀點(diǎn)來(lái)看，一個(gè)功能模塊在一個(gè)零件中起著一個(gè)獨(dú)特的作用。從加工觀點(diǎn)來(lái)看，一個(gè)功能模塊可以看做是一個(gè)包含一組基本的加工特征的復(fù)合特征。在這種情況下，復(fù)合特征經(jīng)常出現(xiàn)在設(shè)計(jì)中，這個(gè)特征可以被定義為一個(gè)協(xié)助設(shè)計(jì)程序的模塊。
第二種想法是簡(jiǎn)化特征識(shí)別程序上的負(fù)荷。數(shù)據(jù)顯示對(duì)于一個(gè)固定的產(chǎn)品類型，例如電機(jī)軸，只限制了功能模塊的存在。每個(gè)功能模塊只限制了加工特征的存在。因此，特征識(shí)別方法可以簡(jiǎn)化為申請(qǐng)僅有的必須的特征識(shí)別和只在每個(gè)單一的模塊上搜索。在典型的特征搜索方法中，經(jīng)常嘗試去開發(fā)一個(gè)方法，這個(gè)可以方法盡可能復(fù)雜和完全的去識(shí)別盡可能多的特殊例子。在這種新方法中的想法是去取消執(zhí)行十分復(fù)雜的特征識(shí)別和搜索整個(gè)零件的必要性?；诿總€(gè)模塊的特征，只有必須的特征識(shí)別程序才會(huì)在每個(gè)模塊上執(zhí)行。因此，該設(shè)計(jì)采用增強(qiáng)模塊的設(shè)計(jì)理念，只識(shí)別每個(gè)模塊上的加工特征簡(jiǎn)化了特征識(shí)別。
在這種方法中，四個(gè)階段中執(zhí)行了兩個(gè)階段。在第一個(gè)階段中分析了存在的零件。模塊創(chuàng)造階段和模塊特征識(shí)階段仍在運(yùn)行著。在應(yīng)用階段，新零件可以被創(chuàng)造出來(lái)。模塊階段的設(shè)計(jì)和CAPP的準(zhǔn)備階段也在運(yùn)行著。四個(gè)階段的流程圖顯示在圖a中，方法的整體流程顯示在圖b中。
在下面的介紹中，四個(gè)階段都被討論了。在電機(jī)軸的設(shè)計(jì)和流程規(guī)劃環(huán)境上實(shí)施這個(gè)方法同樣也被討論了。最后，結(jié)論將在第7節(jié)中得出。
圖2 使用范例A說明一個(gè)電機(jī)軸被分成五個(gè)功能環(huán)節(jié)
2 模塊創(chuàng)建階段
首先，零件的類型被分析了并且分解成幾個(gè)孤立的功能環(huán)節(jié)。每個(gè)環(huán)節(jié)執(zhí)行著不同的功能和在整個(gè)零件中扮演著一個(gè)獨(dú)特的角色。在每個(gè)功能環(huán)節(jié)，幾何形狀可能會(huì)變化。不同的幾何形狀可以執(zhí)行著相同的功能但是可能會(huì)隨著它們自身的詳細(xì)幾何形狀而變化。這些不同的幾何形狀被叫做功能環(huán)節(jié)的功能模塊。在這個(gè)階段，各種功能模塊都為了每個(gè)功能環(huán)節(jié)而創(chuàng)造出來(lái)。
從另一個(gè)觀點(diǎn)來(lái)看，一個(gè)功能模塊可以看做是一個(gè)包含著一系列的基本加工特征的復(fù)合特征。每個(gè)功能環(huán)節(jié)為了確定它的幾何和加工特征而分析。
圖3 設(shè)置五個(gè)環(huán)節(jié)的每個(gè)模塊裝置的部分
舉個(gè)例子，一個(gè)電機(jī)的軸可以被劃分為5個(gè)功能環(huán)節(jié)。5個(gè)功能環(huán)節(jié)可以命名為L(zhǎng)E環(huán)節(jié)、LB環(huán)節(jié)、C環(huán)節(jié)、FB環(huán)節(jié)和FE環(huán)節(jié)。電機(jī)軸的每個(gè)環(huán)節(jié)的詳細(xì)功能是很長(zhǎng)的而且不會(huì)在這里討論。為了確保一個(gè)有用的表決，這次任務(wù)需要和設(shè)計(jì)者和制造商詳細(xì)的討論。在表決之后，每個(gè)環(huán)節(jié)在軸中執(zhí)行著一個(gè)獨(dú)特的角色但是可以結(jié)合在特殊考慮下的詳細(xì)幾何而設(shè)計(jì)不同角色。一個(gè)不同的幾何圖形為功能環(huán)節(jié)構(gòu)成了一個(gè)可能性的功能模塊。用一個(gè)電機(jī)軸作為插圖，五個(gè)功能環(huán)節(jié)如圖2所示。設(shè)置五個(gè)環(huán)節(jié)的每個(gè)模塊裝置的部分如圖3所示。總結(jié)這個(gè)階段的程序如下所示。
（1）根據(jù)功能設(shè)計(jì)的概念把一個(gè)零件劃分為幾個(gè)功能環(huán)節(jié)。一個(gè)零件劃分成n個(gè)環(huán)節(jié)并且標(biāo)記為S1,S2,S3……Sn。比如說，一個(gè)電機(jī)軸可以被劃分為5個(gè)環(huán)節(jié)標(biāo)記為L(zhǎng)E,LB,C,FB和FE。
（2）為每個(gè)功能環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)功能模塊。在每個(gè)環(huán)節(jié)，環(huán)節(jié)可能結(jié)合基于不同詳細(xì)考慮的不同的幾何形狀來(lái)設(shè)計(jì)。每個(gè)不同的設(shè)計(jì)就是每個(gè)環(huán)節(jié)的模塊。因此，對(duì)于每個(gè)Si環(huán)節(jié)，各種Mij模塊被創(chuàng)造出來(lái)。
環(huán)節(jié)S1：模塊M11，M12……
環(huán)節(jié)S2：模塊M21，M22……
環(huán)節(jié)S3：模塊M31，M32……
……
環(huán)節(jié)Sn：模塊Mn1，Mn2……
作為圖3的插圖，在一個(gè)電機(jī)軸中，不同的模塊為每個(gè)環(huán)節(jié)創(chuàng)造出來(lái)。
對(duì)于LE環(huán)節(jié)，模塊LE1,LE2,LE3……LEn被創(chuàng)造出來(lái)了。
對(duì)于LB環(huán)節(jié)，模塊LB1,LB2,LB3……LEn被創(chuàng)造出來(lái)了。
對(duì)于C環(huán)節(jié)，模塊C1,C2,C3……Cn被創(chuàng)造出來(lái)了。
……
數(shù)據(jù)顯示這種方法比較適合固定的產(chǎn)品類型。在實(shí)際情況中，每個(gè)環(huán)節(jié)的不同的模塊數(shù)可以被一組受限制的數(shù)字所控制。根據(jù)當(dāng)?shù)匾患译姍C(jī)制造公司的數(shù)據(jù)顯示。盡管電機(jī)的尺寸在5到150馬力之間變化，軸中一個(gè)環(huán)節(jié)中的不同模塊數(shù)目在20之內(nèi)。主要的原因是一個(gè)環(huán)節(jié)的主要功能被確定了，然后主要的形狀通常也就固定了。那樣，模塊形狀的變異可能只是在細(xì)節(jié)上了。自從負(fù)載側(cè)通常是以顧客為中心的，最大的數(shù)目經(jīng)常出現(xiàn)在LE環(huán)節(jié)上了。經(jīng)過對(duì)所有章節(jié)的所有模塊創(chuàng)建之后，所有的模塊都投入了下一階段的特征識(shí)別。
3 模塊化特征識(shí)別階段
在這個(gè)階段，一個(gè)特征識(shí)別的方法應(yīng)用在前一階段創(chuàng)建的每個(gè)模塊的邊界表示數(shù)據(jù)中。從加工的觀點(diǎn)來(lái)看，每個(gè)模塊是一個(gè)復(fù)合特征而且是對(duì)應(yīng)著一組加工特征。每個(gè)環(huán)節(jié)有它自身鮮明的特點(diǎn)。只有限制了存在于每個(gè)環(huán)節(jié)中的模塊的基本加工特征的類型。因此，特征識(shí)別方法可以簡(jiǎn)化為只采用必須的特征識(shí)別和在一個(gè)明確的環(huán)節(jié)中搜索。有一種方法使用邊緣鄰接圖去識(shí)別，區(qū)分2D加工特征呈現(xiàn)在下面。
（1）一個(gè)模塊的2D邊界表示數(shù)據(jù)是從CAD系統(tǒng)中檢索出來(lái)的。2D的幾何數(shù)據(jù)用坐標(biāo)(x，z)表示用來(lái)輸入到識(shí)別方法中。由于零件是旋轉(zhuǎn)的而且零件的邊緣是對(duì)稱的，只有上半部分能輸入到程序中。
（2）模塊的邊緣是從右到左變化的。模塊的邊緣被劃分為線性邊緣和圓弧邊緣。鄰接邊緣的鄰接關(guān)系就被確定了。邊緣可以被劃分為凸鄰接或凹鄰接。如果從外部測(cè)量的零件的邊緣之間的角度是小于180度，那么兩邊緣是凹鄰接，否則是凸鄰接。
（3）模塊的邊緣可以用節(jié)點(diǎn)來(lái)表示，連接兩邊緣的直線可以用圖中的圓弧表示。
（4）特征模式可以用邊緣鄰接圖稱作特征圖來(lái)表示。每個(gè)特征模式有一個(gè)獨(dú)特的特征圖。這個(gè)應(yīng)用的特征模式包括外徑（H）、面（E）、錐度（T）、倒角（M）、圓角的加強(qiáng)（R）、棱角角度的加強(qiáng)（P）、槽（U）、V型槽（V）。特征模式和特征圖如圖4所示。
圖4 特征模式和特征圖
附件2：外文原文（復(fù)印件）