引言

　　傳統(tǒng)cad系統(tǒng)僅能表達(dá)產(chǎn)品的幾何信息您账，不能表達(dá)語義盲拐、功能及與制造等具體應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)的非幾何信息拳沙。實(shí)體造型以體素為單位，將多個簡單形體經(jīng)過布爾操作構(gòu)成復(fù)雜形體号均，但這種方法設(shè)計人員并不習(xí)慣怔惯，工程應(yīng)用領(lǐng)域需要的是賦予功能語義的結(jié)構(gòu)要素（如螺紋孔、花鍵特征等）易震，而不是純幾何形體（點(diǎn)庞取、線、面）烈瑰。

　　特征設(shè)計起源于各種應(yīng)用（cad鞍靴、capp、cam）領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品信息的集成與共享需求镶摘。前期主要是避免產(chǎn)品數(shù)據(jù)重復(fù)輸入所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)冗余與輸入錯誤嗽桩，為產(chǎn)品信息集成提供統(tǒng)一的表示，后期發(fā)展為并行設(shè)計凄敢、dfx等設(shè)計哲理提供過程的支持及實(shí)現(xiàn)機(jī)制碌冶。目前，特征設(shè)計仍是cims過程集成涝缝，以及在虛擬制造環(huán)境下設(shè)計的關(guān)鍵扑庞。幾十年來，在這方面拒逮，雖已取得了許多理論及應(yīng)用成果罐氨。然而，特征設(shè)計及在現(xiàn)有cad系統(tǒng)上開發(fā)的基于特征設(shè)計的軟件效果并不理想消恍，主要表現(xiàn)在［1～3］：特征設(shè)計軟件主要以某一領(lǐng)域來建模（如制造約束）岂昭，很難對其功能進(jìn)行再擴(kuò)充；缺少將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)狠怨、方法及約束融合在一起的可擴(kuò)展模型约啊，系統(tǒng)的柔性差，不適應(yīng)企業(yè)競爭對產(chǎn)品設(shè)計的高柔性要求秫玉；目前瘫笋，某些商業(yè)cad軟件系統(tǒng)一般只提供編程環(huán)境，不具有可視化的開發(fā)及重組能力耀到∠嵌拢可視化方法［4］強(qiáng)調(diào)對感興趣信息的可視描述和可視信息的直接處理，由于它具有直接莲吐、方便粟墩、面向用戶等特點(diǎn)，目前在界面設(shè)計的可視化、科學(xué)計算的可視化惨槐、程序設(shè)計的可視化等方面得到廣泛的應(yīng)用问嬉。但是，現(xiàn)有可視化方法一般只能對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行可視化處理瘤褒。 而不能對cad特征及其動態(tài)組裝進(jìn)行可視化生成炮姑，筆者已完成的特征可視化生成系統(tǒng)（visu al production system for feature，vpsf）悲组，是由一組工具組成的集成環(huán)境检痰，通過可視化方法對約束及設(shè)計方法協(xié)調(diào)進(jìn)行處理，以支持用戶生成特征锨推、標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件及相關(guān)文檔铅歼，再由可視化方法進(jìn)行程序設(shè)計組裝，成為特定領(lǐng)域且可擴(kuò)展的cad系統(tǒng)爱态。

　　1 機(jī)械cad軟件開發(fā)的可視化方法

　　1.1 設(shè)計思想 

　　要設(shè)計一個支持用戶在設(shè)計過程中擴(kuò)充特征及對特征維護(hù)的方法谭贪，必須滿足：

　　可擴(kuò)展的模型應(yīng)包括數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)锦担、低層約束和高層約束；

　　可擴(kuò)展的模型獨(dú)立于推理顯示fdm（feature display management）慨削，以保證fdm對不同特征顯示的單一性及通用性洞渔； 

　　fdm相對于核心程序的獨(dú)立性，使特征可視生成及其組裝的算法代碼能并行開發(fā)缚态；

　　核心構(gòu)件能方便地與fdm代碼在統(tǒng)一的環(huán)境下進(jìn)行編碼磁椒，使程序員能方便地由特征裝配成為特定cad應(yīng)用系統(tǒng)； 

　　集成環(huán)境應(yīng)支持用戶對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和約束同時進(jìn)行可視化處理加工玫芦，以保證特征浆熔、標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的生成效率和質(zhì)量，同時支持特征或標(biāo)準(zhǔn)件的對話框可視調(diào)整守涤，特征組成的浮動窗口菜單的可視布置以及相關(guān)程序代碼的生成矢匾。

　　1.2 機(jī)械cad可視化開發(fā)過程模型

　　在邏輯上，cad應(yīng)用軟件的開發(fā)過程如圖1所示溃艺，集成環(huán)境由一系列的工具組成区戚，支持最終用戶生成特征庫、標(biāo)準(zhǔn)件庫和界面庫睡硫，包括對話框及菜單圖符組挣堪，在集成環(huán)境下能構(gòu)成特定應(yīng)用的cad系統(tǒng)原型 （uims），且能進(jìn)行在線仿真趣闹，同時又能可視化地修改其結(jié)構(gòu)豁惨。uims和fdm是集成環(huán)境中的一部分，特征庫（feature data base，fdb ）烂辟、標(biāo)準(zhǔn)件庫（standard components data base 唤鳍，scdb）和界面庫（interface   suppo rt data base，isdb）是軟件支持庫（software support data base坟翠， ssdb）的一個子映射赖钞。所生成的特征庫、標(biāo)準(zhǔn)件庫和界面庫聘裁，與特定的核心構(gòu)件聯(lián)接后形成可執(zhí)行的文件雪营，經(jīng)用戶評價后提出修改意見，并在集成環(huán)境下對特征庫衡便、標(biāo)準(zhǔn)件庫和界面庫進(jìn)行可視化修改献起，直至滿足要求為止。對一個特定的機(jī)械cad應(yīng)用系統(tǒng)镣陕，除了界面庫谴餐、特征庫和標(biāo)準(zhǔn)件庫與系統(tǒng)有關(guān)外，其它部分與系統(tǒng)無關(guān)呆抑。不同的應(yīng)用系統(tǒng)具有不同的界面庫岂嗓、特征庫和標(biāo)準(zhǔn)件庫，尤其重要的是鹊碍，在該系統(tǒng)開發(fā)的不 同階段厌殉，其相關(guān)庫能在集成環(huán)境下進(jìn)行可視化處理加工，以便于對 cad應(yīng)用系統(tǒng)的質(zhì)量進(jìn)行不斷地改進(jìn)侈咕。

　　其核心是支持集成環(huán)境運(yùn)行的ssdb选浅。在該數(shù)據(jù)庫支持下將一系列的工具組合在統(tǒng)一的集成環(huán)境中進(jìn)行可視化操作，將引起ssdb的更新庇讥，而且通過圖形尚技、對話框的直接可視交互，還能將修改的 ssdb直接反映在交互的圖形上润沸，通過依賴于特征潭耙、標(biāo)準(zhǔn)件的浮動窗口菜單及對話框可構(gòu)造所設(shè)計的cad原型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。支持用戶界面启血、特征庫或標(biāo)準(zhǔn)件庫和核心構(gòu)件庫的并行開發(fā)魂姆。  

　　ssdb是將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、可變約束户载、設(shè)計方法和界面融合在一起的可擴(kuò)展模型澜茁，用戶通過對特征、對話框和浮動窗口菜單的直接交互锻宵，可實(shí)現(xiàn)對可擴(kuò)展模型的修改从肮。該模型是將信息組織在一系列有序的結(jié)點(diǎn)中筐子，通過可視化環(huán)境由用戶構(gòu)成結(jié)點(diǎn)與結(jié)點(diǎn)之間的動態(tài)聯(lián)接關(guān)系，并形成可擴(kuò)展模型的狀態(tài)超圖結(jié)點(diǎn)缓苛。其超圖結(jié)點(diǎn)聚合多個子結(jié)點(diǎn)芳撒，每個子結(jié)點(diǎn)指向的對象包括參數(shù)、幾何拓?fù)鋽?shù)據(jù) 未桥、低層約束笔刹、高層約束或一個設(shè)計表格等。按不同抽象層次來組織不同的索引結(jié)構(gòu),以便于可視化環(huán)境能實(shí)時地取得相關(guān)數(shù)據(jù)及設(shè)計方法冬耿。通過結(jié)點(diǎn)和超圖結(jié)點(diǎn)能方便地組成特定的cad應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)舌菜。   

　　特征柔性模型，它是軟件支持庫的核心亦镶，主要由特征的隱式模型（約束特征的一組參數(shù)）日月、顯示模型、約束模型(低層約束和高層約束)及連接模型組成缤骨，與以往的特征模型不同之處爱咬，是采用面向?qū)ο蟮姆椒ǎ瑢⒓s束方法有效封裝在特征模型中绊起。其中每個模型都是動態(tài)的精拟，隨著設(shè)計過程的進(jìn)行，模型中的結(jié)構(gòu)箩晦、約束方法在改變并完善为或。特征的顯示模型受約束方法模型中的表達(dá)式約束，表達(dá)式的變量取值是從隱式模型中通過參數(shù)匹配來獲取晃键，顯示模型與實(shí)體之間自動建立對應(yīng)關(guān)系，通過顯示模型中的實(shí)體可顯示特征的精確結(jié)構(gòu)形狀漱啥。聯(lián)接模型用來構(gòu)成特征組裝時的動態(tài)連接關(guān)系迟赶。 

　　2 基于約束的特征顯示管理 

　　特征庫(fdb)和標(biāo)準(zhǔn)件庫(scdb)是聚合多個子結(jié)點(diǎn)的狀態(tài)超圖結(jié)點(diǎn)，主要包含特征參數(shù)灶常、精度堵但、低層約束、高層約束結(jié)點(diǎn)毯输。結(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系及信息的動態(tài)擴(kuò)充是通過可視化環(huán)境來完成的铁厌。

　　特征顯示管理(fdm)是基于fdb或scdb，又完全獨(dú)立于fdb和scdb的一組通用程序代碼霜甜，其核心部分是表達(dá)式的求解及基于高層約束的推理機(jī)惹模。主要通過低層表達(dá)式的約束快速更改圖形的幾何坐標(biāo)點(diǎn)，以得到 一個圖形的原型箕昭，由高層約束協(xié)議完成圖形原型的細(xì)化灵妨，fdm作為目標(biāo)代碼與核心構(gòu)件聯(lián)接成為應(yīng)用系統(tǒng)的原型解阅，這時如發(fā)現(xiàn)所設(shè)計的fdb或scdb不滿意，還可將其返回到集成環(huán)境下修改泌霍。

　　設(shè)計特征顯示管理主要依據(jù)可擴(kuò)展的模型結(jié)構(gòu)及其信息货抄，可擴(kuò)展模型中的幾何、低層約束朱转、高層約束信息及它們之間的關(guān)聯(lián)是在集成環(huán)境下由可視化操作完成的蟹地。低層約束直接約束幾何坐標(biāo)點(diǎn)，高層約束是由語言規(guī)則 （如平行藤为、圓弧過渡等）描述的怪与，用以約束特征中的實(shí)體拓?fù)潢P(guān)系，集成環(huán)境將其轉(zhuǎn)換成直接操作的一些協(xié)議凉蜂，通過選項(xiàng)配置琼梆，在交互時只顯示由低層約束時的特征及標(biāo)準(zhǔn)件的原型，以滿足快速交互的目的窿吩。對于可視化生成環(huán)境而言茎杂，fdm是通用的，不同的特征或標(biāo)準(zhǔn)件瘫篮，所表現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其約束方法是不同的扯连，fdm是唯一的。

　　3 應(yīng)用系統(tǒng)的uims 

　　用戶界面支持庫（isdb）是由結(jié)點(diǎn)組成的復(fù)雜網(wǎng)狀關(guān)系結(jié)構(gòu)唆皇，主要有控制應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行的特征或標(biāo)準(zhǔn)件浮動窗口菜單梨浑，依賴于特征及標(biāo)準(zhǔn)件的對話框，運(yùn)行任一時刻的在線幫助吨肆。 isdb的外存機(jī)制存儲大量的幫助信息迂儡，窗口圖標(biāo)菜單放在內(nèi)存。  

　　uims是基于界面支持庫劳仿，又完全獨(dú)立于isdb杰打。主要包括應(yīng)用系統(tǒng)功能模塊管理，來自每一個特征交互對話的控制索引表管理甜海，顯示搁鞭、求助信息的管理等。uims聯(lián)接時作為目標(biāo)庫與核心構(gòu)件一起組成應(yīng)用系統(tǒng) 的原型饵来。這時恢恼，如發(fā)現(xiàn)提示信息有誤，還可將isdb返回到集成環(huán)境下修改胰默，應(yīng)用系統(tǒng)不需重新聯(lián)編，就可運(yùn)行特定的cad應(yīng)用系統(tǒng)原型初坠。

　　uims的設(shè)計主要依據(jù)isdb的結(jié)構(gòu)和簸、相關(guān)特征或標(biāo)準(zhǔn)件的結(jié)點(diǎn)。isdb的結(jié)點(diǎn)組成的結(jié)構(gòu)映射為應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行時的控制結(jié)構(gòu)薯酝，通過相關(guān)特征或標(biāo)準(zhǔn)件的結(jié)點(diǎn)能獲取對話框參數(shù)、圖形及尺寸標(biāo)注等組成友好的特征交互形式吴菠。對isdb而言，不同的cad應(yīng)用系統(tǒng)做葵，將會有不同的isdb，uims則是唯一的翠墩。 

　　4 特征可視化系統(tǒng)生成(vspf)的工具 

　　集成環(huán)境基于auto cad for windows并應(yīng)用vc++語言編寫，主要有以下工具組成：

　　特征可視化編輯器

　　在特征可視化編輯器中帝匙，能方便地構(gòu)造特征圖形實(shí)體克干，建立特征中實(shí)體與低層及高層約束關(guān)系反狞，對標(biāo)準(zhǔn)件讽噪，還包括特征參數(shù)與數(shù)據(jù)庫的動態(tài)關(guān)聯(lián)，所建立的特征能在線地檢驗(yàn)及修改渠吮，并支持最終用戶完成特征和標(biāo)準(zhǔn)件的可視化生成。

　　uims的可視化編輯器

　　在uims的可視編輯器中僻绸，自動將特征或標(biāo)準(zhǔn)件轉(zhuǎn)換相應(yīng)的圖符，并建立圖符與特征或標(biāo)準(zhǔn)件庫的對應(yīng)關(guān)系坦康，多個特征圖符可視化地組裝為一個浮動窗口菜單诡延，由特征的參數(shù)可視化地生成特征對話框滞欠，以及在線幫助窗信息的可視化編輯肆良；定義浮動窗口、幫助窗以及對話框之間的關(guān)系惹恃，并對它們進(jìn)行在線檢驗(yàn)及直接修改棺牧。

　　支持庫的管理

　　通過管理模塊能對isdb、fdb及scdb進(jìn)行管理颊乘，如從不同的isdb中挑選有用的結(jié)構(gòu)及信息來快速重組應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及交互形式醉锄，從fdb與scdb中挑選有用的特征或標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行修改乏悄，能方便地組成cad應(yīng)用系統(tǒng)新的特征庫恳不。

　　環(huán)境配置

　　能按用戶操作習(xí)慣設(shè)置集成環(huán)境參數(shù)褥辰。

　　應(yīng)用系統(tǒng)在線仿真

　　在它的環(huán)境下能仿真應(yīng)用系統(tǒng)的uims系統(tǒng)麸河、在線幫助系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)關(guān)系，并支持用戶對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行在線修改冰枯。

　　文檔的生成

　　生成特征的express描述，既可被計算機(jī)理解枕调，也能由設(shè)計人員明白的語言；生成訪問特征及其標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的函數(shù)原型堪锌；生成特征設(shè)計的程序框架（uims）結(jié)構(gòu)；生成特征對話框的文檔肺疾。

　　5 結(jié)束語 

　　特征可視化生成系統(tǒng)是基于auto cad for window系統(tǒng)，用戶界面雖符合國際標(biāo)準(zhǔn)届慈，但在生成特征時還未考慮制造約束，不能對特征組裝時的動態(tài)調(diào)整以及其它核心構(gòu)件庫加以管理金顿，新的特征可視化生成系統(tǒng)將全面吸收fmss系統(tǒng)的思想，將可視化方法揍拆、面向?qū)ο蠹夹g(shù)及人工智能相結(jié)合進(jìn)行系統(tǒng)研究，并從以下方面進(jìn)一步做了改進(jìn)嫂拴，其一，增加特征可視化生成時的制造約束評價筒狠；其二箱沦，支持用戶對制造約束庫的可視化修改及擴(kuò)充，以滿足不同工廠對制造約束的要求谓形；其三，增加可視化的特征組裝關(guān)系的動態(tài)調(diào)整及對核心構(gòu)件庫的管理杉源。   

　　目前，vpsf系統(tǒng)已能完成對特征和標(biāo)準(zhǔn)件的可視生成墙哲，并在863項(xiàng)目中的特征及標(biāo)準(zhǔn)件的可視化生成及應(yīng)用系統(tǒng)的可視化開發(fā)方面得到應(yīng)用。通過實(shí)踐證明氏石，機(jī)械cad的可視化開發(fā)方法具有直觀、方便愿航、面 向用戶等特點(diǎn)，能大大地提高cad應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)效率以及軟件的質(zhì)量身音。

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