1、第3章网络化计算机辅助设计技术3.1CAD与网络化3.2网络化产品设计3.3产品模型与网络化计算机辅助造型3.4产品协同设计通用工具3.5DFX驱动的网络化产品协同设计方法3.6思考题3.1CAD与网络化3.1.1应用工具对CAD技术的影响3.1.2信息应用方式对CAD技术的影响3.1.3CAD系统的网络化3.1.1应用工具对CAD技术的影响3.1.1.1共享空间技术白板和NetMeeting3.1.1.2RP设备下的实物原型远程制造3.1.1.3分布式仿真或虚拟现实3.1.1.1共享空间技术白板和NetMeeting1)共同浏览：可以共享屏幕，将屏幕上的信息复制到多个远程终端上供多个用户浏览
2、查看。2)远程操作：利用提供的鼠标和白板等工具，用户之间可以相互交流信息(如文字、图像、图形、声音、视频等)，共同就感兴趣的问题进行讨论协商。图3-1白板应用示意图3.1.1.2RP设备下的实物原型远程制造1)在 CAD系统中设计三维零件。2)转换CAD模型为STL格式文件(模型表面由三角形逼近)，作为快速成型系统的输入信息。3)对STL文件进行“切片”处理，得到切片数据及扫描路径(SLI文件)。4)把SLI转化为数控命令代码，输入到计算机数控系统(CNC)中。5)由计算机数控系统完成零件的扫描加工成型。图3-2RP制造的一般过程图3-33种不同形式的RP远程控制制造3.1.1.3分布式仿真或
3、虚拟现实产品设计是一个循环迭代不断优化的过程，在这个过程中，计算机辅助分析和仿真优化起着重要的作用。在设计阶段进行仿真有如下考虑：1)对复杂精密产品(或系统)而言，如果用实际的物化产品来做试验，存在经济性及安全性的问题，因此人们希望先在数字模型上试验而不是在真实系统上进行试验以降低成本。2)在一个产品未完成之前需要预测和检查它的性能，则只能用数字模型进行试验，为设计改进提供依据。(1)仿真类型(2)仿真建模(3)网络环境下的协同仿真(4)虚拟现实和分布式虚拟现实仿真图3-4协同设计与协同仿真流程(1)仿真类型1)初步设计阶段：对尚未建立起来的系统进行方案论证及可行性分析，为系统设计打下基础。2
4、)设计进行阶段：设计人员通过建立系统仿真模型和仿真验证，进行优化设计。3)建成阶段：利用仿真技术分析系统的运行状况，寻求改进系统的最佳途径。(2)仿真建模仿真是在数字计算机上进行试验的数字化技术，它包括数字与逻辑模型的某些模式，这些模型描述某一事件或经济系统(或者它们的某些部分)在若干周期内的特征。(3)网络环境下的协同仿真1)分布式建模技术：实现仿真首先要建立仿真模型。2)分布式协同仿真运行：一般的单领域仿真软件，建模、仿真运行、输出都可以在一台计算机上完成。3)分布式仿真显示：仿真结果有各种形式，如数据、表格、简单图形、复杂图像与动画演示等。(4)虚拟现实和分布式虚拟现实仿真1)简单仿真：
5、对给定的结果数据，主要以文本、图形、曲线、趋势图显示。2)可视化仿真：文本提示、图形、图像、动画表现，使仿真过程更加直观，结果更容易理解，并能验证仿真过程是否正确。3)多媒体仿真：在可视化仿真的基础上加入声音，就可以得到多媒体仿真。4)虚拟现实仿真：在多媒体基础上，增加与环境的交互功能，支持位姿、力觉、运动感知触觉等，提供具有沉浸感和感知环境的能力，是一种比较高级的仿真模拟。虚拟现实系统的功能特征如下：1)多感知性：除了计算机技术所具有的视觉感知外，还有听觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。2)沉浸感：虚拟环境的逼真度达到了让用户真假难辨的程度，用户感到自己作为主角存在并
6、融入该系统中，从而有身临其境的感觉。3)交互性：用户能对虚拟环境内的实体进行操作并能从环境中得到反馈。4)实时性：自然交互手段符合人的感知速度，实体间的交互速度在时间上符合实际规律。5)自主性：虚拟环境中的实体行为、状态应遵循物理规律。1)同步方式：模拟仿真方案讨论或会议讨论，在仿真的每一个步骤都可以实现“你见即我见”，所有的客户端都可以看到仿真现场，对仿真的结果进行讨论和评判，讨论的内容也在所有的客户端被大家看到。2)异步方式：查看历史模型模板；正在进行协同建模和仿真时，用户需要查看其他用户的情况，可以通过网络将其他用户的建模单元和仿真结果通过异步方式传输，还可通过浏览器查看系统建模的人员和
7、修改内容。复杂产品的协同仿真融合于协同设计过程中，在网络环境下协同仿真的运行工作方式有同步方式和异步方式两种。3.1.2信息应用方式对CAD技术的影响图3-5网络信息共享与过程设计示意图3.1.3CAD系统的网络化3.1.3.1CAD系统的网络化需求3.1.3.2网络化CAD与协同工程3.1.3.1CAD系统的网络化需求1)多机多用户：协同产品开发团队是一个群体性、交互性、分布性和协作性的群体，一个复杂产品需要团队全体成员协调有效工作才可提高效率，而多机多用户并行工作是提高效率的有效途径之一。2)异构环境：大型复杂产品的设计仿真分布于不同的地域，采用不同的CAD系统，涉及不同的人员、资源、信息
8、和知识。3)异步/同步协同：多用户团队协作，有异步与同步两种方式供用户选择。4)轻量化模型：CAD模型一般很庞大，受带宽的影响难以在网络上传输实现协同设计，因此应该支持不同粒度的模型表达形式，便于网络传输。5)信息沟通与协同工作：基于异步协同模式的沟通可以通过E-mail和发送消息机制，发布产品数据。6)协同工具集：在B/S结构下，能够协同查询，即查询产品模型的特征参数、装配约束参数、BOM结构树和属性等；协同批注，即在协同会议上可直接在产品模型上进行标记说明，发表意见和建议；协同浏览，即在网络上同步浏览相同的模型；协同造型，即讨论方案时多个用户可以同时对一个模型进行造型操作。表3-1CAD系
9、统和网络化CAD系统的区别比较对象传统CAD系统网络化CAD系统用户环境单机/单用户网络/多用户工作模式异步工作方式异步/同步工作方式协同方式通过电话、E mail、会议通过网络协同设计系统网络环境下模型传输CAD模型轻量级模型系统结构独立系统分布式系统设计过程独立互相协调交互方式人 机交互人 人交互3.1.3.2网络化CAD与协同工程协同工程要求有效地支持跨时间、跨地域、跨学科的多功能小组的协同工作，实现不同领域的知识共享和设计思想交流。与并行工程相比，协同工程更加突出人的作用，强调相关活动的各方面人员(包括设计、制造、销售、管理、维护人员，甚至最终用户)的协同工作，协同工程思想认为在未来的
10、全球化企业竞争中，只有使来自不同专业领域、具有不同经验技能的专家彼此间共享知识、交流思想、激发灵感，才能有效地实现产品设计的创新“协同创新”。协同工程是一种分布式产品设计和开发模式，它对传统的设计手段和设计工具提出了新的要求，需要为用户提供实时、在线的协同讨论和问题求解的协作工具和环境，使得“概念设计细节设计工艺分析加工制造市场销售最终用户”的全过程人员都能够为产品的开发做出贡献。3.2网络化产品设计3.2.1产品设计方法的类型划分3.2.2产品设计过程与网络化3.2.3网络化产品设计过程的建模3.2.1产品设计方法的类型划分1.产品设计方法2.协同产品设计的特征1.产品设计方法图3-6产品设
11、计方法类型2.协同产品设计的特征1)协同小组的成员不仅来自不同学科领域，而且隶属不同的企业，形成协同开发小组。2)不仅要求跨学科领域协作，而且要求构成跨地域、多学科领域的协同网络。3)计算机环境的异构性更加明显，导致表示产品信息的数据格式更加多样，而产品开发过程必须建立在权限控制的信息共享基础之上。4)协同小组成员之间的协作方式更加丰富，同步与异步并存，串行与并行交错，多学科领域异地设计者间的同步协同有时是必不可少的，由此对通信提出了更高的要求。5)产品设计过程中某些活动需要其他企业执行，导致远程的过程形成、控制、协调和通信。6)产品开发过程更趋动态：产品开发步骤、进度、工作人员的安排、设备状
12、况等均在发生动态变化，为使协同产品开发能顺利进行，必须能方便有效地处理这种动态性。(1)面向过程链的协同设计(2)面向客户需求的协同设计(3)面向虚拟企业合作的协同设计(4)面向供应商的协同设计根据产品设计目标的不同，针对网络环境下的协同设计有不同的设计模式。图3-7并行设计和异地协同设计对比示意图a)并行工程为同地、跨领域的纵向协同b)协同产品设计构成异地、多领域的协同网络3.2.2产品设计过程与网络化3.2.2.1产品设计过程3.2.2.2产品设计过程中的网络化3.2.2.1产品设计过程1)需求分析阶段：需求分析是产品设计阶段的首要任务，为产品功能设计和性能设计提供依据。2)初步方案设计阶
13、段：根据需求分析和设计任务书，进行初步方案设计、功能分析以及工艺总体方案可行性分析。3)详细设计方案阶段：对产品功能设计细化，变成结构上的确定解，该阶段产生具有结构几何参数的三维CAD模型，并且以三维CAD模型为输入源，分析人员进行各种功能和性能仿真，工艺人员进行DFM/DFA分析，使得在保证功能和性能的前提下，满足可制造性和可装配性的要求。4)工艺设计阶段：根据产品设计结果、初步工艺方案和企业制造资源，进行详细工艺设计(包括工艺流程、冷热加工工艺、装配工艺、检测工艺等)和工装设计。5)工装设计阶段：工装设计主要是根据设计模型进行各种工装零、组件设计，包括刀具、量具、夹具、模具等。6)数控加工
14、设计：根据工艺要求，在三维设计模型的基础上计算NC数控加工刀具轨迹，并进行加工仿真分析。7)成型工艺设计：针对依靠模具成型(压铸模、铸型、锻模)的制造方法，根据工艺要求进行成型仿真，如冲压成型仿真、铸造充填过程仿真、锻造过程仿真、焊接仿真等。图3-8产品设计过程示意图3.2.2.2产品设计过程中的网络化1)产品设计贯穿需求分析、方案设计、详细设计、工艺设计过程，产品设计一部分在企业内、一部分在企业间进行，产品数据通过网络进行传输，协同过程通过网络统一管理。2)产品设计过程的协作采取以协同团队成员不同程度参与的方式，成员可能是跨企业的，也可能是企业内不同部门的，成员之间的交流借助于网络(基于网络
15、的会议、信息发布，方案的协同讨论，模型的协同批注、协同浏览、协同查询、协同建模、语音、视频、白板等各种软件工具)，网络不仅仅是简单的传输数据的高速公路，而被赋予了更多的功能。3)企业之间的协同以计算机辅助工具(CAX)、面向下游的分析工具(DFM、DFA)、面向功能和性能的仿真工具(各种CAE系统)、过程管理工具(工作流管理)和产品数据管理(PDM)平台、网络支撑环境为基础，实现多用户、多学科、异构应用程序的集成。3.2.3网络化产品设计过程的建模3.2.3.1过程建模方法3.2.3.2产品协同设计过程对工作流模型的需求3.2.3.3产品协同设计过程建模3.2.3.4协同设计的过程协作、信息协
16、作和应用协作3.2.3.1过程建模方法1)基于集成计算机辅助制造定义(Integrated Computer Aided Manufacturing Definition，IDEF)的建模方法：包括功能建模方法IDEF0、信息建模方法IDEF1x、动态建模方法IDEF2、过程描述方法IDEF3和面向对象的过程设计方法IDEF4等。2)基于 Petri 网的建模方法：Petri 网模型对过程中任务的定义非常严格，具有精确的语义和严格的数学基础，还可用于检验过程模型的正确性。3)基于工作流的建模方法：工作流方法将注意力集中于活动、文档和信息的路径表示，其基本特点是强调过程的自动化。4)基于集成多视
17、图的产品开发过程建模：建立一个集成的并行工程过程模型框架，通过信息视图、功能视图、组织视图、资源视图等分别描述集成开发过程中的相应内容。5)基于PSL的建模方法：PSL是一种基于本体论的、实现异构应用系统间过程信息自动交互的标准语言格式，是一种面向制造业的过程规范语言，它与以前过程描述方法的最大区别就是提出了本体论的概念，建立了一个无歧义的过程描述词汇集。3.2.3.2产品协同设计过程对工作流模型的需求1)集成性：应能够方便地与协同团队组织模型和资源模型集成。2)易用性：应支持可视化工作流建模，可视化的工作流定义语言形象直观，易于理解，简化了模型的创建和分析工作。3)层次性：应支持任务的逐步分
18、解和动态细化。4)完备性：应针对不同的任务执行特征，区分各种任务类型。5)控制流表达能力：对现实中的各种过程执行路线，应具有足够的表达能力。6)柔性：应支持工作流的柔性执行。7)数据流表达能力：应能很好地描述任务间的数据传递特征。8)正确性：应能对模型结构进行正确性校验。9)规范性：应能用符合标准的描述语言来表示。3.2.3.3产品协同设计过程建模1)对设计过程进行分析，去掉不增值的活动，在顶层根据过程的工作流程，定义每个活动的输入信息。2)根据每个活动的信息，定义过程模型中的活动模型、信息模型以及功能模型，并确定它们之间的相互关系。3)如果存在复杂活动，将复杂活动分解为子过程，对每个子过程按
19、照步骤1和步骤2继续进行建模。4)进行过程仿真和分析，并根据一定的条件(如循环时间、效能、风险、活动成本等因素)对过程进行评价分析和评估，从而判断所建立的过程模型是否恰当。3.2.3.4协同设计的过程协作、信息协作和应用协作1.过程协作2.信息协作3.应用协作1.过程协作1)链式关系：不同企业承担产品协作任务，每个企业都要根据其实际情况对任务进行分解和求精，形成产品开发子过程，如图3-9a所示。2)嵌套子过程：这种协作方式也称为同步调用，它以某企业中进行的产品开发过程(称为主过程)为主体，将某些任务外包给协作企业执行，外包任务作为整个产品开发项目的子项目，其过程(称为子过程)在协作企业中形成。
20、3)异步调用：这种协作方式与嵌套子过程类似，区别仅在于主过程与子过程的互操作方式不同。4)对等关系：多个企业协同完成产品开发项目，其关系对等，如图3-9d所示。5)并行同步：m个企业中的过程独立地启动运行，其中企业i中的过程pi的当前状态为si，它所包含的某个同步点为spi，则对所有的过程有状态集合S:si,2im和同步点集合SP:spi,2im，当S=SP(即si=spi)时，过程才能分别继续进行，否则就要暂停，直到该条件满足为止，此时，过程pi，2im，在同步点集合SP上并行同步。图3-9企业间协同产品开发过程协作方式a)链式关系b)嵌套子过程(同步调用)c)异步调用d)对等关系e)并行同
21、步2.信息协作1)能够对数据格式方便地转换。2)需要有精确定义的信息访问权限和针对不同合作伙伴定义的信息可视级别。3)联邦式的信息管理构架，透明地存取和管理分布在各地的产品信息。图3-10“联邦式”产品信息管理架构3.应用协作1)同步协同：同步协同为协同成员之间交流思想、激发灵感、整合知识提供了可能，但是对网络带宽的要求较高。2)异步协同：同步协同有时受到某些限制，如实现技术、网络带宽、人员缺席等，难以实现，而且产品设计过程中大部分活动是异步协同，如工艺人员对设计人员设计的零件模型进行可制造性分析、审查，使用批注工具表达自己的意见，并把批注信息存储起来供他人查阅。3.3产品模型与网络化计算机辅
22、助造型3.3.1产品模型的几何表达与轻量化3.3.2以网络为中心的WebCAD特征造型与网络化传输3.3.3网络化计算机辅助产品设计的方法3.3.4商用CAD系统的网络化封装与应用3.3.1产品模型的几何表达与轻量化3.3.1.1产品几何模型类型3.3.1.2轻量化产品几何模型3.3.1.1产品几何模型类型1)精确几何模型：在CAD系统中，设计人员建立的3D模型均采用精确几何模型的表达形式，这是由产品的功能要求、性能分析、工艺等方面的需求决定的。2)中性格式几何模型：为了解决不同CAD系统之间的模型共享，而提出的一种和CAD平台无关的模型表达形式，最常用的是IGES、STEP、DXF等。3)专
23、用转换几何模型：为了在指定的CAD/CAE/CAM系统之间进行转换的模型表达形式，如Parasolid格式、UG-CATIA之间的专有格式等。4)多边形几何模型：为了达到显示目的和特殊要求的模型表达形式，如VRML、STL格式等。5)轻量化模型：轻量化模型是为了适应协同设计和网络传输的需求而提出的一种容量小且不失所需信息，并且具有中性文件格式特点的模型表达形式。3.3.1.2轻量化产品几何模型1.几何元素表示2.模型存储3.与其他方法的结果比较1.几何元素表示1)应便于客户端的处理，能够方便地转变成为客户端的曲线曲面表示方法。2)轻量级模型，数据量小，因为中间模型是通过网络传输给客户端的，较小
24、的数据量能够降低网络负担，提高系统的实时性。对轻量化中间模型而言，有两个基本要求：中间模型中曲线和曲面的表示方法如下：(1)曲线的表示(2)曲面的表示(1)曲线的表示1)初等解析曲线：直接采用其曲线的几何属性进行表示，例如，圆弧可以用圆心、半径、起始角、终止角、圆弧所在平面的法向量等表示。2)自由型曲线：由于自由型曲线的描述一般比较复杂，所需要的数据量也比较大。(2)曲面的表示图3-11面的基于环的表示与三角剖分a)带有内环的面b)三角剖分的一种结果c)增加圆形内环的面d)图(c)三角剖分的一种结果2.模型存储轻量化中间模型采用XML语言进行存储。使用XML存储中间模型信息应遵循一定的格式，以
25、保证XML文档的有效性。3.与其他方法的结果比较1)基于XML方法所生成的文件尺寸非常小，与VRML格式相比能够减少大约50%95%的数据量。2)对于平面较多并且面的边界多为直线的零件(如模型2)，相对减少的文件尺寸较少，主要是由于这类零件三角网格化后，所生成的网格比较少。3)对于自由曲面较多的零件(如模型4)，XML方法所生成的文件尺寸也比较大，因为XML文件包含了较多的三角面片信息。4)对于球面、柱面、锥面和环面比较多或者曲面边界多为曲线的零件，相对减少的文件尺寸比较多，主要是由于这类曲面的三角网格表示所需要的数据量比采用环的表示方法所需要的数据量多。图3-12用于对比的零件几何模型a)模
26、型1b)模型2c)模型3d)模型4表3-2不同表示方法之间对比(单位：KB)UG模型VRMLJTXML模型110217413511模型2335444421模型338915514020模型42442333691023.3.2以网络为中心的WebCAD特征造型与网络化传输3.3.2.1以网络为中心的WebCAD特征造型3.3.2.2模型的网络化传输3.3.2.3增量式几何模型传输3.3.2.4渐进式几何模型传输3.3.2.1以网络为中心的WebCAD特征造型1.传统的参数化特征造型方法2.特征模型的建立与描述3.客户机/服务器模式的WebCAD特征造型4.基于分布式对象技术的造型服务器5.WebC
27、AD几何模型1.传统的参数化特征造型方法特征应该理解成一个专业术语，它兼有形状和功能两种属性，从它的名称和词义可以联想它的特定几何形状、拓扑关系、典型功能、绘图表示方法、制造技术和公差要求。特征类型可分为形状特征、公差特征、装配特征、功能特征和材料特征等。当前的CAD系统主要提供形状特征造型功能。形状特征用于描述具有一定工程意义的几何形状信息，是非几何特征信息(公差特征、材料特征)的载体，非几何特征信息作为属性或者约束附加在形状特征的组成要素上。特征造型就是使用特征构造产品几何模型，利用用户熟悉的专业术语表达设计意图，借助计算机直观地模拟设计结果，灵活地修改设计方案，直到满意为止。参数化特征造
28、型是将参数化造型思想应用到特征造型中来。参数化造型使用约束和参数来定义和修改几何模型。约束包括尺寸约束、拓扑约束和工程约束，当约束或者参数发生变化时，系统自动修改几何模型。参数化特征造型使用约束和参数驱动特征。约束条件附加在拓扑上，表达拓扑元素的几何关系和连接关系。参数或者约束的修改将相应地改变这些特征的形状及其子特征的形状。2.特征模型的建立与描述图3-13孔特征Simple Hole的参数说明及描述示例a)孔特征Simple Hole的参数说明b)基于XML的Simple Hole描述示例3.客户机/服务器模式的WebCAD特征造型图3-14基于客户机/服务器模式的造型过程4.基于分布式对
29、象技术的造型服务器1)独立开发的造型服务器：在几何引擎(如ACIS)的基础上进行二次开发，用CORBA技术封装为分布式对象对外提供服务。2)对现有的CAD系统进行源码级的改造：在现有自主开发的CAD系统的基础上，对源码进行改造，将与造型相关的部分独立出来开发成为分布式的组件，对外提供造型功能。3)封装现有的CAD系统：即通过一定的方法(例如对现有的CAD系统进行二次开发)，将现有的面向单机单用户的CAD系统进行改造，增加它们与外部世界的通信接口，使其造型功能能够被外部的客户所访问。5.WebCAD几何模型1)服务器端几何模型：服务器端几何模型的表示方法与造型核心有关，均采用的是基于历史的参数化
30、特征模型，依赖的实体模型是边界表示(Boundary representation，B-rep)法。2)中间模型：服务器端的几何模型是精确的几何模型，不适合于网络环境下的传输和显示，因此一般采用将服务器端的几何模型转变成中间模型的方法，由客户端进行处理和显示。3)客户端几何模型：WebCAD客户端的主要功能之一是几何模型的显示和用户交互，客户端几何模型的数据结构对于几何模型的显示和用户交互具有重要的作用。轻量级的几何模型表示方法涉及客户端几何模型的数据结构，曲线、曲面的轻量表示及数据结构，曲线、曲面的显示，拓扑元素的关系表示与数据结构，基于特征的数据组织方法等问题。(1)客户端几何模型的数据结
31、构(2)客户端曲线、曲面的轻量表示(3)拓扑元素的表示(4)特征的表示(1)客户端几何模型的数据结构图3-15客户端几何模型的结构(2)客户端曲线、曲面的轻量表示1)追求曲线表示的统一性和曲面表示的统一性，便于数据结构的组织，便于曲线、曲面的表达。2)便于曲线、曲面的显示。3)减少曲线、曲面表示所需要的数据量。(3)拓扑元素的表示WebCAD客户端几何模型的拓扑元素包括面和边，不包括B-rep中常见的壳、环和顶点元素。(4)特征的表示在Java3D环境下，几何形体的显示是通过Shape对象来实现的。由于客户端几何模型的几何元素曲线和曲面都是采用Shape3D对象实现的，所以很容易实现客户端几何
32、模型的显示。在浏览器中显示几何模型时，不仅要将几何模型显示出来，还应该支持用户对特征、几何面和几何边的选择，以满足交互式造型的需要。利用Java3D提供的交互功能，可以实现场景内显示对象的选择。客户端的几何对象是采用TriangleArray和LineArray构造的几何形体，虽然内部是离散的三角面片或者折线段，但是在交互的过程中，Java3D会当做一个几何对象来对待，即用户在交互的过程中，只要选择了曲面上的任意一个三角面片就可以选中整个曲面，曲线也一样。特征的选择需要通过客户端的数据结构来实现。通过搜索客户端的数据结构可以搜索到与特征有关的所有的面，然后实现特征的选择。3.3.2.2模型的网
33、络化传输(1)CAD模型标准(2)基于网格的CAD模型传输(3)精确CAD模型传输(4)基于操作命令的几何模型传输3.3.2.3增量式几何模型传输1)客户端修改前的模型(Client Site Pre-Modified Model，CSPrMM)：客户端向服务器发送造型命令之前的状态。2)服务器端修改前的模型(Server Site Pre-Modified Model，SSPrMM)：服务器端接收到造型命令时的状态。3)服务器端修改后的模型(Server Site Post-Modified Model，SSPoMM)：服务器端处理完造型命令之后的状态。4)客户端修改后的模型(Client
34、Site Post-Modified Model，CSPoMM)：客户端模型变化后的状态。几何模型增量搜索算法步骤如下：4)通过比较SS(SSPrMM)和SS(SSPoMM)中各个元素的ID，获得所有增加元素集合Added_Entities(C)和所有被删除元素集合Deleted_Entities(C)。5)下面首先搜索变化边以及第一类变化面。6)令集合S=Added_Edges(C)，i=0，n为集合S中元素的个数。7)如果in，取出集合S中的第i条边Ei，搜索边Ei的所有相邻面，将不属于Faces(C)、Deleted_Faces(C)和Modified_Faces(C)的面加入集合Mod
35、ified_Faces(C)。8)令i=i+1，继续步骤7，直到i等于n-1。1)在服务器端，首先对没有发生改变的几何模型SSPrMM进行扫描，获得模型SSPrMM的当前状态SS(SSPrMM)。2)执行造型命令C。3)对改变后的几何模型SSPoMM进行扫描，获得模型SSPoMM的当前状态SS(SSPoMM)。几何模型增量搜索算法步骤如下：12)令集合S=ES(SSPrMM)ES(SSPoMM)，i=0，n为集合S中元素的个数。13)如果in，取出集合S中的第i条边Ei，否则执行步骤16。14)查询扫描SSPrMM时所记录的边Ei的几何信息Ei_geo，与扫描SSPoMM时所记录的边Ei的几何
36、信息Ei_geo，比较Ei_geo和Ei_geo，如果两者不同，则将Ei加入集合Modified_Edges(C)。15)令i=i+1，继续步骤13。16)至此，第一类变化面搜索完毕。17)对于包含在集合FAS(SSPrMM)FAS(SSPoMM)，但是没有包含在Modified_Faces(C)中的所有球面、环面、非规则曲面，逐一比较其曲面方程，对于发生变化的曲面加入Modified_Faces(C)。9)令集合S=Deleted_Edges(C)，i=0，n为集合S中元素的个数。10)如果in，取出集合S中的第i条边Ei，搜索边Ei的所有相邻面，将不属于Faces(C)、Deleted_F
37、aces(C)和Modified_Faces(C)的面加入集合Modified_Faces(C)。11)令i=i+1，继续步骤10，直到i等于n-1。18)令S=Modified_Faces(C)Added_Faces(C)Deleted_Faces(C)，遍历S中的每一个面Fa，逐一搜索包含它的特征Fe，如果Fe不属于Deleted_Features(C)、Added_Features(C)和Modified_Features(C)，则将Fe加入集合Modified_Features(C)。19)至此已经搜索到所有发生更改的特征、面、边，算法结束。图3-16模型变化顺序图3.3.2.4渐进式
38、几何模型传输(1)基于模型多分辨率的渐进传输方法(2)与视点相关的三维几何数据流式传输技术(3)基于线面的渐进式几何模型传输方法(1)基于模型多分辨率的渐进传输方法利用模型的多分辨率表示，先传输比较粗糙的网格模型，然后再传输比较精细的网格模型，显示结果逐渐细化。这种方法的不足之处是，多分辨率表示增加数据传输量，加重了网络的负担。(2)与视点相关的三维几何数据流式传输技术1)几何模型数据是根据用户视点位置和视线方向进行排序的，用户一旦更改了视点位置和视线方向，就可能导致原来可见面变成不可见面，流式传输的优点将不复存在。2)只适用单用户的情况，不适用于多人协同工作。3)算法的预处理时间比较长，不适
39、用于同步协同工作。(3)基于线面的渐进式几何模型传输方法1)先向客户端传输几何模型的线框模型，再传输面片模型。2)在传输的过程中，不论是线框模型还是面片模型都是边传输边显示，显示结果逐渐细化。3)最后传输与显示无关的数据，如特征数据等。图3-17渐进式几何模型传输流程图图3-18渐进式几何模型传输的例子a)传输完40%的边b)传输完70%的边c)传输完所有的边d)传输完40%的面e)传输完70%的面f)最终状态3.3.3网络化计算机辅助产品设计的方法3.3.3.1传统CAD系统的数据流3.3.3.2协同CAD系统的参考模型3.3.3.1传统CAD系统的数据流1)图形用户接口：负责处理用户与CA
40、D应用程序之间的对话和交互，是CAD应用程序与用户、操作系统之间的输入输出接口。2)几何造型功能模块：提供几何造型功能的程序包，图形用户接口通过应用程序接口(API)调用几何造型功能模块的函数功能。3)几何模型数据库：负责存储和管理CAD数据模型。4)图形显示功能模块：提供2D/3D图形显示功能的程序包，图形用户接口通过应用程序接口调用图形显示功能模块的函数功能。1)设计意图：反映了用户的设计目标，用户通过图形用户接口与CAD应用系统进行交互，通过鼠标点取、菜单选择和对话框输入等多种交互手段，将用户的设计意图传递给CAD应用系统，变成CAD应用系统可以理解的内部命令。2)内部命令：是对用户设计
41、意图的形式化描述。3)几何模型：记录了设计产品的几何信息和非几何信息，几何模型是造型操作的结果数据。4)显示模型：是产品模型中与图形显示相关的子视图，CAD应用系统从几何模型中抽取显示模型子视图用于图形显示。5)图形数据：是指基本图元，通过图形显示功能模块，将描述几何信息的显示模型转化成可以直接用于显示的基本图元。6)图像数据：是计算机屏幕上显示给用户的输出内容，通过调用低层的图形显示接口，将图形数据以二维图像的方式显示在图形用户接口的窗口中。图3-19传统CAD系统参考模型图3-20传统CAD系统的数据流模型3.3.3.2协同CAD系统的参考模型(1)协同CAD系统参考模型1(2)协同CAD
42、系统参考模型2(3)协同CAD系统参考模型3(4)协同CAD系统参考模型4(5)协同CAD系统参考模型5(6)协同CAD系统参考模型6(1)协同CAD系统参考模型1图3-21协同CAD系统参考模型1(2)协同CAD系统参考模型2图3-22协同CAD系统参考模型2(3)协同CAD系统参考模型3图3-23协同CAD系统参考模型3(4)协同CAD系统参考模型4图3-24协同CAD系统参考模型4(5)协同CAD系统参考模型5图3-25协同CAD系统参考模型5(6)协同CAD系统参考模型61)协同感知协同透明：协同CAD系统是协同感知的还是协同透明的。2)集中式复制式：协同CAD系统采用集中式还是复制式
43、结构。3)同步协同异步协同：协同CAD系统支持同步协同还是异步协同应用。4)主从模式对等模式：多个协同CAD应用程序之间的交互行为是主从模式还是对等模式。5)显示同步模型同步：协同CAD系统实现多个协同CAD应用程序之间的显示同步或者模型同步。6)通用专用：协同CAD系统的实现方法是通用CSCW实现方法，还是针对CAD应用的专用实现方法。7)网络性能要求：协同CAD系统实现方法对网络传输速率和带宽的要求。8)耦合度：两个协同CAD应用程序之间的耦合度，分为松散耦合、中度耦合和紧密耦合。9)数据抽象与共享层次：协同CAD系统中共享数据的抽象层次，高层次数据表示的是抽象的语义信息，而低层次数据表示
44、的是具体的模型数据。图3-26协同CAD系统参考模型6表3-36种协同CAD系统参考模型的比较参考模型1参考模型2参考模型3参考模型4参考模型5参考模型6协同感知协同透明协同感知协同感知协同感知协同感知协同透明协同透明集中式复制式复制式集中式集中式复制式集中式集中式同步协同异步协同同步同步/异步同步/异步同步同步同步主从模式对等模式对等模式对等模式对等模式对等模式对等模式主从模式显示同步模型同步显示同步模型同步显示同步模型同步显示同步模型同步显示同步显示同步显示同步通用专用专用专用专用专用通用通用网络性能要求低较高高较高较高高表3-36种协同CAD系统参考模型的比较耦合度松散耦合中度耦合中度耦
45、合中度耦合紧密耦合紧密耦合数据抽象与共享层次语义级共享模型级共享模型级共享图形级共享窗口级共享图像级共享3.3.4商用CAD系统的网络化封装与应用1)传统的CAD系统输入的是用户的交互式操作，输出的是几何模型的图形；而造型服务器处理的是造型命令文件，输出的是中间模型文件。2)传统CAD强调的是交互式造型，交互式用户界面是CAD的重要组成部分；而造型服务器则是在无人值守的服务器端运行，运行过程中不能出现任何需要人为交互的界面，其输入和输出只能通过造型服务器对外公开的接口来实现。3.3.4.1造型服务器结构3.3.4.2造型服务器接口3.3.4.3WebCAD特征造型协议3.3.4.1造型服务器结
46、构图3-27造型服务器结构3.3.4.2造型服务器接口图3-28造型服务器内部的数据流图3.3.4.3WebCAD特征造型协议1.造型操作类型2.造型操作参数3.以网络为中心的特征造型协议实例1.造型操作类型造型操作类型(Operation)参数描述造型操作类型，WebCAD定义了4种类型的造型操作，包括：特征创建操作(Feature.Create)；特征编辑操作(Feature.Edit)；特征删除操作(Feature.Delete)；回退操作(Feature.Undo)。2.造型操作参数(1)基体特征(2)加工特征(3)操作特征(1)基体特征造型操作类型(Operation)参数描述造型操
47、作类型，WebCAD定义了4种类型的造型操作，包括：特征创建操作(Feature.Create)；特征编辑操作(Feature.Edit)；特征删除操作(Feature.Delete)；回退操作(Feature.Undo)。(2)加工特征1)孔类特征包括简单孔(Simple Hole)、沉头孔(Countersink Hole)和平头孔(Counterbore Hole)。2)通槽类特征包括矩形键槽(Rectangular Slot)、球形键槽(Ball-End Slot)、U形键槽(U-Slot)和T形键槽(T-Slot)、燕尾形键槽(Dove-Tail Slot)。3)腔类特征包括圆柱腔体
48、(Cylindrical Pocket)、矩形腔体(Rectangular Pocket)和一般腔体(General Pocket)。4)凸台类特征包括矩形凸台(Rectangular Pad)和一般凸台(General Pad)。5)凹槽类特征包括矩形凹槽(Rectangular Groove)、球形凹槽(Ball-End Groove)和U形凹槽(U-Groove)。(3)操作特征1)过渡特征包括倒角(Chamfer)和圆角(Blend)。2)复制特征包括圆形阵列(Circular Array)和矩形阵列(Rectangular Array)。3)布尔运算包括布尔交(Intersect)、
49、布尔并(Unit)和布尔差(Subtract)操作。表3-4造型操作与造型操作参数之间的关系FeatureTypeFeatureIDFeatureParameterFeatureCreateFeatureEditFeatureDeleteFeatureUndo3.以网络为中心的特征造型协议实例下面所示是一个特征创建的消息示例片段，该消息由用户user1发出，请求在名称为10的面上创建一个位置在(5.0，5.0，10.0)，方向为(0.0，0.0，-1.0)，直径为3.0，深度为6.0，底面锥角为118的孔。3.4产品协同设计通用工具3.4.1常用的协同工具3.4.2协同批注3.4.3协同浏览3
50、.4.4协同查询3.4.5协同会话3.4.1常用的协同工具(1)设计人员之间的协同(2)协同工具间协作(1)设计人员之间的协同设计人员可以通过视频聊天、语音聊天以及书写聊天的方式进行沟通和协作来完成一个共同的设计任务。参与协作任务的人员来自产品设计、开发以及销售部门和不同专业，可以包括项目主管、设计人员、工艺人员、市场销售、维护人员和用户。不同人员具有不同的专业知识和经验，完成不同的协作任务。(2)协同工具间协作1)表示层：表示层主要负责模型数据的表示以及用户的交互。2)业务逻辑层：业务逻辑层主要负责具体应用的处理、消息应答以及协同会议的管理控制。3)数据处理层：数据处理层由数据库服务器的数据
