CN101377796A

CN101377796A - 一种基于过程恢复的异构cad系统间参数化特征模型的数据交换方法

Info

Publication number: CN101377796A
Application number: CNA2008101970461A
Authority: CN
Inventors: 何发智; 蔡贤涛
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2008-09-23
Filing date: 2008-09-23
Publication date: 2009-03-04
Anticipated expiration: 2028-09-23
Also published as: CN101377796B

Abstract

本发明公开了一种基于过程恢复的异构CAD系统间参数化特征模型的数据交换方法。本方法通过参数化特征模型创建过程的恢复、信息提取、交换和重建来实现异构CAD系统间参数化特征模型的交换，保证交换后的模型仍然可以进行参数化编辑。另外由于传递的是模型的创建过程信息而非模型的几何数据，因此，能够大大降低网络传输的数据量，提高网络传输的效率。

Description

一种基于过程恢复的异构CAD系统间参数化特征模型的数据交换方法

技术领域

本发明涉及CAD领域，特别是涉及一种基于过程恢复的异构CAD系统间参数化特征模型的数据交换方法。

背景技术

工业产品数据的交换可以在几何层或特征层进行。基于几何的数据交换是早期的方法，旨在异构CAD系统间交换产品的几何数据。基于几何的数据交换的第一个标准—IGES在1980年发布，随后大量的标准相继出现，如：STEP，STL，SXF等。尽管基于几何的数据交换方法已经被广泛地采用，但是这种方法存在着很多缺陷。如基于STEP标准的方法，虽然可以支持产品整个生命周期的数据交换，但是它却不能交换参数信息，不能支持约束的交换和模型创建历史的交换。基于几何的数据交换方法在数据交换时由于丢弃了高层的设计语义，企业不得不雇佣更多人员去重建这些参数化信息，因而增加了产品地设计周期和开发费用。每年，日本汽车工业在数据交换问题上耗费的资金大约7100万美金。同样的，这样的互操作问题更是每年消耗掉美国汽车工业至少10亿美金。另外，基于几何的数据交换采用交换几何文件来交换产品数据，由于几何文件的数据量是十分庞大的，使得数据交换的效率十分低下，尤其是在网络环境中。

由于基于几何的数据交换方法的不足，基于特征的异构CAD系统间数据交换被提出。目前大多都在研究阶段，比较成功的是以色列希伯来大学的A.Rappoport等提出的一个面向参数化特征模型交换的体系结构UPR(UniversalProduct Representation)，其核心技术是参数并集、特征数据重写、校验机制和定位技术(一维拾取和二维拾取)。但UPR方法也存在一些问题，如UPR方法只提取一阶特征信息，由于提取的信息不足，其中有两类特征需要通过几何替代：奇异特征和信息不足的特征。另外，UPR的特征交换语义一致性不能得到保证，而且在UPR中，在数据交换时，数据会反复在源系统、UPR和目标系统中流动，降低了数据交换的效率。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足之处，提供一种基于过程恢复的异构CAD系统间参数化特征模型的数据交换方法，使其能够实现异构CAD系统间基于特征的数据交换，并保证交换后的数据能够在异构系统中进行自由的编辑修改，提高特征模型的异构系统间交换的有效性。

为了上述目的，本发明提供的一种基于过程恢复的异构CAD系统间参数化特征模型的数据交换方法，包括以下步骤：

(1)在源CAD系统端，打开读取参数化特征模型文件，调用一阶特征信息提取部件将保存在参数化特征模型中的一阶特征信息进行提取，并将其保存到XML文件中。

(2)在本地源CAD系统中打开XML文件，基于一阶特征信息，调用二阶特征信息提取部件对模型创建过程进行恢复，并在恢复过程中对二阶特征信息进行提取，补充到XML文件中。

(3)将XML文件传输到一个异构目标CAD系统中。

(4)目标系统中的特征模型重建部件读取该XML文件，并且按照模型创建过程逐个准备数据，创建特征，确认特征，直到整个模型重建完成。

在上述技术方案中，其步骤(1)中所述的一阶特征信息，是指当特征模型被成功创建后，保存在CAD模型中的模型创建过程的主体信息以及根据数据关系转换得到的异构目标系统需要的信息。这些信息包括：模型的创建过程，每个特征的参数，约束，模型几何表示等信息，元素关系，本系统数据结构等。

在上述技术方案中，其步骤(1)中所述的一阶特征信息提取部件包括以下步骤：

(a)在源CAD系统中读取源模型，获得模型指针；

(b)获取首个特征指针；

(c)判断该特征是否为基础特征，是则进入(g)，不是进入(d)；

(d)获取特征类型，调用与该类型对应的特征信息提取函数；

(e)提取该特征的定位信息，特征信息，几何表示；

(f)将信息写入XML文件；

(g)获取下一个特征指针，如果为空则结束，否则返回(c)。

上述步骤(e)中所述的定位信息是指该特征生成位置的参考元素的几何信息，如某个参考实体面的边界表示或者面上的三维点信息等。

在上述技术方案中，其步骤(2)中所述的二阶特征信息，是指除了一阶特征信息以外的，其它异构目标CAD系统创建该参数化特征模型所必需的信息，即在创建过程中通过缺失信息提取机制提取临时信息、由于系统操作而丢失的中间信息、模型创建过程中异构系统需要但是源系统中没有也无法通过转换得到的信息。其中特征的确认信息属于模型创建过程中的临时信息，即模型在当前特征下的相关物理属性，包括表面积、体积、重心和惯性力矩。

在上述技术方案中，其步骤(2)中所述的二阶特征信息提取部件是在一阶特征信息的基础上，在源CAD系统中对模型进行重建，并对创建过程主体信息进行补充使其完善，补充的信息即二阶特征信息，并将这些信息保存到XML文件中。

在上述技术方案中，其步骤(3)中所述的XML文件格式如下

<特征i>

<定位信息/>

<特征参数/>

<特征B-rep/>

<确认信息/>

</特征i>。

在上述技术方案中，其步骤(4)中所述的特征模型重建部件包括以下步骤：

(A)读XML文件，获取第i个特征的类型；

(B)如果特征为空，结束，否则(C)；

(C)获取特征的定位信息，确认特征的空间位置；

(D)调用数据准备部件，产生该类型特征第K个类型的数据项；

(E)对特征进行创建；

(F)调用特征确认部件，对特征进行确认：如果正确i＝i+1，返回(A)；如果不正确k＝k+1，返回(D)。

上述步骤(D)中所述的数据准备部件为在XML文件中选取与创建该类型特征的一条操作命令对应的数据创建数据项。由于创建同一类型特征的操作数大于等于1，所以数据准备部件给每个操作对应的数据结构一个编号，从1到n，其中第n个数据结构为该类型特征的纯几何表示。在每个特征重建过程中数据准备部件根据该类型特征的编号循环产生数据项提交给系统生成该特征，直到该特征生成正确该循环结束。

上述步骤(F)中所述的特征确认部件是在目标系统中计算当前特征下的模型物理属性，并与保存在XML文件中的源系统该特征下的模型物理属性进行比较，如果误差在允许的范围内则表示特征创建成功，否则特征创建失败。误差允许范围ε的确定是根据不同系统精度确定的，所以不同系统的ε值也不相同。

上述步骤(E)中如果由于所有参数化特征创建都不成功，则通过提交的该特征的几何表示进行重建，其几何重建公式为

∑f_结果＝∑f_修改后+∑f_新增-∑f_删除-∑f_修改前其中∑f_结果为最终结果，∑f_修改后为源模型中创建该特征后对原有的面进行了修改后的面集合，∑f_修改前为这些面在修改前的集合，∑f_新增为源模型中创建该特征后完全重新生成的所有面集合，∑f_删除为源模型中创建该特征后被删除的面集合，在目标系统中对这些面进行上述公式的布尔运算后得到了一个∑f_结果结果，将该结果的各个面进行缝补即可。

本发明与已有技术相比较，效果是积极且明显的：首先，本发明适用范围广，操作方便，尤其是数据交换基于特征而非基于几何，当数据交换到异构系统后，可以进行自由的参数化编辑。其次，由于本方法是支持在线的，可以实现异地异构系统间的数据交换，也可以很好的支持异构协同CAD系统。另外由于传递的是模型的创建过程信息而非模型的几何数据，大大降低了网络传输的数据量，提高了网络传输效率。

附图说明

图1为本发明实施例在Soldiworks系统中读取的L零件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

本实施例采用Solidworks、Pro/E、CATIA和UG这四个目前流行的异构CAD系统作为数据交换的基础系统，以Winsocket2.0作为通讯工具，以VC6.0作为开发平台进行实施，以下为本发明实施例的具体步骤：

(1)将Solidworks、Pro/E、CATIA和UG系统安装各自DLL插件，这些插件包括一阶特征信息提取部件、二阶特征信息提取部件、特征模型重建部件和Socket通讯部件，其中Socket通讯部件为通用现有部件。

(2)在Solidworks系统中读取一个如图1所示的L零件，该零件由一个拉伸特征、一个剪切孔特征和一个简单圆角特征组成。

(3)在Solidworks系统中调用一阶特征信息提取部件。一阶特征信息提取部件，首先获取拉伸特征的定位信息、草绘信息和拉伸深度参数；然后获取剪切特征的草绘信息和剪切深度参数；最后获取简单圆角特征的宽度和类型参数。这些信息被保存到XML文件中。

(4)在Solidworks系统中调用二阶特征信息提取部件，二阶特征信息提取部件读取XML文件中的信息。读取XML文件中的对应信息并调用相应的建模APIs，首先创建拉伸特征，在创建过程中通过拉伸特征的缺失信息提取机制获得二阶特征信息，包括拉伸特征的参考面信息、方向向量、草绘面的相对坐标系和拉伸特征的确认信息；然后创建剪切孔特征，在创建过程中通过剪切特征的缺失信息提取机制获得二阶特征信息，剪切特征的参考面信息、方向向量、草绘面的相对坐标系和剪切特征的确认信息；最后创建简单圆角特征，在创建过程中通过简单圆角的缺失信息提取机制获得二阶特征信息，包括简单圆角的定位信息、简单圆角的基础边和简单圆角特征的确认信息。

(5)将一阶特征信息和二阶特征信息合并保存在XML文件中，Solidworks系统调用Socket通讯部件将该XML文件传输到Pro/E、CATIA和UG系统。

(6)Pro/E系统调用特征模型重建部件，读取XML文件信息并调用相关APIs。

i：重建拉伸特征。首先获取拉伸特征的参考面信息选择参考面，其次获取特征的定位信息和草绘信息进行草绘，然后根据拉伸深度信息完成拉伸特征创建，最后计算出模型在当前的物理属性并与XML文件中此特征的确认信息进行对比，误差在ε₁范围内，特征重建成功。

ii：重建剪切孔特征。首先获取剪切孔的定位信息和参考面信息选择参考面，其次获取特征的定位信息和草绘信息进行草绘，然后根据剪切深度完成剪切孔创建。最后计算出模型在当前的物理属性并与XML文件中此特征的确认信息进行对比，误差在ε₁范围内，特征重建成功。

iii：重建简单圆角特征。首先获取简单圆角的定位信息和基础边信息选择圆角边，然后根据简单圆角宽度信息完成简单圆角创建。最后计算出模型在当前的物理属性并与XML文件中此特征的确认信息进行对比，误差在ε₁范围内，特征重建成功。

整个参数化特征模型被完整交换到Pro/E系统中。

(7)CATIA系统调用特征模型重建部件，读取XML文件信息并调用相关APIs。

i：重建拉伸特征。首先获取拉伸特征定位信息选择草绘面，其次获取草绘面坐标系信息创建相对坐标系并获取草绘信息进行草绘，然后根据拉伸深度信息完成拉伸特征创建。最后计算出模型在当前的物理属性并与XML文件中此特征的确认信息进行对比，误差在ε₂范围内，特征重建成功。

ii：重建剪切孔特征。首先获取剪切孔的定位信息选择草绘面，其次获取草绘面坐标系信息创建相对坐标系并获取草绘信息进行草绘，然后根据剪切深度完成剪切孔创建。最后计算出模型在当前的物理属性并与XML文件中此特征的确认信息进行对比，误差在ε₂范围内，特征重建成功。

iii：重建简单圆角特征。首先获取简单圆角的定位信息和基础边信息选择圆角边，然后根据简单圆角宽度信息完成简单圆角创建。最后计算出模型在当前的物理属性并与XML文件中此特征的确认信息进行对比，误差在ε₂范围内，特征重建成功。

整个参数化特征模型被完整交换到CATIA系统中。

(8)UG系统调用特征模型重建部件，读取XML文件信息并调用相关APIs。

i：重建拉伸特征。首先获取拉伸特征的草绘信息进行草绘，然后根据拉伸深度信息和拉伸方向向量完成拉伸特征创建。最后计算出模型在当前的物理属性并与XML文件中此特征的确认信息进行对比，误差在ε₃范围内，特征重建成功。

ii：重建剪切孔特征。首先获取剪切孔的草绘信息进行草绘，然后根据剪切深度和剪切方向向量完成剪切孔创建。最后计算出模型在当前的物理属性并与XML文件中此特征的确认信息进行对比，误差在ε₃范围内，特征重建成功。

iii：重建简单圆角特征。首先获取简单圆角的定位信息和基础边信息选择圆角边，然后根据简单圆角宽度信息完成简单圆角创建。最后计算出模型在当前的物理属性并与XML文件中此特征的确认信息进行对比，误差在ε₃范围内，特征重建成功。

整个参数化特征模型被完整交换到UG系统中。

在上述实施例中，用于保存信息的XML文件格式如下：

<特征i>

<定位信息/>

<特征参数/>

<特征B-rep/>

<确认信息/>

</特征i>。

另外，特征重建步骤中，如果由于所有参数化特征创建都不成功，最后只能通过提交的该特征的几何表示进行重建时，几何重建公式如下：

∑f_结果＝∑f_修改后+∑f_新增-∑f_删除-∑f_修改前

其中∑f_结果为最终结果，∑f_修改后为源模型中创建该特征后对原有的面进行了修改后的面集合，∑f_修改前为这些面在修改前的集合；∑f_新增为源模型中创建该特征后完全重新生成的所有面集合。∑f_删除为源模型中创建该特征后被删除的面集合。这些面的都是用几何表示，在目标系统中对这些面进行上述公式的布尔运算后得到了一个∑f_结果结果，将该结果的各个面进行缝补就可以实现该特征的创建。

由以上实施例可知，通过本技术方案，可以将模型的完整创建过程以及与过程相关的所有异构系统需要的信息传递到目标异构系统中进行特征模型重建，保证参数化特征模型能够在异构CAD系统间进行基于特征的参数化数据交换，交换后的模型仍然是参数化特征模型，可以根据修改特征参数对目标系统中的模型进行编辑。

Claims

1.一种基于过程恢复的异构CAD系统间参数化特征模型的数据交换方法，其特征是该方法包括以下步骤：

(1)在源CAD系统端，打开读取参数化特征模型文件，调用一阶特征信息提取部件将保存在参数化特征模型中的一阶特征信息进行提取，并将其保存到XML文件中；

(2)在本地源CAD系统中打开XML文件，基于一阶特征信息，调用二阶特征信息提取部件对模型创建过程进行恢复，并在恢复过程中对二阶特征信息进行提取，补充保存到XML文件中；

(3)将XML文件传输到一个异构目标CAD系统中；

2.根据权利要求1所述的一种基于过程恢复的异构CAD系统间参数化特征模型的数据交换方法，其特征是：步骤(1)中所述的一阶特征信息，是指当特征模型被成功创建后，保存在CAD模型中的模型创建过程的主体信息以及根据数据关系转换得到的异构目标系统需要的信息。

3.根据权利要求1所述的一种基于过程恢复的异构CAD系统间参数化特征模型的数据交换方法，其特征是：步骤(1)中所述的一阶特征信息提取部件包括以下步骤

(a)在源CAD系统中读取源模型，获得模型指针；

(b)获取首个特征指针；

(c)判断该特征是否为基础特征，是则进入(g)，不是进入(d)；

(d)获取特征类型，调用与该类型对应的特征信息提取函数；

(e)提取该特征的定位信息，特征信息，几何表示；

(f)将信息写入XML文件；

(g)获取下一个特征指针，如果为空则结束，否则返回(c)。

4.根据权利要求3所述的一种基于过程恢复的异构CAD系统间参数化特征模型的数据交换方法，其特征是：步骤(e)中所述的定位信息是指该特征生成位置的参考元素的几何信息。

5.根据权利要求1所述的一种基于过程恢复的异构CAD系统间参数化特征模型的数据交换方法，其特征是：步骤(2)中所述的二阶特征信息，是指除了一阶特征信息以外的，其它异构目标CAD系统创建该参数化特征模型所必需的信息，即在创建过程中通过缺失信息提取部件提取临时信息、由于系统操作而丢失的中间信息、模型创建过程中异构系统需要但是源系统中没有也无法通过转换得到的信息。

6.根据权利要求1所述的一种基于过程恢复的异构CAD系统间参数化特征模型的数据交换方法，其特征是：步骤(2)中所述的二阶特征信息提取部件是在一阶特征信息的基础上，在源CAD系统中对模型进行重建，并对创建过程主体信息进行补充，补充的信息即二阶特征信息，将其保存到XML文件中。

7.根据权利要求1所述的一种基于过程恢复的异构CAD系统间参数化特征模型的数据交换方法，其特征是：步骤(3)中所述的XML文件格式如下

<特征i>

<定位信息/>

<特征参数/>

<特征B-rep/>

<确认信息/>

</特征i>。

8.根据权利要求1所述的一种基于过程恢复的异构CAD系统间参数化特征模型的数据交换方法，其特征是：步骤(4)中所述的特征模型重建部件包括以下步骤

(A)读XML文件，获取第i个特征的类型；

(B)如果特征为空，结束，否则(C)；

(C)获取特征的定位信息，确认特征的空间位置；

(D)调用数据准备部件，产生该类型特征第K个类型的数据项；

(E)对特征进行创建；

9.根据权利要求8所述的一种基于过程恢复的异构CAD系统间参数化特征模型的数据交换方法，其特征是：步骤(D)中所述的数据准备部件为在XML文件中选取与创建该类型特征的一条操作命令对应的数据创建数据项。

10.根据权利要求8所述的一种基于过程恢复的异构CAD系统间参数化特征模型的数据交换方法，其特征是：步骤(F)中所述的特征确认部件是在目标系统中计算当前特征下的模型物理属性，并与保存在XML文件中的源系统该特征下的模型物理属性进行比较，如果误差在允许的范围内则表示特征创建成功，否则特征创建失败。

11.根据权利要求8所述的一种基于过程恢复的异构CAD系统间参数化特征模型的数据交换方法，其特征是：步骤(E)中如果由于所有参数化特征创建都不成功，则通过提交的该特征的几何表示进行重建，其几何重建公式为

∑f_结果＝∑f_修改后+∑f_新增-∑f_删除-∑f_修改前，其中∑f_结果为最终结果，∑f_修改后为源模型中创建该特征后对原有的面进行了修改后的面集合，∑f_修改前为这些面在修改前的集合，∑f_新增为源模型中创建该特征后完全重新生成的所有面集合，∑f_删除为源模型中创建该特征后被删除的面集合，在目标系统中对这些面进行上述公式的布尔运算后得到了一个∑f_结果结果，将该结果的各个面进行缝补即可。