CN108351909A - 计算机辅助设计（cad）环境中用于自动组装部件的方法、数据处理系统和非暂态计算机可读存储介质 - Google Patents

计算机辅助设计（cad）环境中用于自动组装部件的方法、数据处理系统和非暂态计算机可读存储介质 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于在计算机辅助设计(CAD)环境中自动组装部件的数据处理系统和方法。在一个实施例中，在CAD环境中自动组装部件的计算机实现的方法包含使用数据处理系统确定CAD环境中的源部件和目标部件。源部件和目标部件表示真实世界对象的不同部分。该方法包含确定源部件的几何特征和目标部件的几何特征，并且将源部件的几何特征与目标部件的几何特征进行比较。该方法包含基于比较的结果自动地生成源部件的几何特征与目标部件的几何特征之间的约束。该方法还包含在图形用户界面上输出由组装的源部件和目标部件组成的几何模型。

Description

计算机辅助设计(CAD)环境中用于自动组装部件的方法、数据 处理系统和非暂态计算机可读存储介质
对其它申请的交叉引用
本申请具有与2015年8月4日提交的、标题为“在计算机辅助设计(CAD)环境中用于自动组装部件的方法和装置”的一般转让的美国专利申请号14/818,089相同的一些主题名称，但除此之外与其并不相关，在本文中引用该美国专利。
优先权要求
本申请要求2015年10月27日提交的、标题为“在计算机辅助设计(CAD)环境中用于自动组装部件的数据处理系统和方法”的印度临时申请号1113/KOL/2015的优先权，该印度临时申请全文以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及计算机辅助设计(CAD)的领域，更具体地涉及用于在CAD环境中自动组装部件的数据处理系统和方法。
背景技术
计算机辅助设计(CAD)利用计算机系统帮助用户创建、修改和分析复杂的三维(3D)几何模型，该三维几何模型通常以电子文件形式输出以用于打印、加工或其他制造操作。通常，设计工程师可以使用加载在计算机系统上的CAD软件，构建真实世界对象的3D几何模型。例如，设计工程师可以使用CAD软件创建真实世界对象的各种部件，并将部件组装为一个或多个子组件。然后，设计工程师可以组装一个或多个子组件以形成真实世界对象的3D几何模型。
部件的组装涉及将部件定位在3D几何模型中和/或在3D几何模型中的部件的不同几何实体(例如，面、边缘等)之间创建适当的约束关系(即，配对关系)。这需要大量人工干预并且通常是个冗长的过程。例如，为了定义两个部件的约束关系，设计工程师需要输入待组装的源部件和目标部件的几何实体，并手动定义实体之间的类型约束关系。另一种已知技术允许设计工程师预先为部件的多个几何实体手动预定义若干约束关系。因此，基于预定义的约束关系，如果满足某些条件，则部件被实时地自动约束。然而，提前预定义约束关系可能是一项繁琐、耗时的任务，并且易于出错。
发明内容
公开了在计算机辅助设计(CAD)环境中用于自动组装部件的数据处理系统和方法。一方面，在计算机辅助设计(CAD)环境中自动组装部件的计算机实施的方法包含使用数据处理系统，确定CAD环境中的目标部件和至少一个源部件。源部件和目标部件表示真实世界对象的不同部分。该方法还包含确定源部件的一个或多个几何特征以及目标部件的一个或多个几何特征，并将源部件的几个特征与目标部件的几何特征进行比较。该方法还包含基于比较的结果，自动生成源部件的几何特征与目标部件的几何特征之间的约束。
另一方面，数据处理系统包含处理器、耦合至处理的显示单元以及耦合至处理器的可存取存储器。该存储器包含计算机辅助设计模块，配置用于在计算机辅助设计环境中确定目标部件和至少一个源部件。该计算机辅助设计模块配置用于确定源部件的一个或多个几何特征以及目标部件的一个或多个几何特征，并且将源部件的几何特征与目标部件的几何特征进行比较。计算机辅助设计模块配置用于基于比较结果，自动生成源部件的几何特征与目标部件的几何特征之间的约束。计算机辅助设计模块还配置用于在显示单元上输出由组装的源部件和目标部件组成的几个模型。
在另一方面，提供了一种存储有指令的非暂态计算机可读存储介质，指令在由数据处理系统执行时，使数据处理系统执行上述的方法步骤。
本发明内容用于以简单的方式介绍多种概念，在下文中会进一步描述这些概念。本发明内容没有确定所要求保护的主题名称的特征或者实质特征。所要求保护的主题名称并不限制于解决本公开中任一部分中的任一或者所有缺点的实施例。
附图说明
通过参考以下详细的说明书，当结合附图一起考虑时，会容易地获得本公开的更完整的描述以及所涉及的许多方面，同时这些内容会变得更容易理解。
图1示出了可以实现实施例的数据处理系统的框图；
图2为示出根据一个实施例的、在计算机辅助设计(CAD)环境中自动组装表示真实世界对象不同部分的部件的示例性方法的过程流程图；
图3为示出根据一个实施例的、在CAD环境中自动组装部件的详细过程的过程流程图；
图4为示出根据另一个实施例的、在CAD环境中自动组装部件的详细过程的过程流程图；
图5为根据一个实施例的、提供表示真实世界对象不同部分的部件的几何建模的客户端-服务器架构的框图；
图6A至图9B为描绘根据一个实施例的、将源部件与目标部件自动组装的图形用户界面视图；并且
图10A和10B为根据另一个实施例的、描绘多个源部件与目标部件自动组装的图形用户界面视图。
具体实施方式
公开了在计算机辅助设计(CAD)环境中用于自动组装部件的数据处理系统和方法。参考附图描述了各种实施例，其中相同的附图标记用于参考附图，其中相同的附图标记始终用于指代相同的元件。在以下描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，不需要实施这些具体细节以实现本发明的实施例。在其它情况下，没有详细描述公知的材料或方法，以避免不必要地模糊本发明的实施例。尽管本公开易于进行各种修改和具有替代形式，但是在附图中通过示例的方式示出特定实施例，并且在本文中详细描述。然而，应当理解，没有将本公开限制为所公开的特定形式，而是相反，本公开将覆盖落入本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。
图1示出了数据处理系统100的框图，其中，可以将实施例实现为例如具体由软件配置或以其它方式执行如本文所述过程的计算机辅助设计系统。数据处理系统100可以为个人计算机、膝上型计算机、平板计算机等。在图1中，数据处理系统100包含处理器102、可访问存储器104、存储单元106、输入单元108、显示单元110和总线112。
本文使用的处理器102可为任何类型的计算电路，例如但不限于微处理器、微控制器、复杂指令集计算微处理器、精简指令集计算微处理器、非常长指令字微处理器、明确并行指令计算微处理器、图形处理器、数字信号处理器或任何其它类型的处理电路。处理器102还可以包含嵌入式控制器，如通用或可编程逻辑器件或阵列、应用专用集成电路、单片计算机等。
存储器104可以为易失性存储器和非易失性存储器。存储器104可以被耦合用于与处理器102通信。处理器102可以执行存储在存储器104中的指令和/或代码。各种计算机可读存储介质可以被存储在存储器104中并且可以从存储器访问。存储器104可以包含用于存储数据和机器可读指令的任何合适的元件，例如只读存储器、随机存取存储器、可擦除可编程只读存储器、电可擦除可编程只读存储器、硬盘驱动器，用于处理光盘的可移动介质驱动器、数字视频盘、软盘、磁带盒、存储卡等。在本实施例中，存储器104包含以机器可读指令形式存储在任何上述存储介质上并且可以与处理器102通信并且由该处理器执行的计算机辅助设计模块114。当由处理器102执行时，计算机辅助设计模块114使处理器102自动地约束表示CAD环境中真实世界对象的部分的部件，并生成包含约束部件的几何模型。在图2至图4中更详细地描述了由处理器102执行的用于实现上述功能的方法步骤。
存储单元106可以为存储规则数据库116和模型数据库118的非暂态存储介质。规则数据库116存储为在CAD环境中组装部件而预定义的一组规则。模型数据库118存储包含约束部件的几何模型。输入单元108可以包含如能够接收输入信号(如包含待被约束的部件的信息的文件)的小键盘、触敏显示器、摄像头(例如接收基于手势输入的摄像头)等的输入装置。显示单元110可以为用于显示图形用户界面的装置，该图形用户界面可视化含有约束部件的几何模型。总线112充当处理器102、存储器104、存储单元106、输入单元108和输出单元110之间的互连装置。
本领域的普通技术人员应当理解，对于特定的实施方式，图1中描绘的硬件可以变化。例如，除了所描绘的硬件之外或代替所描绘的硬件，还可以使用其它外围装置，例如光盘驱动器等、局域网(LAN)/广域网(WAN)/无线(例如Wi-Fi)适配器、图形适配器、盘控制器、输入/输出(I/O)适配器。所描绘的示例仅用于解释的目的，并不意味着暗示关于本发明的架构限制。
根据本发明的实施例的数据处理系统包含采用图形用户界面的操作系统。操作系统允许在图形用户界面中呈现多个显示窗口，同时每个显示窗口提供至不同应用或至相同应用的不同实例的界面。图形用户界面中的光标可以由用户通过指点装置来操纵。光标的位置可以被改变和/或诸如点击鼠标按钮的事件被生成以启动期望的响应。
如果适当地修改，可以采用各种商业操作系统中的一种，例如位于华盛顿州雷蒙德市的微软公司的产品Microsoft WindowsTM的版本。如上所述，根据本发明修改或创建操作系统。
所公开的实施例提供了在CAD环境中自动生成部件之间的约束的系统和方法。具体地，所公开的技术可以标识和匹配部件的几何特征，以自动组装CAD环境中的部件。
图2为示出根据一个实施例的、在CAD环境中自动组装表示真实世界对象不同部分的部件的示例性方法的过程流程图200。在步骤202，获得含有待被约束部件信息的电子文件。例如，电子文件可以为CAD文件并且可以包含在下文中称为部件的真实世界对象的多部分的几何信息。电子文件可以从由数据处理系统100的用户提供的位置获得。电子文件中给出的部件可以显示在数据处理系统100的图形用户界面(例如，图形用户界面600A)上。
在步骤204，从电子文件确定源部件和目标部件。例如，需要与另一个部件配对的部件被确定为“源部件”，而与另一个部件配对的部件被称为“目标部件”。目标部件可以为单个部件或由各种部件组成。在另一个示例性实施方式中，可以基于体积来确定源部件和目标部件。具有最大体积的部件被识别为目标部件。在又一示例性实施方式中，基于数据处理系统100的用户的输入来识别源部件和目标部件。例如，用户可以使用鼠标对部件执行相对于另一部件的“拖动”操作。在图形用户界面上执行“拖动”操作的部件被确定为“源部件”。另一个部件被确定为“目标部件”。
在步骤206，确定源部件的几何特征和目标部件的几何特征。几何特征可以包含轴、孔、锥形轴、锥形孔、键槽轴、键槽孔、挤出特征、切口特征等。在一些实施例中，使用特征识别算法来识别源部件和目标部件的几何特征。可以使用本领域的技术人员熟知的任何特征识别算法来确定源部件和目标部件的几何特征。
在步骤208，将源部件的几何特征与目标部件的几何特征进行比较。将源部件的几何特征与目标部件的几何特征进行比较，以确定源部件和目标部件之间的组装可能性。例如，考虑通过特征识别算法来识别源部件的轴和目标部件的孔。在这种情况下，将轴的直径与孔的直径进行比较，以确定源部件的轴是否适合目标部件的孔。如果公差值等于0.0mm、+0.2mm的轴被识别，则直径等于轴的直径的或大于+0.02mm的孔被比较。
在步骤210，基于比较结果，自动生成源部件的几何特征与目标部件的几何特征之间的约束。也就是说，如果源部件的几何特征与目标部件的几何特征相匹配，则会自动生成约束，从而在源部件和目标部件之间创建组件。与源部件和目标部件相关联的几何信息以及相关联的约束被存储在模型数据库118中。在步骤212，组装的源部件和目标部件的几何模型在图形用户界面上输出。例如，由组装的源部件和目标部件组成的几何模型在图形用户界面上可视化。以这种方式，表示真实世界对象的不同部分的部件被自动地组装。自动组装部件的详细过程如下。
图3为示出根据一个实施例的在CAD环境中自动组装部件的详细过程的过程流程图300。在步骤302，获得包含部件信息的电子文件。在步骤304，确定一个或多个源部件和目标部件。例如，一旦接收到生成部件的组装的用户命令，就确定一个或多个源部件和目标部件。用户命令可以指示将单个源部件还是将多个源部件与目标部件组装在一起。目标部件位于原点(坐标0，0，0)，并创建基础关系。在步骤306，确定是否选择了不止一个源部件以用于与目标部件组装在一起。
如果单个源部件被选择用于组装，则直接执行步骤312。如果在步骤304识别出多个源部件，则执行步骤308。在步骤308，确定每个源部件的体积。例如，可以从电子文件确定每个源部件的体积。另选地，使用数学公式自动计算每个源部件的体积。在步骤310，选择源部件中具有最大体积的源部件。
在步骤312，确定所选源部件的一个或多个几何特征和目标部件的一个或多个几何特征。在步骤314，将源部件的每个几何特征与目标部件的几何特征进行比较。在一个实施例中，基于预定的比较顺序对源部件的几何特征和目标部件的几何特征进行排序。例如，预先确定的比较顺序在下面的表1中给出：
顺序 源部件 目标部件
1 轴(从最小到最大) 孔(从最小到最大)
2 孔(从最大到最小) 孔(从最大到最小)
3 孔(从最大到最小) 轴(从最大到最小)
4 轴(从最小到最大) 轴(从最小到最小)
5 锥形轴(从最大到最小) 锥形孔(从最大到最小)
6 锥形孔(从最大到最小) 锥形轴(从最大到最小)
7 键槽轴(从最小到最大) 键槽孔(从最小到最大)
8 键槽孔(从最大到最小) 键槽轴(从最大到最小)
9 挤出特征(从最小到最大) 切口特征(从最小到最大)
10 切口特征(从最大到最小) 挤出特征(从最大到最小)
11 切口特征(从最大到最小) 切口特征(从最大到最小)
12 挤出特征(从最小到最大) 挤出特征(从最小到最大)
表1
在该实施例中，根据排序顺序将源部件的每个几何特征与目标部件的对应的几何特征进行比较。在一些实施例中，确定在任何源部件或目标部件中是否存在相同的几何特征。如果存在相同的几何特征，则根据几何特征的大小，相同类型源部件的每个几何特征与目标部件的对应几何特征。例如，将尺寸最小的轴与尺寸最小的孔进行比较，然后比较尺寸较大的轴与尺寸较大的孔等等。
在步骤316，确定源部件的几何特征与目标部件的任何几何特征之间是否存在匹配。如果未找到匹配，则在步骤318，确定是否剩余源部件的任何几何特征以用于与目标部件的几何特征进行比较。如果剩余任何几何特征，则执行步骤314。如果没有剩余源部件的几何特征，则过程300结束。
如果源部件的几何特征与目标部件的几何特征之间存在匹配，则在步骤320，确定源部件相对于目标部件的放置的位置。相对于目标部件，可以有可以放置源部件的多个位置。考虑目标部件为由四个孔组成的法兰，而源部件为艾伦螺钉。在这种情况下，艾伦螺钉与法兰的四个孔相匹配。确定应放置艾伦螺钉的第一位置(四个孔之一)。该位置可以基于存储在规则数据库116中的一组规则来确定。或者，放置的位置可以基于用户输入来选择。也就是说，用户可以指定应该放置艾伦螺钉的孔。
在步骤322，确定源部件相对于目标部件的放置的方向。源部件的放置的方向可以基于存储在规则数据库116中的一组规则来确定。规则可能为预定义的，该规则规定“源部件应当从外部向内部组装”。在这种情况下，源部件的放置的方向被确定为从外部到内部。放置的方向也基于放置点和目标部件的体积中心来确定。
在步骤324中，计算源部件和目标部件的匹配的一对几何特征之间的组装关系。组装关系基于存储在规则数据库116中的规则组来计算。示例性组装关系可以包含源部件的几何特征的面和目标部件的几何特征的面之间的轴对齐、配对或平面对齐组装关系。计算装配关系，使其约束6个自由度。
在步骤326，基于匹配的一对几何特征之间的组装关系，自动生成源部件与目标部件的匹配的一对几何特征之间的约束。在步骤328，确定是否存在由于源部件与目标部件组装而引起的干扰。现有的干扰检测算法可以用于检测由于源部件和目标部件的组装而引起的干扰。
如果检测到干涉，则过程300被引导到步骤314，在该步骤中，将源部件的几何特征与目标部件的下一个可用几何特征进行比较。或者，如果检测到干扰，则过程300可以改变源部件的放置的位置和/或放置的方向。如果没有检测到干扰，则在步骤330，确定源部件是否要在目标部件的任何其它位置组装。如果确定源部件将在任何其它位置组装，则过程300被引导到步骤320，在该步骤中，确定目标部件中的放置的另一位置。
如果源部件不在任何其它位置组装，则执行步骤332。在步骤332，确定是否存在剩余的用于与目标部件组装的任何其它源部件。如果剩余用于与目标部件组装的源部件，则过程300被引导至步骤310。如果所有源部件与目标部件组装，则在步骤334，在图形用户界面上输出描绘源部件和目标部件的组装的几何模型。
图4为示出根据另一个实施例的在CAD环境中自动组装部件的详细过程的过程流程图400。在步骤402，获得包含待组装部件的文件夹。在步骤404，确定文件夹中每个部件的体积。在步骤406中，选择所有部件中具有最大体积的部件。此部件在下文中称为“目标部件”。在步骤408，使用目标部件创建基础关系。
在步骤410，确定每个源部件的体积。在步骤412，选择源部件中具有最大体积的源部件。在步骤414，确定所选源部件的一个或多个几何特征和目标部件的一个或多个几何特征。在步骤416，将源部件的每个几何特征与目标部件的几何特征进行比较。
在一个实施例中，基于预定的比较顺序，对源部件的几何特征和目标部件的几何特征进行排序。在该实施例中，根据排序顺序，将源部件的每个几何特征与目标部件的对应的几何特征进行比较。在一些实施例中，确定在任何源部件或目标部件中是否存在相同的几何特征。如果存在相同的几何特征，则根据几何特征的大小，相同类型的源部件的每个几何特征与目标部件的对应几何特征。例如，将尺寸最小的轴与最小尺寸的孔进行比较，然后比较尺寸较大的轴与尺寸较大的孔等等。
在步骤418，确定源部件的几何特征与目标部件的任何几何特征之间是否存在匹配。如果未找到匹配，则在步骤420，确定是否剩余源部件的任何几何特征以用于与目标部件的几何特征进行比较。如果剩余任何几何特征，则执行步骤416。如果没有剩余源部件的几何特征，则过程400结束。
如果源部件的几何特征与目标部件的几何特征之间存在匹配，则在步骤422，确定源部件相对于目标部件的放置的位置。可以存在可以将源部件与目标部件组装的多个位置。考虑目标部件为由四个孔组成的法兰，而源部件为艾伦螺钉。在这种情况下，艾伦螺钉与法兰的四个孔相匹配。确定应放置艾伦螺钉的第一位置(四个孔之一)。放置的位置可以基于存储在规则数据库116中的一组规则来确定。或者，放置的位置可以基于用户输入来选择。也就是说，用户可以指定应该放置艾伦螺钉的孔。
在步骤424，确定源部件相对于目标部件的放置的方向。源部件的放置的方向可以基于存储在规则数据库116中的规则组来确定。规则可能为预定义的，该规则规定“源部件应当从外部向内部组装”。在这种情况下，源部件的放置的方向被确定为从外部到内部。
在步骤426中，计算源部件和目标部件的匹配的一对几何特征之间的组装关系。组装关系基于存储在规则数据库116中的规则组来计算。示例性组装关系可以包含源部件的几何特征的面和目标部件的几何特征的面之间的轴对齐、配对或平面对齐组装关系。
在步骤428，基于匹配的一对几何特征之间的组装关系，自动生成源部件与目标部件的匹配的一对几何特征之间的约束。在步骤430，确定是否存在由于源部件与目标部件组装而引起的干扰。
如果检测到干涉，则过程400被引导到步骤416，在该步骤中，将源部件的几何特征与目标部件的下一个可用几何特征进行比较。或者，如果检测到干扰，则过程400可以改变源部件的放置的位置和/或放置的方向。如果没有检测到干扰，则在步骤432，确定源部件是否要在目标部件的任何其它位置组装。如果确定源部件将在任何其它位置组装，则过程400被引导到步骤422，在该步骤中，确定目标部件中的另一放置的位置。
如果源部件不在任何其它位置组装，则执行步骤434。在步骤434，确定是否存在剩余的用于与目标部件组装的任何其它源部件。如果剩余用于与目标部件组装的源部件，则过程400被引导到步骤412。如果所有源部件与目标部件组装，则在步骤436，在图形用户界面上输出描绘源部件和目标部件的组装的几何模型。
图5为根据一个实施例的提供表示真实世界对象的不同部分的部件的几何建模的客户端-服务器架构500的框图。具体地，客户端-服务器架构500包含服务器502和多个客户端装置506A-N。每个客户端装置506A-N经由网络504(例如，局域网(LAN)、广域网(WAN)、Wi-Fi等)连接到服务器502。应当理解，服务器502为如图1所示的数据处理系统100的示例性实施方式。
服务器502包含计算机辅助设计模块114、规则数据库116和模型数据库118。计算机辅助设计模块114可以以机器可读指令的形式存储在服务器502上。服务器502可以包含存储机器可读指令的可访问存储器。服务器502可以包含用于执行机器可读指令的处理器。服务器502还可以包含用于存储规则数据库116和模型数据库118的存储单元。另外，服务器502可以包含用于经由网络504与客户端装置506A-N进行通信的网络接口。机器可读指令可以使得处理器基于存储在规则数据库116中的规则组自动生成部件之间的约束。
客户端装置506A-N设有计算机辅助设计工具508A-N。客户端装置506A-N的用户可以经由相应计算机辅助设计工具508A-N的图形用户界面访问服务器502。在一个实施例中，客户端装置506A的用户可以向服务器502发送请求，以加载包含与要使用计算机辅助设计工具508A进行组装的部件相关联的信息的CAD文件。服务器502可以经由网络504将CAD文件发送到客户端装置506A。客户端装置506A可以向服务器502发送用于组装CAD文件中的两个或更多个部件的请求。因此，如图2至4所示，服务器502中的计算机辅助设计模块114自动生成部件之间的约束，并且在客户端装置506A的计算机辅助设计工具508A的图形用户界面上输出含有受约束部件的几何模型。本领域的技术人员可以设想，本发明可以在云计算环境中实现，其中计算机辅助设计模块114被托管在云服务器上。
图6A至图9B为描绘根据一个实施例的将源部件与目标部件自动组装的图形用户界面视图。图6A示出描绘源部件602和目标部件604的图形用户界面视图600A。从图6A中可以看出，源部件602含有轴606并且目标部件604含有孔608。当用户对部件602执行拖动操作时，计算机辅助设计模块114确定部件602为源部件并且部件604为目标部件。计算机辅助设计模块114还确定源部件602含有几何特征“轴”606并且目标部件604含有几何特征“孔”608。然后，计算机辅助设计模块114将源部件602的几何特征“轴”606与目标部件604的几何特征“孔”608进行比较，并找出轴606与孔608之间的匹配。计算机辅助设计模块114确定源部件602的放置的位置并且创建源部件602和目标部件604之间的组装关系(即，在轴606和孔608的相邻平面之间配对并且对准非轴向孔)。因此，计算机辅助设计模块114自动生成源部件602的轴606和目标部件604的孔608之间的约束，并且在如图6B所示的图形用户界面600B上输出几何模型(即，源部件602和目标部件604的接合)。类似地，计算机辅助设计模块114确定源部件602可以被组装在目标部件604的相对侧上。因此，计算机辅助设计模块114自动生成源部件602的轴606和目标部件604的孔608之间的约束，并且在如图6C所示的图形用户界面600C上输出几何模型。
图7A示出描绘源部件702和目标部件704的图形用户界面视图700A。目标部件704为图6C中的图形用户界面600C上显示的几何模型。从图7A中可以看出，源部件702含有轴706并且目标部件704含有孔708。当用户对部件702执行拖动操作时，计算机辅助设计模块114确定部件702为源部件并且部件704为目标部件。计算机辅助设计模块114还确定源部件702含有几何特征“轴”706并且目标部件704含有几何特征“孔”708。然后，计算机辅助设计模块114将源部件702的几何特征“轴”706与目标部件704的几何特征“孔”708进行比较，并找出轴706与孔708之间的匹配。计算机辅助设计模块114确定源部件702的放置的位置并且创建源部件702和目标部件704之间的组装关系(即，在轴706和孔708的相邻平面之间配对并且旋转被锁定为非轴向孔不可用)。因此，计算机辅助设计模块114自动地生成源部件702的轴706和目标部件704的孔708之间的约束，并且在如图7B所示的图形用户界面700B上输出几何模型(即，源部件702和目标部件704的接合)。
图8A示出描绘源部件802和目标部件804的图形用户界面视图800A。目标部件804为图7B中的图形用户界面700B上显示的几何模型。从图8A中可以看出，源部件802含有孔806并且目标部件804含有轴706。当用户对部件802执行拖动操作时，计算机辅助设计模块114确定部件802为源部件并且部件804为目标部件。计算机辅助设计模块114还确定源部件802含有几何特征“孔”806并且目标部件804含有几何特征“轴”706。然后，计算机辅助设计模块114将源部件802的几何特征“孔”806与目标部件804的几何特征“轴”706进行比较，并找出孔806与轴706之间的匹配。计算机辅助设计模块114确定源部件802的放置的位置并且创建源部件802和目标部件804之间的组装关系(即，在轴706和孔708的相邻平面之间配对并且对准非轴向孔)。因此，计算机辅助设计模块114自动地生成源部件802的孔806和目标部件804的轴706之间的约束，并且在如图8B所示的图形用户界面800B上输出几何模型(即，源部件802和目标部件804的接合)。
图9A示出描绘源部件902和目标部件904的图形用户界面视图900A。目标部件904为图8B中的图形用户界面800B上显示的几何模型。从图9A中可以看出，源部件902为艾伦螺钉，目标部件904含有需要放置艾伦螺钉902的孔908。当用户对部件902执行拖动操作时，计算机辅助设计模块114确定部件902为源部件并且部件904为目标部件。计算机辅助设计模块114还确定源部件902含有几何特征“轴”906并且目标部件904含有几何特征“孔”908。然后，计算机辅助设计模块114将源部件902的几何特征“轴”906与目标部件904的几何特征“孔”908进行比较，并找出轴906与孔908之间的匹配。计算机辅助设计模块114确定源部件902的放置的位置和放置(即，从外部到内部)的方向。计算机辅助设计模块114创建源部件902和目标部件904之间的组装关系(即，在轴906和孔908的相邻平面之间配对并且旋转被锁定为非轴向孔不可用)。因此，计算机辅助设计模块114在轴906和孔908之间自动地生成约束，并且在如图9B所示的图形用户界面900B上输出几何模型910(即源部件902和目标部件904的接合)。使用单击鼠标按钮将源部件902放置在目标部件904的不同位置(即，孔908)中。因此，大大节省组装部件所需的手动工作。以这种方式，源部件与目标部件自动组装。
图10A和图10B为根据另一个实施例的描绘多个源部件1002A-D与目标部件1004自动组装的图形用户界面视图1000A和1000B。图10A示出描绘源部件1002A-D和目标部件1004的图形用户界面视图1000A。如上所述，计算机辅助设计模块114使用户能够经由单次鼠标点击在目标部件1004中自动组装多个源部件1002A-D。然而，源部件1002A-D与目标部件1004组装的顺序基于源部件1002A-D的大小。例如，具有最大体积的源部件(例如，源部件1002A)首先被选择用于与目标部件1004组装，随后是组装具有比源部件1002A更小体积的源部件(例如，源部件1002C)。以此方式，如图10B所示，所有源部件1002A-D与目标部件1004组装并且在图形用户界面1000B上输出几何模型1006。
在各种实施例中，上面在图1至10B中描述的方法和系统公开了在CAD环境中自动生成部件的几何特征之间的约束以形成几何模型。因此，消除了基于用户输入在组件中定位部件以及定义部件之间的约束关系的需求。这有助于节省手动工作量并显著缩短设计时间。此外，CAD环境中的部件的自动组装不会出现人为错误。
当然，本领域的技术人员应当理解，除非具体指示或者由操作序列所要求，否则上述过程中的某些步骤可以被省略、同时或按顺序执行或者以不同的顺序执行。
本领域的技术人员应当理解，为了简单和清楚起见，本文未描绘或描述适用于本发明的所有数据处理系统的完整结构和操作。相反，仅描绘和描述了本发明独特的或理解本发明所必需的数据处理系统。数据处理系统100的其余构造和操作可以符合本领域中已知的各种当前实施方式和实践中的任何一种。
应当理解，本文描述的系统和方法可以在各种形式的硬件、软件、固件、专用处理器或其组合中实现。一个或多个本实施例可以采取计算机程序产品的形式，该计算机程序产品包括可从计算机可用或计算机可读介质访问的程序模块，该计算机可用或计算机可读介质存储由一个或多个计算机、处理器或指令执行系统使用或与其结合使用的程序代码。出于本说明书的目的，计算机可用或计算机可读介质可以为能够包含、存储、传送、传播或传输程序以供指令执行系统、设备或装置使用或与其结合使用的任何装置。由于信号载体不被包括在物理计算机可读介质的定义中，所以所述介质可以为电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统(或设备或装置)或传播介质中的任一种，其中，所述物理计算机可读介质包括半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、刚性磁盘和光盘(例如光盘只读存储器(CD-ROM))、光盘读/写和数字多功能光盘(DVD)。如本领域的技术人员已知的，用于实现该技术的每个方面的处理器和程序代码可以为集中式的或分布式的(或其组合)。
虽然已经参考某些实施例详细描述了本发明，但应当理解，本发明不限于这些实施例。鉴于本发明，在不脱离如本文所述的本发明的各种实施例的范围的情况下，本领域的技术人员可以自己进行许多修改和改变。因此，本发明的范围由所附权利要求而不是由前面的描述来指明。落入权利要求的等同物的含义和范围内的所有改变、修改和变化均被认为在其范围内。

Claims (20)

1.一种在计算机辅助设计(CAD)环境中自动组装部件(602、604、702、704、802、804、902、904、1002A-D、1004)的计算机实现的方法，包括：
使用数据处理系统(100、500)，确定所述CAD环境中的目标部件(604、704、804、904)和至少一个源部件(602、702、802、902)，其中，所述源部件(602、702、802、902)和所述目标部件(604、704、804、904)表示真实世界对象的不同部分；
确定所述源部件(602、702、802、902)的一个或多个几何特征(606、706、806、906)和所述目标部件(604、704、804、904)的一个或多个几何特征(608、708、908)；
将所述源部件(602、702、802、902)的几何(606、706、806、906)与所述目标部件(604、704、804、904)的几何特征(608、708、908)进行比较；并且
基于比较的结果，自动地生成所述源部件(602、702、802、902)的几何特征(606、706、806、906)与所述目标部件(604、704、804、904)的几何特征(608、708、908)之间的约束。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述源部件(602、702、802、902)的几何特征(606、706、806、906)与所述目标部件(604、704、804、904)的几何特征(608、708、908)进行比较包括：
基于预定的比较顺序，对所述源部件(602、702、802、902)的几何特征(606、706、806、906)和所述目标部件(604、704、804、904)的几何特征(608、708、908)进行排序；并且
根据排序的顺序，将所述源部件(602、702、802、902)的每个几何特征(606、706、806、906)与所述目标部件(604、704、804、904)的对应的几何特征(608、708、908)进行比较。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，将所述源部件(602、702、802、902)中的每个几何特征(606、706、806、906)与所述目标部件(604、704、804、904)的对应的几何特征(608、708、908)进行比较包括：
确定在排序的几何特征中是否存在相同的几何特征；并且
如果存在相同的几何特征，则根据几何特征的大小，将所述源部件(602、702、802、902)的每个几何特征(606、706、806、906)与所述目标部件(604、704、804、904)的对应的几何特征(608、708、908)进行比较。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其中，自动地生成所述源部件(602、702、802、902)的几何特征(606、706、806、906)与所述目标部件(604、704、804、904)的几何特征(608、708、908)之间的约束包括：
基于比较结果，确定所述源部件(602、702、802、902)的几何特征(606、706、806、906)与所述目标部件(604、704、804、904)的几何特征(608、708、908)之间是否存在匹配；
如果找到匹配，则确定所述源部件(602、702、802、902)相对于所述目标部件(604、704、804、904)的放置的至少一个位置；
确定所述源部件(602、702、802、902)相对于所述目标部件(604、704、804、904)的放置的方向；
基于放置的所述位置和所述方向，计算所述源部件(602、702、802、902)与所述目标部件(604、704、804、904)的匹配的一对几何特征(606、608、706、708、806、906、908)之间的组装关系；并且
基于计算的、所述匹配的一对几何特征(606、608、706、708、806、906、908)之间的组装关系，自动地生成所述源部件(602、702、802、902)与所述目标部件(604、704、804、904)的匹配的一对几何特征(606、608、706、708、806、906、908)之间的约束。
5.根据权利要求1至4所述的方法，其中，几何特征(606、608、706、708、806、906、908)选自由轴、孔、锥形轴、锥形孔、键槽轴、键槽孔、挤出特征和切口特征组成的组。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述CAD环境中的所述源部件(1002A-D)和所述目标部件(1004)包括：
确定多个源部件(1002A-D)是否要与所述目标部件(1004)组装；
如果要组装所述多个源部件(1002A-D)，则确定每个所述源部件(1002A-D)的体积；并且
基于所述源部件(1002A-D)的体积，选择用于与所述目标部件(1004)组装的源部件(1002A-D)。
7.根据权利要求1至6所述的方法，还包括：
使用具有最大体积的部件创建基础关系，其中，该部件为所述目标部件(604、704、804、904、1004)。
8.根据权利要求1或7所述的方法，还包括：
确定是否存在由于所述源部件(602、702、802、902、1002A-D)与所述目标部件(604、704、804、904、1004)组装而引起的干扰；并且
如果检测到干扰，则重复以下步骤：比较几何特征(606、608、706、708、806、906、908)并生成几何特征(606、608、706、708、806、906、908)之间的约束，直到在所述源部件(602、702、802、902、1002A-D)和所述目标部件(604、704、804、904、1004)之间没有检测到干扰为止。
9.根据权利要求1或8所述的方法，还包括：
在图形用户界面(900B、1000B)上输出包括组装的所述源部件(602、702、802、902、1002A-D)和所述目标部件(604、704、804、904、1004)的几何模型(910、1006)。
10.一种数据处理系统(100)，包括：
处理器(102)；
耦合到所述处理器(102)的显示单元(110)；以及
耦合到所述处理器(102)的可访问存储器(104)，其中，所述存储器(104)包括计算机辅助设计模块(114)，该计算机辅助设计模块被配置用于：
确定计算机辅助设计(CAD)环境中的目标部件(604、704、804、904)和至少一个源部件(602、702、802、902)，其中，所述源部件(602、702、802、902)和所述目标部件(604、704、804、904)代表真实世界对象的不同部分；
确定所述源部件(602、702、802、902)的一个或多个几何特征(606、706、806、906)和所述目标部件(604、704、804、904)的一个或多个几何特征(608、708、908)；
将所述源部件(602、702、802、902)的几何特征(606、706、806、906)与所述目标部件(604、704、804、904)的几何特征(608、708、908)进行比较；
基于比较的结果，自动地生成所述源部件(602、702、802、902)的几何特征(606、706、806、906)与所述目标部件(604、704、804、904)的几何特征(608、708、908)之间的约束；并且
在显示单元(110)上输出包括组装的所述源部件(602、702、802、902)与所述目标部件(604、704、804、904)的几何模型(910、1006)。
11.根据权利要求10所述的数据处理系统(100)，其中，在将所述源部件(602、702、802、902)的几何特征(606、706、806、906)与所述目标部件(604、704、804、904)的几何特征(608、708、908)进行比较时，所述计算机辅助设计模块(114)被配置为用于：
基于预定的比较顺序，对所述源部件(602、702、802、902)的几何特征(606、706、806、906)和所述目标部件(604、704、804、904)的几何特征(608、708、908)进行排序；并且
根据排序的顺序，将所述源部件(602、702、802、902)的每个几何特征(606、706、806、906)与所述目标部件(604、704、804、904)的对应的几何特征(608、708、908)进行比较。
12.根据权利要求11所述的数据处理系统(100)，其中，在将所述源部件(602、702、802、902)中的每个几何特征(606、706、806、906)与所述目标部件(604、704、804、904)的每个几何特征(608、708、908)进行比较时，所述计算机辅助设计模块(114)被配置为用于：
确定在排序的几何特征中是否存在相同的几何特征(606、608、706、708、806、906、908)；并且
如果存在相同的几何特征，则根据几何特征的大小，将所述源部件(602、702、802、902)的每个几何特征(606、706、806、906)与所述目标部件(604、704、804、904)的对应的几何特征(608、708、908)进行比较。
13.根据权利要求10或12所述的数据处理系统(100)，其中，在自动地生成所述源部件(602、702、802、902)的几何特征(606、706、806、906)与所述目标部件(604、704、804、904)的几何特征(608、708、908)之间的约束时，所述计算机辅助设计模块(114)被配置为用于：
基于比较结果，确定所述源部件(602、702、802、902)的几何特征(606、706、806、906)与所述目标部件(604、704、804、904)的几何特征(608、708、908)之间是否存在匹配；
如果找到匹配，则确定所述源部件(602、702、802、902)相对于所述目标部件(604、704、804、904)的放置的至少一个位置；
确定所述源部件(602、702、802、902)相对于所述目标部件(604、704、804、904)的放置的方向；
基于放置的所述位置和所述方向，计算所述源部件(602、702、802、902)与所述目标部件(604、704、804、904)的匹配的一对几何特征(606、608、706、708、806、906、908)之间的组装关系；并且
基于计算的、所述匹配的一对几何特征(606、608、706、708、806、906、908)之间的组装关系，自动地生成所述源部件(602、702、802、902)与所述目标部件(604、704、804、904)的匹配的一对几何特征(606、608、706、708、806、906、908)之间的约束。
14.根据权利要求10所述的数据处理系统(100)，其中，在确定所述CAD环境中的目标部件(1004)与至少一个源部件(1002A-D)时，所述计算机辅助设计模块(114)被配置为用于：
确定多个源部件(1002A-D)是否要与所述目标部件(1004)组装；
如果要组装所述多个源部件(1002A-D)，则确定每个所述源部件(1002A-D)的体积；并且
基于所述源部件(1002A-D)的体积，选择用于与所述目标部件(1004)组装的源部件(1002A-D)。
15.根据权利要求10至14所述的数据处理系统(100)，其中，所述计算机辅助设计模块(114)被配置为用于使用具有最大体积的部件创建基础关系，其中，该部件为所述目标部件(604、704、804、904、1004)。
16.根据权利要求10或15所述的数据处理系统(100)，其中，所述计算机辅助设计模块(114)被配置为用于
确定是否存在由于所述源部件(602、702、802、902、1002A-D)与所述目标部件(604、704、804、904、1004)组装而引起的干扰；并且
如果检测到干扰，则重复以下步骤：比较几何特征(606、608、706、708、806、906、908)并生成几何特征(606、608、706、708、806、906、908)之间的约束，直到在所述源部件(602、702、802、902、1002A-D)和所述目标部件(604、704、804、904、1004)之间没有检测到干扰为止。
17.一种存储有指令的非暂态计算机可读存储介质，所述指令在由数据处理系统(100、500)执行时，使所述数据处理系统(100、500)：
确定计算机辅助设计(CAD)环境中的目标部件(604、704、804、904)和至少一个源部件(602、702、802、902)，其中，所述源部件(602、702、802、902)和所述目标部件(604、704、804、904)表示真实世界对象的不同部分；
确定所述源部件(602、702、802、902)的一个或多个几何特征(606、706、806、906)和所述目标部件(604、704、804、904)的一个或多个几何特征(608、708、908)；
将所述源部件(602、702、802、902)的几何特征(606、706、806、906)与所述目标部件(604、704、804、904)的几何特征(608、708、908)进行比较；并且
基于比较的结果，自动地生成所述源部件(602、702、802、902)的几何特征(606、706、806、906)与所述目标部件(604、704、804、904)的几何特征(608、708、808)之间的约束。
18.根据权利要求17所述的存储介质，其中，在自动地生成所述源部件(602、702、802、902)的几何特征(606、706、806、906)与所述目标部件(604、704、804、904)的几何特征(608、708、908)之间的约束时，所述指令使所述数据处理系统(100、500)：
基于比较结果，确定所述源部件(602、702、802、902)的几何特征(606、706、806、906)与所述目标部件(604、704、804、904)的几何特征(608、708、908)之间是否存在匹配；
如果找到匹配，则确定所述源部件(602、702、802、902)相对于所述目标部件(604、704、804、904)的放置的至少一个位置；
确定所述源部件(602、702、802、902)相对于所述目标部件(604、704、804、904)的放置的方向；
基于放置的所述位置和所述方向，计算所述源部件(602、702、802、902)与所述目标部件(604、704、804、904)的匹配的一对几何特征(606、608、706、708、806、906、908)之间的组装关系；并且
基于计算的、所述匹配的一对几何特征(606、608、706、708、806、906、908)之间的组装关系，自动地生成所述源部件(602、702、802、902)与所述目标部件(604、704、804、904)的匹配的一对几何特征(606、608、706、708、806、906、908)之间的约束。
19.根据权利要求17所述的存储介质，其中，在确定所述CAD环境中的目标部件(1004)与至少一个源部件(1002A-D)时，所述指令使所述数据处理系统(100、500)：
确定多个源部件(1002A-D)是否要与所述目标部件(1004)组装；
如果要组装所述多个源部件(1002A-D)，则确定每个所述源部件(1002A-D)的体积；并且
基于所述源部件(1002A-D)的体积，选择用于与所述目标部件(1004)组装的源部件(1002A-D)。
20.根据权利要求17至19所述的存储介质，其中，所述指令使所述数据处理系统(100、500)：
使用具有最大体积的部件创建基础关系，其中，该部件为所述目标部件(604、704、804、904、1004)。
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