【正文】 最后形成計算機可以理解的數據模型，即產生、存儲、處理和表達設計對象的過程。隨著人們對信息完整性的追求，產品建模經歷了從幾何建模、特征建模、智能建模、裝配建模和集成建模的發(fā)展過程。參數化/變量化建模從幾何圖形中抽象出幾何約束，使其與工程設計中其他約束條件結合，充分考慮了設計師的設計意圖，以提高產品建模的智能化水平。隨著人工智能技術的發(fā)展，產品建模技術也逐漸向著更高層次的智能建模方向發(fā)展。約束建模將所有的設計要求都看成是對設計變量的約束，設計過程就是一個約束滿足問題。參數化技術利用圖形中蘊涵的知識信息來進行推理求解，以重現(xiàn)用戶的設計意圖。參數化技術將產品模型表示成幾何元素及其約束關系組成的幾何約束系統(tǒng)，即產品的參數化模型，以其中的尺寸約束屬性作為整個模型的參數。參數化技術的實質就是以幾何約束系統(tǒng)表示產型的約束驅動，即在確定產品幾何約束模型之后，何模型。在對偶復合模型中，幾何模型表達了構成產品模型的低級幾何要素，如點、線、面及其幾何位置等信息。而約束模型則是由幾何元素之間客觀存在的約束關系組成的，它在更高的抽象層次上反映了產品模型的幾何特性，因為諸如尺寸、平行、垂直等幾何約束關系能夠比點、線、面更好的反映產品設計的工程語義。有效的約束表達模式可以唯一的、完整的、并以自然的方式定義產品的幾何形狀，實現(xiàn)產品幾何模型的約束驅動。應用層主要表達產品模型的幾何形狀，表現(xiàn)的是幾何元素的特性，它是參數化系統(tǒng)向用戶展現(xiàn)的產品造型的界面。不論何種參數化設計系統(tǒng)，表達的約束關系、即設計者蘊涵的設計意圖，在內容上都是一致的。不同參數化系統(tǒng)的幾何約束表達方式有所不同，這主要體現(xiàn)在數據層中。參數化CAD系統(tǒng)的主要功能是二維工程繪圖與三維實體造型。研究幾何約束系統(tǒng)的邏輯表示方法是建立參數化模型的基礎。約束是一個應用很廣泛的概念，在參數化/變量化建模中約束主要指設計對象在設計空間受到的某種限制。產品參數化建模中的約束類型從宏觀上可以分為幾何約束與工程約束。幾何約束保證了圖形元素改變尺寸后圖形能大致保持原來的形狀。這三種幾何約束分別定義了幾何元素之間從低層到高層的三種約束關系：拓撲關系，方向關系，位置關系，在圖形中分別表現(xiàn)為圖元之間的連接、定向、定位等相互關系。它在確定了圖形元素拓撲聯(lián)結關系的基礎上，確定了圖形元素的定向關系，如平行、垂直、斜角、對稱等，由此可以決定圖形的基本結構。結構約束對設計來講具有更明確的意義，取消和增加一個約束將意味著設計對象模型的變更。參數化和變量化只改變尺寸約束的參數屬性，對結構約束與拓撲約束均保持不變。尺寸定義了幾何元素的屬性，如長度、半徑、直徑等參數等，或者尺寸元素之間位置關系，如距離、角度等參數，它決定了圖形的輪廓形狀。由于圖形標注中尺寸鏈的不封閉性，尺寸約束可以將相關幾何元素表示為一個尺寸樹。工程約束是一種具有高級語義特征的約束關系。工程設計中工程約束的種類很多，如強度約束、剛度約束、溫度約束、速度約束、成本約束等，由此可見工程約束往往針對具體的應用領域。工程約束經專家知識的轉化，可以轉換為工程圖形中尺寸約束參數之間的關系。在支持工程約束的變量化系統(tǒng)中可以將優(yōu)化設計目標函數及約束條件轉化為設計變量之間的工程約束，以支持產品的優(yōu)化設計。裝配約束關系是零件之間相對關系的描述，它反映了零、部件之間的相互約束關系，包括幾何關系、運動關系和連接關系等。裝配約束關系反映了比幾何約束更高級的語義信息，它將約束對象從無工程意義的幾何元素提升到具有工程意義的零件與部件，能夠更有效的表達設計意圖。 三維圖形約束模型雖然產品的幾何形態(tài)各異，都可以用一系列最基本的幾何元素（點、直線、曲線、平面、曲面、簡單體素等）來描述這些設計對象的幾何形態(tài)。目前三維造型系統(tǒng)常用的形體表示方法有以下幾種：（1）構造實體幾何法（CSG）法CSG的含義是任何復雜的形體都可以用簡單形體即體素的組合來表示，它用二叉樹的形式記錄一個零件的所有組成體素進入拼合運算的過程，可以簡稱為體素拼合樹或CSG樹。幾何實體的CSG表示可以方便的轉換成B－Rep表示。邊界表示詳細記錄了構成形體的所有幾何元素及其拓撲關系，以便直接存取構成形體的各個面、面的邊界以及各個頂點的定義參數，有利于以面、邊、點為基礎的各種幾何運算和操作。常用的數據描述模型有基于邊的模型如翼邊數據結構，與基于面的模型如面領接圖法。它在CSG方法的基礎上，采用能夠實現(xiàn)設計功能的構造特征。形狀特征單元是特征造型的基本元素，它是一個有形的實體，是一組可加工表面的集合。 三維幾何約束模型是參數化特征造型的基礎。參數化特征模型以形狀特征單元為基本構造元素，通過各特征單元的組合操作和約束關系來構造整個產品模型，這種層次構造特性需要采用CSG模式來記錄產品的生成歷史與層次結構。特征實例一般以特征形體中的幾何元素為基準元素，按特定的定位和定向方式構成形狀特征模型，這需要以B－Rep模式來實現(xiàn)，而且采用B－Rep方法比較容易表示特征形體的幾何約束模型。三維參數化特征模型由混合CSG/B－Rep模式和幾何約束模式組成一個有機整體，根據構造過程用到的元素類型及構造方法，這個模型可以分為三個層次：形體層、特征層與元素層。特征的幾何表示在元素層，由2D形狀沿2D導線圖掃動形成。在特征層，特征體素通過正則布爾運算形成簡單形狀特征，可作為參數化特征造型的基本單元。幾何約束貫穿了從特征描述到特征組合的全過程。三維幾何對象中包含的幾何約束關系如圖34所示。進的邊界示法采用基于面的面鄰接圖法（FAG，F(xiàn)ace Adjacency Graph）與結構化面鄰接圖法(SFAG，Structural FaceAdjacency Graph）表示三個不同層次的顯式幾何形狀。對于元素層的簡單形狀特征，以FAG圖來表示定義特征邊界的幾何要素之間的幾何約束關系。特征S的邊界表示BS可以看作一個三元組：BS=（VS，ES，F(xiàn)S），其中，VS={頂點集合}，ES={邊集合}，F(xiàn)S={面集合}。80年代初研究的特征造型（Feature－Based Modeling）是以實體模型為基礎，用具有一定設計或加工功能的特征作為造型的基本單元建立零部件的幾何模型。形狀特征有不同的分類方法，可以將各種槽、凹坑、凸臺、孔、殼、壁等作為形狀特征，也可以從某類零件出發(fā)，用統(tǒng)計歸納及成組技術的思想制定一套規(guī)范化的特征圖庫，并以形狀特征為載體，加上精度、工藝、材料等信息進行造型。 特征的定義特征的定義是在造型設計過程中，產品設計周期內信息完整描述的載體，是一種信息表示方法，包括幾何信息和非幾何信息。首先，特征是低層的幾何元素與零部件間聯(lián)系的橋梁，特征將構成特征的幾何元素有機地結合起來，形成能夠表達特定功能或含義的形狀結構，以體現(xiàn)面向應用的形狀信息?；谔卣鞯漠a品模型不僅能支持各種應用所需的產品定義信息，而且能夠提供符合人們思維的高層次工程描述術語，并反映設計和制造的意圖，從而克服現(xiàn)行CAD／CAM系統(tǒng)中產品信息定義不完備性和低層數據抽象性的不足。特征建模所需處理的數據及其間關系紛繁復雜，系統(tǒng)中的數據類型繁多，既包括反映產品形狀幾何拓撲信息的幾何模型，又有反映設計結構功能的設計模型，還需處理具有加工特點和裝配特性的制造模型，既要存儲靜態(tài)的產品標準、規(guī)范等信息，又要涉及動態(tài)產品設計、制造過程信息。(2)首先進行幾何設計，然后從幾何模型中識別或抽取形狀特征，稱為特征的后置定義（PostDefinition of Features），或叫做特征識別（特征抽?。?。(2)特征識別使形狀特征在形狀上得到了一定程度的表達，但形狀特征之間的關系仍無法表達。它具有特定的功能及其特定的加工方法集?；拘螤钐卣骺梢詥为毚嬖?，即基本形狀特征可不與其它特征發(fā)生聯(lián)系。一個零件可以由一個基本形狀特征和若干個附加形狀特征來描述。(2)精度特征用于表達零件各要素尺寸公差、形狀公差、位置公差和表面粗糙度等精度要求信息。精度特征是形成零件質量指標的主要依據。(4)技術特征用于描述零件的性能、功能等相關信息。(5)材料特征用于描述零件材料的類型、理化指標、表面處理及熱處理等特殊要求的信息集合。以上特征是根據產品的對象定義的，是支持產品生命周期多個階段的通用特征，不同階段之間的信息傳遞主要是通過基本特征這個信息載體來實現(xiàn)的。各個分系統(tǒng)結合各自不同信息，形成了各自的應用特征，如工藝特征、制造特征、檢測特征。 特征造型的實現(xiàn)特征建模的方式有三種：(1)人工輔助特征標識。(2)自動特征識別。(3)基于特征的設計所示。將參數化設計的思想用到特征造型技術中，用尺寸驅動或變量設計的方法定義特征并進行尺寸驅動的操作，這樣就形成了參數化特征造型。參數化特征造型的基本思想是用幾何約束說明產品模型的形狀特征，從而設計出一套形狀或功能相似的設計方案?；谝陨?條技術路線，現(xiàn)行的參數化特征造型方法主要有三大類[6]：首先是Sunde等人提出的面向人工智能的表示方法，該方法用一階邏輯謂詞描述幾何形體的約束關系，進而借助推理機確定圖形元素（點、線、面）的關系進行造型。但由于目前還不能很好地處理約束一致性問題，以及存貯空間消耗大，對數值計算和圖形交互的支持能力弱等不足，因而該方法主要用于構造二維圖形和簡單的三維形體。該方法的局限性在于：適用的幾何約束范圍較小，且問題的解決需建立在成熟的算法基礎上。該方法比較成熟，能較好地處理不同類型的約束關系及約束一致性問題。根據上述參數化特征造型理論，本課題基于UG平臺的微波器件參數化設計方法是：利用設計變量與編程技術相結合的方式實現(xiàn)三維模型的參數化設計。主要設計思路為：(1)建立三維零件模版。從已構建的零件模版中獲取設計變量，采用圖形用戶界面對設計變量進行查詢和修改，最后生成新的三維模型。以普通矩形波導法蘭盤為例，其基本形狀特征是法蘭盤體（混合類特征）和波導安裝孔（拉伸類），附加形狀特征有：孔類特征—定位孔和連接孔、槽類特征—密封槽和扼流槽、凸起特征——法蘭盤凸臺等等。了解了零件的特征分類，就可以對