為了解決異構(gòu)CAD產(chǎn)品模型干涉檢查比較困難等問題，提出了一種基于輕量化模型的對異構(gòu)CAD產(chǎn)品模型進行干涉檢查的實現(xiàn)方法，利用輕量化模型的精細度模型，采用分層過濾的方法，實現(xiàn)了快速干涉檢查，并對干涉結(jié)果從可視化顯示和分析報告兩方面進行處理，然后將協(xié)同設(shè)計插件作為設(shè)計端與協(xié)同設(shè)計管理平臺(PLM)的中間層，及時把干涉檢查結(jié)果發(fā)布給設(shè)計者以便作出修改。該方法已經(jīng)在商品化的產(chǎn)品設(shè)計可視化平臺InteVue中得到應(yīng)用，應(yīng)用結(jié)果表明，其干涉檢查結(jié)果可以作為模型設(shè)計的有效參考。

　　引言

　　隨著現(xiàn)代企業(yè)產(chǎn)品復(fù)雜度和技術(shù)含量的提高，單一企業(yè)常常受到技術(shù)和資源等方面的限制，不能勝任產(chǎn)品開發(fā)的全過程，必須進行跨專業(yè)、企業(yè)、地域的合作以獲得整體優(yōu)化。當前三維模型已成為表達產(chǎn)品信息的核心媒介，在產(chǎn)品模型設(shè)計的過程中，各企業(yè)根根自身發(fā)展需要會選擇合適的三維CAD系統(tǒng)，甚至同一企業(yè)內(nèi)部也同時存在多種三維CAD系統(tǒng)，造成了產(chǎn)品模型往往由異構(gòu)的CAD模型組成，異構(gòu)CAD模型裝配和干涉檢查困難。此外，目前由于協(xié)同設(shè)計管理平臺(PLM)在企業(yè)中的廣泛使用，使得在協(xié)同的環(huán)境中快速準確地實現(xiàn)異構(gòu)CAD模型的干涉檢查需要解決的問題更多。本文在分析目前解決異構(gòu)CAD模型干涉檢查過程中存在問題的基礎(chǔ)上，結(jié)合協(xié)同設(shè)計管理平臺，提出一種基于3D輕量化技術(shù)異構(gòu)CAD模型快速干涉檢查方法，對該方法的體系結(jié)構(gòu)和干涉檢查原理算法等關(guān)鍵技術(shù)進行討論并給出了軟件實現(xiàn)和應(yīng)用實例。

1、異構(gòu)CAD模型干涉檢查問題分析

　　目前異構(gòu)CAD模型干涉檢查方法主要有兩種。

　　第一種方法是將異構(gòu)CAD模型轉(zhuǎn)換為中間幾何文件格式(STEP、IGES、SAT 等)，然后在單一的三維系統(tǒng)中完成裝配和干涉檢查。這種做法存在如下問題：

　　①各三維系統(tǒng)對中間格式的支持標準不盡相同，不同系統(tǒng)生成的中性文件并不一定能在其他系統(tǒng)中正確打開;

　　②中間文件為了保證其通用性，犧牲了模型顯示速度，導致中間文件在顯示速度上效率很低，尤其是大裝配體模型，打開時間長;

　　③各三維系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的中間文件的數(shù)據(jù)可能不一致，在三維系統(tǒng)中裝配困難，在此基礎(chǔ)上所做的干涉檢查的精確性得不到保證。總的來說，這種方式難以適應(yīng)異構(gòu)CAD模型快速干涉檢查。

　　第二種方法是將異構(gòu)的CAD模型導入單一的三維系統(tǒng)中，完成裝配過程，然后利用三維系統(tǒng)中的干涉檢查功能對其進行干涉檢查。這種做法存在如下問題：

　　①在單一的三維系統(tǒng)中對異構(gòu)CAD模型進行干涉檢查時，導入異構(gòu)CAD模型時裝配樹會丟失，無法準確定位干涉部位;

　　②單一的三維系統(tǒng)對其他三維系統(tǒng)的支持程度有限，不能支持所有的主流三維系統(tǒng)，而且對所支持的三維系統(tǒng)的版本也有限制要求。

　　另外，協(xié)同設(shè)計管理平臺的應(yīng)用，使設(shè)計工作在網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的環(huán)境下進行，設(shè)計完成的模型文件通過協(xié)同設(shè)計管理系統(tǒng)實現(xiàn)資源共享，在這種情行下，上述兩種方法又都會存在以下問題：

　　①對于較大的CAD模型，尤其是中間文件可能比模型的原始文件更大的CAD 模型，網(wǎng)絡(luò)傳輸效率低;

　　②原始CAD模型對于設(shè)計者是透明的，這使產(chǎn)品數(shù)據(jù)的安全性得不到保證。

　　針對異構(gòu)CAD模型干涉檢查存在的問題，本文采用一種基于3D輕量化技術(shù)的異構(gòu)CAD模型干涉檢查方法進行干涉檢查。該方法利用三維模型輕量化技術(shù)，首先將異構(gòu)CAD模型轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的輕量化模型，將異構(gòu)CAD模型的輕量化模型進行預(yù)裝配，利用輕量化模型的多次精細度LOD模型，設(shè)計一種新的逐層過濾干涉檢查算法，最后根據(jù)輕量化模型的干涉情況來確定原始異構(gòu)CAD模型干涉情況。該方法使設(shè)計者能夠?qū)Ω缮鏅z查的結(jié)果作出很快的響應(yīng)。設(shè)計了一種基于協(xié)同設(shè)計管理平臺PLM 的協(xié)同插件，從而能充分利用企業(yè)的協(xié)同環(huán)境實時快速地進行干涉檢查。

2、異構(gòu)CAD模型干涉檢查

　　2.1、異構(gòu)CAD模型輕量化和裝配

　　要對異構(gòu)CAD模型進行干涉檢查，首先需要對其進行同構(gòu)處理，即將異構(gòu)CAD模型轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一格式的輕量化模型。本文所采用的輕量化實現(xiàn)方法是筆者前期對產(chǎn)品模型輕量化進行研究的成果。該方法中多層次三維幾何模型輕量化表示的文件結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖1所示，借鑒當前三維平臺中將裝配文件與零件分開的做法，用不的文件記錄裝配信息、零件顯示和幾何信息。將顯示信息和幾何信息關(guān)聯(lián)起來，既可快速顯示，還保留了零件的幾何和拓撲信息。

圖1　輕量化文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

　　裝配結(jié)構(gòu)信息包括子零部件的數(shù)量、名稱、相對位置、配合關(guān)系，以及零件幾何顯示屬性等。零件列表記錄零件信息，零件列表中的零件不直接顯示，根據(jù)其在不同裝配下的引用生成一個顯示實例，然后利用該零件在裝配體下的變換矩陣實現(xiàn)在整個裝配模型的正確顯示。零件數(shù)據(jù)包括顯示數(shù)據(jù)和幾何數(shù)據(jù)。顯示數(shù)據(jù)利用三角面片來實現(xiàn)，模型顯示數(shù)據(jù)包括三角化面、三角化邊和點信息。三角化面和三角化邊實際上是對幾何模型中的面和邊進行三角化之后的結(jié)果。三角化面和三角化邊以幾何模型中的面和邊為單位進行組織，實現(xiàn)顯示數(shù)據(jù)與零件幾何數(shù)據(jù)的一一對應(yīng)，有利于在圖形區(qū)進行交互選擇和顯示。利用另外一個鏈表來記錄與三角化面和三角化線對應(yīng)的幾何信息。面幾何信息包含了對構(gòu)成面邊界的三角化邊的引用，在邊的幾何信息中記錄了邊端點的引用。這樣就將零件的顯示信息和幾何信息關(guān)聯(lián)起來，形成零件完整的幾何拓撲結(jié)構(gòu)，既可快速顯示零件的幾何模型，還保留了零件的幾何和拓撲信息。采用該輕量化模型作為異構(gòu)CAD模型干涉檢查的實際處理對象，有以下優(yōu)點：

　　①該輕量化模型支持多精細度LOD模型，是本文干涉檢查算法原理的基礎(chǔ);

　　②輕量化文件大小一般為原模型的1/50到1/10之間，網(wǎng)絡(luò)傳輸方便;

　　③文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也可以使原始模型的裝配樹保留，既有利于干涉檢查的計算，又可在結(jié)果處理中準確定位干涉項;④文件數(shù)據(jù)中的顯示信息和幾何信息，保證了干涉檢查計算過程中精確的幾何數(shù)據(jù)，顯示信息使干涉檢查結(jié)果能進行可視化處理。

　　本文對異構(gòu)CAD模型裝配的解決方法，采用了三維模型常用的自頂向下的建模方法。以汽車模型設(shè)計為例，首先構(gòu)建整車骨架模型，其中包括定義整車各零部件的基準坐標系、約束關(guān)系等，然后把相關(guān)骨架模型和設(shè)計文檔提交到協(xié)同設(shè)計管理平臺PLM 中。各汽車零部件設(shè)計者根據(jù)實際需要選擇合適的三維平臺，并在骨架模型和相關(guān)設(shè)計文檔的整體框架下初始化零件的基準坐標系等，完成零件設(shè)計，然后將各異構(gòu)三維模型生成輕量化模型，提交到PLM 管理系統(tǒng)中。要對異構(gòu)CAD模型進行干涉檢查，首先從PLM 中獲得相關(guān)異構(gòu)CAD模型的輕量化模型，因為各模型的裝配約束關(guān)系在骨架模型中已定義，所以將輕量化模型按其自身的絕對坐標放置，即完成了模型裝配。

4、結(jié)束語

　　本文提出的干涉檢查方法較好地解決了異構(gòu)CAD模型干涉檢查時存在的問題。將該方法應(yīng)用到可視化設(shè)計平臺InteVue中，成功地實現(xiàn)了干涉檢查的功能。在國內(nèi)某汽車制造企業(yè)的實際應(yīng)用表明，該干涉檢查方法可以幫助設(shè)計人員及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計上的缺陷，降低了設(shè)計成本，提高了設(shè)計效率。