几何建模和 CATIA v5 介绍

设计师在机器、工厂和其他技术对象的构造程序应用中起着至关重要的作用。作为技术问题的解决者，设计师主要负责功能和价格。

规划、成型、生产、引入和回收工作阶段必须与开发和设计步骤结合考虑，因为它只是产品生命周期的一个阶段。

分析、综合和测试的几个操作的最终结果是技术产品。设计过程有助于组织这些离散阶段并进行基于特征的产品评估。计算机辅助设计 (CAD) 软件是此过程中的关键工具。

一般来说，这种计算机辅助应该提高设计师的知识水平，并减少获取信息所需的原本已经大量的时间。

CAD 系统的使用集中在自动化支持信息的开发、工程分析和 CAD 几何图形。该系统必须在集成的设计环境中运行，才能发挥作用并证明其有效性。设计师选择的建模方法通常取决于它在构建阶段的易用性以及结果数据库在设计和生产过程中的使用方式。

无论使用哪种方法，用户都通过使用程序提供的用户界面以建模技术指定的 manner 输入对象的数据，在 CAD/CAM 系统上构建对象的几何模型。之后，程序将数据转换为数学表示形式并将其保存在模型数据库中以供后续使用。在设计和/或生产阶段，用户可以检索和/或编辑模型。

计算机上的几何建模

一个被称为计算机辅助工程 (CAE) 的广泛领域包括计算机辅助设计 (CAD) 和计算机辅助制造 (CAM)。有限元分析、计算机辅助绘图和计算机几何建模是 CAD 的其他子类别。

使用软件对对象几何形状进行数学描述称为计算机几何建模。所表示项目的形式在几何模型中描述。曲线用于创建几何形状，因为曲面定义了几何形状。

曲线用于计算机几何建模，以轻松管理对象的表面。分析函数、点集合或其他曲线和曲面可用于创建曲线。

以下三个阶段可用于生成对象的几何模型

• 通过利用点、线和圆命令在 CAD 软件中创建简单的几何对象。
• 要更改这些几何部分，请使用诸如完成缩放、旋转等命令。
• 集成对象的许多组件以创建最终几何模型。

简短历史

工程建模是指数据在计算机内存中的表示及其可视化。信息保存在方便的数据结构中，可视化算法可以轻松访问。

几何建模是利用数学公式来表示项目或系统特性的实践。用于为计算机图形和计算机辅助设计创建真实对象的数学技术研究称为计算机几何建模。

计算机用于存储系统或部件的信息和几何特征。由于计算机技术的进步，这项相对年轻的技术发展迅速。20 世纪 50 年代的第一代 CAD 应用大多是非交互式的。

为了生成所需的 2D 几何图形，CAD 用户必须编写计算机代码。在 20 世纪 60 年代，交互式 CAD 软件开始出现，主要用于航空航天和汽车行业。

CAM 用于创建机床路径以及用于计算机化应力分析的有限元分析技术的发展也始于 20 世纪 60 年代。20 世纪 70 年代后期出现了微处理器，这提高了计算机的处理能力。它还激发了 3D CAD 应用程序的创建，这些应用程序易于使用，而且最重要的是，是交互式的。

从非常基本的计算机辅助绘图到极其复杂的计算机辅助设计，20 世纪 80 年代见证了计算机应用软件的发展。此时，该行业开始使用 2D 和 3D 线框进行几何建模，作为提高生产力的一种技术。

在几何建模过程中，通过 CAD 程序输入的各种命令被转换为数学模型，然后存储为文件并显示为图像。设计师的几何模型始终可用于检查、修改或分析。

随着 3D 实体建模技术的发展，CAD 真正进入了自己的领域，这增加了工业界对 CAE 技术的采用。以 3D 线框为起点，开发了 3D 建模技术。因为它允许设计师利用单个对象并从多个角度查看它，因此它代表了计算机几何建模的重大进步。但是，由于表面定义未包含在 3D 线框模型中，因此线框容易被误解。

自然而然的下一步是带有表面定义的计算机几何建模，以填补这一空白。计算机 CPU 功率提高带来的几何建模的下一个进步是实体建模。设计师可以更轻松地设想项目，这归功于表面建模，它可以对构成多边形表面的边缘进行分组和排列。

几何实体建模

可以使用实体建模来定义对象的节点、边和表面。它以全面而清晰的方式以数学方式表示完全包含和填充的体积。与表面建模器相比，实体建模器从实体开始，或者利用拓扑原理来确保所有表面正确连接在一起。

实体模型通常使用构造实体几何和边界表示这两种技术来表示。基本实体对象在构造实体几何中组合（例如，矩形棱柱、圆柱、圆锥、球体等）

只需添加或删除这些形状即可创建最终的实体形状。在边界表示中，使用事物的边界来定义它们。它传递订单，将定义的面扫掠或旋转到第三个维度以产生实体，以及定义体积的点、边和表面。然后，完全且完全包含体积的这些表面的联合构成对象。

并发工程是 20 世纪 80 年代出现的一种新范式。整个生产团队 - 设计师、分析师、工程师、测试人员和生产经理 - 从项目的最开始就同时合作。这种伙伴关系产生了基于特征的参数化建模，我们已经独立讨论过它。

总而言之，现在可用的计算机几何建模方法的许多类型如下

• 骨骼模型（使用边界线描述对象）
• 模型表面（使用边界表面描述对象）
• 强模型（将对象描述为实体）

内核的重要性

实体几何建模的使用有所增加。最关键的 CAD 应用程序之一就是它。用于 CAD 的实体建模软件可帮助设计工程师查看组件或事物，就好像它实际上已经生产出来一样。甚至可以使用 CAD 程序更改视角和视角。用于计算机几何建模的常用工具，尤其是实体建模，包括 SolidWorks、CATIA 和 PTC Creo。

内核是计算机几何建模软件的大脑。它是代码，也称为几何建模内核或实体建模内核，它决定了您在屏幕上看到的图像实际上是如何以数学方式描绘的。由于它们是真实和假设对象的数学表示，因此内核非常重要。

在数学表示中描述形状时，有必要对每个形状的计算和存储做出决定。

不用说，几何建模软件的内核越好，软件就越好。一个体面的内核应该包含程序员需要的所有功能，但它也必须可靠且快速。PTC、SolidWorks、CATIA 等公司一直在努力增强它，因为内核的质量会影响整个 CAD 系统的质量。

计算机几何建模的未来

许多行业，包括工业工程、汽车工程、航空航天工程、国防、电力等，都采用计算机几何建模。此外，几何建模还在其他新兴领域中使用，包括机器人、医学成像、可视化等。

在发展中国家（例如，印度、中国和巴西），对实体和基于特征的几何建模服务的需求非常高。

这是因为仿真需要花费大量时间。而且，除非您拥有像 PTC Creo、Solid Works 或 CATIA 这样的尖端软件，否则会非常繁琐，而小型企业通常没有这些软件。由于几何形状的复杂性，有时仅几何建模时间就几乎占据了 PLM 时间的一半！

对于设计工程师来说，表面特征（表面网格）越复杂越好。因此，在印度和国外，提供几何建模服务的企业越来越受欢迎。