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【关键词】 实体造型 特征造型
1 特征建模方法
机械产品设计是一个多因素、多环节循环复杂的决策过程，为适应社会发展和市场竞争的需要，人们在不断地寻求以高新技术为支持平台的现代产品设计方法。基于特征造型的产品设计方法是随着CAD/CAM一体化要求而产生的，是建立在实体造型方法基础之上，更适合于计算机集成制造系统的产品设计方法。它在原理和方法上与实体造型既有密切联系，又有以下不同。
(1)三维线框、曲面和实体造型着重完善产品几何描述问题，而忽视产品工程意义，使设计和制造信息不连贯。特征造型则着重表达产品的完整技术和生产管理信息，在最终产品上保留各功能形素的原始定义和相互依赖关系，以便用统一产品模型替代传统设计中的成套图纸和技术文档，使产品设计和生产准备各环节得以并行展开。
(2)在产品特征模型中引用基准点，中心线，局部坐标系等单元，突出面(如配合面、支撑面、定位面和基准面等)的作用，这些面不同于一般几何面，必须易于检索其定型和定位尺寸。这要求允许在三维物体之外存在孤立的点、线和面，引入非流形和非规则集合，扩展欧拉操作范围。
(3)特征造型产品设计在更高层次上进行，操作对象不再是实体造型采用的原始的线条和体素，而是产品的功能形素，如螺纹孔、定位孔、键槽、凸台和耳板等，这需要采用局部操作和尺寸驱动技术，并要求使用新的数据结构和新的特征组合算法。特征的引用直接体现了设计意图，使得产品模型易于理解，节省产品设计时间。
(4)特征中的几何和非几何信息将产品设计意图贯彻到各后续环节并及时得到意见反馈，加强了产品设计、分析、工艺准备、加工、检验各部门的联系，有助于推动产品设计和工艺设计规范化、标准化和系列化。
可见基于特征造型的产品设计方法是产品虚拟设计的核心，为设计、制造及生产管理提供服务，为智能CAD系统和智能制造系统的逐步实现创造条件。因此，对基于特征的机械产品造型课题的研究是十分必要的。
2 特征模型信息描述
从CIMS和虚拟设计角度出发，特征分类如图1所示。
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零件模型的生成不是依赖于体素拼合，而是突出了各种面的作用，如基准面、工作面和连接面等，需要处理和记录不同特征间的继承、邻接、从属和引用联系。根据特征间的联系，将特征类的实例定义为对象，得图2所示的面向特征联系图。
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在特征的属性集中包括三方面的属性：①参数属性，描述特征形状构成及其它非几何信息的定义属性；②约束属性，描述特征成员本身的约束及特征成员之间的约束关系属性；③关联属性，描述本特征与其它特征之间、形状特征与低层几何元素或其它非几何信息描述之间的相互约束或相互引用关系的属性。
根据特征和特征联系的定义，建立基于特征零件信息模型的分层结构，分为零件层、特征层和几何层三层。将零件的几何信息按层次展开，以便于根据不同的需要提取信息。零件层主要反映零件总体信息，为关于零件子模型的索引指针或地址；特征层包含特征各子模型的组合及其各个模型间的相互关系，并形成特征图或树结构，特征层是零件信息模型的核心，各特征子模型间的联系反映出特征间的语义关系，使特征成为构造零件的基本单元，具有高层次工程含义。B-REP结构表达的几何/拓扑信息是整个模型的基础，也是零件图绘制、有限元分析、装配分析等应用系统关注的对象。
3 参数化特征造型方法
综合运用参数化特征造型的变量几何法和基于生成历程法这两种造型方法实现特征的构造和编辑。
将几何模型定义成一系列特征点，并以特征坐标为变量形成一个非线性的约束方程组，确定对元素长度、半径和相交角度限制等尺寸约束条件，设定限制元素的方位或相对位置关系等几何约束条件。当约束发生变化时，利用迭代方法求解方程组求得一系列新特征点，从而生成新的几何模型。借助一些简单模型进行多次运算生成三维几何模型，记录模型生成过程中的所有信息，将记录的定量信息作为变量化参数，当赋予参数不同的值时，更新模型生成历程，得到不同大小或形状的几何模型。模型可以很复杂，常用于三维实体的参数化建模。由于三维模型是由其它简单的所谓子模型经多次运算生成的，模型生成历程呈一树状，树叶表示基本子模型，支结点表示运算生成的中间模型，树根则代表模型本身。
基于模型的生成历程进行参数化建模时，可被参数化的对象是历程树中所包含的基本模型数据和各种运算参数。参数化的尺寸及施加的各类约束保留在模型生成历程中，可参数化的基本模型数据是各种体素特征尺寸和平面图形的几何尺寸，中间模型或最终模型是运算生成的，所以历程树中这类模型内包含了各类运算参数，参数形式与布尔运算、扫描变换、倒圆与倒
