同步造型技术在工程图学教学中的应用研究

霍光青， 郑嫦娥

（北京林业大学工学院，北京 100083）

1 同步建模技术

以前的建模技术利用几何交并差直接进行造型或者采用参数化特征化的造型技术。同步造型技术是在参数化、特征化造型技术基础上发展起来的一种新型造型技术[1]，同步建模技术是无历史、基于特征的建模系统，合并了尺寸驱动和约束驱动技术的精华，实现全面控制和可重复性，具有直接建模的灵活性[2]。同步造型技术造型过程中特征间没有父子关系，可以直接对模型的表面进行编辑。也可以对其他系统生成的无约束模型直接进行编辑和修改，系统实时地自动识别模型的几何条件。

同步造型仍然是基于草图的参数化特征造型，利用草图确定特征的结构和形状，但是特征创建以后，草图就完成了它的使命，不能再利用草图对特征进行编辑。同步造型技术可以应用于零件造型和装配造型。

2 利用表面编辑进行造型

2.1 方向盘工具在截交线模型造型中的应用

Solid edge ST2和UG软件采用了同步造型技术，方向盘是表面和特征编辑的重要工具。可以移动和旋转平面，也可以旋转选定的特征组，图1为圆锥截交线的模型建立中同步造型方向盘的应用。

图1 方向盘在截交线造型中的应用

圆锥截交线模型的建立就是旋转和切割，这与传统的建模方法是一致的，关键是截面角度的改变与交线形状改变的演示过程。在圆锥面上没有直线，不能将方向盘移动到希望的旋转轴上，可以用交线工具先求出坐标面YOZ与截平面的交线（也可以使用草图画一条直线），选择截面如图1（a）所示，显示的是方向盘的一个轴的方向，使用鼠标选择A处将其移动到坐标面YOZ与截平面的交线BC上，如图1（b）所示，拖动方向盘圆上的点D转动，输入旋转角度即可得到截面旋转后的新模型，如图1（c）所示。图1（d）是用传统方法改变角度的方法，直接使用动态编辑拖动切割特征的草图的两个端点即可。两种技术的区别在于同步技术造型以后不再依赖形成该特征的草图，不能通过草图修改来改变模型，而是直接对模型进行编辑和修改。比较两种方法利用传统的技术修改草图改变模型反而更方便一些。

2.2 表面修改在切割体造型中的应用

切割体是在立体上切去一部分形成新立体的方法。在传统的造型中对于用平面切割的立体需要画草图来实现。利用同步技术可以直接旋转平面实现立体模型的切除。如图2所示，选择模型的左表面，将方向盘移动到底边上，转动方向盘，输入旋转角度即可。图2所示的模型定义时构造了左右的对称关系，左表面改变，右表面将同时改变以形成仍然对称的结构。

图2 利用面旋转构造切割体

3 三维尺寸标注及投影

同步造型技术的采用，实现了在模型中直接标注尺寸驱动模型的方法，改变了以往改变草图尺寸驱动模型的方式，造型以后草图将失去作用，草图中的尺寸和几何约束将迁移到模型中去。投影时可以直接从模型中提取尺寸进行标注，充分的发挥了从模型到投影的思维方式，三维模型中的尺寸就是将来投影中的尺寸。克服了旋转等造型中草图尺寸绘制一半，投影也自动标注一半的缺点。

采用同步造型技术，草图中可以不标注尺寸，直接画出希望设计的图形形状，造型后在模型上直接标注尺寸。但是必须注意，草图的几何关系必须保证，如对称、同心等等。同样对于对称的物体，一定要选择关于坐标面对称的方式绘制图形，这样将来采用移动等方法编辑表面时仍能保持相应部分对称的关系。

图3为一个简单的三维模型，造型后标注的尺寸如图3（a）所示，选择25尺寸，将显示尺寸延伸方向的箭头，点击图中的箭头可以改变方向。对于添加对称约束的尺寸将按照对称的方式改变相应的尺寸，延伸方向不起作用，使用右侧的锁符号可以锁定尺寸（红色），模型的编辑将不能改变这一尺寸。图3（b）为该模型投影后的视图，直接提取模型的尺寸基本上能够满足工程图的要求。传统的设计中上面的圆柱应当给出尺寸，直接提取模型尺寸不符合标注总体尺寸的要求，在同步设计中可以在模型上直接标注总的高度，投影后提取的尺寸正好符合要求。

图3 三维尺寸标注

4 读图方法

读图是制图教学中的一个重要环节，在三维环境下，采用电子作业的方式，直接给出两个视图然后补第3个视图。采用常规的方法是将给出的二维视图转移到三维空间，利用可以利用的图线进行造型，然后投影再补充第3个视图[3]。采用同步造型技术可以采用同样的方法，不同的是同步造型具有草图区域识别功能，默认自动识别封闭的草图区域，这样要做出中间部分的拉伸造型，需要在主视图中选择多个相邻的区域（按下CTRL继续选择），组成一个更大的区域，再捕捉俯视图该部分的宽度即可完成该部分的造型。也可以在造型的命令条窗口中选择链或者单一图线的方式选择俯视图中的线构成封闭区域然后造型，视图中图线较多时采用这种方法就较好一些。

对于绘图平面与视图所在平面不重合的情况，造型必须先画草图，而视图中的图线是叠加在一块的，可以采用草图工具栏中的投影工具投影到相应的平面，然后再进行造型。这与传统技术中的方法是类似的，不过传统技术造型是先选择造型命令，再选择绘图平面，然后绘图或选择视图中的图线造型，同步造型绘制草图过程与造型过程是分离的。图4（c）中的左侧半圆柱就是以下面平板的上表面作为绘图平面，将俯视图的半圆投影后完成的造型。中间的方孔直接选择俯视图的矩形区域拉伸除料即可。选择视图中的草图区域后，默认进入拉伸状态，即可进行相应的拉伸操作。如果是旋转或其他造型，则需要在弹出的快速工具条浮动菜单中选择其他相应的命令。

图4 读图练习的方法

采用这种方法造型，一般应当认真的观察视图，选择外轮廓比较复杂的视图先做出模型的主体，就是先找出最大的反映主要特征的部分，完成该部分后再增加或切除模型上其他的部分即可。观察图 4（a），比较主视图、俯视图，该物体可以分成3部分，中间的部分最大，主视图中该部分反映其特征，那么就可以选择该部分拉伸，选择俯视图的相应宽度，采用对称拉伸即可。

造型过程中，默认是直接在立体图上绘图，考虑到需要捕捉相应的几何关系，可以切换到绘图平面的正方向进行作图，这样绘图时就比较方便。

草图绘制过程中，线的端点位置可以捕捉视图中的线在绘图平面上的位置，方法是将光标移动到视图中的图线上，如图5中的A或B位置，这时在绘图平面上就会出现他们的投影，可以捕捉投影图线上的特殊点进行绘图。如图5所示，正在绘制的直线的端点为视图上A和B直线在绘图平面上投影的交点。

图5 草图绘制中点的捕捉方法

5 组合体教学中利用特征编辑构造不同的物体

传统的造型是对草图中的图线施加几何关系约束和尺寸约束，同步造型将草图中的几何关系与尺寸直接迁移到模型中来，同时模型中特征也可以和面一样进行相应的移动、旋转，相应的表面之间也可以设置必要的几何关系，如平行、重合、同心等。表面和特征在编辑过程中，也可以更改几何关系的约束规则，实现编辑造型的目的。

图6为特征的编辑，图6（b）为利用同步造型的方向盘将上面的特征在平面内移动形成的新立体。图6（c）为利用同步造型的方向盘使上面的立体向右倾斜一定的角度。图6（d）为模型的两面设定共面的几何关系，形成表面平齐的模型。在传统的造型中，改变形状必须通过改变草图来实现，同步造型具有更大的灵活性。

图6 特征的移动与编辑

6 结 论

同步造型是设计过程的一种改革，目的是使设计的对象与设计过程无关，设计中草图无需尺寸，可在模型中直接标注，模型中的面、几何体可以随时更改，并保证他们之间的几何关系。在制图教学中可以巧妙的利用同步造型的面、特征编辑构造截交线、相贯线、组合体等几何模型，利用模型尺寸的提取能够非常形象的说明组合体尺寸的标注。读图练习中，同步造型增加了草图区域的识别可以连续选择几个相邻的区域组成更大的区域进行造型，也可以利用常规的方法投影、选择图线进行造型。合理的利用同步造型技术，制图的教学会更有趣味性，能够提高学生的学习兴趣。

[1]周 冰. 同步建模技术延伸至PLM中端市场[J]. 信息化纵横, 2008, (9): 76.

[2]Bruce B. 突破性同步建模技术[J]. 工业设计, 2008,(9): 8.

[3]霍光青, 等. Solid edge中读图作业类型及读图方法的探讨[J]. 工程图学学报, 2008, (S1): 114-117.