（一）特征表達(dá)有利于數(shù)據(jù)抽象和代碼抽象 

　　在幾何造型中，最常用的表示形式是CSG和B-rep法。CSG和B-rep表示法能很好地表達(dá)形體的形狀，但是，它們不能夠表達(dá)零件的工藝信息和制造信息。特征表示從應(yīng)用層來(lái)定義形體，可以較好地表達(dá)設(shè)計(jì)者的意圖，為編制工藝、制造和檢驗(yàn)產(chǎn)品提供依據(jù)。基于特征的設(shè)計(jì)面向制造全過(guò)程，是CAD/CAPP/CAM集成的關(guān)鍵，因而具有高度抽象的對(duì)象化屬性，表述了對(duì)象的群體特征，這一點(diǎn)與面向?qū)ο蟮某绦蛑械念?class)的功能是相同的。 

　　用類(class)來(lái)表達(dá)特征，能很方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)抽象和代碼抽象。使CAPP運(yùn)用決策樹、決策表進(jìn)行推理時(shí)，不必把決策寫到源程序中，從而提高了程序重用性。特征類可一般地表示為如圖1的形式。

圖1 特征類的一般表示形式

　　特征類中protected成員有兩個(gè)：存儲(chǔ)幾何索引數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)指針和存儲(chǔ)幾何參數(shù)的結(jié)構(gòu)指針，將幾何信息分別存儲(chǔ)于兩個(gè)結(jié)構(gòu)中，目的是讓經(jīng)常使用的項(xiàng)存放到內(nèi)存中，而一般數(shù)據(jù)項(xiàng)存放到硬盤上，可以節(jié)省程序運(yùn)行時(shí)占用的內(nèi)存空間。private成員是非幾何特征參數(shù)，它們以屬性的方式掛靠到幾何信息上。Public的成員有很多，比如文件存儲(chǔ)函數(shù)，構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)等等。我們最關(guān)心是的幾何參數(shù)和非幾何參數(shù)操作函數(shù)，設(shè)計(jì)得好的操作函數(shù)可以方便地實(shí)現(xiàn)特征的代碼抽象。

　　（二）特征具有封閉性 

　　特征具有封閉性。特征是在設(shè)計(jì)、加工、裝配過(guò)程中進(jìn)行推理所需的關(guān)于零件形狀和其它屬性的信息集合。我們提到的某一個(gè)特征或某一類特征，是指特定的信息內(nèi)容。比如圓孔，它就是指用中心線、長(zhǎng)度、直徑來(lái)表達(dá)的一個(gè)空的圓柱，從而使之與槽等其它特征區(qū)別開(kāi)來(lái)。同時(shí)，我們知道孔和槽之間交流數(shù)據(jù)的行為是很難發(fā)生的。即孔特征具有封閉性。對(duì)象的一個(gè)最大特點(diǎn)就是封裝，它將數(shù)據(jù)抽象和代碼抽象結(jié)合在一起，增加了軟件的模塊化程度，增強(qiáng)代碼的重用性。面向回轉(zhuǎn)體零件，仿照VC++的MFC類庫(kù)，我們?yōu)镃APP系統(tǒng)建立一個(gè)特征類庫(kù)(Feature class Library)，它包括形狀特征類以及非形狀特征的各種特征類定義，供實(shí)例化特征時(shí)使用，每個(gè)特征類封裝了一些有關(guān)操作特征屬性的操作方法。

　　（三）特征具有層次性 

　　孔與槽之間很難發(fā)生數(shù)據(jù)交換，但是孔與螺紋孔之間就發(fā)生了數(shù)據(jù)交流。因?yàn)椋菁y孔是孔的派生。從此可知特征具有層次性，特征的層次從設(shè)計(jì)、工藝和加工等不同的角度有不同的劃分。生產(chǎn)條件、加工設(shè)備、加工用刀具的不同，特征層次的劃分也是不同的。比如階梯軸，在普通車床上加工，階梯軸是光軸的派生；而在仿形車床上加工，階梯軸就無(wú)需經(jīng)過(guò)光軸來(lái)派生，而是經(jīng)過(guò)成型加工得到。為了方便特征層次的劃分，本文以幾何形體的加工要求為例，將特征分為孔、槽、軸肩、階梯、型腔、圓角。其中對(duì)孔作了重點(diǎn)分析，運(yùn)用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)作出了如圖2的劃分。面向?qū)ο蟮募夹g(shù)提供了類的繼承性，通過(guò)繼承和參數(shù)化賦值可以方便地實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)特征定義和擴(kuò)充。

圖2 加工特征的動(dòng)態(tài)層次結(jié)構(gòu)

　　特征在性質(zhì)上與面向?qū)ο蠹夹g(shù)有許多溝通點(diǎn)，用面向?qū)ο蠹夹g(shù)表達(dá)特征是很自然的事。引入面向?qū)ο箢惖母拍睿沟锰卣骱芊奖愕貙?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與代碼的抽象和封裝。許多不必要的具體數(shù)據(jù)能從源程序中剔除，增強(qiáng)了代碼重用性。特征與特征之間的區(qū)別有了明確的界線，不會(huì)產(chǎn)生混亂現(xiàn)象，給程序員提供了有效的編程工具。引入面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，可以使特征方便地被擴(kuò)充，實(shí)現(xiàn)特征類庫(kù)的動(dòng)態(tài)管理。在程序編制過(guò)程中只需補(bǔ)充代碼派生新類，無(wú)需對(duì)整個(gè)程序做大的改動(dòng)。從而使得程序設(shè)計(jì)具有清晰的信息流和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

　　二、約束條件下的特征表示

　　約束條件下的特征表示是特征造型的重要內(nèi)容，目前對(duì)特征之間的約束的研究尚無(wú)統(tǒng)一的方法。要研究它的表示，必須擬清約束的種類及其性質(zhì)。從整個(gè)產(chǎn)品生命周期看，特征之間的約束可以分為設(shè)計(jì)階段的約束，工藝準(zhǔn)備階段的約束，加工階段的約束，檢驗(yàn)階段的約束，裝配階段的約束。有些約束貫穿整個(gè)產(chǎn)品生命周期，始終發(fā)揮作用，有些約束則是為了分析和操作方便而暫時(shí)設(shè)置的(例如工件熱處理用的工藝凸臺(tái)，在熱處理后一般要切除)。從并行設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，所有這些約束在CAD/CAPP/CAM設(shè)計(jì)中都應(yīng)當(dāng)考慮到，并給出合理表達(dá)。

圖3 精度約束

　　精度約束是加工階段約束中最明顯的一類，主要是位置精度的約束。圖3中，由于孔A和孔B要求較高的同軸度(0.010)，因此兩孔必須同時(shí)加工。否則，兩孔很難滿足同軸度要求。孔特征在CAD 中以第一節(jié)論述的方法可以方便的表達(dá)。同軸度這一約束條件在CAPP 設(shè)計(jì)階段就必須清楚地表達(dá)，這是開(kāi)發(fā)CAPP的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。它通過(guò)指針將特征A和特征B聯(lián)系起來(lái)，同軸度約束是兩者相互作用的結(jié)果。但是作為一個(gè)父類的孔，卻不具有該指針，精度約束是在約束類或函數(shù)中給出的。一方面簡(jiǎn)化了父類的設(shè)計(jì)工作量；另一方面增加了約束表達(dá)的靈活性，每一類型的約束均可用函數(shù)或子類表達(dá)。圖3中同軸度約束就可以表示如圖4。

圖4 同軸度約束的表示形式

　　特征孔A和B的相互作用可以表示為這里約束Constrain是父類(CHole)的子類，它除了繼承父類(CHole)的特征外，還增加了一個(gè)操作同軸度約束的函數(shù)，其中pholeA和pholeB分別是指向孔A和孔B的指針，通過(guò)成員函數(shù)發(fā)生相互作用。這個(gè)類看似簡(jiǎn)單，實(shí)際上它不僅表達(dá)了同軸度信息，也有助于選擇加工方法(加工方法作為屬性依附于特征和約束特征二叉樹之上)。該方法可以推廣以表達(dá)其它約束關(guān)系，滿足CAPP設(shè)計(jì)的需要。 

　　三、面向?qū)ο蠹夹g(shù)表達(dá)零件工藝特征

　　（一）裝載零件信息 

　　本文的工作是從設(shè)計(jì)CAPP系統(tǒng)的過(guò)程中提出來(lái)的。CAPP的零件信息是通過(guò)數(shù)據(jù)接口與微機(jī)網(wǎng)絡(luò)從CAD信息庫(kù)中獲取的。零件信息在內(nèi)存中的表達(dá)方式基于特征二叉樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。每個(gè)主特征類根據(jù)制造要求從基本形狀特征類派生或給其對(duì)象賦值而得；輔特征類是主特征類的繼承和擴(kuò)展。 

圖5 一個(gè)示例零件

　　如圖5所示，如果圓柱Ø60K6與圓柱Ø50f6之間沒(méi)有同軸度約束，可以按一般要求一般加工，機(jī)床的選擇和工序工步的排列滿足經(jīng)濟(jì)要求即可。如果兩圓柱之間要求較高的同軸度約束，那它們必須在較高精度機(jī)床上一次安裝加工成型。從程序設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，兩臺(tái)階同軸度約束類是兩主特征(Ø60K6圓柱面和Ø50f6圓柱面)類的公有派生，同軸度是通過(guò)指向這兩個(gè)主特征類的指針實(shí)現(xiàn)的。各主、輔特征類和約束派生類的對(duì)象是CAPP系統(tǒng)執(zhí)行的實(shí)例，它們是CAPP系統(tǒng)進(jìn)行工藝決策的依據(jù)和基礎(chǔ)。

　　（二）選擇加工方法 

　　系統(tǒng)以特征的類型和加工要求為依據(jù)，從加工方法知識(shí)庫(kù)中自動(dòng)搜索到與某一特征相匹配的加工方法，并以規(guī)則形式給出，其結(jié)論鏈表就是該特征的加工方法鏈，將結(jié)論鏈表靠掛在零件特征二叉樹的每個(gè)結(jié)點(diǎn)上就完成了該特征加工方法鏈的選擇。若某特征是一全新的特征或其加工要求特殊，在加工方法知識(shí)庫(kù)中找不到相應(yīng)的加工方法鏈規(guī)則時(shí)，系統(tǒng)將彈出對(duì)話框供用戶方便選擇或輸入該特征的加工方法，經(jīng)確認(rèn)后，系統(tǒng)自動(dòng)將所補(bǔ)充的加工方法鏈存入加工方法知識(shí)庫(kù)中供下次決策選用。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

　　四、結(jié)束語(yǔ)

　　本文分析了特征有利用于面向?qū)ο蠹夹g(shù)表達(dá)的三個(gè)特性，即抽象性、封閉性和層次性，并以孔為例提出了特征的動(dòng)態(tài)層次結(jié)構(gòu)。對(duì)特征之間的約束關(guān)系作出了分析，提出約束的分類，并對(duì)其中最引人注目的精度約束作出進(jìn)一步的研究，以同軸度要求為例給出了約束類的設(shè)計(jì)模型。最后以面向?qū)ο蠹夹g(shù)成功地表達(dá)零件工藝特征，實(shí)現(xiàn)了加工方法選擇。