簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 吳秉函
論文名稱: 即時性協同設計中三維產品模型技術之研發與應用
Development and Application of 3D Product Modeling Technologies for Real-Time Collaborative Design
指導教授: 瞿志行
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 工業工程與工程管理學系
Department of Industrial Engineering and Engineering Management
論文出版年: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 132
中文關鍵詞: 協同設計三角網格多層次模型技術網格變形技術產品組裝
相關次數: 點閱:3下載:0
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 縮短產品開發時間為現今大多數企業持續追求的目標,在經濟全球化的影響之下,參與產品開發的團隊分散於世界各地,如何正確有效地溝通意見、交換資訊與同步作業,便成為達成此目的所面臨的首要課題。本研究以分散式三維產品設計需求為主,利用網際網路技術建構一個即時性協同設計平台,提供多方使用者透過Web直接進行產品組裝,為了達到分散式工程環境資訊分享的即時性,本研究改良既有STL表示法,提出一個整合拓撲與工程資訊的組裝模型。此外為了讓開發過程中的不同人員及早參與設計,有效發揮協同效益,本研究提出一個以三角網格為基的全新性多層次三維產品模型,結合三角網格與實體模型之布林運算,根據不同協同角色提供不同層次的產品設計資訊與三維顯示模型,藉此確保協同設計中資訊分享的實用性與保密性,並大幅提高網路資料傳遞的效率。針對非設計者或消費者參與協同的需求,亦發展出一套網格變形機制,透過網格的重新計算提供產品外觀特徵上的即時修改,做為大量客制化的先進資訊工具。
    在系統實作部分,本研究利用JAVA程式技術來建構伺服器端與用戶端之主要軟體元件,而網路傳輸部分則採用Socket的函式庫來處理,呈現三維產品模型的瀏覽器元件則是以JAVA 3D的繪圖函式為基礎開發而成。
    後續研究工作包括了整合其他拓璞資訊與工程屬性於多層次模型中,加入適當限制條件於直覺式網格變形技術中(如三維模型拓撲結構的合法性),讓非設計人員在有限的自由度下進行產品外觀特徵的修改,以降低操作使用上的資訊負荷。此外將加強協同組裝平台的實作架構,如不同模型技術之間工程資訊傳遞與轉換、Client-Server之間計算負荷的最佳化與產品資料管理系統之整合等,並搭配代理人技術來發揮協同作業的最大效率。


    目錄 i 圖目錄 iii 表目錄 vi 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究目的 2 1.3 研究步驟與架構 3 第二章 文獻回顧 6 2.1 B-Rep與STL 6 2.2 協同設計系統 7 2.3 組裝表示法 10 2.4 網格化之資料結構與演算法 11 2.4.1 資料結構 11 2.4.2 演算法 12 2.5 重新網格化 13 2.6 三維模型的資料壓縮 15 2.7 多層次產品模型概念 17 第三章 三維模型網格化 19 3.1 Delaunay triangulations 19 3.2 Constrained delaunay triangulations 22 3.3 三維模型網格化之演算法 25 第四章 創新性三維模型技術 29 4.1 組裝模型 29 4.1.1 電腦輔助組裝作業之方法 29 4.1.2 組裝模型之概念 32 4.1.3 組裝模型之資料結構 32 4.1.4 建構組裝模型之演算法 37 4.2 多層次模型 41 4.2.1 多層次模型之概念 41 4.2.2 網格為基之多層次模型 42 4.2.3 建構多層次模型之演算法 49 4.2.4 多層次模型之資料結構 51 4.2.5 多層次模型之機制 59 4.2.6 多層次模型之應用 60 4.3 網格變形機制 62 4.3.1 網格變形機制之概念 62 4.3.2 網格變形機制之演算法 63 4.3.3 網格變形機制之資料結構 66 4.3.4 網格模型之變形機制 68 4.3.5 網格變形機制之應用 72 第五章 ODMV協同平台 79 5.1 ODMV協同平台 79 5.2 協同平台之系統架構 80 5.3 協同平台運作之機制 83 5.3.1 角色定義 83 5.3.2 協同平台分享之三維產品模型 84 5.4 協同平台運作之流程 91 5.4.1 多方線上產品組裝 91 5.4.2 多層次三維產品模型瀏覽器 94 5.4.3 線上及時產品特徵變形 96 5.4.4 結合多方線上產品組裝與多層次三維產品模型瀏覽器 98 5.5 情境模擬 102 5.6 系統實作 124 第六章 結論與未來研究 125 6.1 結論 125 6.2 未來研究 126 參考文獻 128 圖1 研究步驟 5 圖2 B-Rep資料結構 [5] 6 圖3 STL格式內容 7 圖4 WebSPIFF用戶端架構 (Bidarra et al., 2001) 8 圖5 WebSPIFF伺服器端架構 (Bidarra et al., 2001) 8 圖6 協同設計分類 (Wang et al., 2003) 9 圖7 協同設計系統基本架構 (Wang et al., 2003) 9 圖8 網格化演算法之資料結構 (Shewchuk, 1996) 12 圖9 模型幾何上的修改結果 (Francoisc and Cuilliere, 2000) 14 圖10 模型拓璞上的修改結果 (Francoisc and Cuilliere, 2000) 15 圖11 實際Wrap-around演算法產生之結果 (Koo and Lee, 2002) 16 圖12 點加入後產生的兩種情形 20 圖13 不符合delaunay性質 20 圖14 加入指定線段pm pn後產生的情形 22 圖15 三角網格產生之步驟 27 圖16 三維網格化模型之範例 28 圖17 面貼合 30 圖18 軸對稱 31 圖19 組裝模型之資料結構 33 圖20 面貼合組裝方式對應的資料結構 35 圖21 軸對稱組裝方式對應的資料結構 36 圖22 組裝活動開始前 39 圖23 第一個組裝元素之選取 39 圖24 第二個組裝元素之選取 40 圖25 面貼合之組裝結果 40 圖26 外觀細膩度的多層次 42 圖27 設計特徵的多層次 43 圖28 設計特徵粹取過程 45 圖29 有效特徵體積 46 圖30 設計特徵交錯處理方式 46 圖31 設計特徵之顯示與隱藏 47 圖32 單一設計特徵具有多個特徵開關 47 圖33 設計特徵開關面的產生 49 圖34 特徵關係圖 50 圖35 多層次模型(階段L0) 53 圖36 多層次模型(階段L1) 54 圖37 多層次模型(階段L2) 55 圖38 多層次模型與對應資料結構之關係 57 圖39 資料封包與對應資料結構之關係 58 圖40 模仁 61 圖41 模座板 61 圖42 共用端點與網格端點 64 圖43 控制點的概念 65 圖44 網格變形機制之資料結構 67 圖45 貫穿圓孔設計特徵 69 圖46 貫穿方槽設計特徵 70 圖47 倒圓角設計特徵 71 圖48 倒圓角變形數學函式之圖示 72 圖49 圓孔設計特徵之孔徑縮放 72 圖50 圓孔設計特徵之位置移動 73 圖51 不合法之拓璞結構 74 圖52 貫穿方槽設計特徵之槽寬縮放 75 圖53 貫穿方槽設計特徵之槽深變形圖例 76 圖54 貫穿方槽設計特徵之位置變形圖例 77 圖55 倒圓角設計特徵之變形圖例 78 圖56 伺服器端架構 81 圖57 用戶端架構 82 圖58 組裝模型之XML樹狀結構圖 85 圖59 組裝模型XML檔案內容 86 圖60 產生多層次模型XML檔案之流程 87 圖61 選擇欲顯示零件特徵之介面 88 圖62 多層次模型之XML樹狀結構圖 89 圖63 多層次模型XML檔案內容 89 圖64 網格變形模型之XML樹狀結構圖 90 圖65 網格變形模型XML檔案內容 90 圖66 開啟產品組裝功能之流程圖 92 圖67 定義使用者角色之流程圖 92 圖68 多方線上組裝作業之流程圖 93 圖69 多層次三維產品模型瀏覽之流程圖 95 圖70 產品特徵變形之流程圖 97 圖71 結合產品組裝與多層次模型瀏覽器之流程圖 99 圖72 產品結構圖與對應旋轉矩陣 100 圖73 結合多層次產品瀏覽器之組裝流程圖 101 圖74 連結桿 102 圖75 活塞 103 圖76 基座 103 圖77 中心廠C1用戶端之瀏覽器畫面 112 圖78 協力廠D1用戶端之瀏覽器畫面 113 圖79 協力廠D2用戶端之瀏覽器畫面 114 圖80 夾治具供應商S1用戶端之瀏覽器畫面 114 圖81 發生事件與各參與團隊之對應關係 116 圖82 組裝作業開始前 117 圖83 組裝元素與組立方式的選擇 118 圖84 活塞與基座組裝結果 120 圖85 活塞與連結桿組裝結果 121 圖86 圓孔位置設計過低 122 圖87 網格變形之情境模擬 123 表1 符號定義 48 表2 面ID第三碼意義說明 52 表3 資料結構中的圖示意義 52 表4 名詞定義與說明 64 表5 貫穿圓孔特徵之變形機制 68 表6 貫穿方槽特徵之變形機制 70 表7 倒圓角特徵之變形機制 71 表8 協同平台角色之定義 84 表9 參與團隊之列表 104 表10 Connecting rod零件模型種類與設計特徵層次列表 105 表11 Cap零件模型種類與設計特徵層次列表 106 表12 參與團隊與對應之連結桿設計特徵層次 107 表13 Piston零件模型種類與設計特徵層次列表 108 表14 參與團隊與對應之活塞設計特徵層次 109 表15 Base零件模型種類與設計特徵層次列表 110 表16 參與團隊與對應之基座設計特徵層次 111

    [1] Ulrich, K. and Eppinger, S., Product Design and Development (Second Edition), 2000, McGraw-Hill.
    [2] Xu, X.W. and Liu, T., “A web-enabled PDM System in a Collaborative Design Environment,” Robotics and Computer Integrated Manufacturing 2003;19 :315–328.
    [3] Bianconi, F. and Conti, P., “A Method for Consistency Check and Visualization of STL files,” In XI ADM International IFIP Conference on Design Tools and Methods in Industrial Engineering, 1999, Palermo, Italy:51-58.
    [4] Krishnan, R., Das, A., and Gurumoorthy, B., “Octree Encoding of B-Rep Based Objects,” Computer Aided Design 2003;35(10):935-944.
    [5] http://www.spatial.com/
    [6] Bidarra, R., van den Berg, E., and Bronsvoort, W.F., “Collaborative Modeling with Features,” ASME 2001 Design Engineering Technical Conference and Computers and Information in Engineering Conference, 2001, Pittsburgh, PA.
    [7] Chan, S.C.F. and Ng, V.T.Y., “Real-Time Collaborative Solid Shape Design (RCSSD) on the Internet,” Concurrent Engineering: Research and Application 2002;10(3):229-238.
    [8] Wang, H.F., Zhang, Y.L., Cao, J., Lee, S. F., and Kwong, W.C., “Feature-based Collaborative Design,” Journal of Materials Processing Technology 2003;139:613-618.
    [9] 孫天龍、謝余松、任靜怡、王駿瑋, “以產品3D互動視覺強化客戶服務溝通,” 中國工業工程學會九十二年度年會暨學術研討會, 建國技術學院, 2003.
    [10] 謝余松, “以3D視覺化手法強化產品協同維修系統之研究,” 元智大學工業工程與管理研究所, 碩士論文, 2002.
    [11] 任靜怡, “3D互動產品型錄之研究,” 元智大學工業工程與管理研究所, 碩士論文, 2002.
    [12] 江宗翰, “發展可組裝3D虛擬產品以支援網路協同客製化產品接單,” 元智大學工業工程與管理研究所, 碩士論文, 2002.
    [13] 黃程韋, “跨平台協同檢視及管理系統之探討,” 台灣大學機械工程學研究所, 碩士論文, 2002.
    [14] Li, W.D., Lu, Y.Q., Fuh, J.Y.H., and Wong, Y.S., “Collaborative Computer-Aided Design – Research and Development Status,” Computer-Aided Design and Applications, 2004;1:127-136.
    [15] Fuh, J.Y.H. and Li, W.D., “Advances in Collaborative CAD: the-state-of-the art,” Computer Aided Design 2005;37:571-581.
    [16] Lee, K. and Gossard, C., “A Hierarchical Data Structure for Representation Assemblies: Part1,” Computer Aided Design 1985;17(1):15-19.
    [17] Lee, K. and Andrews, G., “Inference of the Positions of Components in an Assembly: Part2,” Computer Aided Design 1985;17(1):20-24.
    [18] Rocheleau, D.N. and Lee, K., “System for Interactive Assembly Modeling,” Computer Aided Design 1987;19(2):65-72.
    [19] 吳銓友, “組裝模型中以自由度為基礎之幾何限制條件研究,” 台灣大學機械工程學研究所, 碩士論文, 1999.
    [20] Shyamsundar, N. and Gadh, R., “Internet-based Collaborative Product Design with Assembly Features and Virtual Design Spaces,” Computer Aided Design 2001;33:637-651.
    [21] 鄒佩蓉, “協同組裝系統之探討,” 台灣大學機械工程學研究所, 碩士論文, 2002.
    [22] Shewchuk, J.R., “Triangle: Engineering a 2D quality mesh generator and Delaunay triangulator,” Applied Computational Geometry: Towards Geometric Engineering, First ACM Workshop on Applied Computational Geometry, Lecture Notes in Computer Science, Vol. 1148, Springer-Verlag, Berlin, 1996, pp. 203–222.
    [23] Lawson, C.L., “Software for C1 Surface Interpolation,” Mathematical Software III, pp. 161–194. Academic Press, New York, 1977.
    [24] Lee, D.T. and Schachter, B.J., “Two Algorithms for Constructing a Delaunay Triangulation,” International Journal of Computer and Information Sciences 1980;9(3):219–242.
    [25] Steven Fortune., “A Sweepline Algorithm for Vorono¨ı Diagrams,” Algorithmica 1987;2(2):153–174.
    [26] Chew, L.P., “Constrained Delaunay Triangulations,” Proceedings of the 3rd annual symposium on Computational geometry, ACM Press, 1987:215-222, Waterloo, Ontario, Canada.
    [27] Domiter, V., “Constrained Delaunay Triangulation Using Plane Subdivision,” Proceedings of the 8th Central european seminar on computer graphics, 2004:105-110, Budmerice, Slovakia.
    [28] Shewchuk, J.R., “Sweep Algorithms for Constructing Higher-dimensional Constrained Delaunay Triangulations,” Proceedings of the 16th annual symposium on Computational geometry, ACM Press, 2000:350-359, Clear Water Bay, Kowloon, Hong Kong.
    [29] Chew, L.P., “Guaranteed-quality Triangular Meshes,” Technical report, Cornell University, 1989:TR-89-983.
    [30] Ruppert, J., “A Delaunay Refinement Algorithm for Quality 2-Dimensional Mesh Generation,” Journal of Algorithms, 1995;18(3):548-585.
    [31] Owen, S.J. and White, D.R., “Mesh-based Geometry,” International Journal for Numerical Methods in Engineering, 2003;58:375-395.
    [32] Francois, V. and Cuilliere, J.C., “3D Automatic Remeshing Applied to Model Modification,” Research in Engineering Design, 2000;32:433-444.
    [33] Koo, S. and Lee, K., “Wrap-around operation to make multi-resolution model of part and assembly,” Computers & Graphics, 2002;26:687-700.
    [34] Song, Y. and Lee, K., “Incremental Transmission of B-Rep Models through the Network,” Computer-Aided Design and Applications, 2004;1:523-530.
    [35] Rossignac, J., “Edgebreaker: Connectivity Compression for Triangle Meshes,” IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, 1999;5(1):47-61.
    [36] Bok, S.H., Senthil Kumar, A., Wong, Y.S., and Nee, A.Y.C., “Model Compression for Design Synchronization within Distributed Environments,” Computer-Aided Design and Applications, 2004;1:331-338.
    [37] Fuxin, F. and Edlund, S., “Categorisation of Geometry Users,” Concurrent Engineering: Research and Application, 2001;9(1):15-22.
    [38] Fuxin, F., “Configurable Product Views Based on Geometry User Requirements,” Computer-Aided Design and Applications, 2004;1:377-386.
    [39] Cera, C.D., Kim, T., Han, J.H., and Regli, W.C., “Role-based viewing envelopes for information protection in collaborative modeling,” Computer Aided Design, 2004;36: 873-886.
    [40] de Berg, M., van Kreveld, M., Overmars, M., and Schwarzkopf, O., Computational Geometry: Algorithms and Applications, 2000, Springer Verlag.
    [41] Hirota, G., Maheshwari, R., and Lin, M.C., “Fast volume-preserving free-form deformation using multi-level optimization,” Computer Aided Design, 2000;32: 499-512.
    [42] Zeid, I., CAD/CAM Theory and Practice, 1991, McGraw-Hill.
    [43] Chang, C.J. and Chu, C.H., “Collaborative Product Development in Taiwan PCB Industry,” Journal of Electronic Business Management, 2004;2(2):108-116.

    無法下載圖示 全文公開日期 本全文未授權公開 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)

    QR CODE