(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210800619.5 (22)申请日 2022.07.08 (71)申请人 北京科技大 学 地址 100083 北京市海淀区学院路3 0号 (72)发明人 冯光烁　刘艳　 (74)专利代理 机构 北京金智普华知识产权代理 有限公司 1 1401 专利代理师 岳野 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/18(2020.01) (54)发明名称 基于等几何设计/分析/制造框架的设计方 法 (57)摘要 本发明涉及一种基于等几何设计/分析/制 造框架的设计方法， 属于智能制造领域， 所述等 几何设计/分析/制造框架包括几何模型模块、 设 计模块、 分析模块、 制造模块四个功能模块， 本发 明基于等几何设计/分析/制造框架的设计方法 包括以下步骤： S1建立几何模型模块、 S2设计阶 段、 S3分析阶段、 S4制造阶段。 基于等几何设计/ 分析/制造框架的设计方法克服了传统的设计、 分析、 制造各阶段技术中存在的转换误差、 模型 失真、 交互不畅等问题， 以等几何思想统一了设 计/分析/制造等各阶段的几何模型， 提高了模型 精度， 避免了不必要的转换误差和近似失真， 使 设计过程、 分析过程、 加工过程可 以共几何模型 平台工作。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 115017653 A 2022.09.06 CN 115017653 A 1.一种基于等几何设计/分析/制造框架的设计方法， 其特征在于， 所述等几何设计/分 析/制造框架包括几何模型模块(1)、 设计模块(2)、 分析模块(3)、 制造模块(4)四个功能模 块， 所述基于等几何设计/分析/制造 框架的设计方法包括以下步骤： S1、 建立几何模型模块： 针对广义的目标产品， 建立统一的、 精确的、 完备的数学语言几 何描述； 全部几何模型构成几何模型模块； 所述几何模型模块是设计模块、 分析模块、 制 造 模块的共同基础； S2、 设计阶段： 设计阶段的工作在设计模块内完成； 根据目标产品设计 需求或迭代优化 需求， 基于步骤S1所建立的几何模型模块， 实现目标产品的全部设计需求和全部设计过程 的数学化， 建立满足设计要求的目标产品的几何模型； 所述设计阶段 的工作的实施方式是 直接操作所述目标产品的几何模型； S21、 若需步骤S3分析阶段对目标产品进行分析， 则步骤S2输出的目标产品的几何模 型， 可以直接进入步骤S3； S22、 若需步骤S4制造阶段对目标产品加工制造， 则步骤S2输出的目标产品的几何模 型， 可以直接进入步骤S4； S3、 分析阶段： 分析阶段的工作在分析模块内完成； 输入目标产品的几何模型， 直接在 所述目标产品的几何模型上进行所需要的分析工作， 没有模型转换步骤； 输出经过分析之 后的目标产品的几何模型； S31、 若需步骤S2设计阶段迭代修改目标产品， 则步骤S3输出的目标产品的几何模型， 可以直接返回步骤S2； S32、 若需步骤S4制造阶段对目标产品加工制造， 则步骤S3输出的目标产品的几何模 型， 可以直接进入步骤S4； S4、 制造阶段： 制造阶段的工作在制造模块内完成； 输入目标产品的几何模型， 直接在 所述目标产品的几何模型上进行数字化加工制 造工作， 没有模型转换步骤； 输出经过数字 化加工制造 完成的目标产品； S41、 若需步骤S2设计阶段迭代修改目标产品， 则步骤S4输出的目标产品的几何模型， 可以直接返回步骤S2； S42、 若需步骤S3分析阶段迭代优化目标产品， 则步骤S4输出的目标产品的几何模型， 可以直接返回步骤S3 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115017653 A 2基于等几何设计/分析/制造框架的设计方 法 技术领域 [0001]本发明涉及一种基于等几何设计/分析/制造框架的设计方法， 具体地说， 是基于 等几何设计/分析/制造框架(IGDAM,IsoGeometric  Design/Analysis/Manufacturin g)的 产品全生命周期、 集成化设计方法， 属于智能制造领域。 。 背景技术 [0002]经典有限元方法(FEM)的发展产生了一类特殊的单元， 即等参单元。 基于等参单元 的思想， 又 发展出了等几何分析(I GA,IsoGeometric Analysis)方法。 等几何设计/分析/制 造框架(IGDAM)是对等几何分析(IGA)思想的完备、 拓展和进一 步发展。 [0003]等几何分析(IGA)由美国科学院院士、 著名力学专家Hughes教授在2005年提出， 其 基本思想是： 在产品周期的设计阶段和分析阶段采用相同的几何描述。 等几何分析 的优点 主要包括： 在经典有限元中， 网格划分是分析过程中最耗时的环节， 且网格模型是对原几何 模型的近似， 不可避免的引入了模型转换误差； 等几何分析采用样条模型参数域的划分以 及参数域到物理模型的映射， 避免了有限元中网格划分的复杂过程； 等几何分析中， 几何模 型与分析网格模型采用同一表达方式， 避免了网格细化过程中与几何模型数据的频繁交 互， 有利于实现自适应网格细化； 等几何分析的结果精度更高， 其分析使用的多项式直接来 源于几何模型数据， 避免了经典有限元中采用分段多项式逼近的方式而引入的误差； 由于 几何和分析采用统一的数学描述， 因此可以直接利用几何模型进 行分析， 有望实现分析、 设 计和优化的一体化。 由于等几何分析本身 所具有的上述优点， 使 得等几何分析在结构力学、 流体力学及流固耦合问题、 拓扑优化、 叶片/翼型、 接触问题等领域得到 了广泛关注。 [0004]目前国内外文献中， 关于等几何分析(IGA)的文献较多， 但鲜有文献考虑零件的加 工制造过程， 更没有文 献从统一的数学角度综合考虑产品全生命周期的设计、 分析、 制造问 题， 截至目前 未见等几何设计/分析/制造 框架(IGDAM)的相关研究工作和报道。 发明内容 [0005]本发明面向具有复杂空间曲面结构的机械零部件精密数控加工问题， 克服了传统 的设计、 分析、 制造各阶段技术中存在的转换误差、 模型失真、 交互不畅等问题， 以等几何分 析(IGA)思想贯穿设计/分析/制造全产品周期的理念， 提出等几何设计/分析/制造框架 (IGDAM)， 提供了一种基于等几何设计/分析/制造框架的设计方法。 基于等几何设计/分析/ 制造框架的设计方法以等几何思想统一了 设计/分析/制造等各阶段的几何模型， 提高了模 型精度， 避免了不必要的转换误差和近似失真， 使设计过程、 分析过程、 加工过程可以共几 何模型平台工作。 [0006]传统的机械零部件设计、 分析、 制造分阶段流程示意图如图1所示， 其存在的不足 之处主要包括： [0007]传统的几何设计与力学分析之间存在转换误差、 模型失真、 交互不畅等问题， 如图 2所示。 在 几何设计、 力学分析、 加工制 造三个环节之间传统的交互方式是通过通用数据格说　明　书 1/5 页 3 CN 115017653 A 3