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 Siemens PLM Software旗下的二三維一體化設(shè)計仿真軟件Solid Edge最新版本ST10融合了三大建模核心：順序建模、同步建模、收斂建模，具有正向設(shè)計和逆向設(shè)計能力，覆蓋了當(dāng)今產(chǎn)品設(shè)計的所有方面。

       那么，什么是順序建模，什么是同步建模，什么是收斂建模，他們各自應(yīng)用的場景是什么，想必大家不一定非常清楚。所以本篇文章，將為你詳細闡述三大建模技術(shù)的優(yōu)勢和差異點。

        講到建模技術(shù)，那就離不開CAD的發(fā)展歷史。下面這張圖，非常形象地說明了這個進展。

       三維CAD，經(jīng)歷將近半個世紀(jì)的發(fā)展，從線框建模、實體建模，到現(xiàn)在的特征建模（也就是Solid Edge所提到的順序建模）、同步建模、收斂建模，每個建模技術(shù)，都與當(dāng)時的時代條件相匹配。

       由于時間久遠，我們就不去關(guān)注線框建模和實體建模，而把注意力集中于特征建模（Solid Edge所對應(yīng)的順序建模）。

       80年代末期，以基于特征、全尺寸約束、全數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動設(shè)計修改的參數(shù)化實體建模方法的出現(xiàn)，大大提振了整個CAD的發(fā)展，代表軟件就是PTC公司的Pro Engineering。雖然后續(xù)的參數(shù)化設(shè)計、欠尺寸約束，Windows平臺等等，但都是這種技術(shù)的延伸和發(fā)展。歷時三十余年的發(fā)展，至今仍然在發(fā)揮作用。

        基于歷史特征的順序建模的特點是：

        智能草圖：草圖需要*約束（到后續(xù)Windows平臺上，草圖則可以欠約束），并且通過草圖驅(qū)動三維模型。

        歷史樹特征：嚴(yán)格基于操作歷史的前后順序過程，特征之間存在父子關(guān)系。前端特征做了修改，后續(xù)特征必須重新計算、生成。

        特征關(guān)聯(lián)：以草圖為載體，特征和尺寸，可以做到多重鏈接，以保證設(shè)計理念的貫徹。

         基于單個零件的設(shè)計修改：特征的修改必須基于草圖，因此設(shè)計修改必須通過激活零件，在零件環(huán)境下完成參數(shù)修改。然后通過隱性的特征鏈接傳遞到相關(guān)零件。整個裝配的變化有點類似黑箱操作。

FC塊講解
首先，我們從兩者的名字就可以進行區(qū)分，可以用一個公式即FB=FC+DB來表示，F(xiàn)B是具有DB背景塊的特殊FC，也就是說FB具有FC的功能，同時擁有一個DB塊。FC全稱是Function函數(shù)。
注：DB塊 全稱DataBlock 數(shù)據(jù)存儲區(qū)域，類似數(shù)據(jù)庫中關(guān)系表結(jié)構(gòu)。
那首先什么函數(shù)呢？

以模塊MC55為例，MC55是SIEMENS(西門子)公司推出的GSM/GPRS三頻模塊，主要為語音傳輸、短消息和GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供無線接口。MC55集成了完整的RF射頻電路和GSM的基帶處理器，十分適合開發(fā)一些基于GSM/GPRS的無線應(yīng)用產(chǎn)品，如監(jiān)控、調(diào)度、車載、遙控、遠程測量、定位和導(dǎo)航等領(lǐng)域的系統(tǒng)和產(chǎn)品，應(yīng)用范圍十分廣泛。用戶只需投入少量的研發(fā)費用，就可以在較短的研發(fā)周期內(nèi)集成自己的應(yīng)用系統(tǒng)。

常用的AT命令如下表所示：

接著是與GPRS有關(guān)的AT指令詳解

• （1）AT^SICS(Internet Connection Setup Profile)

命令格式：AT^SICS: <conProfileId>, <conParmTag>, <conParmValue>

conProfileId指連接平臺，可以建立0-5共6個不同的連接。conParmTag指連接參數(shù)，包括user、passwd、apn等，conParmValue指提供的連接類型，包括GPRS0、CSD（電路交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)）、none（清空）三種方式。

舉例說明如下：

AT^SICS: 0,"conType","GPRS0"      //連接平臺0，連接方式是GPRS

AT^SICS: 0,"user","nd"            //連接平臺0，設(shè)置用戶名 

AT^SICS: 0,"passwd","nd"          //連接平臺0，設(shè)置密碼       

AT^SICS: 0,"apn","cmnet"          //連接平臺0，設(shè)置APN

AT^SICS: 1,"conType",""           //連接平臺1，空

AT^SICS: 2,"conType",""           //連接平臺2，空

AT^SICS: 3,"conType",""           //連接平臺3，空

AT^SICS: 4,"conType",""           //連接平臺4，空

AT^SICS: 5,"conType",""           //平連接臺5，空

• （2）AT^SISS(Internet Service Setup Profile) 

命令格式：AT^SISS=<srvProfileId>, <srvParmTag>, <srvParmValue>

Srvprofield是服務(wù)配置ID，可以建立0-9共10個配置ID，如說可以用AT^SISS將配置0作socket,配置1作HTTP,配置2作FTP等,然后要啟用哪個服務(wù),就用AT^SISO=0或1或2打開哪個服務(wù),要關(guān)掉哪個服務(wù)就用AT^SISC=0或1或2關(guān)閉哪個服務(wù)。一般的數(shù)據(jù)傳輸用的都是socket服務(wù), SISS指令里的ConID是指當(dāng)前服務(wù)調(diào)用哪個連接配置ID,連接配置ID可以設(shè)定6個,可以用AT^SICS=0,apn,cmnet或者AT^SICS=1,apn,cmwap設(shè)定不同的APN,根據(jù)不同的應(yīng)用,調(diào)用不同的連接配置。

舉例說明如下：

AT^SISS: 0,"srvType","Socket"   //第0個服務(wù)平臺，服務(wù)類型為socket

AT^SISS: 0,"conId","0"          //第0個服務(wù)平臺，使用的連接平臺為0

AT^SISS: 0,"address",""         //第0個服務(wù)平臺，目前設(shè)備的地址為空

AT^SISS: 1,"srvType",""           //第1個服務(wù)平臺

AT^SISS: 2,"srvType",""           //第2個服務(wù)平臺

AT^SISS: 3,"srvType",""           //第3個服務(wù)平臺

AT^SISS: 4,"srvType",""           //第4個服務(wù)平臺

AT^SISS: 5,"srvType",""           //第5個服務(wù)平臺

AT^SISS: 6,"srvType",""           //第6個服務(wù)平臺

AT^SISS: 7,"srvType",""           //第7個服務(wù)平臺

AT^SISS: 8,"srvType",""           //第8個服務(wù)平臺

AT^SISS: 9,"srvType",""           //第9個服務(wù)平臺

GPRS通訊模塊MC55在使用時，需要進行通訊模塊的初始化設(shè)置，校驗用戶名和密碼，設(shè)置TCP/IP的地址與端口等。初始化時，需要MCU通過串行口按順序給模塊發(fā)送以下AT指令，設(shè)置模塊及網(wǎng)絡(luò)工作參數(shù)。

at^sics=0,conType,GPRS0     //設(shè)置GPRS工作模式

at^sics=0,user,cm           //用戶名稱

    at^sics=0,passwd,gprs       //密碼

    at^sics=0,apn,cmnet         //網(wǎng)絡(luò)接入點名稱

at^siss=1,srvType,socket    // 設(shè)置服務(wù)類型為socket

    at^siss=1,conId,0           //I.D.

    at^siss=1,address,"socktcp://219.238.229.74:3000" //設(shè)置服務(wù)器地址及端口

    at^siso=1 //打開端口，開始工作

• （3）AT^SISO(Interner Service Open)

命令格式：AT^SISO=<srvProfileId>

啟動GPRS連接。

• （4）AT^SISC(Internet Service Close) 

命令格式：AT^SISC=<srvProfileId>

關(guān)閉GPRS連接。

•  （5）AT^SISR(Internet Service Read Data)

命令格式：AT^SISR=<srvProfileId>, <reqReadLength>

通過GPRS發(fā)送數(shù)據(jù)，實際上是通過串行口把數(shù)據(jù)寫入到GPRS通訊模塊，然后由GPRS模塊發(fā)送到的IP端口。發(fā)送時需要按照以下順序進行操作。

    寫串口：at^sisw=0,10           // 使用通道0, 發(fā)送10字節(jié)的數(shù)字

    讀串口：^SISW: 0, 10           // 網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)

    寫串口：12312312342342342345   // 發(fā)送數(shù)據(jù)

    讀串口：OK                     // 接收響應(yīng) OK

    讀串口：^SISW: 0, 1            //接收網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)，收到則已經(jīng)發(fā)送成功

• （6）AT^SISW(Internet Service Write Data)

命令格式：AT^SISW=<srvProfileId>, <reqWriteLength>

接收GPRS的數(shù)據(jù)，即接收已經(jīng)連接上的服務(wù)器發(fā)來的數(shù)據(jù)，可以通過串行口從GPRS模塊中讀取，按以下順序進行操作：

     讀串口：^SISR: 0, 1        //接收到該信息則準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)

     寫串口：at^sisr=0,20       //發(fā)送需要接收的數(shù)據(jù)長度

     讀串口：^SISR: 0, 20       //返回實際的數(shù)據(jù)長度

     讀串口：12312312342342342345 //所接收的數(shù)據(jù)

     讀串口：OK　　　　         //接收成功

最后是案例分析

進行GPRS通信首先需要與服務(wù)器建立GPRS連接，即實現(xiàn)GPRS登陸。在登陸前需要使用AT指令對無線通信模塊MC55進行初始化設(shè)置，設(shè)置內(nèi)容包括連接方式、服務(wù)類型、接入點名稱、服務(wù)器地址及端口。初始化完成后即可開啟網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，模塊會自動登錄到服務(wù)器的相應(yīng)端口上，登陸完成后就可以進行數(shù)據(jù)通信了。

具體實現(xiàn)程序如下所示：

    （1）OutPut("at^sics=1,contype,gprs0/r/0");   //連接平臺1,設(shè)置網(wǎng)絡(luò)連接類型為gprs方式

                        // void OutPut(char *strings)函數(shù)的功能是通過串口向MC55輸出數(shù)據(jù)

    檢測到通信模塊返回“OK"則設(shè)置成功。

    （2）OutPut("at^sics=1,apn,cmnet");           //設(shè)置apn為cmnet

檢測到通信模塊返回“OK"則設(shè)置成功。

（3）OutPut("at^siss=2,srvtype,socket/r/0");  //第2個服務(wù)平臺,設(shè)置服務(wù)類型為socket

檢測到通信模塊返回“OK"則設(shè)置成功。

（4）OutPut("at^siss=2,conid,1/r/0");         //第2個服務(wù)平臺，使用的連接平臺為1

檢測到通信模塊返回“OK"則設(shè)置成功。

（5）OutPut("at^siss=2,address,socktcp://219.238.229.74:1200");//設(shè)置服務(wù)器地址及端口

檢測到通信模塊返回“OK"則設(shè)置成功。  

（6）OutPut("at^siso=2/r/0");         //打開網(wǎng)絡(luò)服務(wù),MC55登陸到服務(wù)器相應(yīng)的端口上

檢測到通信模塊返回“OK"則設(shè)置成功。

（7）OutPut("at^sisw=2,10/r/0");      //使用平臺2向服務(wù)器發(fā)送10字節(jié)的數(shù)據(jù)包

if(strstr(buffer,"^SISW:")!=0) //檢測到模塊返回數(shù)據(jù)“^SISW:"后通過模塊將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器相應(yīng)端口上

     OutPut("1234567890/r/0");        //發(fā)送數(shù)據(jù)包

通過GPRS發(fā)送數(shù)據(jù)，實際上是通過串行口把數(shù)據(jù)寫入到GPRS通訊模塊，然后由GPRS模塊發(fā)送到的IP端口。

（8）寫串口：at^sisr=0,20          //發(fā)送需要接收的數(shù)據(jù)長度 
         讀串口：^SISR: 0, 20          //返回實際的數(shù)據(jù)長度 
         讀串口：12312312342342342345  //接收的數(shù)據(jù)

接收GPRS的數(shù)據(jù)，即接收已經(jīng)連接上的服務(wù)器發(fā)來的數(shù)據(jù)，可以通過串行口從GPRS模塊中讀取。

函數(shù)
函數(shù) f(x)就像機器或黑箱，給予輸入值x便產(chǎn)生輸出值f (x)。x是自變量，f(x)是因變量。舉一個我們常見的公式，求圓的面積，s=π*r*r。輸入r值，便得到圓的面積s，這就是的函數(shù)，r是自變量，s是因變量。

圖一 變量聲明

圖2 FC函數(shù)內(nèi)容
Input:輸入型參數(shù)，提供外部輸入接口。類似于函數(shù)f(x)中的x，是一個自變量。Input類型參數(shù)，是外部變量的拷貝副本，修改其值，外部變量無變化。假設(shè)在程序中修改R的值，從圖2編譯信息發(fā)現(xiàn)，傳遞的并不是實際參數(shù)，所以修改外部接口變量無變化。
Output:輸出型參數(shù)，提供外部輸出接口。該類型參數(shù)由于直接引用外部變量地址，可以修改其值。
InOut:輸入輸出型參數(shù)，既做輸入又做輸出。同Output類型一樣，可以修改外部接口變量的值。在適當(dāng)?shù)胤剑褂肐nOut類型變量，可以減少占用plc的變量聲明空間。
Temp:局部變量，在函數(shù)內(nèi)部使用，不提供外部的接口。我們常常把temp變量用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的中間值，或者用于循環(huán)變量，比如用于For 或者While循環(huán)。由于Temp是局部變量，它的值是隨機，使用必須初始化，對其賦值。Constant:常量，在函數(shù)內(nèi)部使用，意思是恒定不變的變量，只能在聲明處修改。比如我們這里的π圓周率是固定不變的，可能調(diào)用的地方有幾十處，若程序中直接引用3.1415，后期修改，需要把每個地方都修改過去，很麻煩。在聲明處修改π值，所有函數(shù)中的π變量都會修改。假設(shè)我們在程序中修改π常量，從圖2中編譯信息可以發(fā)現(xiàn)，常量不能在程序中修改。
Return:函數(shù)返回值，存儲計算結(jié)果。默認(rèn)為無返回值，所以聲明為void。在我們的數(shù)學(xué)知識里面函數(shù)應(yīng)該是要有返回值的，但是在TIA PORTAL可以沒有返回值，我們把這種無返回類型的函數(shù)，稱為procedure(過程)。我們這里設(shè)置為Real類型，返回圓的面積。有讀者可能有疑問，return變量和Output類型都可以用來存儲計算結(jié)果，兩者的區(qū)別是什么呢?其中有一個顯著的區(qū)別是Output類型輸出參數(shù)可以聲明若干個，但是return類型的返回變量，只能聲明一個，且變量名字無法修改。其他區(qū)別，等講解SCL的時候，再做解答。
在main[OB1]程序塊里面拖動FC1函數(shù)，得到如下運行結(jié)果:

圖3 程序運行結(jié)果

圖4 DB塊值監(jiān)控
程序解讀：
由于PLC程序是從左到右執(zhí)行，所以'Func'函數(shù)塊的左側(cè)是輸入接口，右側(cè)是輸出接口。觀察函數(shù)塊的內(nèi)部變量名字，發(fā)現(xiàn)和函數(shù)中的聲明一一對應(yīng)，除了變量。Ret_Val是Return接口變量的別名，由于每個函數(shù)的名字都不一樣，所以統(tǒng)一用作為函數(shù)返回值變量的名稱。
程序一是對模擬量值進行轉(zhuǎn)換，采樣的分辨率下限是0，上限為27648，采樣的數(shù)字量值15000，通過調(diào)用函數(shù)把轉(zhuǎn)換出來的值放在變量<'data'.電壓值>,得到轉(zhuǎn)換值為0.5425347.
把變量<'data'.電壓值>放在FC函數(shù)的Inout接口中，利用PLC的掃描周期，通過DB塊可以看到最終值5.425347。若不放在Inout，把其放在Input接口，我們必須在OutPut接口再聲明一個變量，用于存儲最終的轉(zhuǎn)換值。這樣聲明就可以節(jié)省PLC的內(nèi)存空間了，同樣使程序看起來更簡潔。
FC函數(shù)塊的代碼內(nèi)容比較簡單，請自行閱讀理解，若有問題，可以留言。
FB塊講解
要了解FB和FC的區(qū)別，讓我們剖析一下這兩個模塊的變量聲明結(jié)構(gòu):

圖5 FB塊變量聲明

圖6 FB占用DB背景塊內(nèi)部變量
通過FB和FC的變量聲明，我們可以看到三個明顯的區(qū)別：
1、FB塊增加了Static靜態(tài)區(qū)聲明
2、FB增加了保持性和可訪問性選擇
上述兩個區(qū)別正好說明了FB=FC+DB公式的成立，因為這兩個特性是DB塊才有的特性哦。我們在普通DB塊里面聲明的變量都在Static區(qū)聲明，不信的話，你可以打開來看看。我們可以通過訪問FB擁有的背景塊來訪問FB中變量的值。
當(dāng)FC調(diào)用結(jié)束后，各種接口中聲明的變量值無法保存，F(xiàn)B調(diào)用結(jié)束后，仍然可以保留變量的值，你可以通過FB的背景DB塊進行訪問。FB的每次調(diào)用都會自動生成一個DB塊，想想我們編程當(dāng)中，進行哪類操作也會有類似行為？其實就是我們用的非常頻繁的定時器操作，每一次拖動定時器都會自動建立一個DB塊。通過<系統(tǒng)資源>查看定時器擁有的DB塊，看看和圖6是否類似。

圖7 定時器DB背景塊結(jié)構(gòu)
由于定時器擁有背景塊，當(dāng)我們停止計時后，PLC無論經(jīng)過多少個掃描周期，還是可以讀取停止計時時刻的值，這就是擁有DB背景塊的好處，F(xiàn)B塊與此類似。
3、FB塊沒有Return接口
由于可以通過Output接口存儲返回值，所以沒有Return接口影響不大。

圖8 FB程序增加部分
由于程序類似，F(xiàn)B程序只列出增加部分。我們可以看到該程序，每次調(diào)用都會把最大電壓值放在變量中，同時添加變量，用于記錄改變電壓的時間。在hmi程序上面，我們可以很方便讀取這兩個變量，來實時獲取當(dāng)前的最大電壓值和修改時間，是不是很方便？
讀者可能會有疑問，如果我自己寫一個FC函數(shù)，然后外部添加一個DB塊，不是一樣可以實現(xiàn)此功能嗎？看上去好像講的很有道理呀，不過這個想法是錯誤的。
如果你在PLC程序中只調(diào)用FB塊一次，那么可以采用此方法。如果你在PLC程序里面，既要比較電壓，還要比較如電流、溫度和濕度等，如果用同一個FC怎么實現(xiàn)呢？用FB可以很好的解決此問題，不明白的，可要仔細想想！

 基于歷史特征的順序建模存在的問題在于：

        1. 由于特征都有父子關(guān)系，因此當(dāng)前的設(shè)計方法都要求預(yù)先規(guī)劃設(shè)計工作。先做什么，后做什么，必須預(yù)先規(guī)劃好。

        2. 由于特征需要重新生成，因此只要草圖發(fā)生了修改，那么所有的特征都必須重新生成一遍。如果零件復(fù)雜，特征比較多的情況下，那么生成時間就會比較長，不能快速反應(yīng)設(shè)計變更。

        3. 異種CAD數(shù)據(jù)讀入以后，所有的特征參數(shù)都丟失了，因此只能是死疙瘩一塊，導(dǎo)致不能編輯修改異種CAD數(shù)據(jù)，造成信息孤島，阻礙了模型信息的傳遞。

        4. 無法重用異種CAD數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。由于異種CAD數(shù)據(jù)沒有任何參數(shù)和特征，因此無法使用參數(shù)驅(qū)動、特征拷貝的方式來重用已有經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

        5. 特征之間的鏈接關(guān)系是隱性的，導(dǎo)致設(shè)計變更也是隱性完成。如果預(yù)先不知道他們之間的鏈接關(guān)系，那么有時候會產(chǎn)生意想不到的災(zāi)難。因此也導(dǎo)致工程師寧可重新建模，也不敢修改別人的設(shè)計數(shù)據(jù)。

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正式因為存在以上順序建模無法克服的問題，西門子公司經(jīng)過多年研發(fā)，于2008年正式推出同步建模技術(shù)，它一舉突破了順序建模的設(shè)計瓶頸，大幅提高設(shè)計效率，給三維CAD注入新的活力。

        同步建模技術(shù)同時加入到西門子旗下的兩款產(chǎn)品：Solid Edge和NX。但由于兩款產(chǎn)品的使用方法和場景不一樣，同步建模的應(yīng)有也有所差異。NX僅用于無參模型的修改方面，而Solid Edge則作為一個新的建模方法，用于新模型的創(chuàng)建、異種CAD數(shù)據(jù)的修改、數(shù)據(jù)重用等各個設(shè)計領(lǐng)域。而且只要學(xué)會操控下圖的方向盤，就能直觀地進行所見即所得地創(chuàng)建三維模型。

       同步建模，顧名思義，就是在進行三維建模，拖動幾何體的時候，同步解算三維驅(qū)動尺寸、三維幾何約束、三維幾何關(guān)系，并賦予參數(shù)特征，實現(xiàn)直觀式的所見即所得三維設(shè)計模式。

         同步建模自2008年誕生以來，Solid Edge將產(chǎn)品編號從V系列，變更到ST系列（Synchronous Technology），到2017年，Solid Edge的最新版本ST10。

         那么，同步建模的特點：

         1. 融合了二、三維的操作環(huán)境。無需刻意去創(chuàng)建草圖，系統(tǒng)會自動捕捉草圖平面，實現(xiàn)從2D到3D的自然過渡。整個操作過程，可以在全三維環(huán)境下完成，也可以切換到二維平面視圖，自然方便。

         2. 圖形化的操作手柄方向盤，實時操控整個三維建模過程。它融合拉伸、旋轉(zhuǎn)、平移、對齊等眾多可視化操作過程。換句話說，只要學(xué)會了控制方向盤，就能得心應(yīng)手地用同步建模創(chuàng)建三維模型。

         3. 將二維草圖的尺寸和幾何約束上升到三維空間，實現(xiàn)三維可驅(qū)動尺寸、三維幾何約束的建模體系。三維可驅(qū)動尺寸即為PMI，可以實現(xiàn)從CAD到CAM的完整尺寸鏈的傳遞。修改三維尺寸的同時，自動實時捕獲幾何約束關(guān)系，實時規(guī)則自動賦予，以保證所有的設(shè)計修改在可控的范圍內(nèi)完成。而且由于都是實時操作，無需等待，即可完成設(shè)計修改。