復雜產(chǎn)品相似性評估理論研究及其應用.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟一體化的發(fā)展,制造業(yè)市場競爭越來越激烈,客戶需求也越來越多樣化和個性化。制造商不得不采用各種各樣的新技術,以縮短新產(chǎn)品從提出設計需求,到設計、制造和面向市場的周期。因此,設計重用成為當前先進制造技術領域的研究熱點。設計重用就是將已有的設計資源運用到當前的設計活動中,其主要思想是充分挖掘、管理和利用現(xiàn)有的設計資源,支持新產(chǎn)品的快速開發(fā),同時不斷積累企業(yè)資源,使資源的利用率最大化。
　　 相似性是設計重用的理論基礎。本文

2、對復雜產(chǎn)品的相似性評估理論進行了深入研究,提出了集成化產(chǎn)品信息模型以及基于特征的多粒度復雜產(chǎn)品相似性評估方法,為快速、準確地檢索可重用的設計資源,有效地支持下游應用奠定了基礎。
　　 目前CAX各個模塊主要是面向幾何的,且其建模方法相對獨立,相互之間的關聯(lián)也不夠緊密,因此本文提出了集成產(chǎn)品信息模型以及建模方法。該摸型足面向整個產(chǎn)品生命周期的,集成了幾何CAD模型、特征以及相關知識如功能、管理、工藝信息等,有效地支持CAD與下游應

3、用的集成。傳統(tǒng)的CAD模型通過非幾何信息擴展、特征識別和特征樹重構擴展成為可重用的集成產(chǎn)品信息模型。其中,特征識別是模型擴展的關鍵技術。基于現(xiàn)有的特征識別思想,提出了混合式特征識別方法。該方法以基于圖的特征識別為基礎,對不同類的特征引入不同的痕跡和規(guī)則,以及不同的相交特征分解策略。而且,利用特征映射思想將得到的特征映射成為帶有工程語義的可重用的特征。
　　 現(xiàn)有的相似性研究通常以三維模型的點、線和面作為研究對象。復雜的產(chǎn)品含有大

4、量的點、線和面元素,因此造成了相似性評估方法的效率和精度相互制約。本文以特征樹作為研究對象,提出了基于特征的多粒度產(chǎn)品相似性評估算法。該算法將相似性評估分為非幾何信息檢索和幾何信息檢索。對于海量數(shù)據(jù),非幾何信息檢索可以快速檢索出相關的設計資源,縮小后續(xù)檢索的范圍,極大地提高檢索的效率。同時,非幾何信息檢索擴展了單純面向幾何CAD模型的檢索引擎,使得在概念設計階段的檢索成為可能。幾何信息檢索又分為整體形狀相似性評估和局部特征相似性評估兩個

5、階段。整體形狀相似性評估利用Absolute Angle Distance(AAD)算子來描述產(chǎn)品的原始形狀特征,并通過支持向量機(SVM)對其進行分類,以獲得復雜產(chǎn)品所屬的類別:局部特征相似性評估通過特征樹的匹配以獲得精確的相似產(chǎn)品。匹配算法不但評估了特征類型、大小、工藝、方向和位置等方面的相似性,而且還評估了特征之間拓撲結構的相似性,使得相似性評估更加準確有效。
　　 在船舶、汽車、航空航天、模具等制造領域,復雜的產(chǎn)品外形通

6、常含有大量的自由曲面。因此,自由曲面的相似性評估理論也是本文的研究問題之一。本文提出了一個新的描述自由曲面形狀與拓撲結構的描述子--曲率比Reeb圖。以具有移動、旋轉和比例不變性的曲率比描述曲面局部某點及其所在鄰域的形狀和本質屬性,以Reeb圖結構描述曲面的拓撲信息。最后利用遺傳算法來匹配曲率比Reeb圖實現(xiàn)對自由曲面相似性的評估。
　　 本文將上述關鍵技術應用于機械制造及模具設計領域,利用C++、UG/OPEN API和UG