基于本體的設(shè)計(jì)重用技術(shù)研究及其在CAFD中的應(yīng)用.pdf

1、隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。企業(yè)間競(jìng)爭(zhēng)的核心是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的競(jìng)爭(zhēng)，其焦點(diǎn)是如何快速引入新技術(shù)，以最短的時(shí)間和最低的成本開(kāi)新發(fā)出產(chǎn)品。經(jīng)過(guò)幾十年發(fā)展的積累，企業(yè)內(nèi)部積累了大量的設(shè)計(jì)資源和設(shè)計(jì)知識(shí)，如何有效重用這些設(shè)計(jì)資源和設(shè)計(jì)知識(shí)已成為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本的重要手段。本文在分析國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)重用理論及相關(guān)技術(shù)研究成果的基礎(chǔ)上，研究了基于本體的設(shè)計(jì)重用技術(shù)，為產(chǎn)品智能設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了有益

2、的解決方案，并結(jié)合CAFD（Computer-Aided Fixture Design）的特點(diǎn)以及實(shí)際需要，研究了設(shè)計(jì)重用技術(shù)在CAFD中的應(yīng)用。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　將設(shè)計(jì)重用理論和方法與計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)相結(jié)合，建立了基于設(shè)計(jì)重用的CAFD系統(tǒng)框架，充分利用了已有的夾具設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，實(shí)現(xiàn)了夾具的快速設(shè)計(jì)。該框架以?shī)A具設(shè)計(jì)本體為基礎(chǔ)，通過(guò)夾具設(shè)計(jì)文檔庫(kù)構(gòu)建了夾具設(shè)計(jì)領(lǐng)域本體，以此作為框架內(nèi)部不同模塊間通信的基礎(chǔ)；設(shè)計(jì)了設(shè)計(jì)重

3、用引擎，涵蓋了基于本體的夾具設(shè)計(jì)知識(shí)檢索與基于形狀和本體的夾具模型檢索，為基于設(shè)計(jì)重用的夾具設(shè)計(jì)技術(shù)提供了新方法。
　　研究了設(shè)計(jì)重用中的知識(shí)獲取技術(shù)，將領(lǐng)域知識(shí)獲取問(wèn)題轉(zhuǎn)化為領(lǐng)域本體獲取問(wèn)題，提出了基于圖的領(lǐng)域本體自動(dòng)構(gòu)建算法，實(shí)現(xiàn)了從領(lǐng)域文檔語(yǔ)料庫(kù)中自動(dòng)獲取領(lǐng)域知識(shí)。本體的核心是領(lǐng)域概念以及概念間的相互關(guān)系，該算法首先將領(lǐng)域文本文檔映射為文檔概念圖，采用基于圖上隨機(jī)游走的詞匯加權(quán)算法從全局和局部?jī)煞矫婧饬吭~匯的重要性，然后利用

4、圖頂點(diǎn)聚類(lèi)算法對(duì)詞匯進(jìn)行聚類(lèi)以產(chǎn)生候選概念；提出了約束條件下基于頻繁信息子圖挖掘的概念間任意關(guān)系提取算法，并引入了信息函數(shù)對(duì)子圖的信息量進(jìn)行衡量，得到的領(lǐng)域概念和概念間的關(guān)系通過(guò)本體評(píng)價(jià)后，采用OWL-DL描述為領(lǐng)域本體。
　　研究了設(shè)計(jì)重用中的知識(shí)表達(dá)與檢索技術(shù)，提出了基于本體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)檢索算法，實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)義級(jí)別的信息檢索，查詢(xún)內(nèi)容不再局限于孤立的關(guān)鍵詞，也可以為用自然語(yǔ)言表達(dá)的句子。該算法首先對(duì)查詢(xún)內(nèi)容進(jìn)行語(yǔ)義分析，將其映射

5、為本體語(yǔ)義特征，提出了基于本體的查詢(xún)語(yǔ)義擴(kuò)展算法，得到與查詢(xún)語(yǔ)義相關(guān)的擴(kuò)展語(yǔ)義特征，使檢索系統(tǒng)可以直接明確的理解用戶(hù)檢索意圖；將領(lǐng)域文檔用領(lǐng)域本體進(jìn)行標(biāo)記，提出了基于本體的查詢(xún)語(yǔ)義檢索算法，基于文檔本體語(yǔ)義圖對(duì)領(lǐng)域文檔進(jìn)行聚類(lèi)，通過(guò)比較查詢(xún)本體語(yǔ)義圖與文檔聚類(lèi)簇中值圖的距離，得到與查詢(xún)內(nèi)容語(yǔ)義相關(guān)的文檔簇，最終通過(guò)語(yǔ)義匹配將文檔簇中的相關(guān)知識(shí)返回給用戶(hù)。
　　研究了設(shè)計(jì)重用中產(chǎn)品模型的表達(dá)與檢索技術(shù)，提出了基于網(wǎng)格特征臨界點(diǎn)的三維

6、工程模型檢索算法，實(shí)現(xiàn)了與CAD 系統(tǒng)無(wú)關(guān)的基于形狀的三維模型檢索。根據(jù)微分幾何中的Morse 理論，采用網(wǎng)格頂點(diǎn)處的離散平均曲率作為光滑實(shí)值函數(shù)，計(jì)算網(wǎng)格特征臨界點(diǎn)，避免了采樣不足對(duì)算法造成的影響；采用兩臨界點(diǎn)間近似測(cè)地距離和頂點(diǎn)法矢夾角余弦值作為聯(lián)合形狀函數(shù)，更好地表征了模型整體表面和局部區(qū)域的的變化；按照極大值點(diǎn)、極小值點(diǎn)和鞍點(diǎn)，分別計(jì)算同類(lèi)臨界點(diǎn)間的聯(lián)合形狀函數(shù)得到形狀分布，而模型的整體描述由三者加權(quán)平均得到，從而將模型的比較轉(zhuǎn)

7、化為形狀分布矩陣的比較。另外針對(duì)夾具模型檢索問(wèn)題，研究了基于本體的工件到夾具模型的映射關(guān)系，提出了通過(guò)工件模型和設(shè)計(jì)需求檢索得到夾具模型的方法。
　　將本文研究成果應(yīng)用于組合夾具自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了基于設(shè)計(jì)重用的組合夾具自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)（DR-CAMFD）。該系統(tǒng)在組合夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮了已有的組合夾具設(shè)計(jì)結(jié)果及組合夾具設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，采用進(jìn)化搜索算法在設(shè)計(jì)空間中搜索合適的夾具設(shè)計(jì)方案，以尋求夾具設(shè)計(jì)問(wèn)題的可行解。以一套組合夾具