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

1、隨著全球經(jīng)濟一體化進程和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，市場競爭日趨激烈。企業(yè)間競爭的核心是產(chǎn)品設(shè)計的競爭，其焦點是如何快速引入新技術(shù)，以最短的時間和最低的成本開新發(fā)出產(chǎn)品。經(jīng)過幾十年發(fā)展的積累，企業(yè)內(nèi)部積累了大量的設(shè)計資源和設(shè)計知識，如何有效重用這些設(shè)計資源和設(shè)計知識已成為實現(xiàn)產(chǎn)品快速設(shè)計、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本的重要手段。本文在分析國內(nèi)外設(shè)計重用理論及相關(guān)技術(shù)研究成果的基礎(chǔ)上，研究了基于本體的設(shè)計重用技術(shù)，為產(chǎn)品智能設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計提供了有益

2、的解決方案，并結(jié)合CAFD（Computer-Aided Fixture Design）的特點以及實際需要，研究了設(shè)計重用技術(shù)在CAFD中的應(yīng)用。主要研究內(nèi)容如下：
　　將設(shè)計重用理論和方法與計算機輔助夾具設(shè)計相結(jié)合，建立了基于設(shè)計重用的CAFD系統(tǒng)框架，充分利用了已有的夾具設(shè)計經(jīng)驗和知識，實現(xiàn)了夾具的快速設(shè)計。該框架以夾具設(shè)計本體為基礎(chǔ)，通過夾具設(shè)計文檔庫構(gòu)建了夾具設(shè)計領(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)計了設(shè)計重

3、用引擎，涵蓋了基于本體的夾具設(shè)計知識檢索與基于形狀和本體的夾具模型檢索，為基于設(shè)計重用的夾具設(shè)計技術(shù)提供了新方法。
　　研究了設(shè)計重用中的知識獲取技術(shù)，將領(lǐng)域知識獲取問題轉(zhuǎn)化為領(lǐng)域本體獲取問題，提出了基于圖的領(lǐng)域本體自動構(gòu)建算法，實現(xiàn)了從領(lǐng)域文檔語料庫中自動獲取領(lǐng)域知識。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，采用基于圖上隨機游走的詞匯加權(quán)算法從全局和局部兩方面衡量詞匯的重要性，然后利用

4、圖頂點聚類算法對詞匯進行聚類以產(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)對子圖的信息量進行衡量，得到的領(lǐng)域概念和概念間的關(guān)系通過本體評價后，采用OWL-DL描述為領(lǐng)域本體。
　　研究了設(shè)計重用中的知識表達與檢索技術(shù)，提出了基于本體的產(chǎn)品設(shè)計知識檢索算法，實現(xiàn)了語義級別的信息檢索，查詢內(nèi)容不再局限于孤立的關(guān)鍵詞，也可以為用自然語言表達的句子。該算法首先對查詢內(nèi)容進行語義分析，將其映射

5、為本體語義特征，提出了基于本體的查詢語義擴展算法，得到與查詢語義相關(guān)的擴展語義特征，使檢索系統(tǒng)可以直接明確的理解用戶檢索意圖；將領(lǐng)域文檔用領(lǐng)域本體進行標記，提出了基于本體的查詢語義檢索算法，基于文檔本體語義圖對領(lǐng)域文檔進行聚類，通過比較查詢本體語義圖與文檔聚類簇中值圖的距離，得到與查詢內(nèi)容語義相關(guān)的文檔簇，最終通過語義匹配將文檔簇中的相關(guān)知識返回給用戶。
　　研究了設(shè)計重用中產(chǎn)品模型的表達與檢索技術(shù)，提出了基于網(wǎng)格特征臨界點的三維

6、工程模型檢索算法，實現(xiàn)了與CAD 系統(tǒng)無關(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)格頂點處的離散平均曲率作為光滑實值函數(shù)，計算網(wǎng)格特征臨界點，避免了采樣不足對算法造成的影響；采用兩臨界點間近似測地距離和頂點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、極小值點和鞍點，分別計算同類臨界點間的聯(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。另外針對夾具模型檢索問題，研究了基于本體的工件到夾具模型的映射關(guān)系，提出了通過工件模型和設(shè)計需求檢索得到夾具模型的方法。
　　將本文研究成果應(yīng)用于組合夾具自動設(shè)計系統(tǒng)，開發(fā)了基于設(shè)計重用的組合夾具自動設(shè)計系統(tǒng)（DR-CAMFD）。該系統(tǒng)在組合夾具設(shè)計過程中充分考慮了已有的組合夾具設(shè)計結(jié)果及組合夾具設(shè)計中的經(jīng)驗知識，采用進化搜索算法在設(shè)計空間中搜索合適的夾具設(shè)計方案，以尋求夾具設(shè)計問題的可行解。以一套組合夾具