基于本體的零件描述模型研究

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1、基于本體的零件描述模型研究

2、第1零件信息是工藝系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計的基礎(chǔ)和依據(jù)，包括總體信息、如零件名稱、材料和圖號、結(jié)構(gòu)形狀尺寸、表面粗糙度、公差、熱處理以及技術(shù)要求等方面的信息。工藝設(shè)計的主要任務(wù)是依據(jù)這些信息制定零件的工藝制造過程。在采用計算機進(jìn)行輔助工藝設(shè)計時，計算機需要“讀懂”零件圖上的零件信息，否則就不能對零件進(jìn)行工藝設(shè)計。因而存在著CAPP(計算機輔助工藝設(shè)計)系統(tǒng)的零件輸入與計算機內(nèi)部如何對產(chǎn)品或零件進(jìn)行有效表達(dá)的問題，其實質(zhì)是如何組織和描述零件信息。目前主要有4種表達(dá)零件信息的方式:分類編碼，知識表示，描述語言和形狀特征。通過比較上

3、述4種表達(dá)方式的主要特點，并結(jié)合CAPP系統(tǒng)對零件輸入信息的具體要求可知，采用上述任意一種表達(dá)方式向CAPP系統(tǒng)輸入零件信息后，CAPP系統(tǒng)內(nèi)部都須用一種合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來有效地組織這些信息，這是CAPP系統(tǒng)的零件信息模型要解決的問題之一。由于現(xiàn)有CAPP系統(tǒng)的零件數(shù)據(jù)庫一般只有數(shù)據(jù)而沒有其內(nèi)在的規(guī)則，無法體現(xiàn)出零件之間復(fù)雜的聯(lián)系，因此傳統(tǒng)的零件數(shù)據(jù)組織形式已不能滿足目前CAPP系統(tǒng)的發(fā)展需要。為解決對產(chǎn)品或零件進(jìn)行組織和描述的問題，需要引入新的本體理念，確定合理的零件描述模型以便對知識庫中的信息進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋磉_(dá)，從而使計算機真正發(fā)揮其輔助工藝進(jìn)

4、行設(shè)計的作用。1基于本體的零件描述模型針對CIMS應(yīng)用系統(tǒng)中CAPP領(lǐng)域的當(dāng)前發(fā)展需求，把本體理念及其技術(shù)引入到CAPP系統(tǒng)，對零件信息進(jìn)行清晰的描述。借鑒本體理念在AI(人工智能)等信息系統(tǒng)領(lǐng)域的成功研發(fā)經(jīng)驗，在領(lǐng)域?qū)＜业膮⑴c下，用本體描述語言O(shè)soNormalstyle="MARGIN:0cm0cm0pt">零件信息模型的目標(biāo)是在CAPP系統(tǒng)內(nèi)部合理地表達(dá)和組織零件信息，使之既便于CAPP系統(tǒng)的應(yīng)用，又便于與CAD系統(tǒng)和CAM系統(tǒng)集成。零件信息模型是計算機內(nèi)部對零件信息進(jìn)行描述與表達(dá)的方式，該模型主要作為利用計算機進(jìn)行零件圖繪制與重現(xiàn)、工

5、藝決策與推理、工序圖生成、尺寸鏈計算、刀具路徑規(guī)劃以及路線仿真等工作的核心與依據(jù)。1.1零件描述模型的體系架構(gòu)把整個零件當(dāng)作對象，對其進(jìn)行高層次的抽象化，從而定義出零件描述模型的整體架構(gòu)，此模型是由不同抽象級別的對象以及對象之間的關(guān)系組成的復(fù)雜對象，如圖1所示。依據(jù)對象抽象級別的不同，可以把基于本體的零件描述模型的體系架構(gòu)分成3個層次:零件層，特征層和幾何層。零件層描述零件的結(jié)構(gòu)、特性、技術(shù)要求和管理信息，以及各個零件之間的裝配關(guān)系等。特征層是體系架構(gòu)的核心層，描述組成零件的特征和各個特征之間的關(guān)系，以及與特征相對應(yīng)的加工工藝等。幾何層以幾何

6、體素和制造要求為基礎(chǔ)來描述零件特征的幾何拓?fù)湫畔ⅰ?.2零件特征分類特征是一組與零件的描述密切相關(guān)的信息集合。由于零件的描述可能會包含設(shè)計、制造以及管理等多方面的信息，因此特征又是含有特定的設(shè)計和制造內(nèi)涵的信息集合。依據(jù)對零件的描述角度的不同，可以把零件特征分成5種類型:管理特征，形狀特征，材料特征，技術(shù)特征和精度特征。其中，形狀特征是最主要的零件特征之一，從工程的角度來描述零件的幾何形狀信息，分為主形狀特征(簡稱主特征)和輔形狀特征(簡稱輔特征)。主特征用來描述構(gòu)造回轉(zhuǎn)類零件的整體形狀結(jié)構(gòu);輔特征用來對主特征進(jìn)行局部修飾，并依附于主特征。從

7、設(shè)計或制造的角度，可把形狀特征分成基本特征、復(fù)合特征、陣列特征和基準(zhǔn)特征，這種分類方式。1.3零件特征關(guān)系為了對零件特征之間的關(guān)系進(jìn)行描述，提出特征類和特征對象的概念。由于特征類是對特征型進(jìn)行描述，而特征對象是對特征值進(jìn)行描述，并且是特征類的實例，因此特征類和特征對象的關(guān)系是特征的型與值的關(guān)系。特征類與特征類之間、特征類和特征對象之間，以及特征對象與特征對象之間主要有5種關(guān)系:鄰接關(guān)系、繼承關(guān)系、從屬關(guān)系、陣列關(guān)系和參考關(guān)系。通過對各個特征及其關(guān)系的拓?fù)浣M合進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪\算，就可以形成完整的零件模型。一個主特征可以與多個主特征相互關(guān)聯(lián)，多個輔特

8、征也可以從屬于一個主特征，而主特征系就是特征之間層次關(guān)系的具體表現(xiàn)。因而特征的層次性可以很好地反映出CAPP系統(tǒng)中加工工藝過程的先后順序。1.4零件特征描述模型依據(jù)DM特征的聚集關(guān)系，可以把特征層的零件特征描述模型進(jìn)行展開。正如圖2中所示，零件和復(fù)合特征之間是1對多的關(guān)系;復(fù)合特征與基本特征之間是1對多的關(guān)系;而基本特征和制造要求之間則是多對多的關(guān)系。1.5零件特征描述模型的結(jié)構(gòu)零件基準(zhǔn)是抽象化的特征，例如端面和中心線等，基準(zhǔn)特征用來描述零件和特征之間的空間坐標(biāo)關(guān)系。這種特征類似于物理學(xué)領(lǐng)域中的坐標(biāo)系，但僅是虛擬的參考位置或基準(zhǔn)。通過對零件特

9、征描述模型進(jìn)行分析和研究，提出該模型的基本結(jié)構(gòu)，如圖3所示。在此結(jié)構(gòu)中，采用特征坐標(biāo)樹來表示零件、基本特征與復(fù)合特征等之間的空間坐標(biāo)關(guān)系。每個基本特征都會形成一個局