[發(fā)明專利]基于模擬退火的三維模型典型結(jié)構(gòu)挖掘與相似性評(píng)價(jià)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711308002.7
• 申請(qǐng)日: 2017-12-11
• 公開（公告）號(hào): CN107944015A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張開興;劉洪豪;杭晟煜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/30
• 分類號(hào): G06F17/30;G06K9/62
• 代理公司: 泰安市誠岳專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙)37267
• 代理人: 邱強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種機(jī)械產(chǎn)品三維CAD模型的設(shè)計(jì)重用方法，特別是一種基于模擬退火的三維模型典型結(jié)構(gòu)挖掘與相似性評(píng)價(jià)方法。

技術(shù)背景

隨著產(chǎn)品數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的不斷深入，企業(yè)已積累的大量豐富的CAD設(shè)計(jì)成果為新產(chǎn)品的研制提供了寶貴的可重用設(shè)計(jì)資源。雖然產(chǎn)品在不斷地更新?lián)Q代，但全新的功能、結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)只有約20%，其余80%的設(shè)計(jì)則可以通過直接重用或局部修改已有設(shè)計(jì)來完成，產(chǎn)品在功能、結(jié)構(gòu)和工藝等方面具有很強(qiáng)的相似性和繼承性。在企業(yè)的模型庫中，設(shè)計(jì)人員往往根據(jù)不同的應(yīng)用背景通過人工交互方式定義一些典型結(jié)構(gòu)用于模型的設(shè)計(jì)重用。面對(duì)企業(yè)龐大的模型庫，這種方法效率低下，受主觀因素影響大，并且大量的典型結(jié)構(gòu)往往隱含在外形完全不同的CAD模型中，設(shè)計(jì)人員很難發(fā)現(xiàn)。因此，如何從海量的產(chǎn)品模型中快速、有效地挖掘出需要的典型結(jié)構(gòu)，并對(duì)其加以重用已成為產(chǎn)品開發(fā)各環(huán)節(jié)的一個(gè)迫切需求。

迄今為止，已有多種數(shù)字化設(shè)計(jì)重用方法在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用，如基于實(shí)例推理的設(shè)計(jì)、基于模塊化的設(shè)計(jì)、基于檢索的設(shè)計(jì)等，可有效提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，引起眾多科研人員的日益重視。基于實(shí)例推理的設(shè)計(jì)是通過訪問知識(shí)庫中過去同類問題的求解從而獲得當(dāng)前問題解決方法的一種推理模式。基于模塊化的設(shè)計(jì)是對(duì)不同功能、性能和規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行劃分并設(shè)計(jì)出一系列的功能模塊，通過模塊的選擇和組合來構(gòu)成不同的產(chǎn)品。基于檢索的設(shè)計(jì)主要通過建立三維零件CAD模型庫，設(shè)計(jì)一定的匹配算法，在模型庫中尋找與設(shè)計(jì)需求相似度最高的已有零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)重用。

由于機(jī)械產(chǎn)品CAD模型包含較多幾何及拓?fù)湫畔ⅲ趯?shí)例推理和基于模塊化的設(shè)計(jì)重用方法可靠性不高，同時(shí)由于在現(xiàn)代設(shè)計(jì)中三維CAD模型設(shè)計(jì)信息的復(fù)雜化，傳統(tǒng)的基于檢索的數(shù)字化設(shè)計(jì)重用方法不再適用，而啟發(fā)式算法由于具有能夠進(jìn)行大量復(fù)雜信息快速準(zhǔn)確處理的特點(diǎn)而在機(jī)械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)領(lǐng)域有越來越多的應(yīng)用。

總體來說，現(xiàn)有的數(shù)字化設(shè)計(jì)重用技術(shù)主要針對(duì)產(chǎn)品零部件級(jí)，產(chǎn)品研制中大量的設(shè)計(jì)重用則是在更細(xì)觀的零部件內(nèi)部特征和典型結(jié)構(gòu)上，相似性判定以定性和文本屬性匹配為主，且可重用設(shè)計(jì)信息的確定也非常依賴于人的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)重用的粒度粗、精度差、智能化水平低。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于模擬退火的三維模型典型結(jié)構(gòu)挖掘與相似性評(píng)價(jià)方法,其技術(shù)方案為：包括以下步驟：

步驟一：將STEP文件表達(dá)的三維CAD模型讀入Open CASCADE為幾何造型核心的三維CAD模型檢索系統(tǒng)，提取模型面和邊的B-Rep信息；

步驟二：根據(jù)模型B-Rep信息所反映的三維CAD模型的面節(jié)點(diǎn)和邊的屬性，構(gòu)建三維CAD模型的屬性鄰接圖；

步驟三：利用具有局部重用價(jià)值的典型結(jié)構(gòu)和三維CAD模型屬性鄰接圖之間頂點(diǎn)和邊的映射關(guān)系建立關(guān)聯(lián)圖及其關(guān)聯(lián)圖矩陣；

步驟四：基于模擬退火算法檢測關(guān)聯(lián)圖中的最大團(tuán)，實(shí)現(xiàn)三維CAD模型的典型結(jié)構(gòu)挖掘；

步驟五：根據(jù)典型結(jié)構(gòu)挖掘結(jié)果，計(jì)算匹配典型結(jié)構(gòu)相似度。

進(jìn)一步地，步驟二中，對(duì)于CAD模型的屬性鄰接圖，模型中的每個(gè)面f_i都有唯一的節(jié)點(diǎn)V_i與之相對(duì)應(yīng)，模型中面的屬性集合W_V包括面的類型、面的指向、面的相對(duì)面積；E為面之間的鄰接關(guān)系，對(duì)于模型中任意兩個(gè)面f_i和f_j，若兩個(gè)面之間具有鄰接關(guān)系，則有唯一的一條邊E_ij與之對(duì)應(yīng)，模型中邊的屬性集合W_E包括邊的類型、鄰接面之間的夾角、公共邊的凹凸性。

進(jìn)一步地，面的類型：將CAD模型的面分為平面類、圓柱面類、圓環(huán)面類、圓錐面類、球面類和自由曲面類；

面的指向：在幾何內(nèi)核中對(duì)CAD模型面的指向定義為面的方向和表面方向之間的關(guān)系；表面方向是從中心或軸向指向外，而面的方向是從模型實(shí)體指向外；當(dāng)面和曲面的方向相同時(shí)，面的指向?yàn)閠rue，不同時(shí)為false；

面的相對(duì)面積：在CAD模型中，某個(gè)面f_i的面積為S_i，其所有鄰接面集合為F_A={f₁,f₂,…,f_k}，則該面的相對(duì)面積S_ei為：

邊的類型：將CAD模型的邊分為直線、圓形曲線、橢圓形曲線、雙曲線、拋物線和其它曲線等。