面向协同的设计重用启发模型

Design reuse by content-based 3D CAD model similarity recognition can improve the maturity of the design and shorten the product development cycle. Feature-based method has some advantages over geometry-based method, e.g., modeling knowledge will not be lost and the target model can be modified. But current feature-based methods are not robust to the same model built by different features, and not consider the geometry of topology and the model similarity contribution difference between features. Aiming at the above problems, this project intends to study the similarity of models, use surface intersection of feature to discriminate the feature similarity, and adopt the orientation relation to discriminate topology dependent geometric similarity, which will enhance the robustness of feature-based method and promote the accuracy in the recognition of the topology relation. This project will also calculate feature similarity weight by introducing complexity and size, and then establish a model similarity algorithm based on the feature similarity weighted index tree to distinguish specific feature contribution to model similarity, which will improve the calculation speed and accuracy. And, this project will establish a collaboration-oriented design reuse heuristic model based on classification/clustering method and tip priority algorithm, which will support design reuse in two levels of part modeling and assembly relation. The studies in this project will enhance the robustness of feature-based method and improve the calculation accuracy, achieve the reuse of assembly relation, and provide methodological support for design reuse in the product development.

通过基于内容的3维CAD模型相似性识别进行设计重用，可以提高设计的成熟度、缩短产品研制周期，在实现手段上，特征法相对几何法具有建模意图不丢失、目标模型可修改的优势。但当前的特征法对由不同特征构建的相同模型，鲁棒性不强，且未考虑拓扑的几何性及各特征对模型相似度贡献的区别。针对上述问题，本项目拟通过研究模型相似机理，利用特征生成面交集因子判别特征相似性，采用方向关系判别拓扑依赖的几何相似性，改善特征法的鲁棒性、提高拓扑关系识别的准确性；采用复杂度与显示度计算特征相似权重，建立基于特征相似加权索引树的模型相似度算法，区分具体特征对模型相似的贡献，提高相似度的计算速度与准度；基于分类/聚类方法与提示优先级算法，构建面向协同的设计重用启发模型，支持在零件造型与零件关系两个层面进行设计重用。本项目研究可以改善特征法的鲁棒性及相似度计算的准确性，实现零件关系重用，为在产品研制中进行设计重用提供方法支持。

本项目以解决工程领域CAD模型相似度定量评估为目标，根据模型各个构成面的类型定义其方向，通过加权量化计算CAD模型的方向向量，在标准化向量模长的基础上计算模型间的相似度。基于此思想开发工程领域CAD模型检索软件模块，采用领域专家评估的方法对检索的准确性进行了验证，通过对不同量级的CAD模型进行批量检索评估计算效率。. 针对CAD模型导入与数据表示问题，项目采用系统二次开发与Step214数据交换标准相结合的方法，基于宏命令处理为Catia、Proe/E 两个平台模型建立的导入接口，可以提取模型的几何信息、拓扑信息与造型信息；基于壳表示方法设计了高效的CAD模型数据支撑类，在拓扑边、拓扑线、拓扑面、拓扑体四个层次上确保相同的对象仅有一份数据拷贝，避免了相同对象方向向量重复计算的问题，提高了检索处理的效率；对于拓扑边与拓扑面均采用参数方式进行表示，提高了边界计算的简洁性。. 在模型检索方法研究过程中，项目对工程领域模型进行了面构成分析，结果表明在模型全部构成面中，平面、柱面可达70%，锥面、圆环面、球面约占20%，针对此结果项目提出了基于方向的CAD模型检索方法，首先为各个模型构成面定义方向向量，再利用加权量化计算模型方向向量，基于向量间的相似度进行模型相似度的计算。利用构成面间的拓扑关系可以进一步提高检索的准确性，项目构建一种以CAD模型特征拓扑结构为骨架、特征为单元、特征生成曲面的几何性为细节的模型检索方法。方法利用导入接口从CAD模型中提取各个造型特征的约束、依赖及建模参数信息，构建特征拓扑关系集、造型参数集与几何生成面集；依据几何性质对特征几何生成面进行分类，以曲面相似性计算为基础建立特征相似性计算方法；根据特征拓扑关系集，构建模型特征拓扑骨架图，在定义特征权重的基础上，利用几何传递性对骨架图进行简化，采用计算最大公共子图的方法判定检索模型与被检模型的相似度；实验结果表明该方法能够有效地实现相似CAD模型检索，具有较好的精度。. 基于OpenCASCADE三维图形显示与处理内核，开发了面向设计重用的工程领域CAD模型检索软件模块。本项目的实施有利于促进工程领域CAD模型检索技术的发展，为机械类新产品的研发提供工具支持。