基于本体的公差指标自动生成方法研究

The automatic processing of tolerance information by computer is a bottleneck problem（popular area） in the integration of CAT and CAD systems. Aiming at the representation requirement of the engineering semantics of assembly tolerance, a computer representation model of product assembly tolerances will be constructed by the way of ontology-based semantics. The automatic generation of tolerance specifications will be implemented in this model. A tolerance information representation model that consists of four layers of topological relations of components, assembly constraint relations of feature surfaces, spatial relations of feature surfaces, and assembly tolerance types will be established. A kind of description logic for representing tolerance types and values in CAD systems, named tolerance description logic (TDL), will be presented. The satisfiability decision algorithm of TDL will be designed. The termination, soundness and completeness of the algorithm will be proved. The reasoning complexity of the algorithm will be analyzed. A domain ontology for dimensional and geometric tolerances based on web ontology language (OWL) will be constructed. Based on the tuple model of graphic dimensioning and verification information of tolerances and semantic web rule language (SWRL), the generation rules for tolerance types and datum system will be proposed. An automatic generation algorithm of tolerance types and datum system will be designed. Based on the tolerance analysis approach in rigid body kinematics and the degrees of freedom represented by TDL, a SWRL-based optimization approach of tolerance specifications will be presented. The mapping relations between the optimization approach and OWL-based domain ontology will be studied. This project will provide novel theory and methodology for the integration of CAT and CAD systems.

公差信息的计算机自动处理是CAT与CAD集成中的瓶颈问题，针对产品装配公差的工程语义的表示需求，采用基于本体的语义方式建立产品装配公差的计算机表示模型，实现公差指标的自动生成。建立包含零件的拓扑关系、特征表面的装配约束关系、特征表面的空间关系及装配公差类型四个层次的公差信息表示模型；提出适用于公差类型与公差值表示的描述逻辑TDL，设计TDL的可满足性判定算法，证明算法的可终止性、可靠性和完备性，分析算法的复杂度；构建基于本体表示语言OWL的尺寸公差和形位公差领域本体；提出以公差图样标注与认证信息的元组模型为基础、基于语义Web规则语言SWRL定义的公差类型和基准体系的生成规则，设计公差类型和基准体系的自动生成算法；提出以刚体运动学公差分析方法和TDL表示的自由度信息为基础的公差指标优化方法，并研究其与OWL领域本体之间的映射关系；为CAT与CAD系统的集成提供新模型与新方法。

项目针对机械工程领域公差的智能设计与智能测量及其集成问题，在新一代GPS标准框架体系下利用公差描述逻辑TDL，研究公差信息的语义提取、语义模型生成、有关规则生成、公差类型生成、测量方法生成及测量算法生成。深入研究产品装配过程中零件的拓扑关系、特征表面的装配约束关系、特征表面的空间关系及装配公差类型的语义问题和关系表达，研究零件、几何要素、空间关系、空间约束以及基准要素的关系及语义表达。利用Web语言和GeoSpelling语言描述公差的语义，实现产品装配、制造及测量中公差的一致性检查、知识推理、语义查询、公差相似度计算、装配序列生成、语义模型的检验。重点研究公差生成规则的聚合算子，针对公差生成中的多规则决策问题和决策过程，研究聚合算子的一般表达式，探讨聚合算子的性质及证明及把多准则决策与运算规则结合的方法。提出被测要素与基准都应用最大实体要求的误差评定新方法，根据公差的工程语义，建立虚拟量规数学模型，基于虚拟量规和刚体运动学，建立了误差评定的约束目标优化数学模型，给出了一种避免局部解的新解法。本项目突破了传统方法中直接研究公差参数模型的做法，通过研究公差的工程语义，建立公差的语义模型，利用Web语言和人工智能工具，通过智能化推理机制来实现公差的自动生成，实现公差的设计和测量从人工设计到自动设计的重要转变。该项目的模型和方法，可以进一步应用于增材制造等其他重要场合，进一步拓宽了项目成果的工程意义和工程价值。