几何特征与工程语义关联驱动的智能数值仿真研究

According to the issue of lack of knowledge accumulation in simulation analysis process, the project presents an intelligent numerical simulation (INS) method drove by engineering semantic and geometric features from the knowledge reuse perspective. It focuses on the engineering semantics labeling, intelligent analysis solution making and design/analysis information integrating in order to lower the implementation threshold of CAE , shorten the time of design cycle and satisfy the need of rapid design. An ontology based method which intends to semantically annotate the CAD models is proposed. The method captures design intention and generates a standardization scenario model for INS by establishing the reference between the domain knowledge and geometric features. A multi-modal knowledge support strategy is proposed. According to scenario model, a knowledge reasoning algorithm supporting the reuse of analysis solution is studied by the integration of CBR and RBR. According to the diversity of product development data, considered the complete interaction between design-analysis information and the request of lightweight data exchange, a hierarchy transfer approach is put forward and a semantic-features matching algorithm is discussed to establish the mapping relationship between the semantic of simulation solution and product geometric feature. The feasibility and effectiveness of the method is validated by the simulation experiment on the commercial analysis platform.

针对仿真分析过程缺乏知识积累的问题，本课题从知识重用角度提出几何特征和工程语义关联驱动的智能数值仿真方法，围绕工程语义标注、仿真分析方案智能生成、设计/分析信息集成等关键问题展开研究，旨在降低实施工程分析的门槛，缩短设计周期，满足快速设计的需要。研究基于本体的几何模型语义标注方法，通过建立领域知识和几何特征之间的引用关系，捕捉设计意图，为仿真分析方案智能生成提供规范化的分析情境模型；探讨多模态知识支持策略，根据情境模型，综合运用基于实例的推理和基于规则的推理，提出支持分析方案重用的知识推理算法，构建解决方案的语义模型；针对产品开发过程中数据多样性的特点，考虑设计-分析信息交互的完备性及轻量化数据交换的要求，研究多层次数据表达及集成传递方法，提出语义-特征匹配算法，建立产品分析方案语义与几何特征之间的映射关系，并在商用分析平台上进行仿真实验，验证方法的有效性。

针对目前产品设计、分析过程中普遍存在的知识缺失、分析过程费时费力、知识重用不足的问题，本项目开展了智能仿真分析的研究。将仿真分析过程区分为算法任务和非算法任务，建立了面向方案的三段式智能CAE过程模型,提出了几何特征和工程语义关联驱动机制。问题定义阶段，设计者进行产品结构设计时，从设计角度提出待验证的工程问题，通过语义标注将几何特征和工程语义相关联，由此CAD模型、设计知识、分析信息得以集成；方案形式化阶段，根据设计者提出的工程问题的具体场景，知识推荐系统辅助工程人员得到有限元分析解决方案语义模板；问题求解阶段对问题定义和解决方案的语义信息进行匹配，生成相应CAE系统的求解程序，并调用CAE软件进行求解及结果处理。采用基于本体的方法，对CAD模型进行语义标注，建立共享的概念语义及其术语，并研究了标注方式、检索技术，以及标注信息的提取等问题。研究了CBR有限元分析方案智能生成方法，提出了基于特征的设计、分析信息映射方法。开发了原型系统软件，并进行了应用研究。本项目所提出的理论方法已应用到机械产品研发中。研究团队按照研究计划完成了既定的研究内容，完成9篇学术论文，申请4项发明专利，获得1项软件著作权，培养硕士3名。