异构CAD产品模型的数据分层表示及重用技术研究

论文摘要

随着复杂产品多学科分布式协同设计和管理需求的增长,企业内部和不同企业之间的设计资源重用和设计协作成为现代产品设计发展的趋势。但是,不同设计系统在设计资源知识表示和数据存储上的异构性是阻碍产品设计重用的一个关键问题。论文围绕异构三维CAD模型的产品知识表示和重用问题展开研究,主要工作包括;(1)提出基于本体的产品数据分层表示机制对于异构CAD模型设计重用,产品数据的统一表示是首先要解决的问题。已有产品数据模型缺乏对建模特征、参数、约束和造型历史等CAD高层设计语义的支持,设计人员很难利用现有资源实现产品的变型设计。论文在异构CAD模型基础上提出了产品数据的分层表示机制,并采用本体技术解决了CAD模型的高级设计语义特征、管理数据特征等不同知识的统一表示问题。与已有类似研究比较,我们提出的产品数据模型不但具有良好的可扩展性,而且能有效支持异构CAD系统间各种设计资源的表示和重用。(2)在产品数据分层表示机制的基础上,提出异构三维CAD模型的语义转换方法针对产品数据分层表示机制下的异构三维CAD模型语义层数据转换问题,提出通过语义等价和语义模拟在应用本体和产品数据统一表示本体之间建立映射关系,实现了异构CAD系统间产品模型的语义转换。本文提出的语义转换方法不但保留了原始的建模特征和造型历史,而且支持产品数据的实时转换。(3)面向产品数据分层表示机制提出基于语义知识表示的多层次检索技术对于统一知识表示下的异构CAD模型,如何从已有产品模型中快速查询设计所需的资源,是设计重用要解决的另一关键问题。针对已有实例和语义检索方法难以适用于产品数据分层表示机制下的产品模型检索问题,论文提出集成形状特征和设计知识的多层次语义检索技术。本技术通过形状特征的自动提取捕捉了设计意图,然后通过语义标注在三维产品形状特征和应用特征之间建立映射关系,实现了实例化和语义化两种不同检索方法的统一建模,能够兼顾多种检索需要。(4)提出产品数据分层表示机制下的CAD/PDM集成技术PDM已经成为产品数据存储和管理的重要平台。论文提出在产品数据分层表示下,采用本体实现三维CAD/PDM系统语义集成,解决统一知识表示下的数据存储和管理问题,支持异构系统间对产品知识的共享、重用和交流等。最后,在上述理论框架体系下,通过数字化系统SolidWorks、Inventor、TeamcenterEngeering提供的二次开发接口,实现支持产品设计重用的原型系统。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 相关工作
• 1.2.1 产品数据模型
• 1.2.2 产品数据转换
• 1.2.3 三维CAD模型检索
• 1.2.4 三维CAD/PDM系统集成
• 1.3 论文的研究内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 基于本体的异构CAD产品模型数据分层表示
• 2.1 引言
• 2.2 本体描述语言和本体建模
• 2.2.1 本体描述语言
• 2.2.2 本体建模
• 2.3 产品数据的分层表示
• 2.4 PDSRL本体模型
• 2.4.1 本体目的和范围
• 2.4.2 本体获取
• 2.4.3 本体编码
• 2.5 本章小结
• 第3章 异构三维CAD产品模型的语义转换
• 3.1 引言
• 3.2 基于本体的异构CAD产品模型的数据转换框架
• 3.2.1 转换框架的横向维
• 3.2.2 转换框架的纵向维
• 3.3 基于本体的异构CAD产品模型转换的核心过程
• 3.3.1 语法转换
• 3.3.2 语义转换
• 3.4 语义转换实例
• 3.4.1 实例1
• 3.4.2 实例2
• 3.5 本章小结
• 第4章 三维CAD产品模型多层次检索技术
• 4.1 引言
• 4.2 实例模型形状特征的相似性度量
• 4.2.1 构造FAG图
• 4.2.2 建立几何体素数据库
• 4.2.3 形状特征的相似性度量
• 4.3 形状特征与应用特征的映射
• 4.4 实例模型FAG图相似性度量
• 4.5 基于语义的相似性度量
• 4.6 系统实现与实验结果
• 4.7 本章小结
• 第5章 产品数据分层表示下三维CAD/PDM系统集成
• 5.1 引言
• 5.2 三维CAD/PDM系统集成框架
• 5.2.1 Web服务架构
• 5.2.2 Agent与多Agent系统
• 5.2.3 Agent与Web服务的集成
• 5.2.4 三维CAD/PDM系统的集成互操作框架
• 5.3 三维CAD/PDM系统集成关键技术研究
• 5.3.1 元数据库及元数据服务
• 5.3.2 异构本体库组合映射集成
• 5.3.3 通信协议本体
• 5.3.4 分层互操作接口
• 5.4 本章小结
• 第6章 支持产品设计重用的原型系统
• 6.1 系统总体介绍
• 6.2 开发平台
• 6.2.1 Protégé
• 6.2.2 .NET平台
• 6.2.3 PDM系统Teamcenter与二次开发
• 6.2.4 三维CAD系统SolidWorks和Inventor与二次开发
• 6.3 原型系统产品设计重用分析
• 6.4 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 论文工作总结
• 7.2 未来工作展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间主要的研究成果
• 致谢