基于本体的零件描述模型研究

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1、基于本体的零件描述模型研究

2、第1零件信息是工艺系统进行设计的基础和依据，包括总体信息、如零件名称、材料和图号、结构形状尺寸、表面粗糙度、公差、热处理以及技术要求等方面的信息。工艺设计的主要任务是依据这些信息制定零件的工艺制造过程。在采用计算机进行辅助工艺设计时，计算机需要“读懂”零件图上的零件信息，否则就不能对零件进行工艺设计。因而存在着CAPP(计算机辅助工艺设计)系统的零件输入与计算机内部如何对产品或零件进行有效表达的问题，其实质是如何组织和描述零件信息。目前主要有4种表达零件信息的方式:分类编码，知识表示，描述语言和形状特征。通过比较上

3、述4种表达方式的主要特点，并结合CAPP系统对零件输入信息的具体要求可知，采用上述任意一种表达方式向CAPP系统输入零件信息后，CAPP系统内部都须用一种合理的数据结构来有效地组织这些信息，这是CAPP系统的零件信息模型要解决的问题之一。由于现有CAPP系统的零件数据库一般只有数据而没有其内在的规则，无法体现出零件之间复杂的联系，因此传统的零件数据组织形式已不能满足目前CAPP系统的发展需要。为解决对产品或零件进行组织和描述的问题，需要引入新的本体理念，确定合理的零件描述模型以便对知识库中的信息进行适当的表达，从而使计算机真正发挥其辅助工艺进

4、行设计的作用。1基于本体的零件描述模型针对CIMS应用系统中CAPP领域的当前发展需求，把本体理念及其技术引入到CAPP系统，对零件信息进行清晰的描述。借鉴本体理念在AI(人工智能)等信息系统领域的成功研发经验，在领域专家的参与下，用本体描述语言OsoNormalstyle="MARGIN:0cm0cm0pt">零件信息模型的目标是在CAPP系统内部合理地表达和组织零件信息，使之既便于CAPP系统的应用，又便于与CAD系统和CAM系统集成。零件信息模型是计算机内部对零件信息进行描述与表达的方式，该模型主要作为利用计算机进行零件图绘制与重现、工

5、艺决策与推理、工序图生成、尺寸链计算、刀具路径规划以及路线仿真等工作的核心与依据。1.1零件描述模型的体系架构把整个零件当作对象，对其进行高层次的抽象化，从而定义出零件描述模型的整体架构，此模型是由不同抽象级别的对象以及对象之间的关系组成的复杂对象，如图1所示。依据对象抽象级别的不同，可以把基于本体的零件描述模型的体系架构分成3个层次:零件层，特征层和几何层。零件层描述零件的结构、特性、技术要求和管理信息，以及各个零件之间的装配关系等。特征层是体系架构的核心层，描述组成零件的特征和各个特征之间的关系，以及与特征相对应的加工工艺等。几何层以几何

6、体素和制造要求为基础来描述零件特征的几何拓扑信息。1.2零件特征分类特征是一组与零件的描述密切相关的信息集合。由于零件的描述可能会包含设计、制造以及管理等多方面的信息，因此特征又是含有特定的设计和制造内涵的信息集合。依据对零件的描述角度的不同，可以把零件特征分成5种类型:管理特征，形状特征，材料特征，技术特征和精度特征。其中，形状特征是最主要的零件特征之一，从工程的角度来描述零件的几何形状信息，分为主形状特征(简称主特征)和辅形状特征(简称辅特征)。主特征用来描述构造回转类零件的整体形状结构;辅特征用来对主特征进行局部修饰，并依附于主特征。从

7、设计或制造的角度，可把形状特征分成基本特征、复合特征、阵列特征和基准特征，这种分类方式。1.3零件特征关系为了对零件特征之间的关系进行描述，提出特征类和特征对象的概念。由于特征类是对特征型进行描述，而特征对象是对特征值进行描述，并且是特征类的实例，因此特征类和特征对象的关系是特征的型与值的关系。特征类与特征类之间、特征类和特征对象之间，以及特征对象与特征对象之间主要有5种关系:邻接关系、继承关系、从属关系、阵列关系和参考关系。通过对各个特征及其关系的拓扑组合进行适当的运算，就可以形成完整的零件模型。一个主特征可以与多个主特征相互关联，多个辅特

8、征也可以从属于一个主特征，而主特征系就是特征之间层次关系的具体表现。因而特征的层次性可以很好地反映出CAPP系统中加工工艺过程的先后顺序。1.4零件特征描述模型依据DM特征的聚集关系，可以把特征层的零件特征描述模型进行展开。正如图2中所示，零件和复合特征之间是1对多的关系;复合特征与基本特征之间是1对多的关系;而基本特征和制造要求之间则是多对多的关系。1.5零件特征描述模型的结构零件基准是抽象化的特征，例如端面和中心线等，基准特征用来描述零件和特征之间的空间坐标关系。这种特征类似于物理学领域中的坐标系，但仅是虚拟的参考位置或基准。通过对零件特

9、征描述模型进行分析和研究，提出该模型的基本结构，如图3所示。在此结构中，采用特征坐标树来表示零件、基本特征与复合特征等之间的空间坐标关系。每个基本特征都会形成一个局