面向设计重用的三维装配体多源信息发掘研究

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1、学校代码１０６９９＾分类号ＴＰ３０１＇￣￣￣密级学号２０１２１００４６５働褒Ａ７耆祆＃ＮＯＲＴＨＷＥＳＴＥＲＮＰＯＬＹＴＥＣＨＮＩＣＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ博士学位论文题目向设计重用的三维装配体￥多源信息发掘研究作者王攀学科、专业航空宇航制造工程．指导教师申请学位日期２０１７年６月西北工业大学博士学位论文（学位研究生）题目：面向设计重用的三维装配体多源信息发掘研究作者：王攀学科专业：航空宇航制造工程指导教师：李原2017年6月DesignReuse

2、OrientedDiscoveryofMultisourceInformationin3DAssembliesByWangPanUndertheSupervisionofProfessorLiYuanADissertationSubmittedtoNorthwesternPolytechnicalUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDOCTOROFPHILOSOPHYinAeronauticalandAstronauticalManufacturin

3、gEngineeringXi’anP.R.ChinaJune2017摘要摘要设计重用是加快产品设计进度、提高产品设计效率的有效方法，而通过模型检索、典型结构提取和功能结构关系提取等典型发掘模式获得设计资源则是支持设计重用的重要手段。随着基于MBD的产品全三维设计体系不断成熟，模型所承载的信息种类、数量和来源不断增加，逐渐形成了包含多源信息的CAD模型。在模型数量和模型信息量都大大增加的情况下，如何准确地表达设计意图并综合各类信息发掘所需的设计资源，已经成了设计者面临的主要障碍。因此，针对当前CAD模型的特点，形成各类面向多源信息的设

4、计资源发掘方法，是解决该问题的有效手段。目前这方面的研究还集中于零件，以模型检索技术为支撑进行零件检索与重用来解决该问题。装配体作为零件的集合，是功能、连接关系、产品结构等各类设计信息的综合体现。以装配体为对象进行发掘能够获得更有重用价值的设计单元，也能更好地与功能需求、设计指标等相衔接，具有更加重要的工程实践意义。针对上述问题，本文进行了面向设计重用的三维装配体多源信息发掘研究，在三维装配体多源信息描述的基础上，分别提出了装配体检索、通用结构提取和功能结构关系挖掘方法。论文的主要研究内容如下：（1）构建了装配体多源信息描述模型，作

5、为后续分析的基础。首先，对装配体多源信息的形成过程进行了分析，进而总结了多源信息的含义和特点；其次，通过UML建立了装配体多源信息描述模型，从功能信息、零件信息、装配信息、层次信息4个方面对装配体所关联的信息进行了描述，并提供了信息的形式化、规范化描述方式；最后，根据信息之间的关系设定了多源信息描述规则，保证了装配体描述过程中信息的完整性和准确性。（2）提出了多源信息融合的装配体检索方法。首先，提出了装配体描述空间构建方法，以零件相关信息为维度构建了装配体描述空间对装配体多源信息进行融合表达。在此基础上，将装配体转换为描述空间中的点

6、集，进而将装配体匹配问题转换为空间点集匹配问题。其次，分别提出了针对形状类属性和语义类属性的距离计算方法，并综合各个维度的距离获得了空间点距离。最后，通过空间点集的多对多匹配对装配体相似性进行了综合评价，获得了考虑多源信息的装配体检索结果。（3）提出了融合局部差异的装配体通用结构提取方法。首先，构建了基于图的装配体描述符，分别以顶点和边表示零件以及零件之间的连接关系，并对顶点和边的属性进行定义，实现了装配体与描述符的双向映射；其次，在距离计算的基础上以装配体描述符为对象进行聚类，以聚类的方式将相似的零件和连接关系分为一类，以此实现对

7、零件局部差异的融合。最后，以聚类后的装配体描述符为对象进行频繁子图挖掘，所获得的频繁子图即对应装配体中的通用结构。I西北工业大学博士学位论文（4）提出了基于统计的装配体功能结构关系挖掘方法。首先，提出了基于挖掘的装配体功能结构关系获取思路，通过对已有装配体的挖掘可以直接获得功能结构映射结果，从而避免了复杂的理论分析。其次，将已有装配体作为样本，在装配体相关概念描述的基础上提出了基于最大似然估计的功能结构关系概率描述方法，获取了功能所对应的结构以及各类结构的使用频率。最后，以装配体为对象挖掘获得了装配体中的核心功能集，进而在功能结构关

8、系概率描述的基础上获取了能够实现核心功能集的典型结构集。全文以机械领域中常见的装配体作为对象，完成了装配体多源信息描述、装配体检索、通用结构提取和功能结构关系挖掘，证明了所提方法的有效性。同时，在以上研究的基础上开发了三维装配体装配体