鑄鐵拔叉零件夾具設計【含非標件】【全套含CAD圖紙、說明書】

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 編號： 畢業(yè)設計(論文)外文翻譯 （譯文） 院 （系）： 機電工程學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學生姓名： 學 號： 指導教師單位： 姓 名： 職 稱： 年 6月 3 日 翻譯論文：CONTENT BASED SEARCH OF MECHANICAL ASSEMBLIES 基于機械裝配體內容的搜索 Associate Professor Satyandra K. Gupta 摘要：由于越來越多的國家使用三維 CAD 系統(tǒng)軟件開發(fā)產品，而導致了裝配體數(shù)據(jù)庫大型化， 未來這些裝配體數(shù)據(jù)還會繼續(xù)爆炸性增長。當前，這種爆炸性地增長使得沒有有效的技術能基 于內容在其中進行搜索。然而基于內容搜索這些數(shù)據(jù)庫對設計師們有如下兩點幫助，第一：它 可以促進現(xiàn)有裝配設計的重用，從而減少設計時間。第二：更多有用的設計，制造和裝配（DFMA） 知識嵌入到現(xiàn)有的裝配體中。利用這種技術，設計師們可以分析和檢查現(xiàn)有的裝配體，也可以 作為一種學習工具借鑒現(xiàn)有的裝配設計，從而更好的使 DFMA 實踐到新設計當中。 關鍵詞：搜索；裝配體搜索；DFMA；裝配體內容 引言： 本文闡述了一種基于內容搜索裝配體數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)，并列出已被認定為全面搜索模板和描 述算法的基于內容進行機械裝配體搜索。其根據(jù)機械裝配體的特點進行分類鑒定并根據(jù)他們的 相似度進行比較和復雜計算。從 CAD 數(shù)據(jù)中提取特征并為之設置獨立的計算機輔助設計(CAD) 簽名，搜索方法包含字符串匹配的精確和近似、數(shù)字和計算圖匹配的兼容性。各種各樣的研究 團隊解決了前兩個問題。本文介紹了一種新的算法利用分支定界搜索來解決數(shù)字和計算圖匹配 的兼容性問題，該算法運算執(zhí)行使用了隨機生成的圖形特點。 本搜索軟件提供了一個單獨的工具來執(zhí)行基于裝配體內容形式為基礎 CAD 格式搜索。在 這篇論文中通過幾個實例來說明搜索軟件的能力。這個搜索工具有助于降低了設計時間和重用 已有設計的知識。 目錄 第一章 1 1.1 CAD 軟件系統(tǒng)中的機械零件 1 1.2 運動副 2 1.3 研究的問題 3 1.4 論文概要 6 第二章 6 2.1 裝配建模 6 2.2 部分搜索技術 8 2.3 搜索的基本功能 10 2.4 子圖同構的概述 12 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 14 頁 共 13 頁 第一章 簡介 這一章內容如下：第 1.1 節(jié)討論 CAD 軟件系統(tǒng)中的機械零件，第 1.2 節(jié)介紹運動的裝配 體搜索系統(tǒng)研究的背景，第 1.3 節(jié)介紹這項研究中遇到的問題和第 1.4 節(jié)介紹論文大綱。本論 文大多數(shù)基礎研究的工作報告將在報刊上登出。 1.1 CAD 軟件系統(tǒng)中的機械零件 在過去十年中，整個產業(yè)的發(fā)展中三維 CAD 系統(tǒng)已經變得非常流行，這些 CAD 系統(tǒng)用 來建立 3D 模型零件和裝配體。以這些模型為基礎，進行工程分析與生成的生產計劃。因為有 了三維模型的虛擬樣機而減少了物理樣機的需要。如今，在產品開發(fā)過程中所有參與者的 CAD 模型建立工作均獲得各部門的三維數(shù)據(jù)庫支持。特別是，設計、制造和售后工程師將受益于這 些數(shù)據(jù)庫。設計工程師設計產品時可以通過訪問數(shù)據(jù)庫中的零件和裝配體獲得類似的數(shù)據(jù)，生 產工程師可以使用這些資料庫找出生產計劃及供應商制造零件和裝配體，售后工程師可以獲得 組裝產品拆卸的維護和維修方法。這些數(shù)據(jù)庫中的零件和裝配體更新到最新的版本后可以顯著 提高信息傳播。企業(yè)的 CAD 數(shù)據(jù)庫規(guī)模龐大，每一個產品的裝配體都包含很多零件，每個零 件又包含很多部分。因此，即使是一家小公司一年的數(shù)據(jù)庫也會因為多個產品線而導致數(shù)以百 計裝配數(shù)據(jù)的增加。 機械裝配體由幾何特征構成的機械零件組成。裝配體在 CAD 系統(tǒng)中可由零件或子裝配體 組成，這個子裝配體由多個零件組成。裝配體明細表由各組成部件、子裝配體在一個結構樹中 表示。裝配體的組成部分被放置在特定結構樹位置表示不同的裝配關系，虛擬裝配樣機是產品 的一個重要組成部分。許多產品都有關聯(lián)，這些關聯(lián)用運動副來表示，這些裝配體中的節(jié)點可 以模擬出不同地運動。在產品制造之前可以對零件和裝配體進行不同的分析，如分析裝配體的 可加工性、強度和運動分析。通常這樣的分析結果包含產品制造(PMI)裝配體數(shù)據(jù)存儲中。相 比而言，公司產品的機械裝配體 CAD 數(shù)據(jù)中包含了更多的產品信息。 裝配的數(shù)據(jù)庫，除了支持下游制造業(yè)和售后服務業(yè)的工作之外，在設計階段中也是非常有 用的。在設計階段裝配數(shù)據(jù)庫有兩個主要用途： ? 第一個用途是在裝配體中找出可能重復使用產品。這樣的設計重用有利于許多現(xiàn)有不同 設計，減少了設計時間的同時消除裝配中模型的建立和分析重用。此外，現(xiàn)有裝配測試還能建 立生產計劃，這進一步降低了產品的開發(fā)時間和成本，在多個產品線中重用部件也有利于公司 的計劃經濟。例如萬向節(jié)的設計可以重復使用另一個萬向節(jié)設計，萬向節(jié)的設計如圖 1.1 所示： 圖 1.1：一種普遍的連接——重用現(xiàn)有的設計 ? 第二個用途是給現(xiàn)有的設計提供相關方面的知識。設計裝配體需要相當?shù)呐Γ瑒?chuàng)造良 好的裝配設計需要細致到應用分析及設計制造與裝配（DFMA）的原則，公司產品設計應嵌入 這些規(guī)則。在公司及其供應商需求中，這些規(guī)則可以調整設計以適應生產要求。同時新的設計 師也可以通過參考和復制出成功的設計。而且，當設計師們需要找到一個裝配所需的特性時他 們也可以訪問相關的數(shù)據(jù)，如成本、可靠性和故障報告。也可以用于通過訪問裝配體的信息， 而把他們適合緊緊聯(lián)系在一起。例如攝影機框架裝配如圖 1.2： 圖 1.2：一種攝影機框架——利用設計方面的知識 1.2 運動副 本節(jié)介紹裝配體的運動副搜索系統(tǒng)研究的背景。 1.2.1 裝配體搜索系統(tǒng)的需求 Saaksvuori 的報告中說道，如果利用現(xiàn)有的基礎知識重用到新的設計當中可以節(jié)約公司設 計師高達 70%的時間。新的裝配設計過程中這種能搜索數(shù)據(jù)庫的能力尤為重要。目前，基于裝 配內容的搜索工具沒有規(guī)范化的標準。因此，設計師們只能使用 CAD 系統(tǒng)中結合文本檢索方 法和部分基于手動開放式的各種文件去瀏覽需要的內容。設計中這個效率非常低下的方法在數(shù) 據(jù)庫總成數(shù)據(jù)大型化后已成為嚴重的問題，同時還需要設計師訪問 CAD 軟件。昂貴的三維 CAD 軟件將有助于搜索數(shù)據(jù)庫而不需要訪問 CAD 軟件。如果一個設計師能在不使用 CAD 軟件的 情況下夠獲取裝配信息進行設計則將有助于降低成本。 1.2.2 現(xiàn)有的搜索方法及其局限性 設計師搜索方式有幾種類型。如果裝配體儲存在硬盤中，他們可以使用文件名稱來搜索。 這種方法只在文件命名有規(guī)定方式的單個工程中有意義。然而，在大公司中發(fā)展和部署基于文 件命名規(guī)則是不實際的。越來越多的集團開始在不同的地方建造制造工廠，合并兩個在不同的 地方的不同公司也將導致兩個完全不同的命名規(guī)則。這種方式只能滿足不同生產單位各自的需 要，而不能作為一個裝配搜索系統(tǒng)中搜索的標準。在這種情況下，在兩個不同的生產單位中設 計者不能有效的參考并使用產品的信息進行設計。新的約定協(xié)議也無法用來搜索公司遺留下來 的數(shù)據(jù)。任何公司通常都會有非常龐大的遺留數(shù)據(jù)，其均很難通過改變或實施命名協(xié)定來達到 公司要求。另一種方法是在產品數(shù)據(jù)管理(PDM)數(shù)據(jù)庫中附文本符號標識一起保存，這個方式 也只能提供有限的搜索能力和有限的標識能力。此外，裝配還需要手動注釋說明，搜索標識文 本也不能表示機械裝配的所有屬性。此外，基于這些文本屬性搜索部件不可避免人為的錯誤詮 釋，從而降低了內容準確性。如今，基于圖形搜索的工具層出不窮。然而，通過這些工具搜索 卻常常搜索出不是非常有用處的部件。他們只顯示整體造型的裝配而不能解釋零件結構中存在 的配合關系。整體造型是一種特殊裝配而有所不同。例如，在圖 1.3 中四連桿機構就有不同的 位置形式，只有文本標識搜索工具和基于圖形的搜索工具顯然是不足以搜索零件。這項研究已 經為公司提供了一種基于內容的搜索工具服務于產品裝配設計過程當中。 圖1.3：不同相對位置的曲柄滑塊機構的部分 1.3 研究的問題 1.3.1 軟件搜索系統(tǒng)所需的特點 此項研究的目的是建立一個基于裝配體內容能從現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫中搜索出現(xiàn)不同的特征的 檢索系統(tǒng)。采用此系統(tǒng)來搜索整個數(shù)據(jù)庫中典型裝配包含的特征。因此，此系統(tǒng)需要支持全面 的、用戶可以定義的基于特征列表總成的搜索，系統(tǒng)包括的特點會在后面的章節(jié)列舉。系統(tǒng)應 當足夠靈活方便用戶通過搜索出任何組合的特點，搜索出或太或少的結果。因此，如果搜索結 果太少則提醒用戶減少搜索條件（精準度）。同樣，如果搜索結果過多則能為使用者進行迭代 求精。這就要制約裝配特征的搜索，并執(zhí)行搜索和再精煉搜索，本搜索算法是一種有效的產生 精準及一定準確數(shù)量搜索結果的算法。用戶在任何時候搜索都應能夠為其排除任何裝配體而進 一步再搜索。最后，本系統(tǒng)應具有一個易于使用的界面和能夠幾秒鐘內從一個裝配數(shù)據(jù)庫中找 到有用信息的效率。本研究的目的如圖 1.4 所示： 搜索標準 算法標準 搜索策略 基于產品裝配內容建立的搜索軟件 圖 1.4：研究的目的 本論文描述了一種基于裝配數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行的搜索。接下來的研究發(fā)現(xiàn)了已經各種各樣的 所描述的搜索模塊應用于現(xiàn)代的 CAD 系統(tǒng)當中。其也是一種基于機械裝配體內容搜索開發(fā)的 模塊算法。同時這些算法已應用到系統(tǒng)中，是本論文插圖結合實例說明使用的原型系統(tǒng)。 1.3.2 為搜索識別和提取裝配的特征 已發(fā)表的文獻中的裝配模型 驗證數(shù)據(jù)的可用性 Pro/Engineer Unigraphics 添加額外的裝配特征 通用搜索標準 最初的研究部分是為了確定一個裝配體的特征的全面性，這些信息應包括特征所有可能的 信息以符合設計師搜索裝配的需求。我們決定以 Pro/Engineer 軟件為基礎，參考現(xiàn)有的 CAD 系統(tǒng)和裝配建模技術領域，建立一個列表集合所有的特征方便進行搜索。因此，我們的所有特 征列表研究可在 Pro/Engineer 軟件中使用，我們開發(fā)了一個初步支持基于裝配特征搜索的列表 模型應用在 Pro/Engineer 軟件。為確保這些特征并不只是針對 Pro/Engineer 軟件，我們還確保 其在另一個計算機輔助設計(CAD)系統(tǒng)——Unigraphics 軟件中有效，并保證我們的列表信息在 Unigraphics 軟件中也兼容。研究數(shù)據(jù)顯示該搜索能從 CAD 系統(tǒng)中提取信息，從 CAD 系統(tǒng)應 用編程接口(API)提取的數(shù)據(jù)可在裝配簽名前執(zhí)行，基于 Pro/Engineer 的特征能使用于 CAD 系 統(tǒng) API 程序接口并驗證簽名，這將使搜索系統(tǒng)能夠在任何 CAD 系統(tǒng)中獨立運行。圖 1.5 總結 裝配特征識別的過程。 圖 1.5：裝配特征識別方法 相互關系 裝配體 零件 運動副 配合 每一個裝配都會伴隨大量的相關特征，利用不同特征直觀上特殊的差異進行區(qū)分，并在這 個基礎上開發(fā)搜索系統(tǒng)，但搜索系統(tǒng)要有一個直觀的界面。特征鑒定分為四個主要的類型，在 裝配設計過程中為其特征分類。裝配特征層級如圖 1.6 所示： 圖 1.6：裝配特征層級 然后，開發(fā)一種即在一個裝配中保存有所有特征的簽名也獨立于任何 CAD 系統(tǒng)的合適格 式，這種裝配格式作為保存簽名裝配體的基礎，使裝配位置的每部分裝配都有一個獨立圖形信 息表示運動副。由基本部件加上附加部件組成了運動副，每種運動副又只描述一種類型。通過 保存的簽名數(shù)據(jù)的運動副和配合條件可以創(chuàng)建一個圖表，只用來表示在 Pro/Engineer 中的配合 條件和運動副。不需要使用 CAD 文件，簽名編號就完全可以表示裝配，因此，在任何 CAD 軟件中可以獨立查看并搜查這些裝配。因為這些簽名編號不依賴于任何一個單獨的 CAD 軟件， 所以可以使用不同的 CAD 軟件用來瀏覽和搜索裝配設計。這種可以在設計過程使用不同的 CAD 軟件和不同公司數(shù)據(jù)交換的能力對大公司來說是非常有用的。 1.3.3 不同的特征的搜索方法 許多裝配體的特征都是基本文字或基本的幾何圖形，因此基于文本、字符串匹配的搜索算 法都是可取的。這種算法和字符串近似準確匹配這個難題已經研究得很透徹了。為了做搜索系 統(tǒng)曾提出各式各樣的想法，比如做精確幾何形狀比較、匹配。本研究將進行實驗比較搜索時間 效率來排序每一種方法。基于搜索部分的結果來匹配圖形的相似度。用戶需定義一個在裝配體 數(shù)據(jù)庫中能部分代表配合條件的圖形，這兩個圖需要相互匹配，這就需要一種圖形兼容性的算 法。采用基于多運動狀態(tài)形勢搜索，當數(shù)據(jù)庫保存有一種連接介于兩種不同的運動狀態(tài)時則應 當出現(xiàn)多種情況的搜索結果。這就需要建立一種能提供查詢數(shù)據(jù)庫又能保存有效配合關系數(shù)據(jù) 的數(shù)據(jù)結構。這種搜索、查詢方法涉及裝配數(shù)據(jù)庫中字符串準確比較，并找到存在相互關聯(lián)。 1.4 論文概要 論文有以下安排，有四種不同主要搜索定義類型用于搜索裝配的特征，將在后面不同的章 節(jié)說明。其中包含總裝配體中特征的大小和數(shù)目統(tǒng)計等部分，第三章將討論基于這些統(tǒng)計數(shù)字 的搜索，將會有一部分總結裝配體特征的材質、尺寸等特征。頁可以使用裝配體特征中一種不 常用的部分進行搜索。第四章討論一種利用裝配體部分特征進行的搜索，其中配合關系在裝配 體中扮演著重要的角色。因此，我們需要它支持基于文本類型及配合條件進行的搜索，這種搜 索將在第 5 章中闡述。通過兩個部件定義裝配體運動副的情況，裝配自由度的限制決定了運動 副的種類。因此，我們需要基于剛性連接搜索算法的支持。這種搜索方式將在第六章中闡述。 第七章論述了實施中細則方面的研究。第八章概括研究的預期結論及此領域未來的研究方向。 相關研究 第二章 本章提出了一種基于裝配建模及表示方法、零件幾何形狀裝配搜索和子圖同構審查功能的 先進搜索引擎，經過廣泛研究的裝配建模及表示方法對于搜索引擎中的鑒別特征搜索和部件表 示功能尤為重要，為實現(xiàn)基于這些重要部件的搜索已經提出各種各樣的方法。現(xiàn)有基于裝配體 搜索技術多是跟據(jù)考量與識別這些裝配重要的數(shù)據(jù)特征、功能和性能，及裝配體的局限性提出 的。一直嘗試用圖表示各種不同零件之間的配合情況，圖的一部分可以用來尋找裝配，這便可 以實現(xiàn)了解、研究更多的子圖同構。這一章的內容如下：第 2.1 節(jié)討論裝配建模方法；第 2.2 節(jié)討論基于部分內容搜索的方法；第 2.3 節(jié)討論了基于裝配內容搜索的功能和性能；最后第 2.4 節(jié)概述子圖同構。 2.1 裝配建模 裝配常見的解釋是根據(jù)一定的配合關系把零件集合到一起。許多的裝配體只是利用最基本 的配合關系把零件結合到一起， 其只是努力強調功能和性能之間的基本聯(lián)系。為了支持計算 機輔助裝配建模設計而在電腦上嘗試各種各樣裝配表示方式，該模型是總結不同研究小組得出 的不同特征和不同裝配應用的基礎上提出的。為實現(xiàn)基于內容搜索，我們需要評估這些方案并 決定哪些對搜索引擎中有用。根據(jù)這些方案所提供了依據(jù)，建立可在基于計算機的搜索系統(tǒng)中 使用的特征標識的信息的格式。本節(jié)總述不同學者提出的搜索方案。 CAD 系統(tǒng)通常會有兩個獨立的模塊分別創(chuàng)建零件和裝配體， 個別零件的幾何形狀是根據(jù) 產品裝配體的需要建立的，CAD 系統(tǒng)中零件的位置是根據(jù)裝配約束條件確定的。用戶可以在 CAD 系統(tǒng)中選擇和指定連接點的連接順序。關于配合條件和節(jié)點數(shù)據(jù)可以從 CAD 系統(tǒng)中提取。 現(xiàn)有的 CAD 系統(tǒng)不存儲裝配體的功能和性能數(shù)據(jù)。 Gupta 等人提出一種智能的裝配建模與仿真環(huán)境(IAMS)裝配仿真及可視化方案，其可提供 詳細的數(shù)據(jù)結構來表示零件和裝配的工具、工作空間和計劃。他們這種嵌套列表式的表現(xiàn)形式 的有組織所有部件和存儲屬性的能力。每部分都有一個名字描述、一個指向的幾何體、和一個 轉變關聯(lián)，這使得每部分零件在裝配體中都有其裝配位置。并可以擴展到存儲的零件的文本屬 性。由每一個聯(lián)合類型、名稱，形成其共同的基礎和附加部分的名稱，配合條件數(shù)據(jù)存儲在可 以讀寫的簽名圖表中。方案中提供一個裝配的編輯器讓用戶定義屬性、裝配序列和計劃。 在本文提出的研究中，Gupta 等人定義的裝配格式作為基礎來儲存簽名裝配體。他們提出 有關裝配的單一數(shù)據(jù)結構存儲數(shù)據(jù)形式，并可以擴展到包括在本論文中提出的附加條件的數(shù)據(jù) 當中。他們所提出的許多數(shù)據(jù)文件都是裝配文件和零件文件相結合，并在文中用來表示裝配體。 然而，他們的工具產生數(shù)據(jù)之間的零件幾何接觸部分取決于用戶輸入?yún)?shù)，并利用裝配體裝配 序列的編輯。利用這些模型的能夠建立一個基于產品裝配內容的搜索工具，因為他們可以產生 的數(shù)據(jù)不需要用戶手工輸入產生，然而無法在共同的 CAD 系統(tǒng)中使用所產生的裝配模型。因 此本文的研究工作的一部分就是從 CAD 模型提取的裝配體數(shù)據(jù)用來表示裝配關系。 Noort 等人提出一個結合裝配數(shù)據(jù)表示它部分產品和組裝等的方案。這個組合表示保證任 何部分關系或裝配關系的變化都能反映在另一個數(shù)據(jù)關系中，它為部分特征和裝配特征的更新 或任何其他的改變時提供了獨立的表示觀點的方法。該關系方案支持概念設計、部件詳細設計、 裝配設計、制造、裝配規(guī)劃部分的觀念。 作為一個集中零部件的裝配體以及單個零件裝配對于基于內容的檢索系統(tǒng)都有重要的，通 過這種方式提供了一個聯(lián)合關系的方法。這種表現(xiàn)方式在自然界非常通用，并將因此而被用于 多個應用程序就像裝配序列規(guī)劃和部分制造一樣。作為相關的意見，在任一部件或組裝裝配的 變化時的影響都是顯而易見的。然而，這些關聯(lián)不使用于匹配 CAD 文件規(guī)定的狀態(tài)，而是更 高層次的關系，其能推斷出來的部件的幾何形狀。現(xiàn)有的 CAD 系統(tǒng)并不支持這樣的關系，盡 管這些能更直觀的記憶和使用。因此，高級關系不能方便地用于裝配搜索。 Nanda 等人提出了目前在產品設計的各階段利用基于網絡本體語言（OWL）系統(tǒng)進行研 究和部署的方案。該模型滿足消費者對產品功能和零件的需要。運用該模型可為每一個需要提 供一個函數(shù)映射組件，并用實體列表來完成這個功能。該項功能提供使用 OWL 含義表示數(shù)據(jù) 結構，OWL 表示比 XML 表示多使用了這些數(shù)據(jù)結構。利用描述邏輯(DL)使一個以計算機為 基礎的語義解釋，而完全不需要人為介入。 從這種方法的優(yōu)勢就是共享各部分不同類型的設計，它也將會是裝配設計的各個階段中尋 找設計信息的過程當中很有幫助。該模型方案有助于捕捉功能和運動裝配， OWL 表示法可以 用于創(chuàng)造基于函數(shù)和運動裝配內容的搜索工具。 然而這種方法不用考慮裝配的形式。本研究 中提出了基于他們的結構特點的算法搜索裝配，因此我們并沒有用過這種表示方案。而本文建 立的標簽就可以很容易地存儲在 OWL 格式當中，因此本文所做的工作跟這種方法是相輔相成 的。 Rachuri 等人提出了一種用對象為導向的開放式裝配模型（OAM）來代表機電組件的裝配 設計的定義，并用這個這個模型表示系統(tǒng)格式、功能和運動方式。裝配體由幾何部件和其他部 件配合約束和零件間運動關節(jié)裝配而成，設計中只考慮用幾何形態(tài)的形式表示；用該功能來表 示輸入/輸出之間的變換；用裝配體表示其運動和有意無意的物質相互作用。如此說來其便是 一個行為函數(shù)的子集，它是一個有概念層次的模型。該模型包括工件的所有父類或子類，裝配 有關的信息都存儲在類中。該模型也有儲存設計的理念。如大小的其他信息、幾何公差、材料 會附在單獨的公差模型類當中，并使用統(tǒng)一建模語言（UML）來表示裝配體。 可用于協(xié)同設計的 OAM 功能，可以用于基于任何形式、功能或裝配特征的搜索系統(tǒng)的設 計中。因此，該模型可以用于設計的任何階段。這種模式的核心產品模型（CPM）和 STEP 標 準可擴展到表示裝配體，本論文研究工作提出的這個模式可以擴展使用到任意獨立 CAD 系統(tǒng) 組件的簽名中，這種由 Rachuri 等人提出的表示模式，能減少作為文本文件的簽名裝配從 CAD 數(shù)據(jù)庫中的存取時間。該表示模式，也可以作為他們從沒有任何人工干預的組件中提取數(shù)據(jù)的 工具，并以能夠獲取裝配的功能和性能的能力確保這項研究工作持續(xù)下去。 Wang and Ozsoy 提出用裝配圖形的形式表示裝配，使用零件和零件之間初級和末級節(jié)點 的形式表示裝配體。設置不同配合情況來記錄每一個零件或子裝配體的每個構件之間的連接， 并利用這一數(shù)據(jù)結構進行裝配公差分析，利用配合和裝配的總體尺寸來查找出各個環(huán)節(jié)公差鏈 后得出基本方程式。 本論文使用了 Wang and Ozsoy 提出的基于圖形表示方案，然而 Wang and Ozsoy 提出的方 案只支持三種配合關系。用匹配、相向和平行來表示零件或裝配體的位置，然而這三個交配條 件不足以描述零件在裝配組件沒有接觸情況下的裝配約束。本論文的研究擴展了數(shù)據(jù)結構涵蓋 到在 Pro/Engineer CAD 系統(tǒng)所有可能出現(xiàn)的配合條件。 2.2 部分搜索技術 裝配體是一個基于特征組成的零件的集合，并可以在搜索使用。因此，本研究支持根據(jù)裝 配組成部件搜索。其涉及到基于部件組成部分的幾何形狀、文本屬性進行搜索，并可在目前的 PLM 系統(tǒng)中基于文本屬性搜索有字符串匹配的操作?？蓪⒒谖谋具M行的搜索擴展到搜索系 統(tǒng)中，基于文本搜索的技術將在本論文第四章說明?？商峁┙o用戶不同方法的基于幾何進行搜 索的應用程序。許多的研究小組都已經提出了不同部件相似性評估，及搜索工具與綜合搜索技 術。此外，該技術是基于幾何形狀的部件，并可以用于確定裝配的搜索標準。本節(jié)討論基于搜 索技術的部件幾何形狀。 2.2.1 基于部件查詢的搜索 在許多應用中，部件查詢的目標是在所有裝配體的零件數(shù)據(jù)庫中找出有類似的部分。這樣 的搜索定位此類零件方式是如圖 2.1 所示。一種常見的情況如搜索可重用的類似部分輕微修改 的夾具組件，并已開發(fā)了各種技術進行 3D 實體模型之間的相似性評估。兩個 3D 零件之間的 最新設計的部件 自動搜索數(shù)據(jù)庫中零 件幾何相似的部分 零件數(shù) 據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)相似的部分 相似性評估主要包括兩個步驟。第一步是計算物體的形狀、標簽；第二個步驟是比較合適形狀 的距離函數(shù)。主要利用造型相似性評估領域的技術 圖2.1：零件搜索的架構 作為這個形狀相似性評價方法中描述的對象代表著進行全球幾何性質測量的形狀分布函 數(shù)，這種技術可以用來作為第一個濾波器以確定不同的對象，在文獻[03]中將為新濾波器形狀 匹配提供了理論依據(jù)，這些過濾技術已經應用到大型機械的零件數(shù)據(jù)庫中。在文獻[04]，每一 個 3D 模型和單元所代表的不變矩矢量元件、幾何參數(shù)、矢量值和特征樹形狀。 基于轉換成實體模型的圖形技術歸功于用圖形表示的各種幾何和拓撲實體模型中實體之 間的關系。在已使用的圖形類型中，有簽名型號的圖和大分辨率的 Reeb 圖。雖然這些技術易 于實現(xiàn)，但可能沒有有很高的辨別能力。 2.2.2 基于草圖的搜索 3D 模型并不總是作為有空搜索、查詢的基礎，因為創(chuàng)建一個復雜的三維模型零件作為查 詢會非常耗時。這種方式可以幫助設計師使用相關特性 2D 草圖代替 3D 模型。因此，在許多 搜索設計再利用的應用程序中用戶可能都不會建立詳細的 CAD 模型進行搜索。在這種情況下， 為用基礎工具零件草圖代替也可以用來尋找所需的部分或定位一個查詢的部分。這些草圖通常 是標準的 2D 圖，如頂視圖、前視圖或側面視圖的一部分。 之前提出的技術能夠讓用戶免費的根據(jù)基本草圖數(shù)據(jù)庫檢索 3D 零件。使 3D 零件在用戶 檢索后有進一步的反饋，用戶可在三個視圖的基礎上搜索每一部分。該技術包括三個主要步驟： （1）視 3D 零件方向確定；（2）生成 2D 草圖；（3）計算草圖和 3D 部分的預測之間的相似 程度。這種相似性的措施是轉換不變的情況下，在用二維視圖進行比較的基礎上獲得由相交的 二維圖像的距離變換成一個同心圓的傅里葉系數(shù)函數(shù)。 裝配搜索技術可以推廣整合到基于零件基本草圖的搜索工具中，并用于尋找構成部件。該 工具也可以找到用數(shù)據(jù)庫類似的部分來作為一個查詢的部分。該搜索技術的一個主要應用便是 搜索裝配體中的草圖，基于草圖的裝配體用零件之間的配合狀態(tài)表示。裝配搜索系統(tǒng)采用基于 零件之間的配合狀態(tài)圖形表示，并允許用戶自定義搜索裝配時使用這些圖的一部分。這項搜索 技術基于零件草圖搜索技術，用戶可以在零件數(shù)據(jù)庫中定義零件草圖進行搜索。 2.2.3 零件數(shù)據(jù)庫可視化瀏覽的搜索 在很多情況下，用戶并沒有需要查詢的條件。此外，由于用戶對零件復雜性和工程制圖概 念的熟悉程度有限，這就不可能使用以草圖為基礎的查詢方法。在這樣的情況下,可視化瀏覽 CAD 數(shù)據(jù)庫便是一個有效的解決方法。 假設設計師想找到一個由上千個零件組成的設計數(shù)據(jù)庫中可重用的設計信息時，會產生有 兩種可能的情況：第一，設計師都有查詢部分和想要找到相似的部分查詢，在這種情況下基于 幾何學的搜索技術便可用于定位相似部分；然而，在另一種情況下設計師通過幾何搜索技術查 找時可能會不記得確切的部件幾何細節(jié)，在這種情況下用戶需要瀏覽 CAD 數(shù)據(jù)庫找到理想的 對象，一旦設計師找到所需部件的相似的一部分，他/她可以用于基于部件的查詢技術中。因 此，一個完整的系統(tǒng)可以協(xié)助設計師定位相似的零件幾何以及有用的可視化搜索。 一個類似的瀏覽能力已應用于基于裝配搜索系統(tǒng)中，并利用該系統(tǒng)來瀏覽裝配體的 CAD 數(shù)據(jù)庫。用戶可以指定所有搜索標準的通配符來瀏覽整個數(shù)據(jù)庫的零件，同時還可以指定一些 可移除部分零件的搜索標準來瀏覽數(shù)據(jù)庫或瀏覽其余配件，并為使用者提供了一個單獨的裝配 查看器工具來查看個別組件的詳細信息。 2.3 搜索的基本功能 在本論文研究工作描述了一個基于裝配形式的搜索系統(tǒng)，裝配體的功能和性能同樣重要。 其文本屬性能夠很好地描述本研究工作，可擴展到搜索時使用工具自動提取有效數(shù)據(jù)。盡管我 們現(xiàn)在的大部分陳述都是基于在設計過程中收集到的功能和性能信息。從 2.1 節(jié)中的文獻綜述 中可以推斷，現(xiàn)代 CAD 系統(tǒng)尚未不存儲這些設計資料的信息，而是依賴 PLM 這樣的外部工 具來存儲這些信息。本節(jié)討論在裝配體的功能和性能的基礎上尋找一些方法。 Shaffer 等人提出基于目前的 Web 服務可以整合一些不同的方法來搜索組件，并增加了額 外的功能，提供一個 Web 服務描述語言（WSDL）文檔描述數(shù)據(jù)庫新的功能?？梢允褂弥薪?的 WSDL 文檔數(shù)據(jù)獲得該服務并生成目標語言的數(shù)據(jù)接口。 這樣的一個系統(tǒng)，其優(yōu)點是它融合了現(xiàn)有的不同方法來搜索組件，并提供了一個可以用來 整合任何新方法的搜索框架。因此，設計師也就不用花時間去理解接口和研究不同搜索系統(tǒng)。 此外，設計者在設計過程中可以使用搜索系統(tǒng)計劃或估算成本。這個方法不使用關系數(shù)據(jù)庫模 型，從而不必事先索引模型的信息。Shaffer 等人提出的架構可為這篇論文中提出的基于 web 服務的搜索工具服務。這將使這個搜索工具獨立于任何 CAD 軟件，并可擴展到以功能和性能 為基礎的裝配體搜索中。 Kopena 等人提出了一個基于語義 Web 的概念設計用來代表和訪問組件的方法。他們發(fā)明 了描述概念設計界面的產品，并可以用來詮釋設計與基于這些注解進行搜索，同時還可用于分 類設計。該系統(tǒng)應用這些類描述進行搜索。相比目前所使用的技術語義 Web 不僅允許有效的 收集和組織大量數(shù)據(jù)，還允許加價出版設計。使用語義 Web 建立定義描述產品裝配的邏輯， 因此該方法有自動推理、識別裝配體的功能。 在概念設計階段，他們還提出一種用于來捕捉結構和功能設計的方法。一旦結構和功能確 定了, 搜索引擎便可以在設計資源庫中定義。在這個系統(tǒng)中可以創(chuàng)造集標注功能和流動功能于 一體的三維草圖。在系統(tǒng)中推理者可以簽名、描述類。在數(shù)據(jù)庫中進行搜索得到的所有設計類 的描述結果均可反饋給設計師，基于語義 Web 的方法可以有效的提高搜索軟件的效率。組成 簇數(shù)據(jù)庫中的類似組件可用于分類設計，這將有助于提高搜索軟件的效率。由 Kopena 等人提 出的這種方法有益在設計過程中捕捉裝配體的功能。然而，這種方法不能用于查找傳統(tǒng)的 CAD 數(shù)據(jù)信息，傳統(tǒng)的裝配的格式將會失效。截至目前，沒有一個工具可以從沒有任何人機互動的 傳統(tǒng)裝配數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)。盡管任何公司組織的數(shù)據(jù)庫中傳統(tǒng)數(shù)據(jù)都占有很大的部分，卻還 是使用這種卻僅僅適用于新設計的方法。 Karnik 等人提供方法，能夠對在設計過程中所做的更改的零件幾何形狀進行設計信息搜索， 最終設計可視化的裝配導航系統(tǒng)?？墒蛊髽I(yè)很容易的在一臺計算機上使用搜索工具獲取計算機 可識別的格式信息。該系統(tǒng)還將提供了裝配體中各個部件之間的技術要求和技術規(guī)范。該系統(tǒng) 包括功能建模，基本原理建模和建模設計歷史。根據(jù)裝配不同方面的搜索工具已整合在一個框 架中。 該系統(tǒng)有益于對部門產品的 CAD 裝配體的功能和設計歷史進行搜索。然而，只有設計建 模者能夠利用這些數(shù)據(jù)。在更新 CAD 模型后，部門數(shù)據(jù)庫中的傳統(tǒng) CAD 數(shù)據(jù)的設計歷史將 會失效。使用工具并不能推斷出產品 CAD 裝配體的功能。因此，這個工具不能用于基于內容 的搜索系統(tǒng)。該方法能夠結合建立基于產品裝配內容的搜索工具，當所需資料時即開放給所有 數(shù)據(jù)庫。 Bohm 等人提出了以存檔功能為基礎的設計生成設計理念，使用指數(shù)矩陣和形態(tài)學矩陣技 術來產生設計思路。他們指出，76％的指定子函數(shù)返回結果，平均 61.35％組成部分可以通過 使用形態(tài)的搜索功能產生。并使用功能的基礎語言來形容的功能，由一個名詞描述流和動詞描 述功能，搜索后會產生類似功能的構件。 形態(tài)學矩陣由該方法手動操作生成，并必須有從傳統(tǒng)的 CAD 數(shù)據(jù)中自動提取矩陣的方法。 這種方法可以結合不同的子功能，并返回它們作為單一的輸入查詢的結果。該方法也考慮將該 功能使用于其他領域，例如機電配件。然而需要用戶選擇輸入領域進行搜索。作者聲明增加數(shù) 據(jù)庫的大小將增加主要搜索目標的生成。 2.4 子圖同構的概述 如果兩圖形的同一節(jié)點和邊之間存在一一對應的映射關系，則兩圖同構。倘若兩圖拓撲子 圖同構，那么一個圖形一些節(jié)點和邊也與另一個圖形所有的節(jié)點和邊之間存在著一一對應的映 射。子圖同構問題屬于 NP（完全）問題。該研究涉及類似于子圖同構的兼容問題求解圖形。 本節(jié)將討論解決子圖同構問題的各種方法。 Ullmann 曾提出方法試圖解決子圖同構問題，他試圖用多級優(yōu)先樹型搜索的方法來解決這 個問題，并窮舉反饋搜索結果。早期大部分的搜索都是用反饋的方法來解決這個問題，用該方 法同時處理兩個圖。這種方法使用一個用對 1 和 0 作為元素的鄰接矩陣，使用一個改良程序來 連續(xù)推斷回饋搜索結果以減少節(jié)點訪問，找出兩個圖形之間的同構，但該方法僅供測試連接圖。 該算法仍十分受歡迎，并且用來查詢數(shù)量有限的節(jié)點和邊的圖形。在許多有效的優(yōu)化精簡 搜索空間技術的基礎上 Ullmann 提出了反饋方法。然而，這種算法并不能在查詢圖存在大量節(jié) 點的情況下有效。因為這種算法沒有考慮到任何以前的圖形節(jié)點查詢知識和數(shù)據(jù)庫圖表之間的 通信，我們提出的算法是模仿這種方法。在本論文的研究不同搜索所有同構卻能通過一個實例 可以在較少的時間內與 Ullmann 提出的方法進行比較。 Yu 和 Wang 已經使用了一種 2D 連續(xù)的神經網絡模型得到一個子圖中同構于查詢圖表的圖 形。該算法就使用了連接圖，并建立一個兩個圖相同數(shù)量的節(jié)點神經網絡。用一個功能函數(shù)定 義有關參數(shù)，并推導出網絡中傳遞函數(shù)。該這種方法中使用隨機或已定的神經元數(shù)進行函數(shù)初 始化，并用四階的龍格-庫塔法來解決方程。 他們定義了子圖同構的基本條件，并可以在任何解決子圖同構的方法中用作修剪條件。在 這種方法中使用的修剪條件在本質上是通用的，可用于任何子圖同構的方法。本論文采用由 Yu 等人提出的修剪技術。然而，Ullmann 的方法更符合這篇論文的邊界條件。因此，在這項 研究中提出的子圖同構算法并不基于由 Yu 等人提出以神經網絡為基礎的方法。 Messmer 等人提出在決策樹中創(chuàng)建一個預處理步驟，并在使用這些決策樹時對子圖同構進 行檢測。同時他們還推薦了幾種減少決策樹的大小修剪技術，及建立決策樹模型轉換數(shù)據(jù)庫中 鄰接矩陣圖形。 他們聲稱，這種算法具有最壞情況下二次查詢圖中節(jié)點數(shù)量，并且在獨立模型圖與任意圖 形邊數(shù)減少時間復雜度。然而，建立決策樹的預處理環(huán)節(jié)并不包括這個時間復雜度。這種方法 的主要缺點是決策樹具有指數(shù)關聯(lián)。該算法的最壞情況是 O(Lmnn2)復雜度，其中 L 是圖形數(shù) 據(jù)庫中大小、m 是查詢圖號節(jié)點數(shù)、n 是模型圖中的節(jié)點數(shù)量。他們建議在子圖同構測試時根 據(jù)之前的節(jié)點匹配以消除一些數(shù)據(jù)庫節(jié)點特有的排列圖，并確定子修剪技術的大小。然而，這 種方法還沒有用于制定的子圖同構以減少決策樹的復雜性。 Fuchs 等人提出的容差算法，使用先前的知識查詢數(shù)據(jù)庫中圖與圖節(jié)點之間的關聯(lián)。他們 把數(shù)據(jù)庫中的圖形和外部信息傳播過程中圖形遞歸分解成子圖，該算法已經應用于 3D 建筑重 建圖像。他們也建議編輯包括外部信息圖形的數(shù)據(jù)結構。 最壞的情況下使用先前知識的節(jié)點之間復雜度 O(Lmqq3)算法匹配不了解的節(jié)點，其中 L 是圖形數(shù)據(jù)庫中的數(shù)、m 為查詢圖中的節(jié)點數(shù)、q 是從查詢節(jié)點圖的數(shù)量。他們聲稱匹配兩個 節(jié)點這一步很有效，因為圖形數(shù)據(jù)結構整合了外部信息。該算法具有很好的圖形容差兼容性， 并可在查詢數(shù)據(jù)庫之前知道圖與圖節(jié)點之間的映射，顯著降低了 DFS 的空間搜索。同時，在 不了解本論文研究的任何有關知識時也可以結合數(shù)據(jù)庫檢索系統(tǒng)實現(xiàn)檢索。該方法為進一步研 究有用的裝配體搜索系統(tǒng)。 Cordella 等人提出了一種大型圖表的算法。聲稱 Ullmann 的做法已經取得了顯著的改善， 他們的做法幾乎能夠獨立查詢圖中的節(jié)點數(shù)量。該算法的主要貢獻之一是空間搜索過程中使用 了高效的內存讀取結構數(shù)據(jù)，該算法減少使用信息的匹配時間要歸功于的關系圖與語法。 在該算法過程中用狀態(tài)空間表示法(SSR)匹配。其包括五個規(guī)則，包括節(jié)點句法和語義可 行性比較。五個規(guī)則中有兩個是用來檢測方案的可行性，另外三種用于修剪搜索樹。算法不承 擔任何約束圖的拓撲結構，因此其擁有通用的適用性。該算法利用向量提供常量訪問，從而降 低算法對成千上萬可用圖節(jié)點和邊的內存需求，并使用深度優(yōu)先策略搜索圖形。在本研究中查 詢圖預計將有超過 15 個節(jié)點，因此該算法并沒有很好的圖形兼容性。此外，由于本研究中使 用的查詢和數(shù)據(jù)庫圖表有可以修剪搜索樹節(jié)點和邊的屬性，Ullmann 的基本方法已用于本算法。