基于本体的公差规范智能设计方法研究

摘要

在现今的产品开发中，公差规范设计工作基本上都是由设计人员根据产品的功能要求与装配要求和一定的标准手工地进行，对同一零件的同一几何要素，不同的设计人员有可能设计出不同的公差规范方案，这可能会增加产品开发中的不确定性，最终会对所开发产品的性能造成一定的影响。此外，现今工程上主要采用EXPRESS语言来表示公差信息，虽然采用该语言可建立语法一致的公差信息表示模型，但无法显式地表示公差信息的语义，故仅仅依靠EXPRESS语言无法满足公差信息语义表示和交换的需求。为了满足这一需求，减少产品开发中的不确定性，本文将人工智能领域的本体理论与技术引入到对计算机辅助公差规范设计的研究中，提出了一种基于本体的公差规范智能设计方法，其主要工作包括： 建立了一个层次式的公差规范信息表示模型。在空间关系模型的基础上，从公差规范信息语义表示的需求出发，建立了一个由零件层、要素层、变动几何约束层、公差规范方案层及公差带层五个层次组成的公差规范信息表示模型，以邻接矩阵为描述工具，给出了表示模型各个层次的抽象描述。 提出了一种基于本体的变动几何约束的生成方法。在变动几何约束理论的基础上，采用描述逻辑术语公式形式化表示了各种变动几何约束;在零件层、要素层及变动几何约束层的基础上，采用描述逻辑断言公式形式化表示了装配体信息;基于变动几何约束的描述逻辑表示和装配体信息的描述逻辑表示，给出了变动几何约束生成的具体步骤;通过实例验证了生成方法的有效性。 提出了一种基于本体驱动案例推理的公差规范方案的生成方法。根据公差规范设计和案例推理的一般过程，设计了生成方法的框架;基于现有的研究成果，给出了零件的基准和公差要素的生成步骤;在公差规范方案层的基础上，采用描述逻辑术语公式和断言公式形式化表示了历史公差规范案例和目标公差规范案例;研究了它们的公差要素间、零件要素间及拓扑关系间的相似度的计算和高精度线性组合，设计了一个相似历史公差规范案例的检索算法;通过实例验证了生成方法的有效性。 提出了一种基于本体的公差带的生成方法。在公差带层的基础上，采用描述逻辑术语公式形式化表示了三十八种不同类型的几何公差的公差带;在公差规范方案 层的基础上，采用描述逻辑断言公式形式化表示了零件的公差规范方案信息;基于公差带的描述逻辑表示和公差规范方案信息的描述逻辑表示，给出了公差带生成的具体步骤;通过实例验证了生成方法的有效性。 开发了一个基于本体的公差规范智能设计原型系统。基于前述四项工作，采用七步法构建了公差规范本体，并采用Protégé5开发了该本体;基于开发的公差规范本体，阐述了原型系统的主功能模块的实现过程;通过两个应用实例验证了原型系统的有效性。

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