基于本体的功能公差分析知识库系统研究

摘要

公差设计是几何产品设计和制造中的一个重要环节。在现今的公差设计中，公差规范信息基本上都是由设计者在 CAD系统中手工指定，不同的设计者有可能会对同一产品指定不同的公差规范，这就会增加产品设计的不确定性和产品功能公差分析的复杂程度，并最终会影响到产品的质量。为了减少产品设计的不确定性，解决公差信息在异构系统之间传递不畅的问题，需要使用统一的语义对公差信息进行表示，进而使其可以进行有效顺畅的传递。本文汲取了人工智能领域研究的最新成果，将本体技术引入到功能公差分析的研究中，构建了基于本体的功能公差规范的元模型，设计了功能公差规范的自动生成算法，并在功能公差规范初步确定基础上构建了功能公差分析知识库系统。具体来说，本文完成的工作如下：
　　首先，提出了基于本体的公差规范的自动生成方法。对公差规范领域知识进行总结、归纳，并提取出相关概念、属性及其关系。在底层采用描述逻辑对公差规范领域知识进行描述和表示，在此基础上使用七步法构建了公差规范本体表示元模型，使用Web本体语言（Web Ontology Language，OWL）描述了模型中的类、属性、限制以及个体等，同时使用语义Web规则语言（Semantic Web Rule Language，SWRL）定义了公差规范自动生成的相关推理规则，其中包括公差类型、公差值、旋量参数等的推理规则，设计了公差规范生成算法，并通过减速器中间传动轴验证了其可行性和有效性，为功能公差分析奠定了基础。
　　其次，提出了基于描述逻辑 SHOIN(D)的功能公差分析方法。首先对功能公差分析知识进行表示，其中包括公差分析的几何累积模型，公差表示模型以及公差回路，然后给出功能公差分析的 Tableau判定算法，之后根据所定义的约束关系组成的ABox、表示模型组成的TBox以及Tableau判定算法，设计了基于描述逻辑的功能公差分析算法，并通过对开齿轮箱验证了其可行性和有效性，为后续进行的基于本体的公差分析提供了理论基础。
　　最后，开发了基于本体的功能公差分析知识库系统。在基于描述逻辑的功能公差分析方法的基础上，采用七步法构建了基于本体的功能公差分析表示元模型，并使用OWL和SWRL分别定义了功能公差分析的相关结构化知识和规则化知识，之后通过 JESS推理引擎将基于 OWL的结构化知识和基于 SWRL的规则化知识分别转换为JESS事实和JESS规则，在此基础上开发基于本体的功能公差分析知识库系统，并通过工程实例验证了系统的有效性，从而实现功能公差分析相关知识的有效重用和顺畅传递。

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第一章 绪论

§1.1课题背景及意义

§1.2 国内外研究现状

§1.3 论文的研究内容

§1.4 论文的总体框架

§1.5本章小结

第二章 关键理论和技术

§2.1引言

§2.2描述逻辑SHOIN(D)

§2.3本体

§2.4 知识库系统理论

§2.5 变动几何约束理论

§2.6 本章小结

第三章 基于本体的公差规范的自动生成

§3.1引言

§3.2公差领域相关知识

§3.3基于SHOIN(D)的公差规范知识表示

§3.4基于本体的公差规范的自动生成

§3.5实例研究

§3.6本章小结

第四章 基于描述逻辑的功能公差分析

§4.1引言

§4.2功能公差分析的表示

§4.3功能公差分析生成算法

§4.4实例研究

§4.5本章小结

第五章 基于本体的功能公差分析知识库系统

§5.1引言

§5.2基于本体的功能公差分析知识库

§5.3知识库系统设计

§5.4原型系统的开发

§5.5本章小结

第六章 总结和展望

§6.1全文总结

§6.2未来展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间的主要研究成果