基于语义推理的产品装配设计技术

为保证产品具有良好的结构设计和零件可装配性,研究了装配语义模型,详细讨论了设计尺寸约束和装配几何约束的符号化表达方法,并给出了书写规则。在此基础上建立了装配语义图,通过节点描述零件属性信息,通过有向边描述装配语义信息。介绍了基于装配语义的产品装配设计工作流程,重点阐述了零件设计尺寸约束、装配规划信息和装配操作序列的推理过程。给出了语义修改和语义变动两种情况下装配语义图的维护机制。应用实例表明,该模型可以有效地支持产品的协同装配设计。     

基于端口自动匹配的产品智能装配建模技术

为提高装配效率,提出了一种基于端口自动匹配的智能装配技术,用来提高复杂结构产品装配的智能性和自动化程度.通过装配端口及约束关系定义,建立了装配元件间约束关系的高级抽象表达.基于装配端口特征布局图,提取基准三角形;利用端口匹配算法,快速判定端口的可装配性;通过语义推理,自动创建两匹配端口间配合操作约束集.利用三维几何约束求解引擎,计算方位变换矩阵,实现元件的自动装配.开发了智能装配原型系统,并以结构复杂的零部件装配为例进行了实验,实践表明该技术可有效减少装配过程中的三维交互操作,提高装配速度.     

几何增强的装配工艺本体建模

包含产品几何与非几何信息的产品装配要求是装配工艺设计的主要依据,对装配工艺设计决策结果具有决定性的影响。在装配工艺模型中描述产品的几何相关信息能够更好地表达如装配顺序,装配路径等内容,同时可以更好地辅助装配工艺决策,提高决策的自动化水平。提出一种几何增强的装配工艺本体模型,利用语义本体技术,建立产品几何信息在装配工艺中的描述方法,数据结构与关系描述。并以该模型为基础,建立基于几何增强装配工艺本体的装配工艺决策框架。该框架分为两部分：一是采用几何增强的装配工艺本体模型描述产品几何信息和装配工艺信息的数据结构和相互关系;二是为了让几何信息与装配工艺信息之间存在的丰富的隐含关系显性化,对语义本体推理机制进行增强,提出推理单元的概念,使决策框架具有从产品几何信息中推理装配工艺相关信息的能力,有效地支持装配工艺决策。以针对某传动器产品装配顺序决策的过程,验证所提出的几何增强装配工艺本体模型与框架的有效性。     

计算机辅助几何可行装配顺序推理及基优化分析

针对装配优先关系分析,几何可行装配顺序推理以及最优几何可行装配顺序选择3个层次的问题,提出了一种系统化的分析方法-几何约束分析方法,该方法从装配体中各个零件之间的约束方向分析出发,可以自动求解出正确和完备的装配优先关系;在装配优先关系的约束政下,可以计算出所有的几何可行装配顺序规划;并从操作空间大、装配方便角度出发,设计出几何可行装配顺序优选算法;可以从大量的几何可行装配顺序中求解出几何性能最佳的装配顺序规划,应用具体实例分析演示了几何约束方法在计算机中的实现过程,并证实了该方法的实用性有效性。     

计算机辅助几何可行装配顺序推理及其优化分析

针对装配优先关系分析、几何可行装配顺序推理以及最优几何可行装配顺序选择3个层次的问题,提出了一种系统化的分析方法——几何约束分析方法。该方法从装配体中各个零件之间的约束方向分析出发,可以自动求解出正确和完备的装配优先关系在装配优先关系的约束下,可以计算出所有的几何可行装配顺序规划;并从操作空间大、装配方便角度出发,设计出几何可行装配顺序优选算法,可以从大量的几何可行装配顺序中求解出几何性能最佳的装配顺序规划。应用具体实例分析演示了几何约束分析方法在计算机中的实现过程,并证实了该方法的实用性和有效性。     

基于本体的公理化系统设计语义建模与推理规则

使得计算机理解系统设计的语义并完成自动推理是实现智能制造和基于模型的系统工程的两个重要特征,但现有系统建模语言对语义表达和自动推理的支持有限.第一,为了满足复杂产品系统建模的语义表达要求,在前期工作—基于模型的公理化系统设计(Axiomatic model-based systems engineering,A-MBS...     

资源组件驱动的装配工具匹配推理方法

针对复杂产品装配工序多样、工序间装配约束复杂、虚拟装配过程中工具资源的表示与推送困难问题,提出了资源组件驱动的装配工具匹配推理方法.首先,搭建了包括装配工具资源组件驱动模块、资源组件本体构建模块、资源组件运行与求解模块的资源组件驱动的装配工具匹配推理框架;然后,构建了装配工具的资源组件本体,给出了基于资源组件的装配工具匹配推送机制,并重点设计了资源组件驱动的装配工具类型与尺寸的按需匹配推理方法;最后,依托复杂产品装配资源推送服务平台验证了所提方法的有效性.解决了装配工具资源人工调整响应速度慢、装配效率低的问题.     

三维装配约束求解的几何推理法

根据自由度分析法建立了一种装配约束的求解机制,提出了零件自由度状态的概念,通过约束求解表决定各种不同状态的求解过程,可以方便快捷地处理欠约束、过约束等多种约束情况,根据工程实际需求,定义了8种基本的约束类型。提出的三种几何约束的求解方法,已成功地应用于自主版权的CAD／CAM软件“金银金”MDA2000的装配设计系统中。     

虚拟装配操作中基于语义的推理方法研究

在虚拟装配中,基于几何约束的交互装配操作与实际的工程约束不完全相符,导致与设计装配操作意图不完全一致,且装配操作不够自然、效率不高.为此,提出基于装配任务层次和装配语义识别的虚拟装配操作方法.通过装配语义的生成、识别、确认和解算,将虚拟装配系统对装配关系的识别,从约束层次提高到装配任务层次.在汽车发动机零部件的虚拟装配中的应用表明:该方法能够很好地捕捉虚拟装配过程中的用户交互意图,通过用户能够在虚拟环境中方便、准确地进行装配,使装配效率得到明显提升.     

复杂产品设计知识的语义自动标注方法

针对复杂产品设计知识手工语义标注耗时长、准确率低、不能完整表达知识语义信息等问题,提出一种以语义空间为标注结果的知识语义自动标注方法。结合复杂产品设计领域知识的特点,提出领域本体的构建流程和多维度本体构建框架。在此基础上提出自动语义标注的实现流程,对知识预处理和本体解析、语义匹配以及语义空间生成和标注结果存储转换进行了深入研究。通过在某军用车辆知识管理系统中进行的试验证明,该方法不但能够提高设计知识语义标注的效率,而且可以充分准确地表达知识语义的内涵,提高语义检索的效率。     

语义支持下的协同制造服务网构建研究

为解决协同制造环境下制造企业业务协同问题,提出一种基于语义的协同制造服务网构建方法,该方法可以解决协同制造企业间协同过程中语义不一致问题。定义了协同制造服务网的概念,分析了协同制造服务网的运作过程,建立了协同制造服务网的体系结构,并就协同制造服务网构建的几个关键问题进行了研究。     

面向协同装配规划的信息模型研究

为解决复杂产品的装配设计团队和装配规划团队间的协同工作,提出了装配结点概念,用以集成描述产品装配信息,利用装配结建立了产品的装配联系图模型,通过图模型中顶点和边的属性,分别独立描述零件和装配信息.给出了一个基于割顶点的装配联系图层次分解算法,构建了基于共享零件的产品结构层次树模型.基于结构层次树模型,描述了协同装配规划中的协同工作信息.利用实例说明了面向协同装配规划的信息建模过程及模型的有效性.     

装配设计意图的语义表示

在传统计算机辅助装配设计意图信息表达的基础上,提出一个基于本体和资源描述框架表达模式的装配设计语义表达框架;通过领域知识规范的语义概念及其属性关系的本体定义和实例化的资源描述框架描述,为装配设计的装配体组成、连接关系、配合精度和空间约束关系的语义描述提供一个形式化的表达;探讨了对计算机辅助设计产品装配模型自动和人机交互相结合的语义标注方法;通过一个简单装配实例的语义表达,建立了基于语义表达的装配设计资源描述框架/可扩展标记语言文档。为装配设计意图信息的语义推理、查询和智能理解奠定了基础。     

面向自顶向下协同装配设计的任务规划研究

分析了产品自顶向下协同装配设计的特点,以及其设计任务规划对产品设计周期和设计效率的影响,研究了任务规划方案,主要包括任务分组和任务组分配.任务分组根据设计组工作量尽可能均衡和任务组内任务应具有较高关联耦合度两个原则,给出了分组遗传算法.根据任务组的关键度和设计组的综合能力,提出了任务组分配算法.以牛头刨床自顶向下协同装配设计为例,验证了任务分组和任务组分配算法的可行性与有效性.     

知识驱动协同创新的产品开发模型

为提高产品创新能力,提出了知识驱动协同创新的产品创新理念,并构建了具有6层结构的产品创新开发系统模型,包括协同平台、开发过程链、产品创新设计、分析评价、智能再设计和知识资源层等。研究了知识驱动协同创新的创成和吸纳相集成的原理、再设计建议的智能化生成方法及其过程链流程组织策略。产品协同创新的创成和吸纳过程通过集成推理实现;创新的产品方案再设计建议通过分析和仿真方法生成;产品创新开发过程链采用基于知识管理的流程组织方法。应用实例表明,已开发的系统体现了模型的基本功能,具有可操作性和实用价值。     

面向协同装配设计的基于角色显示的研究

为解决协同装配设计中敏感信息的保护问题,提出了面向协同装配设计的基于角色显示的技术.在该显示技术中,结合角色的访问控制与强制的访问控制,建立访问矩阵对用户进行访问控制.依据角色的访问权限与特征的安全等级,提出了基于特征的种类删减连续多分辨率模型,定义记录度量α控制不同角色得到的不同分辨率的装配模型.最后,通过建立基于角色显示的协同设计原型系统验证了该技术的有效性.     

An agent-based collaborative assembly process planning system

In recent years, the competition among manufacturers to reduce the development time of new products has been quite fierce. At the same time, customers’ needs have become relatively diverse. Considering these facts, it is essential for manufacturers to build an assembly line in the shortest time possible. Because an assembly line for varied and complex products involves numerous workstations, assembly operations and resources, it is extremely difficult for assembly process planners to develop an efficient assembly sequence and position. Thus, in order to overcome such complications, the best alternative is for a number of process planners to develop a process plan synchronously . This paper introduces a new process planning method for assembly lines based on a collaborative system. In it we propose an agent-based collaborative process planning system, and to verify it, we implement the system in an Internet environment and apply it to some practical case studies.     

协同CAD系统并发操作冲突推理

一致性保证是计算机支持的协同工作的关键技术之一。协同者的并发操作的冲突是发引发不一致的主要原因,并发操作的冲突判别是提高系统效率的一个重要方面。分析了协同CAD系统的并发操作冲突的机理,给出了操作命令的一般表示方法,提出了一个通用的基于该描述的冲突判别推理方法,并基于领域知识将该方法用于二维绘图系统和三维产品特征建模系统中的并发操作冲突的分析,实验结果表明该方法可行,协同效率高。     

面向协同虚拟装配的模型表达技术研究

针对部件级别的协同虚拟装配,提出了协同虚拟装配环境下的模型表达方法和数据转换方法.该方法根据协同虚拟环境下交互装配仿真需求,将部件模型分为显示层、逻辑层、碰撞检测层、部件信息层,形成具有四层次的产品模型表达.开发了数据转换接口,获得了四层次的产品模型.在汽车部件级别虚拟装配的应用表明,该模型表达和数据转换方法能够满足协同虚拟装配交互仿真需求.     

自顶向下协同装配设计中的变动传播方法

为有效保证自顶向下协同装配设计中分布装配模型的一致性,提出了基于钾能体的变动传播方法,以便及时将分布装配模型的变动更新到相关站点.通过服务器和客户端智能体间的交互协作,自动监控装配模型的变动,由服务器端的智能体进一步推理装配模型的变动对象及其分布,以基于命令的方式更新服务器和相关客户端的装配模型.该方法不仅能有效处理工程约束变动、特征变动和装配约束变动,而且能有效处理装配模型不同层次之间的关联变动.通过液压机械手协同装配设计的变动传播实例,验证了该方法的有效性.