為了更好地實現(xiàn)面向制造領(lǐng)域的三維CAD模型制造信息的有效重用，提出一種融合制造語義的三維CAD模型檢索方法。首先將三維CAD模型轉(zhuǎn)化成以制造特征為基礎(chǔ)語義對象的結(jié)構(gòu)化表示的CAD模型，并用制造特征耦合圖來表示;然后提取用于評價兩個制造特征之間相似性的屬性信息，構(gòu)建多屬性融合的制造特征相似性加權(quán)評價模型，并以此來構(gòu)建以制造特征為節(jié)點的完全二分圖;最后采用最優(yōu)匹配算法計算出各制造特征的最優(yōu)匹配方案來計算兩個三維CAD模型的相似度，以此作為評價模型相似性的依據(jù)。實驗結(jié)果表明，該方法能夠較好地實現(xiàn)融合制造語義的三維CAD模型檢索，可以有效地支持面向制造領(lǐng)域的三維CAD模型制造信息的重用。

引言

　　研究和統(tǒng)計分析表明，在新產(chǎn)品研發(fā)中，約40%是重用過去的部件設(shè)計，約40%是對已有部件的微小修改，而只有20%是新的設(shè)計，這一特點同樣存在于產(chǎn)品的工藝和制造階段。方便、準確地獲取和重用已有的相似性設(shè)計成果，是提高產(chǎn)品開發(fā)效率和質(zhì)量、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期的有效途徑之一。目前，基于三維模型的產(chǎn)品設(shè)計與制造已成為離散制造業(yè)的主流模式，由于產(chǎn)品三維模型具有可視化、數(shù)字化和虛擬化等特點，已成為產(chǎn)品開發(fā)各環(huán)節(jié)如計算機輔助設(shè)計(Computer　Aided　Design，CAD)、計算機輔助制造(Computer　Aided　Manufacturing，CAM)、計算機輔助工藝設(shè)計(Computer　AidedProcess　Planning，CAPP)等不可或缺的基礎(chǔ)載體。從可重用性角度講，產(chǎn)品三維模型也具有非常重要的作用，如在新產(chǎn)品開發(fā)中，若能首先檢索出已有相似產(chǎn)品的三維模型，則可由產(chǎn)品三維模型的相似性推斷其功能/結(jié)構(gòu)、加工工藝、工裝需求、數(shù)控編程和檢驗測量等不同設(shè)計制造環(huán)節(jié)的相似性，通過有效重用各環(huán)節(jié)的設(shè)計成果(修訂或變形設(shè)計)，快速開發(fā)出新的產(chǎn)品。另一方面，隨著企業(yè)數(shù)字化設(shè)計和制造進程的延續(xù)與發(fā)展，產(chǎn)品三維模型的數(shù)量也在不斷遞增，它們凝聚了企業(yè)的設(shè)計成果和智慧結(jié)晶，已成為企業(yè)核心競爭力的重要智力資源。基于內(nèi)容的三維CAD模型檢索技術(shù)為數(shù)字化設(shè)計制造成果的有效重用提供了一種全新的支持手段。

　　近年來，三維模型檢索研究正在向融合語義的方向發(fā)展，以更好地支持面向領(lǐng)域的重用，其基本思想是不僅考慮檢索對象形狀的相似性，還要考慮應(yīng)用領(lǐng)域語義上的相似性。在機械工程領(lǐng)域，許多研究將特征視為三維CAD模型基本的語義“特征”。Cicirello等提出利用加工特征之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，將三維CAD模型中識別出的制造特征組織成模型依賴圖(Model　Dependency　Graph，MDG)，以完成模型間的相似性比較;Ramesh等通過體分解方法識別零件三維模型的加工特征，通過加工特征類型、方向、數(shù)量等7個特征向量的比較，對模型進行相似性評價;Cardone等將三維模型相似性評價用于支持零件的加工成本估算，引入加工特征的走刀方向和進給方向等信息，以反映裝夾次數(shù)等與工時估算相關(guān)的制造語義，并將加工特征的屬性向量映射到高斯球上，以便于相似性的度量;Li等以設(shè)計特征模型為輸入，提出一種基于知識的三維CAD模型全局檢索方法，該方法以表征模型內(nèi)部設(shè)計特征及其依賴關(guān)系的特征依賴有向無環(huán)圖(Feature　Dependency　Directed　Acyclic　Graph，F(xiàn)DAG)為基本結(jié)構(gòu)，以D2形狀描述符為表征方法，以向量間的距離為相似性度量手段，完成模型間的匹配;Bai等提出一種面向設(shè)計重用的三維CAD模型可重用區(qū)域提取和表征方法，通過樹匹配算法實現(xiàn)由簡單查詢實例到完整可重用區(qū)域的局部檢索。但是總體來說，這些方法均沒有考慮尺寸、公差、加工精度等語義信息，還不能很好地支持產(chǎn)品制造階段的應(yīng)用。

　　目前，基于模型的定義(Model　Based　Definition，MBD)的概念和方法正在制造業(yè)得到日益關(guān)注和青睞，MBD通過直接在三維模型上標注或集成尺寸、公差、技術(shù)要求等信息，以三維模型作為產(chǎn)品設(shè)計、制造和檢測等信息表示的唯一載體[8]。MBD方法的應(yīng)用已成為CAD 技術(shù)發(fā)展的重要趨勢之一，其出現(xiàn)也為融合制造語義的三維CAD模型檢索提供了便利條件。因此，本文將以MBD表示的三維CAD模型作為信息輸入源，充分考慮可制造性、尺寸、公差、加工精度等語義信息在工藝設(shè)計階段對模型相似性的影響，提出一種融合制造語義的三維CAD模型檢索新方法。該方法首先將三維CAD模型轉(zhuǎn)化為以制造特征為基礎(chǔ)語義對象的結(jié)構(gòu)化表示的CAD模型;然后提取用于相似性比較的結(jié)構(gòu)化CAD模型的屬性信息，并將結(jié)構(gòu)化CAD模型所包含的特征看成一個被賦予屬性的點，節(jié)點的屬性表征了該特征的形狀和制造語義信息，這樣每個三維CAD模型可以用一組屬性節(jié)點表示，兩個模型之間的相似性就可以通過兩組節(jié)點間的相似性比較實現(xiàn);最后利用完全二分圖的最優(yōu)匹配算法實現(xiàn)兩組節(jié)點之間的相似性評價。

4、結(jié)束語

　　三維CAD模型中攜帶的制造語義信息在面向領(lǐng)域重用的三維CAD 模型檢索中占有重要的地位。本文提出了一種融合制造語義的三維CAD模型檢索方法，在三維CAD模型相似性評價過程中，首先將其轉(zhuǎn)化為以“制造特征”為基礎(chǔ)語義對象的結(jié)構(gòu)化CAD模型，在此基礎(chǔ)上進一步融合制造語義信息，構(gòu)建多屬性融合的制造特征相似性加權(quán)評價模型，通過計算兩個相比較結(jié)構(gòu)化CAD模型中各個制造特征的最優(yōu)匹配方案，計算兩個模型的相似度。實驗結(jié)果表明，本文算法能夠?qū)崿F(xiàn)融合制造語義的三維CAD模型相似性評價，對數(shù)字化制造成果的有效重用、快速工藝設(shè)計、新一代三維CAPP系統(tǒng)的研發(fā)等具有重要的科學(xué)意義。

　　下一步研究工作包括：①深入考慮工具、裝夾、生產(chǎn)類型等信息對制造工藝相似性的影響，進一步提高三維CAD模型檢索精度;②引入特征描述子索引機制，提高三維CAD模型的檢索效率。