面向工艺重用及融合制造语义的三维CAD模型检索方法研究

The 3D models-based digital design and manufacturing has become the mainstream in discrete products manufacturing industries. On the other hand, the technology of contend-based 3D models retrieval provides a novel way of sharing and re-using the achievements acquired in the 3D digital and manufacturing course. However, the existing 3D models retrieval technologies are mainly design-oriented. They pay more attentions on geometric similarity assessments and are therefore difficult to support downstream product manufacturing process. This project proposed a research on manufacturing process reuse oriented 3D CAD models retrieval by merging manufacturing semantics. The aim of this research is to extend the development space for the 3D models retrieval technologies. By introducing the manufacturing semantics highly related to machining process, this research is being to explore the associated mechanisms and evaluation approaches between the geometric similarities of a 3D CAD model and its corresponding machining process similarities, to study the merging principles, extracting methods and integrated modeling technologies for machining semantics and 3D geometries, optimized similarity evaluation modeling technologies for multi-granularity 3D CAD model retrievals by merging manufacturing semantics, principle and methods of NC program reuse based on the 3D CAD model semantic retrieval results. It is desirable that this research can provide a novel approach of precise, intelligent and visual discovery and application for reusable manufacturing process information under digital manufacturing environment.

基于三维模型的产品设计与制造已成为离散制造业的主流模式，三维模型检索则为数字化设计与制造成果的共享和重用提供了新的信息检索手段。但目前的三维CAD模型检索技术主要面向设计阶段，更多关注几何相似性比较，难以支持下游的制造过程。本项目提出面向工艺重用及融合制造语义的三维CAD模型检索方法研究，旨在进一步丰富和拓展三维模型检索技术的科学内涵与发展空间，引入与工艺重用密切相关的制造语义，揭示三维CAD模型相似性与制造工艺相似性之间的关联机理和评价机制，研究制造语义的定义/提取及其与零件三维几何的融合原理和建模技术、融合制造语义的三维CAD模型多粒度相似性优化评价模型、基于三维CAD模型语义检索的数控工艺重用原理和方法等，为数字化制造环境下可重用工艺信息的发现和应用提供精细、可视、智能的新方法。

基于三维模型的产品设计与制造已成为离散制造业的主流模式，三维模型检索则为数字化设计与制造成果的共享和重用提供了新的技术手段。本项目系统研究了面向工艺重用及融合制造语义的三维CAD模型检索原理和方法，与传统的工艺重用方法相比，本项目的重要特色之一是在零件三维几何精细化比较的基础上进一步融入制造语义，开展待制零件与已制零件的特征/局部结构/整体等多粒度相似性检测和评价，准确发现具有潜在工艺重用特性的零件特征或局部结构，并对其关联的数控工艺通过数据挖掘和解析以实现快速重用。. 本项目已按计划完成全部研究内容。首先研究了制造语义的内涵、定义及其与三维CAD模型的关联原理；提出了一种可制造性驱动的加工特征识别方法，通过启发式规则并融合制造语义对加工面进行可达性分析和聚类，具有对复杂相交制造特征的鲁棒识别能力；基于制造特征之间的交互作用提取其耦合关系，将三维CAD模型表征为特征/耦合制造特征簇/零件整体的结构化表达形式；以工艺重用为目标，设计了包含多层次几何-工艺信息的特征描述子，构建了融合制造语义的三维CAD模型特征/局部结构多粒度相似性评价模型；然后，对所关联的数控工艺实例进行数据挖掘与解析，引入以制造特征为核心的参数化驱动模型，构建了多种类型的数控工艺继承机制，可实现相似局部结构的数控工艺自动重用；最后，对多源相似可重用数控工艺进行融合优化，生成零件的整体最优数控工艺方案。项目研究共发表学术论文15篇，其中被SCI索引7篇，EI索引6篇（同时被SCI与EI索引的不计）；开发出一个面向数控工艺重用的三维CAD模型检索原型软件系统；获国家发明专利1项，申请国家发明专利1项，获国家软件著作权1项；共培养研究生9人，其中博士4人，硕士3人，在读博士生/硕士生各1人。. 本项目提出的原理和方法，对数字化设计制造成果的有效重用、快速工艺设计和数控编程、模型和数据驱动的工艺知识发现等均具有重要的科学意义和广阔的应用前景。