基于层次结构的三维CAD模型相似性评估与重用研究

发布时间：2020-02-19 01:07

【摘要】：随着制造业向数字化、智能化“智造”的转型升级,三维模型已成为产品设计、制造和分析的核心。通过重用已有的模型,可有效降低设计成本,加速产品再创新提高企业竞争力。当前,三维模型的大量积累,对产品数据管理与重用模式提出了更高的要求。基于内容的三维模型相似性评估已成为智能设计和产品数据管理与重用的关键技术。面向不同的应用,三维模型的内容具有相应的特点。STEP作为产品数据交换的中性格式,其包含的丰富几何和拓扑特征,是多平台模型分享、跨应用数据重用中的难点与核心内容。其中复杂实体模型、曲率变化丰富多样的自由曲面或组合曲面模型,以及具有复杂运动副和功能的装配模型的聚类检索、相似性评估和高效重用机制,是近年来数字化智能设计中有待深入研究的热点问题。为支持设计重用、提高模型匹配效率和相似度评价准确性,本文系统地研究了三维模型分层次、多分辨率表达的理论基础,提出了面向重用的层次结构、相似性比较算法和应用方案。对于实体模型,通过提取相邻面的拓扑关系进行几何推理建立了表达特征包含关系的层次结构;对于曲率均匀变化的自由曲面,通过进行曲面层次划分,并定义描述其相邻关系的定性和定量指标,对弯曲程度进行由粗到精的形态描述;对于曲率突变的组合曲面模型,通过描述特征的形态关系建立层次结构;对于装配模型,提出了约束自由度合并的低副求解算法,集成了配置空间的高副映射方法,对包含装配树层次结构的装配体进行功能映射,并提出以功能等效为前提进行几何替换的装配重用策略。基于模型的层次结构,提出了集成几何与拓扑的相似性评估方法,对模型进行由粗到精的层次匹配,并结合特征的属性进行相似度加权计算。模型检索结果表明,基于多分辨率层次结构方法提升了相似性比较的准确性,且层次结构匹配的结果可以是模型的整体或局部特征,适用于三维模型的整体或局部设计重用。基于提出的相似性比较方法,本文利用Python语言、PythonOCC内核和PythonXY科学计算包开发了层次结构可视化工具以及模型检索原型系统,利用C++语言、NXopen API和Sikuli API实现了基于相似性比较的设计重用原型系统和基于图像匹配的自动化测试,通过其在复杂汽车内饰件注塑模具设计中的应用,提高了设计资源的重用效率并缩短了模具设计的周期,验证了本文提出方法的可行性与实用性。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG95

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本文编号：2580868