[发明专利]基于模拟退火的三维模型典型结构挖掘与相似性评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械产品三维CAD模型的设计重用方法，特别是一种基于模拟退火的三维模型典型结构挖掘与相似性评价方法。

技术背景

随着产品数字化技术应用的不断深入，企业已积累的大量丰富的CAD设计成果为新产品的研制提供了宝贵的可重用设计资源。虽然产品在不断地更新换代，但全新的功能、结构和工艺设计只有约20%，其余80%的设计则可以通过直接重用或局部修改已有设计来完成，产品在功能、结构和工艺等方面具有很强的相似性和继承性。在企业的模型库中，设计人员往往根据不同的应用背景通过人工交互方式定义一些典型结构用于模型的设计重用。面对企业庞大的模型库，这种方法效率低下，受主观因素影响大，并且大量的典型结构往往隐含在外形完全不同的CAD模型中，设计人员很难发现。因此，如何从海量的产品模型中快速、有效地挖掘出需要的典型结构，并对其加以重用已成为产品开发各环节的一个迫切需求。

迄今为止，已有多种数字化设计重用方法在机械产品设计中得到广泛应用，如基于实例推理的设计、基于模块化的设计、基于检索的设计等，可有效提高产品设计效率和质量，引起众多科研人员的日益重视。基于实例推理的设计是通过访问知识库中过去同类问题的求解从而获得当前问题解决方法的一种推理模式。基于模块化的设计是对不同功能、性能和规格的产品进行划分并设计出一系列的功能模块，通过模块的选择和组合来构成不同的产品。基于检索的设计主要通过建立三维零件CAD模型库，设计一定的匹配算法，在模型库中寻找与设计需求相似度最高的已有零部件进行设计重用。

由于机械产品CAD模型包含较多几何及拓扑信息，基于实例推理和基于模块化的设计重用方法可靠性不高，同时由于在现代设计中三维CAD模型设计信息的复杂化，传统的基于检索的数字化设计重用方法不再适用，而启发式算法由于具有能够进行大量复杂信息快速准确处理的特点而在机械产品数字化设计领域有越来越多的应用。

总体来说，现有的数字化设计重用技术主要针对产品零部件级，产品研制中大量的设计重用则是在更细观的零部件内部特征和典型结构上，相似性判定以定性和文本属性匹配为主，且可重用设计信息的确定也非常依赖于人的经验和知识，产品数字化设计重用的粒度粗、精度差、智能化水平低。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于模拟退火的三维模型典型结构挖掘与相似性评价方法,其技术方案为：包括以下步骤：

步骤一：将STEP文件表达的三维CAD模型读入Open CASCADE为几何造型核心的三维CAD模型检索系统，提取模型面和边的B-Rep信息；

步骤二：根据模型B-Rep信息所反映的三维CAD模型的面节点和边的属性，构建三维CAD模型的属性邻接图；

步骤三：利用具有局部重用价值的典型结构和三维CAD模型属性邻接图之间顶点和边的映射关系建立关联图及其关联图矩阵；

步骤四：基于模拟退火算法检测关联图中的最大团，实现三维CAD模型的典型结构挖掘；

步骤五：根据典型结构挖掘结果，计算匹配典型结构相似度。

进一步地，步骤二中，对于CAD模型的属性邻接图，模型中的每个面f_i都有唯一的节点V_i与之相对应，模型中面的属性集合W_V包括面的类型、面的指向、面的相对面积；E为面之间的邻接关系，对于模型中任意两个面f_i和f_j，若两个面之间具有邻接关系，则有唯一的一条边E_ij与之对应，模型中边的属性集合W_E包括边的类型、邻接面之间的夹角、公共边的凹凸性。

进一步地，面的类型：将CAD模型的面分为平面类、圆柱面类、圆环面类、圆锥面类、球面类和自由曲面类；

面的指向：在几何内核中对CAD模型面的指向定义为面的方向和表面方向之间的关系；表面方向是从中心或轴向指向外，而面的方向是从模型实体指向外；当面和曲面的方向相同时，面的指向为true，不同时为false；

面的相对面积：在CAD模型中，某个面f_i的面积为S_i，其所有邻接面集合为F_A={f₁,f₂,…,f_k}，则该面的相对面积S_ei为：

边的类型：将CAD模型的边分为直线、圆形曲线、椭圆形曲线、双曲线、抛物线和其它曲线等。