专利名称：基于产品的几何本体的特征制造行为序列构建方法
技术领域：
本发明涉及一种特征制造行为序列构建技术，尤指一种基于产品的几何本体的特征制造行为序列构建方法。
背景技术：
产品模型数据是指为在覆盖产品整个生命周期中的应用而全面定义的产品所有数据元素的集合，它包括为进行设计、分析、制造、测试、检验和产品支持而全面定义的零部件或构件所需的几何、拓扑、公差、关系、属性和性能等数据，另外，还可能包含一些和处理有关的数据。产品模型对于下达生产任务、直接质量控制、测试和进行产品支持功能可以提供全面的信息。早期多采用CAD构建产品模型，但是，随着特征识别技术的发展，已经逐步由CAD产品模型转化为基于特征识别的产品模型，而在众多特征识别方法中，基于属性邻接图的特征识别方法是最常用的方法，早在21世纪初，就有研究者将边之间的关系作为图的构成元素，实现了以有向图为基础的特征识别方法，之后又有研究者在其基础上进一步的引入了边的凸凹性的判定，指出了合理的数据结构和建模方法能够提高整个系统的性能。但在基于有向边形成的属性邻接图中，相当数量的组合特征并不能被明确的识别，并且仅对于轴类零件有较好的识别效果，同时，由于没有一个规范的数据结构作为支撑，特征识别结果的表达也相对无序。而且，目前对特征识别的研究一般都以特征的静态提取为主，形成可加工的序列不够准确。因此，如何提出一种有序且准确的基于产品的几何本体的特征制造行为序列构建·方法，便成为目前业界急待克服的课题。
发明内容
鉴于上述现有技术的缺点，本发明目的在于提供一种有序且准确的基于产品的几何本体的特征制造行为序列构建方法。为达到上述目的，本发明所提供的基于产品的几何本体的特征制造行为序列构建方法包括1)分析产品的加工面无向邻接图(Manufacturing Face Adjacency Graph,MFAG图)，逐个提取产品的至少一个子特征，以形成制造行为的静态特征模型；以及2)逐个分析产品的每个加工进刀方向，对静态特征模型中的子特征进行归纳优化，形成可供分析的几何本体的过程序列模型，直至每个加工进刀方向均分析完毕，即由各该加工进刀方向配合其对应的过程序列模型确定为特征制造行为序列，并结束该构建方法。其中，该子特征包括待加工的MFAG图以及对应该待加工的MFAG图的加工基准面，而待加工的MFAG图是通过将产品加工前的MFAG图与几何本体的MFAG图进行布尔相减运算而得到的MFAG图；加工基准面是通过将待加工的MFAG图与产品加工前的MFAG图进行布尔相交运算而得到的几何面。
此外，该加工进刀方向的数量是6个，分别是X轴正向、X轴负向、Y轴正向、Y轴负向、Z轴正向以及Z轴负向。更详而言之，上述步骤2)进一步包括2-1)定义产品加工前的MFAG图为源图，并予以记录；2-2)自6个加工进刀方向中选择一个加工进刀方向，并予以记录；2-3)检查该加工进刀方向，搜索对应该加工进刀方向的几何面上是否存在加工基准面，若是，则通过布尔和运算，将该源图与具有该加工基准面的其中一个子特征的MFAG图合并，生成新的MFAG图，以作为源图，并依次记录该子特征的MFAG图以及所形成的该源图，且进至步骤2-4)，若否，则进至步骤2-6) ；2-4)沿该加工进刀方向继续搜索，判断是否有另一个子特征的加工基准面存在对应该加工进刀方向的几何面上，若是，则进至步骤2-5)，若否，则由所记录的该加工进刀方向、以及依次记录的经合并处理的子特征的MFAG图与所形成的源图确定为过程序列模型，并进至步骤2-6) ；2-5)通过布尔和运算，将该源图与该子特征的MFAG图合并，生成新的MFAG图，以作为源图，并依次记录该子特征的MFAG图以及所形成的该源图，且返回至步骤2-4) ；2-6)判断是否还存在未记录的加工进刀方向，若是，则自未记录的加工进刀方向中，选择下一个加工进刀方向，并返回至步骤2-3)，若否，则进至步骤2-7);以及·2-7)由依次确定的各该过程序列模型构建为特征制造行为序列，并结束该构建方法。以下结合上述技术方案，说明本发明的有益技术效果。相比于现有技术，本发明主要是通过分析产品的加工面无向邻接图，逐个提取产品的至少一个子特征，以形成制造行为的静态特征模型，然后，以无向图的布尔运算和本体建模理论作为基础，分析产品的每个加工进刀方向，对静态特征模型中的子特征进行归纳优化，形成可供分析的几何本体的过程序列模型，直至每个加工进刀方向均分析完毕，即由各该加工进刀方向配合其对应的过程序列模型确定为可指导产品加工的特征制造行为序列，本发明通过构建静态特征模型与过程序列模型这种动静结合的方式，以有序而准确地界定产品的特征制造行为序列。
图I为本发明的基于产品的几何本体的特征制造行为序列构建方法的操作流程示意图。图2为一实施例的几何本体应用本发明的基于产品的几何本体的特征制造行为序列构建方法所确定的制造行为的静态特征模型的示意图。图3为图I的步骤S20的一实施例的具体操作流程示意图。图4为另一实施例的几何本体应用本发明的基于产品的几何本体的特征制造行为序列构建方法所提取的子特征的MFAG图。图5为图4中的几何本体应用本发明的基于产品的几何本体的特征制造行为序列构建方法所构建的特征制造行为序列示意图。
图6为加工进刀方向为X轴正向时的源图。
图7为加工进刀方向为Z轴负向时的源图。
图8为加工进刀方向为Z轴正向时的源图。
图9为过程序列模型P1、P2、P3构建的特征制造行为序列图。主要元件符号说明A、B1 B8、C源图
Fl F9子特征I 子特征9的MFAG图Ml M14几何面P1、P2、P3过程序列模型SlO S20、S200 S209 步骤
具体实施例方式以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，所属领域的普通技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明亦可通过其他不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本 发明的精神下进行各种修饰与变更。请参阅图1，其为显示本发明的基于产品的几何本体的特征制造行为序列构建方法的操作流程示意图。以下即配合图2至5详细说明本发明的基于产品的几何本体的特征制造行为序列构建方法的具体操作步骤。如图I所示，首先执行步骤S10,分析产品的加工面无向邻接图(ManufacturingFace Adjacency Graph, MFAG图)，逐个提取产品的至少一个子特征，以形成制造行为的静态特征模型，其中，该子特征包括待加工的MFAG图以及对应该待加工的MFAG图的加工基准面。而该待加工的MFAG图是通过将产品加工前的MFAG图与加工后的MFAG图(即如图2所示的几何本体)进行布尔相减运算而得到的MFAG图；该加工基准面是通过将待加工的MFAG图与产品加工前的MFAG图进行布尔相交运算而得到的几何面。如图3所示，通过将图3中的几何本体的MFAG图(即产品加工后的MFAG图)与产品加工前的MFAG图(即长方体，未图示)进行布尔相减运算，即可得到2个子特征，分别是子特征I与子特征2，子特征I是包括由面集合{M7，M8，M9}构成的待加工的MFAG图以及加工基准面M6和MlO，子特征2包括由面集合{M11，M12，M13，M14}构成的待加工的MFAG图以及加工基准面M10，如此即得到了制造行为的静态特征模型。接着，进行步骤S20。在步骤S20中，逐个分析产品的每个加工进刀方向，对静态特征模型中的子特征进行归纳优化，形成可供分析的几何本体的过程序列模型，直至每个加工进刀方向均分析完毕，即由各该加工进刀方向配合其对应的过程序列模型确定为特征制造行为序列。更详而言之，该加工进刀方向的数量是6个，分别是X轴正向、X轴负向、Y轴正向、Y轴负向、Z轴正向、Z轴负向。具体而言，如图3所示，对静态特征模型中的子特征进行归纳优化的步骤如下首先执行步骤S200，定义产品加工前的MFAG图(如图5所示的A)为源图，并予以记录。接着，进行步骤S201。在步骤S201中，自6个加工进刀方向中选择一个加工进刀方向，并予以记录。接着，进行步骤S202。在步骤S202中，检查该加工进刀方向，搜索对应该加工进刀方向的几何面上是否存在加工基准面，若是，则进至步骤S203，若否，则进至步骤S207。在步骤S203中，通过布尔和运算，将该源图与具有该加工基准面的其中一个子特征的MFAG图合并，生成新的MFAG图，以作为源图，并依次记录该子特征的MFAG图以及所形成的该源图。接着，进行步骤S204。
在步骤S204中，沿该加工进刀方向继续搜索，判断是否有另一个子特征的加工基准面存在对应该加工进刀方向的几何面上，若是，则进至步骤S205，若否，则进至步骤S206。在步骤S205中，通过布尔和运算，将该源图与该子特征的MFAG图合并，生成新的MFAG图，以作为源图，并依次记录该子特征的MFAG图以及所形成的该源图，接着，返回至步骤 S204。在步骤S206中，由所记录的该加工进刀方向、以及依次记录的经合并处理的子特征的MFAG图与所形成的源图确定为过程序列模型。接着，进行步骤S207。在步骤S207中，判断是否还存在未记录的加工进刀方向，若是，则进至步骤S208，若否，则进至步骤S209。在步骤S208中，自未记录的加工进刀方向中，选择下一个加工进刀方向，接着,返回至步骤S202。 在步骤S209中，由依次确定的各该过程序列模型构建为特征制造行为序列，并结束该特征制造行为序列构建过程。为更详尽了解应用本发明的基于产品的几何本体的特征制造行为序列构建方法如何实现特征制造行为序列的构建，以下以图4所示的(a)中的产品的几何本体为例并配合图I、图3以及图5进行说明。首先执行上述步骤S10，即可从图4所示的几何本体中提取9个子特征的MFAG图(如图4中的(b)所示的Fl F9)，而且子特征I的基准加工面是MO (即对应X轴正向的几何面)、子特征2至子特征5的基准加工面是Ml (即对应Z轴负向的几何面)、子特征6的基准加工面是以源图B5(容后详述)为本体的对应Z轴负向的几何面、子特征7的基准加工面是以源图B6(容后详述)为本体的对应Z轴负向的几何面、子特征8的基准加工面是以源图B7 (容后详述)为本体的对应Z轴负向的几何面、子特征9的基准加工面是M3 (即对应Z轴正向的几何面)，接着执行上述步骤S200，定义产品加工前的MFAG图为源图A，之后执行步骤S201，在本实施例中，选择X轴正向作为第一个加工进刀方向(但不以此为限，在其他实施例中，也可选择其他5个未记录的加工进刀方向中的任一个)，然后执行步骤S202，检查该X轴正向，搜索到对应该X轴正向的几何面MO上存在加工基准面，接着，执行步骤S203，通过布尔运算，将源图A与具有该加工基准面的子特征I的MFAG图Fl合并，生成新的MFAG图，以作为源图BI，并依次记录该子特征I的MFAG图Fl以及所形成的源图BI，接着，执行步骤S204，沿X轴正向继续搜索，未发现有另一个子特征的加工基准面在几何面MO上，则执行步骤S206，由所记录的该加工进刀方向(X轴正向)、以及依次记录的经合并处理的子特征的MFAG图与所形成的源图(如图6所示)确定为过程序列模型P1。之后，由步骤S207判断还存在未记录的加工进刀方向，分别是X轴负向、Y轴正向、Y轴负向、Z轴正向以及Z轴负向，则进至步骤S208，自未记录的加工进刀方向中，选择下一个加工进刀方向，在本实施例中，选择X轴负向(但不以此为限，在其他实施例中，也可选择其他4个未记录的加工进刀方向中的任一个)，然后返回步骤S202，经检查对应X轴负向不存在加工基准面，则进至步骤S207，判断还存在未记录的加工进刀方向，分别是Y轴正向、Y轴负向、Z轴正向以及Z轴负向，之后，进至步骤S208，自未记录的加工进刀方向中，选择下一个加工进刀方向，在本实施例中，选择Y轴正向(但不以此为限，在其他实施例中，也可选择其他3个未记录的加工进刀方向中的任一个)，接着重复上述步骤，判断对应Y轴正向不存在加工基准面且还存在未记录的加工进刀方向，分别是Y轴负向、Z轴正向以及Z轴负向，之后，进至步骤S208，自未记录的加工进刀方向中，选择下一个加工进刀方向，在本实施例中，选择Y轴负向(但不以此为限，在其他实施例中，也可选择其他2个未记录的加工进刀方向中的任一个)，之后重复上述步骤，判断对应Y轴负向不存在加工基准面且还存在未记录的加工进刀方向，分别是Z轴正向以及Z轴负向，接着，进至步骤S208。在步骤S208中，自未记录的加工进刀方向中，选择下一个加工进刀方向，在本实施例中，选择Z轴负向(但不以此为限，在其他实施例中，也可选择Z轴正向)，然后返回步骤S202，经检查对应Z轴负向的几何面Ml上存在加工基准面，则进至步骤S203，通过布尔运算，将源图BI与具有该加工基准面的子特征2的MFAG图F2合并，生成新的MFAG图，以作为源图B2，并依次记录该子特征2的MFAG图F2以及所形成的源图B2，接着，执行步骤S204,沿Z轴负向继续搜索，判断有另一个子特征3的加工基准面存在对应该Z轴负向的几何面Ml上，接着，进至步骤S205，通过布尔和运算，将该源图B2与该子特征3的MFAG图F3 合并，生成新的MFAG图，以作为源图B3，并依次记录该子特征3的MFAG图F3以及所形成的该源图B3，接着，返回至步骤S204，沿Z轴负向继续搜索，重复上述步骤，可先后搜索出仍有子特征4至8的加工基准面存在对应该Z轴负向的几何面上，则重复上述步骤，可依次记录子特征4至8的MFAG图以及所形成的源图，分别是(F4-B4)、(F5-B5)、(F6-B6)、(F7-B7)以及(F8-B8)，此时，已进至步骤S204，沿Z轴负向继续搜索，未发现除了子特征2至8以外的另一个子特征的基准面存在对应Z轴负向的几何面上，则进至步骤S206，由所记录的该加工进刀方向(Z轴负向)、以及依次记录的经合并处理的子特征的MFAG图与所形成的源图(如图7所示)确定为过程序列模型P2。之后，由步骤S207判断还存在未记录的加工进刀方向，即Z轴正向，则进至步骤S208，自未记录的加工进刀方向(Z轴正向)中，选择下一个加工进刀方向，在本实施例中，只能选择Z轴正向，然后返回步骤S202，检查该Z轴正向，搜索到对应该Z轴正向的几何面M3上存在加工基准面，接着，执行步骤S203，通过布尔运算，将源图B8与具有该加工基准面的子特征9的MFAG图F9合并，生成新的MFAG图，以作为源图C，并依次记录该子特征9的MFAG图F9以及所形成的源图C，接着，执行步骤S204，沿Z轴正向继续搜索，未发现有另一个子特征的加工基准面在几何面M3上，则执行步骤S206，由所记录的该加工进刀方向(Z轴正向)、以及依次记录的经合并处理的子特征的MFAG图与所形成的源图(如图8所示)确定为过程序列模型P3，在本实施例中，源图C即为最终的几何本体的MFAG图。之后，由步骤S207判断不存在未记录的加工进刀方向，则进至步骤S209，即由依次确定的各该过程序列模型P1、P2、P3构建为特征制造行为序列(如图9所示)，对应图5所示的结构示意图。综上所述，本发明主要从定义完整的产品几何本体概念入手，通过分析产品的加工面无向邻接图，建立了产品的几何本体的静态特征模型，然后逐个分析产品的每个加工进刀方向，对静态特征模型中的子特征进行归纳优化，形成可供分析的几何本体的过程序列模型，并最终形成了可指导产品加工的特征制造行为序列。应用本发明，不单单局限于产品的特征的静态提取(即静态特征模型)，还配合加工进刀方向分析各个子特征，以形成动态制造行为(即过程序列模型)，如此，动静结合即可有序而准确地界定产品的特征制造行为序列。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何所属技术领域的普通技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述 实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如所附的权利要求书的范围所列。
权利要求
1.一种基于产品的几何本体的特征制造行为序列构建方法，其特征在于，所述构建方法包括 1)分析产品的加工面无向邻接图(ManufacturingFace Adjacency Graph,MFAG图)，逐个提取产品的至少一个子特征，以形成制造行为的静态特征模型；以及 2)逐个分析产品的每个加工进刀方向，对静态特征模型中的子特征进行归纳优化，形成可供分析的几何本体的过程序列模型，直至每个加工进刀方向均分析完毕，即由各该加工进刀方向配合其对应的过程序列模型确定为特征制造行为序列，并结束该构建方法。
2.根据权利要求I所述的基于产品的几何本体的特征制造行为序列构建方法，其特征在于，所述子特征包括待加工的MFAG图以及对应所述待加工的MFAG图的加工基准面。
3.根据权利要求2所述的基于产品的几何本体的特征制造行为序列构建方法，其特征在于，所述待加工的MFAG图是通过将产品加工前的MFAG图与几何本体的MFAG图进行布尔相减运算而得到的MFAG图。
4.根据权利要求2所述的基于产品的几何本体的特征制造行为序列构建方法，其特征在于，所述加工基准面是通过将待加工的MFAG图与产品加工前的MFAG图进行布尔相交运算而得到的几何面。
5.根据权利要求I所述的基于产品的几何本体的特征制造行为序列构建方法，其特征在于，所述加工进刀方向的数量是6个，分别是X轴正向、X轴负向、Y轴正向、Y轴负向、Z轴正向以及Z轴负向。
6.根据权利要求5所述的基于产品的几何本体的特征制造行为序列构建方法，其特征在于，所述步骤2)进一步包括 2-1)定义产品加工前的MFAG图为源图，并予以记录； 2-2)自6个加工进刀方向中选择一个加工进刀方向，并予以记录； 2-3)检查该加工进刀方向，搜索对应该加工进刀方向的几何面上是否存在加工基准面，若是，则通过布尔和运算，将所述源图与具有该加工基准面的其中一个子特征的MFAG图合并，生成新的MFAG图，以作为源图，并依次记录该子特征的MFAG图以及所形成的该源图，且进至步骤2-4)，若否，则进至步骤2-6)； 2-4)沿该加工进刀方向继续搜索，判断是否有另一个子特征的加工基准面存在对应该加工进刀方向的几何面上，若是，则进至步骤2-5)，若否，则由所记录的该加工进刀方向、以及依次记录的经合并处理的子特征的MFAG图与所形成的源图确定为过程序列模型，并进至步骤2-6)； 2-5)通过布尔和运算，将所述源图与该子特征的MFAG图合并，生成新的MFAG图，以作为源图，并依次记录该子特征的MFAG图以及所形成的该源图，且返回至步骤2-4)； 2-6)判断是否还存在未记录的加工进刀方向，若是，则自未记录的加工进刀方向中，选择下一个加工进刀方向，并返回至步骤2-3)，若否，则进至步骤2-7);以及 2-7)由依次确定的各该过程序列模型构建为特征制造行为序列，并结束该构建方法。
全文摘要
本发明涉及一种基于产品的几何本体的特征制造行为序列构建方法，主要是通过分析产品的加工面无向邻接图，逐个提取产品的至少一个子特征，以形成制造行为的静态特征模型，然后，以无向图的布尔运算和本体建模理论作为基础，分析产品的每个加工进刀方向，对静态特征模型中的子特征进行归纳优化，形成可供分析的几何本体的过程序列模型，直至每个加工进刀方向均分析完毕，即由各该加工进刀方向配合其对应的过程序列模型确定为可指导产品加工的特征制造行为序列。
文档编号G06F17/50GK102915384SQ20111022061
公开日2013年2月6日 申请日期2011年8月3日 优先权日2011年8月3日
发明者郝泳涛, 楼狄明, 李旸 申请人:同济大学