基于加权概念格实现设备零件关键结构建模的方法及系统

摘要

本发明涉及一种基于加权概念格实现设备零件关键结构建模的方法及系统，其中方法包括对设备零件图案的功能表面进行预处理并编码构建工程图结构模型；在所述工程图结构模型中以功能表面为对象，功能表面间的关系为属性构建形式背景；利用功能表面组成的决策分类提取形式概念的重要度或聚合度；在工程图结构模型概念格内提取具有重要度或聚合度最大值的形式概念；根据提取的重要度或聚合度最大值的形式概念确定设备零件关键结构。采用该种方法及系统，提供了一种新的处理三维零件结构模型检索问题的高效方法，用加权形式概念发现、描述关键结构，减少了查找比较次数和条件，从而提高了检索效率，适用于大规模推广应用。

说明书

技术领域

本发明涉及图形检索技术领域，尤其涉及图形建模技术领域，具体是指一种基于加权概念格实现设备零件关键结构建模的方法及系统。

背景技术

设计重用可有效缩短设计周期，提高设计质量，从而实现快速响应设计与制造。如何使设计人员能够从海量的CAD模型中快速、准确地找到合适的可重用模型或局部区域，从而辅助他们利用这些资源高效地设计出满足要求的新产品已成为当前迫切需要解决的挑战性问题。目前，工程图纸检索主要是基于文本的检索，其充分利用了几何图元的属性和这些图元之间的空间关系。已有的基于关键形状特征的复杂二维机械零件图的检索方法，由于最小的几何图元和非高效的匹配算法，使得它很难处理大量的工程图纸。

工程图纸检索的关键是如何迅速、准确地完成相似度计算，而相似度计算与图纸特征的提取密切相关。基于图匹配的方法对零件图的检索，首先提取图形的结构和形状的特征，然后将图形匹配问题转换为图和子图同构问题。子图同构问题被证明是一个NP完全问题，NP完全问题指的是Non-deterministic Polynomial的问题，即多项式复杂程度的非确定性问题。现有的解决方案的算法的时间复杂度是相当高的，且算法的性能是不稳定的。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种基于加权概念格实现设备零件关键结构建模的方法及系统，利用加权概念发现和描绘关键结构，减少了查找比较次数和条件，提高了检索效率。

为了实现上述目的，本发明具有如下构成：

该基于加权概念格实现设备零件关键结构建模的方法，所述的方法包括以下步骤：

(1)对设备零件图案的功能表面进行预处理并编码构建工程图结构模型；

(2)在所述工程图结构模型中以功能表面为对象，功能表面间的关系为属性构建形式背景；

(3)利用功能表面组成的决策分类提取形式概念的重要度或聚合度；

(4)在工程图结构模型概念格内提取具有重要度或聚合度最大值的形式概念；

(5)根据提取的重要度或聚合度最大值的形式概念确定设备零件关键结构。

较佳地，所述功能表面的基本类型包括平面、圆柱面、圆锥面、球面和孔。

较佳地，所述功能表面间的关系的位置类型包括方位关系和领域关系，所述方位关系为功能表面依据方位矢量的空间方位关系，所述领域关系为以功能表面占据的空间区域间的关系。

更佳地，所述方位关系包括平行、同轴、垂直和偏斜。

更进一步地，所述方位关系为同轴或平行时，所述领域关系包括分离、相遇、重叠、共点之间和对中，所述方位关系为垂直或偏斜时，所述领域关系包括相交。

较佳地，所述提取形式概念的重要度，具体为依照如下公式计算形势概念的重要度：

其中，δ＝{1,2,..,r}表示有r个决策目标，POS_B()为POS_B(δ)为B在决策目标δ下的正域，D_j为决策目标，R_B()为是由条件属性B确定的不可区分关系。

较佳地，所述提取形式概念的聚合度，具体为依照如下公式计算形势概念的聚合度：

其中，i,j为具体属性标号，B为形式概念属性概念集合，sim()为属性相似度，b为属性，X为形式概念对象集合，U为数据空间对象集合。

较佳地，所述步骤(5)之后，还包括如下步骤：

(6)基于所述设备零件关键结构在工程图纸库中检索与设备零件匹配的图形。

较佳地，所述预处理，具体为：

将零件功能表面间的拓扑关系和定性空间关系分别用功能面邻接图和定性几何约束图来定义,借鉴化学数据库中化合物的线性符号表示法，构造零件的结构编码方法。

本发明还涉及一种用以上述的方法的基于加权概念格实现设备零件关键结构建模的系统，所述系统包括：

工程图结构模型构建模块，用以对设备零件图案的功能表面进行预处理并编码构建工程图结构模型；

形式背景构建模块，用以在所述工程图结构模型中以功能表面为对象，功能表面间的关系为属性构建形式背景；

形式概念参数计算模块，用以利用功能表面组成的决策分类提取形式概念的重要度或聚合度；

形式概念提取模块，用以在工程图结构模型概念格内提取具有重要度或聚合度最大值的形式概念；

关键结构建模模块，用以根据提取的重要度或聚合度最大值的形式概念确定设备零件关键结构。

采用了该发明中的基于加权概念格实现设备零件关键结构建模的方法及系统，提供了一种新的处理三维零件结构模型检索问题的高效方法，利用粗糙集理论设计计算概念权值确定功能面和位置关系的重要形式概念，进而用加权形式概念发现、描述关键结构，由于减少了查找比较次数和条件，从而提高了检索效率，适用于大规模推广应用。

附图说明

图1为本发明的基于加权概念格实现设备零件关键结构建模的方法的流程图。

图2为本发明的基于加权概念格实现设备零件关键结构建模的系统的结构示意图。

图3～图10为本发明的二元领域关系的示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

针对现有技术中随着三维CAD模型检索库规模的增大，现有的三维模型检索方法都会存在检索效率低下的技术问题，本发明提供了一种新的处理三维零件结构模型检索问题的高效方法。具体为直接从三维模型中提取表征模型本质属性的特征信息，并由此建立索引，通过相似比较确定查询结果，从而帮助用户快速地找到需要的模型。首先在三维零件工程图结构码的基础上，根据其构成的特点(功能面和位置关系)将零件结构模型转换为决策形式背景，给出其基于概念格的表示方法，并利用粗糙集理论设计计算概念权值确定功能面和位置关系的重要形式概念；进而用加权形式概念发现、描述关键结构。

如图1所示，本发明的基于加权概念格实现设备零件关键结构建模的方法包括如下步骤：

S1：对设备零件图案功能表面进行预处理并进行编码构建工程图结构模型(功能元依赖)；

所述预处理，具体为：

将零件功能表面间的拓扑关系和定性空间关系分别用功能面邻接图和定性几何约束图来定义,借鉴化学数据库中化合物的线性符号表示法，构造零件的结构编码方法。

S2：在工程图结构模型中以功能表面为对象，功能表面间的关系为属性构建形式背景；

S3：利用功能表面组形成的决策分类提取形式概念的重要度或聚合度；

S4：在工程图结构模型概念格内提取具有重要度或聚合度最大值的形式概念；

S5：根据重要度或聚合度最大值的形式概念确定设备零件关键结构。

其中，功能表面的基本类型包括平面、圆柱面、圆锥面、球面和孔。功能表面视图中大写字母P、C、H和S分别表示平面、圆柱面、孔和槽，小写字母w、k、h和r分别表示螺纹联接、平键联接、半回转面和环结构。因此，基于工程图既可以得到功能表面的类型。

功能表面间的位置关系则包括方位关系和领域关系：方位关系通过方位矢量的空间方位关系来定义，有平行(∥)、同轴(⊙)、垂直(⊥)和偏斜(∠)；领域关系指功能表面占据的空间区域间的关系，领域关系的种类与方位关系类型有关，二元领域关系如下表所示：

表1二元领域关系表

本发明通过将零件工程图的功能表面进行标记，再根据判断拓扑相连功能表面的几何条件、功能表面间位置关系的确定方法以及分布关系的定义，可以得到零件工程图结构模型。

以功能表面为对象，功能表面间的关系为属性的形式概念关于功能表面组决策的重要度或聚合度，按以下公式计算：

重要度计算公式：

计算得到的重要度值满足：0≤η_(X,B)(δ)≤1；

其中，δ＝{1,2,..,r}表示有r个决策目标，POS_B()为POS_B(δ)为B在决策目标δ下的正域，D_j为决策目标，R_B()为是由条件属性B确定的不可区分关系。

聚合度计算公式：

其中，i,j为具体属性标号，B为形式概念属性概念集合，sim()为属性相似度，b为属性，X为形式概念对象集合，U为数据空间对象集合。

在确定了设备零件的关键结构之后，即可以基于所述设备零件关键结构在工程图纸库中检索与设备零件匹配的图形。

采用了该发明中的基于加权概念格实现设备零件关键结构建模的方法及系统，提供了一种新的处理三维零件结构模型检索问题的高效方法，利用粗糙集理论设计计算概念权值确定功能面和位置关系的重要形式概念，进而用加权形式概念发现、描述关键结构，由于减少了查找比较次数和条件，从而提高了检索效率，适用于大规模推广应用。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。