CN102087679A - 一种基于构件技术的产品建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明的涉及一种基于构件技术的产品建模方法，包括以下步骤：S1.产品的层次化分解：按功能模块将产品分解为部件和/或零件的层次化结构；S2.抽象出部件和/或零件的属性信息：从几何属性和非几何属性角度对部件和/或零件进行属性分解；S3.采用相似性原理对产品中的部件和/或零件进行归类；S4.构件定义：根据步骤S3的分类结果，抽象出共性信息，分别从零、部件层进行构件定义；S5.建立构件数据库并将定义的构件导入数据库；S6.构件调用和实例化。本发明的有益效果：根据相似性理论，对现有产品模型中零、部件的相似度进行计算和归类，避免了构件的重复定义，减少了构件定义的类型和数据量。

Description

一种基于构件技术的产品建模方法

技术领域

本发明涉及产品设计技术领域，特别涉及一种基于构件技术的产品建模方法。

背景技术

计算机技术的飞速发展为产品建模领域带来了新的契机，各种现代建模方法层出不穷，新技术的引入大大提高了产品的建模效率。产品设计是一个不断创新的过程，基于计算机的智能化建模技术通过模拟人脑的创造性思维过程，能够不断积累设计经验，自动获取新知识，以建模向导和建模评价的方式参与到新产品的设计中。研究现代建模方法的目的是为了缩短产品的研发时间，充分利用已有资源，降低成本，提高企业市场竞争力。与计算机集成制造、敏捷制造等面向产品整个生产阶段的技术不同，构件技术将着眼点放在产品的建模领域，旨在解决复杂产品设计周期长等问题。

目前针对复杂产品的快速建模研究主要集中在KBE(Knowledge Based Engineering)技术、模块化技术、参数化技术以及设计重用技术等方面，KBE快速建模方法很难满足大型复杂类产品整体设计和后期改进、优化等的需求，模块化设计侧重于对设计实例的重用，提供的设计知识相对较少，且较难适应特征多变的产品设计。因此，如何解决利用好已有的设计经验、规则等知识，来适应复杂多变的产品建模已成为当前产品设计中亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决如何利用好已有的设计知识进行产品的快速建模这一问题，提出了一种基于构件技术的产品建模方法，

为了实现本发明的目的，使用了如下方案：一种基于构件技术的产品建模方法，包括以下步骤：

S1.产品的层次化分解：按功能模块将产品分解为部件和/或零件的层次化结构；

S2.抽象出部件和/或零件的属性信息：从几何属性和非几何属性角度对部件和/或零件进行属性分解；

S3.采用相似性原理对产品中的部件和/或零件进行归类：通过计算部件和/或零件间的相似度来对零件进行分类；

S4.构件定义：根据步骤S3的分类结果，抽象出共性信息，分别从零、部件层进行构件定义；

S5.建立构件数据库并将定义的构件导入数据库；

S6.构件调用和实例化：输入设计条件，与构件数据库中的构件进行匹配、参数驱动获得设计模型。

上述步骤S1中包含了如下步骤：

S11.按照功能模块将产品分解为第一层次的部件和/或零件；

S12.然后对第一层次的部件进行分解得到第二层次的部件和/或零件。

S13.然后对第二层次的部件进行分解得到第三层次的部件和/或零件。

S14.不断进行分解直至所有部件被分解为零件，得到构成产品的层次化结构。

上述步骤S2中包含了下列步骤：

S21.对步骤S1层次化结构后的产品中的零件进行编号；

S22.对客车车体层次化结构中的每个零件的几何属性和非几何属性的设计信息进行提取；

S23.抽取出部件的属性。

上述步骤S22中包含了下列步骤：

S221.提取零件的几何特征；

S222.提取零件的几何特征所包含的特征参数；

S223.提取零件的几何属性之间的关联度；

S224.提取零件的非几何属性中公式属性；

S225.提取零件的非几何属性中的规则属性；

S226.提取零件的文档属性；

S227.提取零件的材料属性；

S228.提取零件的颜色属性；

S229.综合步骤S221、S222和S223得到零件的几何属性，再综合步骤S224、S225、S226、S227和S228可得零件的非几何属性，组合几何属性和非几何属性，可得零件的属性。

上述步骤S23中包含了下列步骤：

S231.部件中的零件几何属性组合的抽取；

S232.部件中的零件间几何特征的关联度D抽取；

S233.综合步骤S231和S232得部件的几何属性；

S234.抽象出部件设计中的公式属性；

S235.抽象出部件设计中的规则属性；

S236.抽象出部件设计中的文档属性；

S237.综合步骤S234、S235和S236得部件的非几何属性，再综合步骤S233步骤中的几何属性，获得部件的属性信息。

上述步骤S3中包含了下列步骤：

S31.引入相似性原理对产品层次化结构中的零件两两之间进行相似性计算；

S32.根据S31中的相似值的计算结果，对产品层次化结构中的零件进行分类；

S33.采用相似性原理对产品层次化结构中的部件两两之间进行相似性计算；

S34.根据S33中的相似值的计算结果，对产品层次化结构中的部件进行分类。

上述步骤S4中包含了下列步骤：

S41.零件级构件定义：零件级的构件定义主要体现在几何特征、特征之间的内部关联度和非几何属性特征上，因此只要将这些特征和关联度进行提取出来，进行抽象统一化，得出构件的参数定义。

S42.部件级构件定义：部件级的构件定义主要体现在其组成零件以及零件几何特征之间关联度上，因此主要将这些特征和关联度中提取出来，进行抽象统一化，得出部件级的参数定义。

本发明的有益效果：本发明采用了对产品进行了层次化分类管理，从零件和部件两个层次对原有的模型进行管理和重用；根据相似性理论，对现有产品模型中零、部件的相似度进行计算和归类，避免了构件的重复定义，减少了构件定义的类型和数据量；采用软件设计方法中的构件模式，对设计知识进行管理，建立构件数据库，很好的实现了以原有的设计方法实现设计重用。

附图说明

图1为本发明方法的流程框图。

图2为客车车体的模型。

图3为客车车体的零和/或部件的层次化结构。

图4为上边梁的几何特征图。

图5为上边梁几何特征F3的参数图。

图6为构件实例化的流程框图。

图7为梁构件的实例化生成模型一。

图8为梁构件的实例化生成模型二。

图9为车顶构件的实例化生成模型。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。再对具体实施例做详细说明前，先对本发明所依据的理论做简要的介绍。

本发明的基本思路是：将软件工程中可复用性构件思想引入产品设计中，从产品的零件和/或部件两个层面上对设计规则、经验等知识进行抽象化和统一化处理以获得零件和/或部件对应的构件，便于建模复用；在获取零件和部件对应的构件时，首先从零件和/或部件的属性及其属性关联性上对其进行归类，然后对同类型的零件和/或部件进行抽象化和统一化处理以构件；同时定义了构件数据库来存储构件数据。最后设计构件数据库的数据接口连接在现有的CAD系统中，便于产品的后续设计和建模。

在对本发明的具体实施例做详细的说明前，首先介绍如下几个关键的概念。

构件：构件是一类具有共性的事物的抽象描述。本发明中的构件借用了软件工程“构件”思想，严格按三维产品数字化建模规范建立的、包含产品结构零件各种属性的、参数化的某一类典型零件，将其描述为参数化模型，在模型生成时，对这个参数化模型进行赋值，实现实例化生成一个具体的零件和/或部件。

构件数据库：用于存储构件各种属性信息和属性关联度的数据库。

下面，结合附图和具体实施例对本发明做详细的说明。

本实施例以如图2所示的客车车体这一产品作为实施例来对本发明做详细说明。如图1所示，基于构件技术的产品建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.产品的层次化分解：按功能模块将产品分解为零件和/或部件的层次化结构，如图3所示；

S11.按照功能模块将产品分解为第一层次的部件和/或零件。将客车车体分解为车顶C₁、侧墙C₂、第一紧固件C₃、第二紧固件C₄、地板C₅、……、端墙C_n等部件和/或零件。

S12.然后对第一层次的部件进行分解得到第二层次的部件和/或零件。如客车车体的车顶C₁这一部件可以分解为车顶骨架C₁₁、车顶梁C₁₂、车顶板C₁₃；侧墙这一部件可以分解为上侧梁C₂₁、侧立柱C₂₂、纵向梁C₂₃、侧墙板C₂₄；第一紧固件可以分解为1号螺母C₃₁、1号螺栓C₃₂、1号垫圈C₃₃；第二紧固件可以分解为2号螺母C₄₁、2号螺栓C₄₂、2号垫圈C₄₃。

S13.然后对第二层次的部件进行分解得到第三层次的部件和/或零件。如车顶的车顶梁这一部件又可以分解为上边梁C₁₂₁、车顶弯梁C₁₂₂、车顶纵向梁C₁₂₃、顶端横梁C₁₂₄。

S14.不断进行分解直至所有部件被分解为零件，得到构成产品的层次化结构。

S2.抽象出部件和/或零件的属性信息。对S1步骤中分解出的零件几何属性和非几何属性进行抽象提取、归类，得出零件的属性；然后对部件中的几何属性和非几何属性进行抽象提取和归类，得出部件的属性。

S21.对步骤S1层次化结构后的产品中的零件进行编号。针对图3中部件和/或零件，具有如下编号规则：对于第一层的部件和/或零件用C_i表示，i为自然数，表示该层中从左到右的第i个部件和/或零件；对于第二层的部件和/或零件用C_ij表示，j为自然数，表示上层部件C_i在该层中从左到右的第j个部件和/或零件；依次类推，可以把层次化结构中的所有的部件和/或零件表示出来。如图3所示，该图中层次化结构后的车体这一产品被分为三个层次。第一个层次：车顶C₁、侧墙C₂、第一紧固件C₃、第二紧固件C₄、地板C₅、……、端墙C_n；第二层次：车顶骨架C₁₁、车顶梁C₁₂、车顶板C₁₃，上侧梁C₂₁、侧立柱C₂₂、纵向梁C₂₃、侧墙板C₂₄、1号螺母C₃₁、1号螺栓C₃₂、1号垫圈C₃₃、2号螺母C₄₁、2号螺栓C₄₂、2号垫圈C₄₃；第三层次：上边梁C₁₂₁、车顶弯梁C₁₂₂、车顶纵向梁C₁₂₃、顶端横梁C₁₂₄。

S22.对客车车体层次化结构中的每个零件的几何属性和非几何属性的设计信息进行提取。这里以上边梁C₁₂₁为例说明零件几何属性A_G和非几何属性A_NG的抽象。几何属性A_G包括了几何特征A_GF、几何特征参数A_GFP、几何特征之间的关联度D。而非几何属性A_NG主要包括公式属性A_KF、规则属性A_KR、文档属性A_KD、材料A_KM和颜色A_KC。它的计算具体步骤如下：

S221.上边梁零件的几何特征A_GF，经分析共有7个几何特征，分别为起始面F₁、结束面F₂、截面F₃、定位面F₄、定位面F₅、定位面F₆和定位面F₇，如图4所示。则几何特征信息可以表示为：

A_GF＝{F₁，F₂，F₃，F₄，F₅，F₆，F₇}，

S222.提取出上边梁中的几何特征所包含的特征参数A_GFP，将其描述为：

$A_{\mathrm{GFP}}=\{{(a_1,b_1,c_1,d_1)}_{F_1},{(a_2,b_2,c_2,d_2)}_{F_2},{(l_1,l_2,l_3,l_4,l_5,l_6)}_{F_3},$

${(a_4,b_4,c_4,d_4)}_{F_4},{(a_5,b_5,c_5,d_5)}_{F_5},{(a_6,b_6,c_6,d_6)}_{F_6},{(a_7,b_7,c_7,d_7)}_{F_7}\}$

其中，

为起始面F₁的四个具体平面方程的参数；

为结束面F₂的四个具体平面方程的参数；

为端面F₃的六个具体参数，如图5所示；

为定位面F₄的四个具体平面方程的参数；为定位面F₅的四个具体平面方程的参数；

为定位面F₆的四个具体平面方程的参数；

为定位面F₇的四个具体平面方程的参数。

S223.提取出上边梁几何属性之间的关联度D。

为了便于说明零件和/或部件的几何特征之间的关联和/或约束关系，这里引入关联度D的概念来描述。它的定义规则如下：如两个特征之间没有任何约束或是其它关联关系，则这两个几何特征之间的关联度为0；如果两个特征之间具有一定的几何约束关系，则这两个几何特征之间的关联度为1。则上边梁的特征之间的关联度计算方法：

D＝{D(F₁，F₂)，D(F₁，F₃)，D(F₁，F₄)，D(F₁，F₅)，D(F₁，F₆)，D(F₁，F₇)，D(F₂，F₃)，

     D(F₂，F₄)，D(F₂，F₅)，D(F₂，F₆)，D(F₂，F₆)，D(F₃，F₄)，D(F₃，F₅)，D(F₃，F₆)，

     D(F₃，F₇)，D(F₄，F₅)，D(F₄，F₆)，D(F₄，F₇)，D(F₅，F₆)，D(F₅，F₇)，D(F₆，F₇)}

 ＝{0，0，0，0，0，0，0，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，0，1，1}

其中，D(F₁，F₂)指的是几何特征F₁和几何特征F₂两者之间的关联度，由设计可知，这两个面没有关联关系，故其关联度为0；D(F₁，F₃)指的是几何特征F₁和几何特征F₃两者之间的关联度，由设计可知，这两个面没有关联关系，故其关联度为0；D(F₁，F₄)指的是几何特征F₁和几何特征F₄两者之间的关联度由设计可知，这两个面没有关联关系，故其关联度为0；D(F₁，F₅)指的是几何特征F₁和几何特征F₅两者之间的关联度，由设计可知，这两个面没有关联关系，故其关联度为0；D(F₁，F₆)指的是几何特征F₁和几何特征F₆两者之间的关联度，由设计可知，这两个面没有关联关系，故其关联度为0；D(F₁，F₇)指的是几何特征F₁和几何特征F₇两者之间的关联度，由设计可知，这两个面没有关联关系，故其关联度为0；D(F₂，F₃)指的是几何特征F₂和几何特征F₃两者之间的关联度，由设计可知，这两个面没有关联关系，故其关联度为0；D(F₂，F₄)指的是几何特征F₂和几何特征F₄两者之间的关联度，由设计可知，这两个面存在相交和垂直的关联关系，故其关联度为1；D(F₂，F₅)指的是几何特征F₂和几何特征F₅两者之间的关联度，由设计可知，这两个面存在相交和垂直的关联关系，故其关联度为1；D(F₂，F₆)指的是几何特征F₂和几何特征F₆两者之间的关联度，由设计可知，这两个面存在相交和垂直的关联关系，故其关联度为1；D(F₂，F₇)指的是几何特征F₂和几何特征F₇两者之间的关联度，由设计可知，这两个面存在不可相交的关联关系，故其关联度为1；D(F₃，F₄)指的是几何特征F₃和几何特征F₄两者之间的关联度，由设计可知，这两个面存在相交和垂直的关联关系，故其关联度为1；D(F₃，F₅)指的是几何特征F₃和几何特征F₅两者之间的关联度，由设计可知，这两个面存在相交和垂直的关联关系，故其关联度为1；D(F₃，F₆)指的是几何特征F₃和几何特征F₆两者之间的关联度，由设计可知，这两个面存在相交和垂直的关联关系，故其关联度为1；D(F₃，F₇)指的是几何特征F₃和几何特征F₇两者之间的关联度，由设计可知，这两个面存在相交和垂直的关联关系，故其关联度为1；D(F₄，F₅)指的是几何特征F₄和几何特征F₅两者之间的关联度由设计可知，这两个面存在相交和垂直的关联关系，故其关联度为1；D(F₄，F₆)指的是几何特征F₄和几何特征F₆两者之间的关联度，由设计可知，这两个面存在相交和垂直的关联关系，故其关联度为1；D(F₄，F₇)指的是几何特征F₄和几何特征F₇两者之间的关联度，由设计可知，这两个面存在相交和垂直的关联关系，故其关联度为1；D(F₅，F₆)指的是几何特征F₅和几何特征F₆两者之间的关联度，由设计可知，这两个面不存在关联关系，故其关联度为0；D(F₅，F₇)指的是几何特征F₅和几何特征F₇两者之间的关联度，由设计可知，这两个面存在相交和垂直的关联关系，故其关联度为1；D(f₆，F₇)指的是几何特征F₆和几何特征F₇两者之间的关联度，由设计可知，这两个面存在相交和垂直的关联关系，故其关联度为1。

S224.提取上边梁的非几何属性A_NG中的公式属性A_KE

A_KE＝{e₁}

其中，e₁表示上边梁设计中设计的第1个公式，即

指的是梁应力设计公式，其中σ_max指的是上边梁的最大抗弯强度，M_max为最大水平弯矩设计值，W_z为X、Y平面的截面模量，[σ]是最大的抗弯设计值。

S225.提取上边梁的非几何属性A_NG中的规则属性A_KR。

A_KR＝{r₁，r₂}

其中，r₁表示上边梁设计中规则1，即重量不超过200kg；r₂表示上边梁设计中规则2，即长度不超过车厢的长度。

S226.抽取上边梁的文档属性A_KD

A_KD＝{d₁，d₂}

其中，d₁为上边梁设计中的设计文档；d₂为上边梁的使用说明文档。

S227.抽取上边梁的材料A_KM

A_KM＝{M}

其中，M为零件的材料属性，具体为45号钢。

S228.抽取上边梁的颜色属性A_KC。

A_KC＝{C}

其中，C为零件的颜色属性，为灰色。

S229.综合步骤S221、S222和S223得出上边梁的几何属性A_G可以表示为；

A_G＝{A_GF，A_GFP，D}

综合步骤S224、S225、S226、S227和S228可得上侧梁非几何属性A_NG步可抽象为：

A_NG＝{A_KE，A_KR，A_KD，A_KM，A_KC}

因此，侧墙零件的属性信息可以表达为：

A＝{A_G，A_NG}

＝{A_GF，A_GFP，D，A_KE，A_KR，A_KD，A_KM，A_KC}

S23抽取出部件的属性。部件是有零件组成，因此可以从其组成的零件属性来概括起部件属性。故而部件的几何属性A_G为其组成零件的几何属性组合以及它们之间的装配关系，由组成零件的几何属性组合A_Z和零件特征之间的关联程度D构成。非几何属性则由包括了关联知识属性A_AK。关联知识属性包括了整个零件设计阶段中涉及的知识，主要包括公式属性A_KF(C₃)、规则属性A_KR(C₃)和文档属性A_KD(C₃)。这里以第一紧固件C₃为例说明部件的属性抽取。

S231.第一紧固件的几何属性组合A_G的抽取。第一紧固件C₃包含零件的几何属性的组合，根据层次化结构，第一紧固件包含了1号螺母C₃₁、1号螺栓C₃₂和1号垫圈C₃₃的属性为AG(C₃₁)、A_G(C₃₂)和A_G(C₃₃)，则部件的几何属性组合A_z(C₃)可表示为：

A_Z(C₃)＝{A_G(C₃₁)，A_G(C₃₂)，A_G(C₃₃)}

其中，A_G(C₃₁)、A_G(C₃₂)和A_G(C₃₃)可以由步骤S22的方法计算可得。

S232.第一紧固件部件中的零件间几何特征的关联度D抽取。零件间特征的关联度是描述零件的特征之间相互关联程度，它们两两特征之间的关联矩阵计算如下：

$D\{F\left(C_{31}\right),F\left(C_{32}\right)\}=\left\{\begin{array}{ccc}D\{F_1\left(C_{31}\right),F_1\left(C_{32}\right)\}& D\{F_1\left(C_{31}\right),F_2\left(C_{32}\right)\}& D\{F_1\left(C_{31}\right),F_3\left(C_{32}\right)\}\\ D\{F_2\left(C_{31}\right),F_1\left(C_{32}\right)\}& D\{F_2\left(C_{31}\right),F_2\left(C_{32}\right)\}& D\{F_2\left(C_{31}\right),F_3\left(C_{32}\right)\}\\ D\{F_3\left(C_{31}\right),F_1\left(C_{32}\right)\}& D\{F_3\left(C_{31}\right),F_2\left(C_{32}\right)\}& D\{F_3\left(C_{31}\right),F_3\left(C_{32}\right)\}\end{array}\right\}$ $D\{F\left(C_{31}\right),F\left(C_{33}\right)\}=\left\{\begin{array}{ccc}D\{F_1\left(C_{31}\right),F_1\left(C_{33}\right)\}& D\{F_1\left(C_{31}\right),F_2\left(C_{33}\right)\}& D\{F_1\left(C_{31}\right),F_3\left(C_{33}\right)\}\\ D\{F_2\left(C_{31}\right),F_1\left(C_{33}\right)\}& D\{F_2\left(C_{31}\right),F_2\left(C_{33}\right)\}& D\{F_2\left(C_{31}\right),F_3\left(C_{33}\right)\}\\ D\{F_3\left(C_{31}\right),F_1\left(C_{33}\right)\}& D\{F_3\left(C_{31}\right),F_2\left(C_{33}\right)\}& D\{F_3\left(C_{31}\right),F_3\left(C_{33}\right)\}\end{array}\right\}$ $D\{F\left(C_{32}\right),F\left(C_{33}\right)\}=\left\{\begin{array}{ccc}D\{F_1\left(C_{32}\right),F_1\left(C_{33}\right)\}& D\{F_1\left(C_{32}\right),F_2\left(C_{33}\right)\}& D\{F_1\left(C_{32}\right),F_3\left(C_{33}\right)\}\\ D\{F_2\left(C_{32}\right),F_1\left(C_{33}\right)\}& D\{F_2\left(C_{32}\right),F_2\left(C_{33}\right)\}& D\{F_2\left(C_{32}\right),F_3\left(C_{33}\right)\}\\ D\{F_3\left(C_{32}\right),F_1\left(C_{33}\right)\}& D\{F_3\left(C_{32}\right),F_2\left(C_{33}\right)\}& D\{F_3\left(C_{32}\right),F_3\left(C_{33}\right)\}\end{array}\right\}$ 其中，D{F(C₃₁)，F(C₃₂)}指的是零件C31和零件C32之间几何特征之间的关联度；D{F(C₃₁)，F(C₃₃)}指的是零件C31和零件C33之间几何特征之间的关联度；D{F(C₃₂)，F(C₃₃)}指的是零件C32和零件C33之间几何特征之间的关联度；D{F₁(C₃₁)，F₁(C₃₂)}指的是零件C31的特征F₁与零件C32的特征F₂关联度，其计算方法可以依据S223中所得；其余的零件间特征的关联度计算如步骤S223所示。

则第一紧固件所包括零件的关联度可以描述为：

$D=\left\{D\right\{F\left(C_{31}\right),F\left(C_{32}\right)\},D\{F\left(C_{31}\right),F\left(C_{33}\right)\},D\{F\left(C_{32}\right),F\left(C_{33}\right)\left\}\right\}$

$=\{\left\{\begin{array}{ccc}1& 0& 1\\ 1& 1& 1\\ 0& 1& 0\end{array}\right\},\left\{\begin{array}{ccc}1& 0& 1\\ 1& 0& 1\\ 0& 1& 1\end{array}\right\},\left\{\begin{array}{ccc}1& 0& 1\\ 0& 1& 0\\ 0& 1& 0\end{array}\right\}\}$

S233.综合步骤S231和S232可得，第一紧固件部件的几何属性A_G可以描述为：

A_G＝{A_Z，D}

S234.提取出第一紧固件设计中的公式属性A_KE(C₃)；

A_KE(C₃)＝{e₁，e₂}

其中，e₁表示第一紧固件设计中涉及的第1个公式：有效直径de＝d-P*13/24*(3)^0.5，其中d为螺栓的公称直径，P为螺距；e₂表示第一紧固件设计中涉及的第2个公式：有效面积：Ae＝π*de^2/4。

S235.抽象出第一紧固件设计中的规则属性A_KR(C₃)；

A_KR(C₃)＝{r₁，r₂}

其中，r₁表示第一紧固件设计中涉及的第1个规则：采用预紧力的连接方式进行连接；r₂表示第一紧固件设计中涉及的第2个规则：采用力矩的方式获得预紧力。

S236.抽象出第一紧固件设计中的文档属性A_KD(C₃)；

A_KD(C₃)＝{d₁，d₂}

其中，d₁表示第一紧固件设计中涉及的详细设计文档；d₂表示第一紧固件设计中涉及的使用说明文档。

S237.则第一紧固件的非几何属性可抽象为：A_NG(C₃)＝{A_KE(C₃)，A_KR(C₃)，A_KD(C₃)}。部件的属性信息可以表达为：A(C₃)＝{A_G(C₃)，A_NG(C₃)}

S3.采用相似性原理对产品中的部件和/或零件进行归类。根据S2中对部件和/或零件的属性计算结果，将部件和/或零件描述为一组属性参数组成的向量。然后采用相似性理论计算部件和/或零件两两之间的相似度。然后根据相似度来对部件和/或零件进行归类。主要步骤如下：

S31.采用相似性原理对客车车体的层次化结构中的零件进行归类相似度计算。这里以零件上边梁C₁₂₁和车顶纵向梁C₁₂₃为例，计算器相似性，它们的相似度Q′计算方法如下：

$Q^{\′}=1-\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}|1-\frac{A_i\left(C_{121}\right)}{A_i\left(C_{123}\right)}|$

其中，A_i(C₁₂₁)表示上边梁零件C₁₂₁的第i个属性的向量，A_i(C₁₂₃)表示车顶纵梁零件C₁₂₃的第i个属性向量。

以上述相似度的计算方法遍历计算客车车体层次化结构中的所有零件两两之间的相似测度值，

S32.定义相关阈值将其所有零件进行归类，得如下的归类结果：

类型一：上边梁C₁₂₁、车顶纵向梁C₁₂₃、顶端横梁C₁₂₄、上侧梁C₂₁和纵向梁C₂₃

类型二：1号螺母C₃₁、2号螺母C₄₁

类型三：1号螺栓C₃₂、2号螺栓C₄₂

类型四：1号垫圈C₃₃、2号垫圈C₄₃

其余则为单个类型。

S33.采用相似性原理对客车车体的层次化结构中的部件进行归类相似度计算。这里以部件第一紧固件C3和第二紧固件C4为例，计算其相似性，它们的相似度Q′计算方法如下：

$Q^{\′}=1-\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}|1-\frac{A_i\left(C_3\right)}{A_i\left(C_4\right)}|$

其中，A_i(C₃)表示部件第一紧固件C₃的第i个属性向量，A_i(C₄)表示第二紧固件C₄的第i个属性向量。

以上述相似度的计算方法遍历计算客车车体层次化结构中的所有部件两两之间的相似测度值。

S34.定义相关阈值将其所有部件进行归类，得如下的归类结果：

类型一：C₃、C₄

其余则为单个类型构件。

S4构件定义

构件的定义就是根据工程设计需要，将可复用的信息进行提取和规范化处理，依照自身的性质划归于不同的知识模型，进行抽象处理为一个具有统一性的模型，即构件。其模型主要来源于步骤S2和S3的处理结果。分别从零件和构件两个层次对构件进行定义。

S41.零件级构件定义

零件级的构件定义主要体现在几何特征、特征之间的内部关联度和非几何属性特征上，因此只要将这些特征和关联度进行提取出来，进行抽象统一化，得出构件的参数定义。

这里以为步骤S3的分类结果中的类型一的上边梁C₁₂₁、车顶纵向梁C₁₂₃、顶端横梁C₁₂₄、上侧梁C₂₁和纵向梁C₂₃为例，进行属性抽象和构件定义，则该构件可以定义并描述为：

几何属性定义：{曲面一，曲面二，曲面三，曲面四，中心面，截面，曲面一参数，曲面二参数，曲面三参数，曲面四参数，中心面，截面参数，D(曲面一，曲面二)，D(曲面一，曲面三)，D(曲面一，曲面三)，D(曲面一，曲面四)，D(曲面一，曲面中心面)，D(曲面一，截面)，D(曲面二，曲面三)，D(曲面二，曲面四)，D(曲面二，中心面)，D(曲面二，截面)，D(曲面三，曲面四)，D(曲面三，中心面)，D(曲面三，截面)，D(曲面四，中心面)，D(曲面四，截面)，D(中心面，截面)}。

非几何属性定义：{材料M，颜色C，计算公式e，设计规则r，设计文档d}

S42.部件级构件定义

部件级的构件定义主要体现在其组成零件以及零件几何特征之间关联度上，因此主要将这些特征和关联度中提取出来，进行抽象统一化，得出部件级的参数定义。

这里以为步骤S3的分类结果对类型一部件(C₃和C₄)为进行属性抽象和构件定义。则该类构件可以定义并描述为：

几何属性定义为{包含零件1、2和3构件定义，包含零件1、2和3间特征的关联度D{D{1，2}，D{1，3}，D{2，3}}}

非几何属性定义为{设计公式e、设计规则r、文档属性d}

S5构件入库

设计Oracle构件数据库，将定义完成的构件导入数据库中。设计数据库与产品设计软件之间的接口，实现无缝对接。

S6构件实例化

构件是对设计经验的归纳和保存，而实例化则是对所保存设计知识和经验的复用，实现快速设计的目的。其实例化过程如附图6所示，主要步骤如下所示：

S61.根据设计要求，与构件库中现存的构件进行匹配；

S62.如果在构件库中有与其相匹配的构件，则输入详细设计条件；

S63.将详细设计条件与相匹配的构件属性进行对应；

S64.通过非几何属性对参数进行计算，获得具体的尺寸参数，进行几何特征的驱动，获得设计模型。

图7和图8为应用上述方法所得到的梁构件的两种实例化结果。

图9为应用上述方法所得到的车顶构件的实例化结果。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于构件技术的产品建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.产品的层次化分解：按功能模块将产品分解为部件和/或零件的层次化结构；

S2.抽象出部件和/或零件的属性信息：从几何属性和非几何属性角度对部件和/或零件进行属性分解；

S3.采用相似性原理对产品中的部件和/或零件进行归类：通过计算部件和/或零件间的相似度来对零件进行分类；

S4.构件定义：根据步骤S3的分类结果，抽象出共性信息，分别从零、部件层进行构件定义；

S5.建立构件数据库并将定义的构件导入数据库；

S6.构件调用和实例化：输入设计条件，与构件数据库中的构件进行匹配、参数驱动获得设计模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于构件技术的产品建模方法，其特征在于，上述步骤S1中包含了如下步骤：

S11.按照功能模块将产品分解为第一层次的部件和/或零件；

S12.然后对第一层次的部件进行分解得到第二层次的部件和/或零件。

S13.然后对第二层次的部件进行分解得到第三层次的部件和/或零件。

S14.不断进行分解直至所有部件被分解为零件，得到构成产品的层次化结构。

3.根据权利要求1所述的一种基于构件技术的产品建模方法，其特征在于，步骤S2中包含了下列步骤：

S21.对步骤S1层次化结构后的产品中的零件进行编号；

S22.对客车车体层次化结构中的每个零件的几何属性和非几何属性的设计信息进行提取；

S23.抽取出部件的属性。

4.根据权利要求3所述的一种基于构件技术的产品建模方法，其特征在于，步骤S22中包含了下列步骤：

S221.提取零件的几何特征；

S222.提取零件的几何特征所包含的特征参数；

S223.提取零件的几何属性之间的关联度；

S224.提取零件的非几何属性中公式属性；

S225.提取零件的非几何属性中的规则属性；

S226.提取零件的文档属性；

S227.提取零件的材料属性；

S228.提取零件的颜色属性；

S229.综合步骤S221、S222和S223得到零件的几何属性，再综合步骤S224、S225、S226、S227和S228可得零件的非几何属性，组合几何属性和非几何属性，可得零件的属性。

5.根据权利要求3所述的一种基于构件技术的产品建模方法，其特征在于，步骤S23中包含了下列步骤：

S231.部件中的零件几何属性组合的抽取；

S232.部件中的零件间几何特征的关联度D抽取；

S233.综合步骤S231和S232得部件的几何属性；

S234.抽象出部件设计中的公式属性；

S235.抽象出部件设计中的规则属性；

S236.抽象出部件设计中的文档属性；

S237.综合步骤S234、S235和S236得部件的非几何属性，再综合步骤S233步骤中的几何属性，获得部件的属性信息。

6.根据权利要求1所述的一种基于构件技术的产品建模方法，其特征在于，步骤S3中包含了下列步骤：

S31.引入相似性原理对产品层次化结构中的零件两两之间进行相似性计算；

S32.根据S31中的相似值的计算结果，对产品层次化结构中的零件进行分类；

S33.采用相似性原理对产品层次化结构中的部件两两之间进行相似性计算；

S34.根据S33中的相似值的计算结果，对产品层次化结构中的部件进行分类。

7.根据权利要求1所述的一种基于构件技术的产品建模方法，其特征在于，步骤S4中包含了下列步骤：

S41.零件级构件定义：零件级的构件定义主要体现在几何特征、特征之间的内部关联度和非几何属性特征上，因此只要将这些特征和关联度进行提取出来，进行抽象统一化，得出构件的参数定义。

S42.部件级构件定义：部件级的构件定义主要体现在其组成零件以及零件几何特征之间关联度上，因此主要将这些特征和关联度中提取出来，进行抽象统一化，得出部件级的参数定义。

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