CN106649988A - 基于本体的维修几何模型关键零部件快速定位与显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于本体的维修几何模型关键零部件快速定位与显示方法，首先以产品CAD模型为信息来源，进行一定预处理，获取并储存产品装配树信息与各零部件属性信息；同时建立对应的本体列表，作为术语标准与推理标准；根据建立的本体将CAD模型中包含的属性信息进行语义标注并与其装配树结构对应，记录标注结果到语义索引信息中；最终对标注过的语义索引信息应用本体及本体的推理方式进行检索，获取需求零部件目标的装配树位置，将获取到的零部件CAD三维模型转化为轻量化模型，通过装配树信息建立轻量化模型与原始模型的对应关系；应用转化的轻量化模型进行快速定位与显示。本发明为数字化维修提供了一种在维修轻量化模型中快速定位待维修关键零部件的方法。

Description

基于本体的维修几何模型关键零部件快速定位与显示方法

技术领域

本发明涉及复杂产品维护维修过程中几何模型关键零部件快速定位与显示技术，特别涉及一种基于本体的几何模型在维护维修中对关键零部件的快速定位与显示方法。

背景技术

在复杂产品的全生命周期中，设计制造阶段的三维模型技术应用已经十分广泛，而维护维修阶段的技术应用才刚刚展开，水平十分有限。在这有限的数字化技术应用中，大部分维护维修功能主要针对于运营故障诊断和一般维修信息管理，而针对维修工艺则一般没有三维模型进行具体显示，仅有简单的二维示意图，难以满足数字化维修的需求。

在复杂产品的维护维修中，零部件的维护、拆卸、换件、再装配等维修工艺信息，需要结合维修要求对产品结构的区域、零部件三维模型进行快速定位和显示。但是由于制造工艺和维修工艺的差异性，尤其是制造与维修阶段往往跨行业与企业，且制造与维修是异构环境，导致维修工艺难以共享和重用制造工艺的三维模型信息。对于复杂产品动辄上万十几万个零部件，在维修过程中快速定位到待维修区域与位置进行显示，是提高维修工艺设计与应用效率的关键。

维修工艺三维模型信息显示一般在浏览器环境下，不需要零件级的详细几何信息，同时由于上万零部件的三维模型储存容量巨大，采用轻量化模型辅助维修工艺已是大势所趋。目前采用插件方式在浏览器中显示轻量化模型，需要人工手动方式在制造工艺CAD模型中找到待维修对象，将其转换为轻量化模型，再人工交互传输到浏览器中进行显示，效率很低，并且由于对于关键零部件定位不准确，需要将产品整体转换为轻量化模型，而不是对定位到的零部件转换，导致时间成本提高。

发明内容

本发明的目的是针对复杂产品维护维修阶段维修工艺三维模型产品关键零部件快速自动定位和显示的问题，提出了一种基于本体的维修工艺三维模型关键部件的快速定位与显示方法。

首先以产品CAD模型为信息来源，进行一定预处理，获取并储存产品装配树信息与各零部件属性信息；同时建立对应的本体列表，作为术语标准与推理标准；根据建立的本体将CAD模型中包含的属性信息进行语义标注并与其装配树结构对应，记录标注结果到语义索引信息中；最终对标注过的语义索引信息应用本体及本体的推理方式进行检索，获取需求零部件目标的装配树位置，将获取到的零部件CAD三维模型转化为轻量化模型，通过装配树信息建立轻量化模型与原始模型的对应关系；应用转化的轻量化模型进行快速定位与显示。

本发明解决其技术问题的技术方案为：

所述一种基于本体的维修几何模型关键零部件快速定位与显示方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：获得需要的CAD三维模型M_CAD；所述CAD三维模型在CAD系统中已经定义了必要的属性信息；所述必要的属性信息包括产品详细几何信息集合G、产品装配树信息集合T、产品技术属性信息集合A、产品维修属性信息集合M；

步骤2：对步骤1得到的CAD三维模型中代表零部件名称的属性信息指定专门的语义标签，得到预处理后的CAD三维模型M_PreProcess；

M_PreProcess＝M_CAD∪S

其中S是零部件语义标签集合；

步骤3：在预处理完毕的CAD三维模型中，排出维修工艺不必要的属性信息，保留产品装配树信息集合、产品维修属性信息集合和零部件语义标签集合，得到中性结构化属性信息集合

步骤4：应用本体O对步骤3获得的中性结构化属性信息集合I_a进行标注：将代表零部件的节点位置信息与其包含的属性信息通过本体建立对应关系，记录为一条语义索引，将同一几何模型的所有节点索引记录在同一语义索引信息中，得到语义索引信息集合I_s，其中的每一条语义索引信息为I_i集合，

I_i＝{name,path,semantic,attribute}

name为零部件名称，path为零部件的装配树位置路径，semantic为零部件语义信息，attribute为零部件维修属性；

步骤5：依据步骤4得到的语义索引信息集合I_s，进行零部件的检索工作：对于输入的检索需求，通过本体转换为一系列语义信息，与语义索引信息集合中的每条索引信息作比对，以匹配成功内容与输入需求、索引本身内容的比例大小关系为检索结果排序依据，得到相关值最大的一项为检索结果；

步骤6：对于步骤5得到的检索结果，获取其索引信息中记录的该零部件装配树节点位置，并在三维模型中定位到对应部分，将该部分转化为轻量化模型，实现快速定位与显示。

进一步的优选方案，所述一种基于本体的维修几何模型关键零部件快速定位与显示方法，其特征在于：中性结构化属性信息以装配树形态的树形结构表达，每一个节点表示装配树中的一个对应零部件。

进一步的优选方案，所述一种基于本体的维修几何模型关键零部件快速定位与显示方法，其特征在于：在步骤4标注过程中，对于无法应用本体进行自动化标注的属性信息，由人工指定其在本体的位置并由本体记录学习，扩充本体内容：

O_new＝O_origin∪O_update

其中O_new是学习更新后的本体，O_origin是学习前的本体，O_update是该次学习中扩充的本体内容。

进一步的优选方案，所述一种基于本体的维修几何模型关键零部件快速定位与显示方法，其特征在于：步骤4中的本体O为树形结构，节点代表类，表示无歧义的代表某种零部件的名称术语，每个类拥有单独的索引值。

有益效果

本发明的有益效果是：为数字化维修提供了一种在维修轻量化模型中快速定位待维修关键零部件的方法。由于直接从CAD模型中提取需要的信息，避免了设计与维修阶段信息交流不足导致零部件定位不准确的问题；由于使用了具有学习功能的语义本体作为标准，使大量设计与维修的知识经验汇集，避免了需要大量时间精力进行重复性工作的问题；由于采用了属性信息的汇集作为零部件语义标签，使得对关键零部件的定位不仅能采用简单的名称方式，而且使用多种属性均可检索定位，避免了由于产品生命周期不同阶段术语不同导致不能准确定位零部件的问题，同时使得对于待维修零件的定位工作效率更高。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是发明内容产品零部件语义信息产生部分示意图

图2是发明内容零部件定位与显示部分示意图。

图3是某工装夹具零部件快速定位与显示全过程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的目的是针对复杂产品维护维修阶段维修工艺三维模型产品关键零部件快速自动定位和显示的问题，提出了一种基于本体的维修工艺三维模型关键部件的快速定位与显示方法。

首先以产品CAD模型为信息来源，进行一定预处理，获取并储存产品装配树信息与各零部件属性信息；同时建立对应的本体列表，作为术语标准与推理标准；根据建立的本体将CAD模型中包含的属性信息进行语义标注并与其装配树结构对应，记录标注结果到语义索引信息中；最终对标注过的语义索引信息应用本体及本体的推理方式进行检索，获取需求零部件目标的装配树位置，将获取到的零部件CAD三维模型转化为轻量化模型，通过装配树信息建立轻量化模型与原始模型的对应关系；应用转化的轻量化模型进行快速定位与显示。

其具体包括以下步骤：

步骤1：获得需要的CAD三维模型M_CAD；所述CAD三维模型在CAD系统中已经定义了必要的属性信息；如图1中的①部分，对于某具体的CAD三维模型，所述必要的属性信息包括产品详细几何信息集合G、产品装配树信息集合T、产品技术属性信息集合A、产品维修属性信息集合M，还可能包括其他信息集合O，则有

M_CAD＝{G,T,A,M,O}

步骤2：对CAD三维模型M_CAD做必要的预处理工作：对步骤1得到的CAD三维模型中代表零部件名称的属性信息指定专门的语义标签，如图1中的②部分，得到预处理后的CAD三维模型M_PreProcess；

M_PreProcess＝{G,T,A,M,O,S}＝M_CAD∪S

其中S是零部件语义标签集合。

步骤3：在预处理完毕的CAD三维模型M_PreProcess中，排出维修工艺不必要的属性信息，保留产品装配树信息集合、产品维修属性信息集合和零部件语义标签集合，如图1中的③部分，得到中性结构化属性信息集合

按照装配树结构提取其所有零部件的维修属性信息，以装配树形态的树形结构表达，每一个节点表示装配树中的一个对应零部件，此时产品信息脱离CAD系统，以中性结构化信息形式存在。

步骤4：应用本体O对步骤3获得的中性结构化属性信息集合I_a进行标注：将代表零部件的节点位置信息与其包含的属性信息通过本体建立对应关系，记录为一条语义索引，将同一几何模型的所有节点索引记录在同一语义索引信息中，如图1中的⑤部分，得到语义索引信息集合I_s，其中的每一条语义索引信息为I_i集合，

I_i＝{name,path,semantic,attribute}

name为零部件名称，path为零部件的装配树位置路径，semantic为零部件语义信息，attribute为零部件维修属性。

其中本体O为新建的该领域的本体列表或是对已存在的本体做必要的扩充得到的本体列表。由于装配体领域术语的类型单一、关系简单且装配树中自然包含的父子装配关系，简化本体内容并形成对于该领域术语的推理机制，如图1中的④部分，建立的本体为O，有

O＝{C,R,P,I}

其中C是本体中类(术语、关键词)集合，R是本体术语包含关系集合，P是本体术语属性集合，I是同义词映射集合。

而且在标注工作进行时，对于无法应用本体进行自动化标注的属性信息，由人工指定其在本体的位置并由本体记录学习，扩充本体内容，如图1中的⑥部分，

O_new＝O_origin∪O_update

其中O_new是学习更新后的本体，O_origin是学习前的本体，O_update是该次学习中扩充的本体内容。

步骤5：如图2前半段所示，依据步骤4得到的语义索引信息集合I_s，进行零部件的检索工作：对于输入的检索需求，通过本体转换为一系列语义信息，与语义索引信息集合中的每条索引信息作比对，以匹配成功内容与输入需求、索引本身内容的比例大小关系为检索结果排序依据，得到相关值最大的一项为检索结果。

步骤6：如图2后半段所示，对于步骤5得到的检索结果，获取其索引信息中记录的该零部件装配树节点位置，并在三维模型中定位到对应部分，将该部分转化为轻量化模型，实现快速定位与显示。

基于上述步骤，下面给出具体实施例：

本实施例方法实现中，复杂产品数字化设计所使用的CAD模型通常能够包含装配树信息与设计过程中的零部件信息，而通常CAD软件也提供提取信息的方法；本体的建立完善与应用可采用现有的本体建立方法或者自行建立开发；轻量化模型的转换与显示则有几种常用的主要方法。

在本例中，以某工装夹具装配体的UG装配图为例，其由底盘基座、四个定位块、四个肩螺栓、四个小定位销、两个大定位销组成，装配树具有两级深度，具有16个节点。使用了自行建立开发的本体建立环境，并采用了常用的CATIA Composer形式的轻量化模型来进行发明内容的验证工作。

1、确保装配体的CAD三维模型已包含了维护维修工艺中必要的信息，如材料、颜色、尺寸等等。如图3中①所示。

2、为夹具装配图做预处理工作。添加指示关键零部件名称的专门语义标签属性，例如“ANNOTATION：螺栓”。如图3中②所示。

3、应用CAD软件提供的方法接口，提取夹具装配图的属性信息，并排除维修维护工艺中不需要的技术属性，如热处理方式，然后记录为中性的结构化格式。以结构化信息中的零部件节点表示装配树中的零部件，依照装配树的结构排列；以零部件节点下属性节点表示每一个零部件的属性信息，每一条属性节点储存了对应于该零部件的属性名与属性值。如图3中③所示。

4、应用自行建立的环境建立本体列表。根据本体理论与装配体树形结构本身拥有一定关系信息的特点，将领域本体同样建立为树形结构。其节点代表“类”，即该领域中无歧义的代表某种零部件的名称术语，每个类拥有单独的索引值。树形结构的父子节点关系，代表类的包含与被包含关系，由此可得到具有简单语义推理功能，即“属于子类的零部件也必然属于父类”这一语义递推的作用。另外，由于本体的无歧义性，同一事物在本体中必然以同一术语表示，若有多个词语表示同一零部件，以其中一个作为本体中表达的关键词，而其他作为指示该关键词的指示词。指示词与对应的关键词拥有相同的索引值，在检索中所有指向指示词的来源信息将最终指向其所对应的关键词。对于本例来说，首先建立根节点类“Thing”，在其下建立同级别的子类“总装配体”、“部件”、“零件”、“属性”；然后根据领域特点简单扩充本体内容，如在“零件”类下建立“标准件”类等等。如图3的④所示。

5、应用建立的本体与获取的中性结构化属性信息进行标注。遍历结构化信息中的每个节点，获取节点在装配树中的位置路径，记录在新建立的语义索引条目中，然后获取该节点下的所有属性信息，将属性值、属性名、零部件名称等信息应用建立好的本体进行匹配并将匹配到的一系列语义索引作为该条目的索引信息内容记录，如果节点在装配树中有父节点，由于装配体的属性包含关系，将父节点的索引信息内容一并提取加入本节点的索引信息内容中。如此生成了数量等同于结构化属性信息中零部件节点数量的语义索引条目，将这些条目生成对应于该装配体的产品语义索引，如图3的⑥所示。在标注过程中，遇到某无法自动匹配的内容时，由人工指定该内容位于本体的位置并由本体学习记录，采用此有监督学习方式使本体不断完善，标注自动化水平与效率不断提高。如图3的⑤所示。

6、应用生成的产品语义索引信息对该几何模型进行零部件检索定位。将输入的检索需求通过应用本体转换为对应的一系列索引号信息，将其与生成的对应语义索引中的每一条目作比对，获得所有能够匹配到的条目。以匹配成功的索引信息与输入需求的总索引信息的比例，和匹配成功索引信息与该条目含有总索引信息的比例两方面结合作为判断该条目与输入需求相关度大小的依据，以相关度最大的项作为检索结果。例如检索需求为铁质标准件，则通过本体将输入需求转换为索引信息{0,3,5；4,6,14}，与图3中⑥中条目匹配，得到的相关度最大条目为条目7到10。获得检索结果条目中记录的该节点所表示零部件在装配树中的位置路径。

7、将得到的装配树位置路径检索结果，回溯到CAD三维模型中，应用轻量化模型规则提供的方法将该部分关键零部件转化为轻量化模型，即可在维修工艺中进行快速定位与显示。

由此完成了维修数字化几何模型中所需求的关键部件的快速定位与显示方法。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种基于本体的维修几何模型关键零部件快速定位与显示方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：获得需要的CAD三维模型M_CAD；所述CAD三维模型在CAD系统中已经定义了必要的属性信息；所述必要的属性信息包括产品详细几何信息集合G、产品装配树信息集合T、产品技术属性信息集合A、产品维修属性信息集合M；

步骤2：对步骤1得到的CAD三维模型中代表零部件名称的属性信息指定专门的语义标签，得到预处理后的CAD三维模型M_PreProcess；

M_PreProcess＝M_CAD∪S

其中S是零部件语义标签集合；

步骤3：在预处理完毕的CAD三维模型中，排出维修工艺不必要的属性信息，保留产品装配树信息集合、产品维修属性信息集合和零部件语义标签集合，得到中性结构化属性信息集合

步骤4：应用本体O对步骤3获得的中性结构化属性信息集合I_a进行标注：将代表零部件的节点位置信息与其包含的属性信息通过本体建立对应关系，记录为一条语义索引，将同一几何模型的所有节点索引记录在同一语义索引信息中，得到语义索引信息集合I_s，其中的每一条语义索引信息为I_i集合，

I_i＝{name,path,semantic,attribute}

name为零部件名称，path为零部件的装配树位置路径，semantic为零部件语义信息，attribute为零部件维修属性；

步骤5：依据步骤4得到的语义索引信息集合I_s，进行零部件的检索工作：对于输入的检索需求，通过本体转换为一系列语义信息，与语义索引信息集合中的每条索引信息作比对，以匹配成功内容与输入需求、索引本身内容的比例大小关系为检索结果排序依据，得到相关值最大的一项为检索结果；

步骤6：对于步骤5得到的检索结果，获取其索引信息中记录的该零部件装配树节点位置，并在三维模型中定位到对应部分，将该部分转化为轻量化模型，实现快速定位与显示。

2.根据权利要求1所述一种基于本体的维修几何模型关键零部件快速定位与显示方法，其特征在于：中性结构化属性信息以装配树形态的树形结构表达，每一个节点表示装配树中的一个对应零部件。

3.根据权利要求1所述一种基于本体的维修几何模型关键零部件快速定位与显示方法，其特征在于：在步骤4标注过程中，对于无法应用本体进行自动化标注的属性信息，由人工指定其在本体的位置并由本体记录学习，扩充本体内容：

O_new＝O_origin∪O_update

其中O_new是学习更新后的本体，O_origin是学习前的本体，O_update是该次学习中扩充的本体内容。

4.根据权利要求3所述一种基于本体的维修几何模型关键零部件快速定位与显示方法，其特征在于：步骤4中的本体O为树形结构，节点代表类，表示无歧义的代表某种零部件的名称术语，每个类拥有单独的索引值。