CN113255026A - 一种基于语义信息交换的cad协同设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于语义信息交换的CAD协同设计方法，通过将产品设计过程中所产生的CAD数据组织成自然语言的CAD数据语义结构，通过CAD数据语义结构反应产品设计的意图，完整的表达产品的设计意图和设计变化成熟过程，利用CAD语义事件交换技术解决跨专业领域的CAD设计团队、异地设计团队，异构设计工具、以及团队内部的协同工作的问题，且有利于CAD设计数据的共享和传递，能使电子设计团队和结构设计团队实时相互感知设计更改和变化，识别与图纸不同版本之间的差异，对数据之间的业务依赖和设计本意有效的表达、共享和重用，加速电子和结构设计协同，及时解决电子与结构设计间的干涉问题，且方便团队内部实时协同，减少团队管理工作。

Description

一种基于语义信息交换的CAD协同设计方法

技术领域

本发明涉及设计协同技术领域，尤其是一种基于语义信息交换的CAD协同设计方法。

背景技术

目前大部分产品设计都是多专业领域协同设计的过程，包含结构设计、硬件设计和软件设计等。业界往往通过一些管理手段，或者在专业领域内，使用相同设计工具的情况下做到一些局部的协同工作，并未从技术手段真正解决跨团队、跨地域、不同设计工具之间的有效协作。

产品设计领域通过Top-Down Design(自顶向下)的设计方法对产品进行模块的分解，生成自顶向下的设计任务，分配给不同的设计团队，利用中央数据库的方式收集任务交付件，如典型的PDM系统管理产品研发数据，实现产品研发的过程管理与产品研发数据的共享和交换，但此方法存在以下典型问题：1.很多情况下，工程师并未将自己设计过程性版本都做记录，即CAD数据过程性版本并未全部提交到中央数据库或PDM系统中，导致团队之间不能实时相互感知设计更改和变化；2.设计出来的图纸虽被工程师上传到中央数据库或PDM系统中，PDM系统无法识别与图纸不同版本之间的差异，变化的内容需要工程师主动告知或被动发现；3.结构、电子、电气等设计出来的图纸容量很大，在上传归档到中央数据或PDM系统的过程中极大的消耗系统资源，耗费大量的时间，不利于CAD设计数据的共享和传递；4.中央数据库或PDM系统虽有收集管理产品设计数据，但只是对设计数据进行归档，数据之间的业务依赖和设计本意并未被反应出来，不能作为知识有效的表达、共享、重用。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于语义信息交换的CAD协同设计方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种基于语义信息交换的CAD协同设计方法，包括以下步骤：

S1、建立CAD数据概念语义模型，将产品CAD结构从整体到局部划分为不同的实体对象并定义各实体对象之间的关系；

S2、以图、节点以及边的三元组方式将CAD数据概念语义模型组织成JSON数据格式，基于轻量化的JSON数据格式对CAD数据概念语义模型表达存储；

S3、利用版本控制技术实现对产品设计过程的追踪，提取、记录以及存储产品设计过程中所有版本的CAD数据概念语义模型；

S4、构建CAD语义捕获插件，对CAD数据概念语义模型进行捕获并将CAD数据概念语义模型发送到CAD语义信息交换中心；

S5、对比不同版本CAD数据概念语义模型并通过其区别构建CAD语义事件，将CAD语义事件发送到CAD语义信息交换中心，通过订阅CAD语义事件实现设计更改、变化的实时传递。

作为优选，在捕获CAD数据概念语义模型后，可将其送往CAD语义引擎生成实例化的CAD数据语义结构，并对CAD数据语义结构进行版本记录。

作为优选，结合图Graph原理和Web绘图技术在CAD设计桌面构建CAD数据语义网络浏览器，通过CAD数据语义网络浏览器解析并显示CAD数据语义结构。

作为优选，CAD语义引擎和CAD语义捕获插件均设置于CAD设计桌面上，CAD设计桌面上设有用于绘制产品CAD结构的CAD工具。

作为优选，CAD数据语义结构中通过不同的颜色区分设计意图的变化。

作为优选，实体对象包括产品、系统、子系统、整机、装配、子装配、零件、特性集合以及约束集合。

作为优选，产品、系统、子系统以及整机依次呈包含关系，整机、装配、子装配以及零件依次呈组装关系，零件与特性集合呈特性关系，特性集合与约束集合呈约束关系。

作为优选，约束集合包括位置、尺寸以及相交，特性集合包括拉伸、倒角、倒圆角以及折弯。

本发明的有益效果在于：

该基于语义信息交换的CAD协同设计方法通过将产品设计过程中所产生的CAD数据组织成自然语言的CAD数据语义结构，通过CAD数据语义结构反应产品设计的意图，完整的表达产品的设计意图和设计变化成熟过程，利用CAD语义事件交换技术解决跨专业领域的CAD设计团队、异地设计团队，异构设计工具、以及团队内部的协同工作的问题。

有利于CAD设计数据的共享和传递，能使电子设计团队和结构设计团队实时相互感知设计更改和变化，识别与图纸不同版本之间的差异，对数据之间的业务依赖和设计本意有效的表达、共享和重用，加速电子和结构设计协同，及时解决电子与结构设计间的干涉问题，且方便团队内部实时协同，减少团队管理工作。

附图说明

图1为基于语义信息交换的CAD协同设计方法的方案示意图。

图2为CAD数据概念语义模型的JSON格式数据片段示意图。

图3为CAD数据语义结构在Web页面的展示图。

图4为CAD数据语义结构的示意图。

图5为CAD数据语义结构版本控制与比较的示意图。

图6为CAD数据语义网络浏览器对CAD数据语义结构进行解析显示的示意图。

图7为基于语义信息交换的CAD协同设计方法实施过程的示意图。

图8为产品设计意图更改对比示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图8，本发明提供一种技术方案：一种基于语义信息交换的CAD协同设计方法，包括以下步骤：

S1、建立CAD数据概念语义模型，将产品CAD结构从整体到局部划分为不同的实体对象并定义各实体对象之间的关系；

S2、以图、节点以及边的三元组方式将CAD数据概念语义模型组织成JSON数据格式，基于轻量化的JSON数据格式对CAD数据概念语义模型表达存储；

S3、利用版本控制技术实现对产品设计过程的追踪，提取、记录以及存储产品设计过程中所有版本的CAD数据概念语义模型；

S4、构建CAD语义捕获插件，对CAD数据概念语义模型进行捕获并将CAD数据概念语义模型发送到CAD语义信息交换中心；

S5、对比不同版本CAD数据概念语义模型并通过其区别构建CAD语义事件，将CAD语义事件发送到CAD语义信息交换中心，通过订阅CAD语义事件实现设计更改、变化的实时传递。

为了方便反应产品设计的意图，完整的表达产品的设计意图和设计变化成熟过程，本实施例中，优选的，在捕获CAD数据概念语义模型后，可将其送往CAD语义引擎生成实例化的CAD数据语义结构，并对CAD数据语义结构进行版本记录。

如图1所示，为了方便查看CAD数据语义结构，本实施例中，优选的，结合图Graph原理和Web绘图技术在CAD设计桌面构建CAD数据语义网络浏览器，通过CAD数据语义网络浏览器解析并显示CAD数据语义结构。

为了方便工程师操作，本实施例中，优选的，CAD语义引擎和CAD语义捕获插件均设置于CAD设计桌面上，CAD设计桌面上设有用于绘制产品CAD结构的CAD工具。

如图8所示，为了方便快速区分设计意图的变化，本实施例中，优选的，CAD数据语义结构中通过不同的颜色区分设计意图的变化。

为了方便建模，本实施例中，优选的，实体对象包括产品、系统、子系统、整机、装配、子装配、零件、特性集合以及约束集合。

为了方便建模，本实施例中，优选的，产品、系统、子系统以及整机依次呈包含关系，整机、装配、子装配以及零件依次呈组装关系，零件与特性集合呈特性关系，特性集合与约束集合呈约束关系。

为了方便建模，本实施例中，优选的，约束集合包括位置、尺寸以及相交，特性集合包括拉伸、倒角、倒圆角以及折弯。

基于本体(Ontology)建模方法，结合产品结构、CAD工具的零件特性和特性约束构建产品的CAD数据概念语义模型，即CAD数据概念语义模型包含了典型CAD设计中的基本术语和术语之间的关系，实现对抽象，如图4所示，该CAD数据概念语义模型所体现的CAD数据语义结构能够被工程师和计算机识别，将产品CAD结构划分为不同的实体对象(产品、系统、子系统、整机、装配、子装配、零件、特性集合、约束集合等)，定义各实体之间的关系 (如:包含、组装、特性、约束等)。

如图2所示，通过轻量化的JSON数据传输格式对CAD数据概念语义模型进行表达和存储(按照Graph-图、Node-节点、Edge-边三元组的方式组织JSON数据格式)，即将产品的CAD数据的整个语义网络以三元组(自然语言的主谓宾)的方式表示成数值向量，因为JSON数据格式便于网络传输，所述加速了设计过程和意图（即CAD数据）的信息存储、传输、共享、交换和订阅，解决CAD物理数据传递的带宽、时效性和资源依赖问题。

如图6所示，在CAD数据概念语义模型的基础上，利用解耦式的架构设计思想构建CAD语义捕获插件，实时识别设计意图的变法，通过调用CAD语义捕获插件获取CAD结构、零件特性以及特性约束，实现对CAD数据概念语义模型进行捕获，将CAD数据概念语义模型送往CAD语义引擎生成实例化的CAD数据语义结构，确保工程师在CAD设计过程中实时获取产品的CAD数据语义结构。

如图7所示，利用版本控制技术实现产品设计过程追踪，对比不同版本CAD数据概念语义模型并通过其区别构建CAD语义事件，将CAD语义事件发送到CAD语义信息交换中心，通过订阅CAD语义事件实现设计更改、变化的实时传递，支持团队之间、跨团队之间事件的发布与订阅，解决产品设计协作问题，如图5所示，提取、记录、存储产品设计过程所有版本CAD数据语义结构，对比不同版本CAD数据语义结构构建CAD语义事件，CAD语义事件可以被团队内部或团队之间的工程师订阅，实现设计更改、变化的实时传递，驱动CAD设计信息交换。

结合图Graph原理和Web绘图技术在CAD设计桌面构建CAD数据语义网络浏览器，通过CAD数据语义网络浏览器解析并显示CAD数据语义结构，如图3所示，CAD数据语义结构在Web页面的展示；如图6所示，CAD数据语义网络浏览器对CAD数据语义结构进行解析显示。

以CAD数据概念语义模型作为中央数据库或PDM的信息架构，组织产品研发数据的关系，形成产品设计知识库，解决面向产品设计过程中的知识积累沉淀。

工程师完成在CAD语义信息交换中心的注册，如果工程师想实时获取团队内部产品设计的变化，可以订阅响应的CAD数据，CAD语义信息交换中心将实时推送CAD的设计更改通知，及时让工程师掌握最新的产品进展度，查看接口和约束的变化，保证自己正确的做事提升整个团队的设计效率；

每个工程师桌面都安装CAD语义捕获插件和CAD语义引擎，当工程师需要保存当前设计的图纸时，CAD语义捕获插件会自动捕获语义，并将语义记录为一份新的副本，即产生一个新版本的CAD数据概念语义模型，且自动与上一个版本的CAD数据概念语义模型进行对比，自动分析差异，并将差异作为CAD语义事件发送到CAD语义信息交换中心；

CAD语义信息交换中心根据订阅清单，自动将语义事件分发给订阅者；

订阅方CAD语义引擎监听CAD语义事件，并将事件内容推送到CAD工具，及时通知告知订阅者团队内最新的设计情况；

如订阅者想了解完整的产品设计情况，可以通过CAD数据语义网络浏览器查看不同版本的CAD数据语义结构，浏览产品设计意图，追踪产品设计的变化，通过不同版本的CAD数据语义结构进行对比，具体可通过不同颜色快速识别区别的地方，进而识别CAD数据的设计意图的更改和演变过程，并将其变化实时传递给团队内部，用于工程师快速识别对自身工作的影响，从而提高设计效率。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于语义信息交换的CAD协同设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立CAD数据概念语义模型，将产品CAD结构从整体到局部划分为不同的实体对象并定义各实体对象之间的关系；

S2、以图、节点以及边的三元组方式将CAD数据概念语义模型组织成JSON数据格式，基于轻量化的JSON数据格式对CAD数据概念语义模型表达存储；

S3、利用版本控制技术实现对产品设计过程的追踪，提取、记录以及存储产品设计过程中所有版本的CAD数据概念语义模型；

S4、构建CAD语义捕获插件，对CAD数据概念语义模型进行捕获并将CAD数据概念语义模型发送到CAD语义信息交换中心；

S5、对比不同版本CAD数据概念语义模型并通过其区别构建CAD语义事件，将CAD语义事件发送到CAD语义信息交换中心，通过订阅CAD语义事件实现设计更改、变化的实时传递。

2.根据权利要求1所述的一种基于语义信息交换的CAD协同设计方法，其特征在于：在捕获CAD数据概念语义模型后，可将其送往CAD语义引擎生成实例化的CAD数据语义结构，并对所述CAD数据语义结构进行版本记录。

3.根据权利要求2所述的一种基于语义信息交换的CAD协同设计方法，其特征在于：结合图Graph原理和Web绘图技术在CAD设计桌面构建CAD数据语义网络浏览器，通过所述CAD数据语义网络浏览器解析并显示CAD数据语义结构。

4.根据权利要求3所述的一种基于语义信息交换的CAD协同设计方法，其特征在于：所述CAD语义引擎和CAD语义捕获插件均设置于CAD设计桌面上，所述CAD设计桌面上设有用于绘制产品CAD结构的CAD工具。

5.根据权利要求3或4所述的一种基于语义信息交换的CAD协同设计方法，其特征在于：所述CAD数据语义结构中通过不同的颜色区分设计意图的变化。

6.根据权利要求1所述的一种基于语义信息交换的CAD协同设计方法，其特征在于：所述实体对象包括产品、系统、子系统、整机、装配、子装配、零件、特性集合以及约束集合。

7.根据权利要求6所述的一种基于语义信息交换的CAD协同设计方法，其特征在于：所述产品、系统、子系统以及整机依次呈包含关系，所述整机、装配、子装配以及零件依次呈组装关系，所述零件与特性集合呈特性关系，所述特性集合与约束集合呈约束关系。

8.根据权利要求7所述的一种基于语义信息交换的CAD协同设计方法，其特征在于：所述约束集合包括位置、尺寸以及相交，所述特性集合包括拉伸、倒角、倒圆角以及折弯。

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