铸铁拔叉零件夹具设计【含非标件】【全套含CAD图纸、说明书】

资源目录里展示的全都有，所见即所得。下载后全都有,请放心下载。原稿可自行编辑修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑问可加】 编号： 毕业设计(论文)外文翻译 （译文） 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师单位： 姓 名： 职 称： 年 6月 3 日 翻译论文：CONTENT BASED SEARCH OF MECHANICAL ASSEMBLIES 基于机械装配体内容的搜索 Associate Professor Satyandra K. Gupta 摘要：由于越来越多的国家使用三维 CAD 系统软件开发产品，而导致了装配体数据库大型化， 未来这些装配体数据还会继续爆炸性增长。当前，这种爆炸性地增长使得没有有效的技术能基 于内容在其中进行搜索。然而基于内容搜索这些数据库对设计师们有如下两点帮助，第一：它 可以促进现有装配设计的重用，从而减少设计时间。第二：更多有用的设计，制造和装配（DFMA） 知识嵌入到现有的装配体中。利用这种技术，设计师们可以分析和检查现有的装配体，也可以 作为一种学习工具借鉴现有的装配设计，从而更好的使 DFMA 实践到新设计当中。 关键词：搜索；装配体搜索；DFMA；装配体内容 引言： 本文阐述了一种基于内容搜索装配体数据库的系统，并列出已被认定为全面搜索模板和描 述算法的基于内容进行机械装配体搜索。其根据机械装配体的特点进行分类鉴定并根据他们的 相似度进行比较和复杂计算。从 CAD 数据中提取特征并为之设置独立的计算机辅助设计(CAD) 签名，搜索方法包含字符串匹配的精确和近似、数字和计算图匹配的兼容性。各种各样的研究 团队解决了前两个问题。本文介绍了一种新的算法利用分支定界搜索来解决数字和计算图匹配 的兼容性问题，该算法运算执行使用了随机生成的图形特点。 本搜索软件提供了一个单独的工具来执行基于装配体内容形式为基础 CAD 格式搜索。在 这篇论文中通过几个实例来说明搜索软件的能力。这个搜索工具有助于降低了设计时间和重用 已有设计的知识。 目录 第一章 1 1.1 CAD 软件系统中的机械零件 1 1.2 运动副 2 1.3 研究的问题 3 1.4 论文概要 6 第二章 6 2.1 装配建模 6 2.2 部分搜索技术 8 2.3 搜索的基本功能 10 2.4 子图同构的概述 12 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 14 页 共 13 页 第一章 简介 这一章内容如下：第 1.1 节讨论 CAD 软件系统中的机械零件，第 1.2 节介绍运动的装配 体搜索系统研究的背景，第 1.3 节介绍这项研究中遇到的问题和第 1.4 节介绍论文大纲。本论 文大多数基础研究的工作报告将在报刊上登出。 1.1 CAD 软件系统中的机械零件 在过去十年中，整个产业的发展中三维 CAD 系统已经变得非常流行，这些 CAD 系统用 来建立 3D 模型零件和装配体。以这些模型为基础，进行工程分析与生成的生产计划。因为有 了三维模型的虚拟样机而减少了物理样机的需要。如今，在产品开发过程中所有参与者的 CAD 模型建立工作均获得各部门的三维数据库支持。特别是，设计、制造和售后工程师将受益于这 些数据库。设计工程师设计产品时可以通过访问数据库中的零件和装配体获得类似的数据，生 产工程师可以使用这些资料库找出生产计划及供应商制造零件和装配体，售后工程师可以获得 组装产品拆卸的维护和维修方法。这些数据库中的零件和装配体更新到最新的版本后可以显著 提高信息传播。企业的 CAD 数据库规模庞大，每一个产品的装配体都包含很多零件，每个零 件又包含很多部分。因此，即使是一家小公司一年的数据库也会因为多个产品线而导致数以百 计装配数据的增加。 机械装配体由几何特征构成的机械零件组成。装配体在 CAD 系统中可由零件或子装配体 组成，这个子装配体由多个零件组成。装配体明细表由各组成部件、子装配体在一个结构树中 表示。装配体的组成部分被放置在特定结构树位置表示不同的装配关系，虚拟装配样机是产品 的一个重要组成部分。许多产品都有关联，这些关联用运动副来表示，这些装配体中的节点可 以模拟出不同地运动。在产品制造之前可以对零件和装配体进行不同的分析，如分析装配体的 可加工性、强度和运动分析。通常这样的分析结果包含产品制造(PMI)装配体数据存储中。相 比而言，公司产品的机械装配体 CAD 数据中包含了更多的产品信息。 装配的数据库，除了支持下游制造业和售后服务业的工作之外，在设计阶段中也是非常有 用的。在设计阶段装配数据库有两个主要用途： ♦ 第一个用途是在装配体中找出可能重复使用产品。这样的设计重用有利于许多现有不同 设计，减少了设计时间的同时消除装配中模型的建立和分析重用。此外，现有装配测试还能建 立生产计划，这进一步降低了产品的开发时间和成本，在多个产品线中重用部件也有利于公司 的计划经济。例如万向节的设计可以重复使用另一个万向节设计，万向节的设计如图 1.1 所示： 图 1.1：一种普遍的连接——重用现有的设计 ♦ 第二个用途是给现有的设计提供相关方面的知识。设计装配体需要相当的努力，创造良 好的装配设计需要细致到应用分析及设计制造与装配（DFMA）的原则，公司产品设计应嵌入 这些规则。在公司及其供应商需求中，这些规则可以调整设计以适应生产要求。同时新的设计 师也可以通过参考和复制出成功的设计。而且，当设计师们需要找到一个装配所需的特性时他 们也可以访问相关的数据，如成本、可靠性和故障报告。也可以用于通过访问装配体的信息， 而把他们适合紧紧联系在一起。例如摄影机框架装配如图 1.2： 图 1.2：一种摄影机框架——利用设计方面的知识 1.2 运动副 本节介绍装配体的运动副搜索系统研究的背景。 1.2.1 装配体搜索系统的需求 Saaksvuori 的报告中说道，如果利用现有的基础知识重用到新的设计当中可以节约公司设 计师高达 70%的时间。新的装配设计过程中这种能搜索数据库的能力尤为重要。目前，基于装 配内容的搜索工具没有规范化的标准。因此，设计师们只能使用 CAD 系统中结合文本检索方 法和部分基于手动开放式的各种文件去浏览需要的内容。设计中这个效率非常低下的方法在数 据库总成数据大型化后已成为严重的问题，同时还需要设计师访问 CAD 软件。昂贵的三维 CAD 软件将有助于搜索数据库而不需要访问 CAD 软件。如果一个设计师能在不使用 CAD 软件的 情况下够获取装配信息进行设计则将有助于降低成本。 1.2.2 现有的搜索方法及其局限性 设计师搜索方式有几种类型。如果装配体储存在硬盘中，他们可以使用文件名称来搜索。 这种方法只在文件命名有规定方式的单个工程中有意义。然而，在大公司中发展和部署基于文 件命名规则是不实际的。越来越多的集团开始在不同的地方建造制造工厂，合并两个在不同的 地方的不同公司也将导致两个完全不同的命名规则。这种方式只能满足不同生产单位各自的需 要，而不能作为一个装配搜索系统中搜索的标准。在这种情况下，在两个不同的生产单位中设 计者不能有效的参考并使用产品的信息进行设计。新的约定协议也无法用来搜索公司遗留下来 的数据。任何公司通常都会有非常庞大的遗留数据，其均很难通过改变或实施命名协定来达到 公司要求。另一种方法是在产品数据管理(PDM)数据库中附文本符号标识一起保存，这个方式 也只能提供有限的搜索能力和有限的标识能力。此外，装配还需要手动注释说明，搜索标识文 本也不能表示机械装配的所有属性。此外，基于这些文本属性搜索部件不可避免人为的错误诠 释，从而降低了内容准确性。如今，基于图形搜索的工具层出不穷。然而，通过这些工具搜索 却常常搜索出不是非常有用处的部件。他们只显示整体造型的装配而不能解释零件结构中存在 的配合关系。整体造型是一种特殊装配而有所不同。例如，在图 1.3 中四连杆机构就有不同的 位置形式，只有文本标识搜索工具和基于图形的搜索工具显然是不足以搜索零件。这项研究已 经为公司提供了一种基于内容的搜索工具服务于产品装配设计过程当中。 图1.3：不同相对位置的曲柄滑块机构的部分 1.3 研究的问题 1.3.1 软件搜索系统所需的特点 此项研究的目的是建立一个基于装配体内容能从现有的数据库中搜索出现不同的特征的 检索系统。采用此系统来搜索整个数据库中典型装配包含的特征。因此，此系统需要支持全面 的、用户可以定义的基于特征列表总成的搜索，系统包括的特点会在后面的章节列举。系统应 当足够灵活方便用户通过搜索出任何组合的特点，搜索出或太或少的结果。因此，如果搜索结 果太少则提醒用户减少搜索条件（精准度）。同样，如果搜索结果过多则能为使用者进行迭代 求精。这就要制约装配特征的搜索，并执行搜索和再精炼搜索，本搜索算法是一种有效的产生 精准及一定准确数量搜索结果的算法。用户在任何时候搜索都应能够为其排除任何装配体而进 一步再搜索。最后，本系统应具有一个易于使用的界面和能够几秒钟内从一个装配数据库中找 到有用信息的效率。本研究的目的如图 1.4 所示： 搜索标准 算法标准 搜索策略 基于产品装配内容建立的搜索软件 图 1.4：研究的目的 本论文描述了一种基于装配数据库系统运行的搜索。接下来的研究发现了已经各种各样的 所描述的搜索模块应用于现代的 CAD 系统当中。其也是一种基于机械装配体内容搜索开发的 模块算法。同时这些算法已应用到系统中，是本论文插图结合实例说明使用的原型系统。 1.3.2 为搜索识别和提取装配的特征 已发表的文献中的装配模型 验证数据的可用性 Pro/Engineer Unigraphics 添加额外的装配特征 通用搜索标准 最初的研究部分是为了确定一个装配体的特征的全面性，这些信息应包括特征所有可能的 信息以符合设计师搜索装配的需求。我们决定以 Pro/Engineer 软件为基础，参考现有的 CAD 系统和装配建模技术领域，建立一个列表集合所有的特征方便进行搜索。因此，我们的所有特 征列表研究可在 Pro/Engineer 软件中使用，我们开发了一个初步支持基于装配特征搜索的列表 模型应用在 Pro/Engineer 软件。为确保这些特征并不只是针对 Pro/Engineer 软件，我们还确保 其在另一个计算机辅助设计(CAD)系统——Unigraphics 软件中有效，并保证我们的列表信息在 Unigraphics 软件中也兼容。研究数据显示该搜索能从 CAD 系统中提取信息，从 CAD 系统应 用编程接口(API)提取的数据可在装配签名前执行，基于 Pro/Engineer 的特征能使用于 CAD 系 统 API 程序接口并验证签名，这将使搜索系统能够在任何 CAD 系统中独立运行。图 1.5 总结 装配特征识别的过程。 图 1.5：装配特征识别方法 相互关系 装配体 零件 运动副 配合 每一个装配都会伴随大量的相关特征，利用不同特征直观上特殊的差异进行区分，并在这 个基础上开发搜索系统，但搜索系统要有一个直观的界面。特征鉴定分为四个主要的类型，在 装配设计过程中为其特征分类。装配特征层级如图 1.6 所示： 图 1.6：装配特征层级 然后，开发一种即在一个装配中保存有所有特征的签名也独立于任何 CAD 系统的合适格 式，这种装配格式作为保存签名装配体的基础，使装配位置的每部分装配都有一个独立图形信 息表示运动副。由基本部件加上附加部件组成了运动副，每种运动副又只描述一种类型。通过 保存的签名数据的运动副和配合条件可以创建一个图表，只用来表示在 Pro/Engineer 中的配合 条件和运动副。不需要使用 CAD 文件，签名编号就完全可以表示装配，因此，在任何 CAD 软件中可以独立查看并搜查这些装配。因为这些签名编号不依赖于任何一个单独的 CAD 软件， 所以可以使用不同的 CAD 软件用来浏览和搜索装配设计。这种可以在设计过程使用不同的 CAD 软件和不同公司数据交换的能力对大公司来说是非常有用的。 1.3.3 不同的特征的搜索方法 许多装配体的特征都是基本文字或基本的几何图形，因此基于文本、字符串匹配的搜索算 法都是可取的。这种算法和字符串近似准确匹配这个难题已经研究得很透彻了。为了做搜索系 统曾提出各式各样的想法，比如做精确几何形状比较、匹配。本研究将进行实验比较搜索时间 效率来排序每一种方法。基于搜索部分的结果来匹配图形的相似度。用户需定义一个在装配体 数据库中能部分代表配合条件的图形，这两个图需要相互匹配，这就需要一种图形兼容性的算 法。采用基于多运动状态形势搜索，当数据库保存有一种连接介于两种不同的运动状态时则应 当出现多种情况的搜索结果。这就需要建立一种能提供查询数据库又能保存有效配合关系数据 的数据结构。这种搜索、查询方法涉及装配数据库中字符串准确比较，并找到存在相互关联。 1.4 论文概要 论文有以下安排，有四种不同主要搜索定义类型用于搜索装配的特征，将在后面不同的章 节说明。其中包含总装配体中特征的大小和数目统计等部分，第三章将讨论基于这些统计数字 的搜索，将会有一部分总结装配体特征的材质、尺寸等特征。页可以使用装配体特征中一种不 常用的部分进行搜索。第四章讨论一种利用装配体部分特征进行的搜索，其中配合关系在装配 体中扮演着重要的角色。因此，我们需要它支持基于文本类型及配合条件进行的搜索，这种搜 索将在第 5 章中阐述。通过两个部件定义装配体运动副的情况，装配自由度的限制决定了运动 副的种类。因此，我们需要基于刚性连接搜索算法的支持。这种搜索方式将在第六章中阐述。 第七章论述了实施中细则方面的研究。第八章概括研究的预期结论及此领域未来的研究方向。 相关研究 第二章 本章提出了一种基于装配建模及表示方法、零件几何形状装配搜索和子图同构审查功能的 先进搜索引擎，经过广泛研究的装配建模及表示方法对于搜索引擎中的鉴别特征搜索和部件表 示功能尤为重要，为实现基于这些重要部件的搜索已经提出各种各样的方法。现有基于装配体 搜索技术多是跟据考量与识别这些装配重要的数据特征、功能和性能，及装配体的局限性提出 的。一直尝试用图表示各种不同零件之间的配合情况，图的一部分可以用来寻找装配，这便可 以实现了解、研究更多的子图同构。这一章的内容如下：第 2.1 节讨论装配建模方法；第 2.2 节讨论基于部分内容搜索的方法；第 2.3 节讨论了基于装配内容搜索的功能和性能；最后第 2.4 节概述子图同构。 2.1 装配建模 装配常见的解释是根据一定的配合关系把零件集合到一起。许多的装配体只是利用最基本 的配合关系把零件结合到一起， 其只是努力强调功能和性能之间的基本联系。为了支持计算 机辅助装配建模设计而在电脑上尝试各种各样装配表示方式，该模型是总结不同研究小组得出 的不同特征和不同装配应用的基础上提出的。为实现基于内容搜索，我们需要评估这些方案并 决定哪些对搜索引擎中有用。根据这些方案所提供了依据，建立可在基于计算机的搜索系统中 使用的特征标识的信息的格式。本节总述不同学者提出的搜索方案。 CAD 系统通常会有两个独立的模块分别创建零件和装配体， 个别零件的几何形状是根据 产品装配体的需要建立的，CAD 系统中零件的位置是根据装配约束条件确定的。用户可以在 CAD 系统中选择和指定连接点的连接顺序。关于配合条件和节点数据可以从 CAD 系统中提取。 现有的 CAD 系统不存储装配体的功能和性能数据。 Gupta 等人提出一种智能的装配建模与仿真环境(IAMS)装配仿真及可视化方案，其可提供 详细的数据结构来表示零件和装配的工具、工作空间和计划。他们这种嵌套列表式的表现形式 的有组织所有部件和存储属性的能力。每部分都有一个名字描述、一个指向的几何体、和一个 转变关联，这使得每部分零件在装配体中都有其装配位置。并可以扩展到存储的零件的文本属 性。由每一个联合类型、名称，形成其共同的基础和附加部分的名称，配合条件数据存储在可 以读写的签名图表中。方案中提供一个装配的编辑器让用户定义属性、装配序列和计划。 在本文提出的研究中，Gupta 等人定义的装配格式作为基础来储存签名装配体。他们提出 有关装配的单一数据结构存储数据形式，并可以扩展到包括在本论文中提出的附加条件的数据 当中。他们所提出的许多数据文件都是装配文件和零件文件相结合，并在文中用来表示装配体。 然而，他们的工具产生数据之间的零件几何接触部分取决于用户输入参数，并利用装配体装配 序列的编辑。利用这些模型的能够建立一个基于产品装配内容的搜索工具，因为他们可以产生 的数据不需要用户手工输入产生，然而无法在共同的 CAD 系统中使用所产生的装配模型。因 此本文的研究工作的一部分就是从 CAD 模型提取的装配体数据用来表示装配关系。 Noort 等人提出一个结合装配数据表示它部分产品和组装等的方案。这个组合表示保证任 何部分关系或装配关系的变化都能反映在另一个数据关系中，它为部分特征和装配特征的更新 或任何其他的改变时提供了独立的表示观点的方法。该关系方案支持概念设计、部件详细设计、 装配设计、制造、装配规划部分的观念。 作为一个集中零部件的装配体以及单个零件装配对于基于内容的检索系统都有重要的，通 过这种方式提供了一个联合关系的方法。这种表现方式在自然界非常通用，并将因此而被用于 多个应用程序就像装配序列规划和部分制造一样。作为相关的意见，在任一部件或组装装配的 变化时的影响都是显而易见的。然而，这些关联不使用于匹配 CAD 文件规定的状态，而是更 高层次的关系，其能推断出来的部件的几何形状。现有的 CAD 系统并不支持这样的关系，尽 管这些能更直观的记忆和使用。因此，高级关系不能方便地用于装配搜索。 Nanda 等人提出了目前在产品设计的各阶段利用基于网络本体语言（OWL）系统进行研 究和部署的方案。该模型满足消费者对产品功能和零件的需要。运用该模型可为每一个需要提 供一个函数映射组件，并用实体列表来完成这个功能。该项功能提供使用 OWL 含义表示数据 结构，OWL 表示比 XML 表示多使用了这些数据结构。利用描述逻辑(DL)使一个以计算机为 基础的语义解释，而完全不需要人为介入。 从这种方法的优势就是共享各部分不同类型的设计，它也将会是装配设计的各个阶段中寻 找设计信息的过程当中很有帮助。该模型方案有助于捕捉功能和运动装配， OWL 表示法可以 用于创造基于函数和运动装配内容的搜索工具。 然而这种方法不用考虑装配的形式。本研究 中提出了基于他们的结构特点的算法搜索装配，因此我们并没有用过这种表示方案。而本文建 立的标签就可以很容易地存储在 OWL 格式当中，因此本文所做的工作跟这种方法是相辅相成 的。 Rachuri 等人提出了一种用对象为导向的开放式装配模型（OAM）来代表机电组件的装配 设计的定义，并用这个这个模型表示系统格式、功能和运动方式。装配体由几何部件和其他部 件配合约束和零件间运动关节装配而成，设计中只考虑用几何形态的形式表示；用该功能来表 示输入/输出之间的变换；用装配体表示其运动和有意无意的物质相互作用。如此说来其便是 一个行为函数的子集，它是一个有概念层次的模型。该模型包括工件的所有父类或子类，装配 有关的信息都存储在类中。该模型也有储存设计的理念。如大小的其他信息、几何公差、材料 会附在单独的公差模型类当中，并使用统一建模语言（UML）来表示装配体。 可用于协同设计的 OAM 功能，可以用于基于任何形式、功能或装配特征的搜索系统的设 计中。因此，该模型可以用于设计的任何阶段。这种模式的核心产品模型（CPM）和 STEP 标 准可扩展到表示装配体，本论文研究工作提出的这个模式可以扩展使用到任意独立 CAD 系统 组件的签名中，这种由 Rachuri 等人提出的表示模式，能减少作为文本文件的签名装配从 CAD 数据库中的存取时间。该表示模式，也可以作为他们从没有任何人工干预的组件中提取数据的 工具，并以能够获取装配的功能和性能的能力确保这项研究工作持续下去。 Wang and Ozsoy 提出用装配图形的形式表示装配，使用零件和零件之间初级和末级节点 的形式表示装配体。设置不同配合情况来记录每一个零件或子装配体的每个构件之间的连接， 并利用这一数据结构进行装配公差分析，利用配合和装配的总体尺寸来查找出各个环节公差链 后得出基本方程式。 本论文使用了 Wang and Ozsoy 提出的基于图形表示方案，然而 Wang and Ozsoy 提出的方 案只支持三种配合关系。用匹配、相向和平行来表示零件或装配体的位置，然而这三个交配条 件不足以描述零件在装配组件没有接触情况下的装配约束。本论文的研究扩展了数据结构涵盖 到在 Pro/Engineer CAD 系统所有可能出现的配合条件。 2.2 部分搜索技术 装配体是一个基于特征组成的零件的集合，并可以在搜索使用。因此，本研究支持根据装 配组成部件搜索。其涉及到基于部件组成部分的几何形状、文本属性进行搜索，并可在目前的 PLM 系统中基于文本属性搜索有字符串匹配的操作。可将基于文本进行的搜索扩展到搜索系 统中，基于文本搜索的技术将在本论文第四章说明。可提供给用户不同方法的基于几何进行搜 索的应用程序。许多的研究小组都已经提出了不同部件相似性评估，及搜索工具与综合搜索技 术。此外，该技术是基于几何形状的部件，并可以用于确定装配的搜索标准。本节讨论基于搜 索技术的部件几何形状。 2.2.1 基于部件查询的搜索 在许多应用中，部件查询的目标是在所有装配体的零件数据库中找出有类似的部分。这样 的搜索定位此类零件方式是如图 2.1 所示。一种常见的情况如搜索可重用的类似部分轻微修改 的夹具组件，并已开发了各种技术进行 3D 实体模型之间的相似性评估。两个 3D 零件之间的 最新设计的部件 自动搜索数据库中零 件几何相似的部分 零件数 据库 数据库中发现相似的部分 相似性评估主要包括两个步骤。第一步是计算物体的形状、标签；第二个步骤是比较合适形状 的距离函数。主要利用造型相似性评估领域的技术 图2.1：零件搜索的架构 作为这个形状相似性评价方法中描述的对象代表着进行全球几何性质测量的形状分布函 数，这种技术可以用来作为第一个滤波器以确定不同的对象，在文献[03]中将为新滤波器形状 匹配提供了理论依据，这些过滤技术已经应用到大型机械的零件数据库中。在文献[04]，每一 个 3D 模型和单元所代表的不变矩矢量元件、几何参数、矢量值和特征树形状。 基于转换成实体模型的图形技术归功于用图形表示的各种几何和拓扑实体模型中实体之 间的关系。在已使用的图形类型中，有签名型号的图和大分辨率的 Reeb 图。虽然这些技术易 于实现，但可能没有有很高的辨别能力。 2.2.2 基于草图的搜索 3D 模型并不总是作为有空搜索、查询的基础，因为创建一个复杂的三维模型零件作为查 询会非常耗时。这种方式可以帮助设计师使用相关特性 2D 草图代替 3D 模型。因此，在许多 搜索设计再利用的应用程序中用户可能都不会建立详细的 CAD 模型进行搜索。在这种情况下， 为用基础工具零件草图代替也可以用来寻找所需的部分或定位一个查询的部分。这些草图通常 是标准的 2D 图，如顶视图、前视图或侧面视图的一部分。 之前提出的技术能够让用户免费的根据基本草图数据库检索 3D 零件。使 3D 零件在用户 检索后有进一步的反馈，用户可在三个视图的基础上搜索每一部分。该技术包括三个主要步骤： （1）视 3D 零件方向确定；（2）生成 2D 草图；（3）计算草图和 3D 部分的预测之间的相似 程度。这种相似性的措施是转换不变的情况下，在用二维视图进行比较的基础上获得由相交的 二维图像的距离变换成一个同心圆的傅里叶系数函数。 装配搜索技术可以推广整合到基于零件基本草图的搜索工具中，并用于寻找构成部件。该 工具也可以找到用数据库类似的部分来作为一个查询的部分。该搜索技术的一个主要应用便是 搜索装配体中的草图，基于草图的装配体用零件之间的配合状态表示。装配搜索系统采用基于 零件之间的配合状态图形表示，并允许用户自定义搜索装配时使用这些图的一部分。这项搜索 技术基于零件草图搜索技术，用户可以在零件数据库中定义零件草图进行搜索。 2.2.3 零件数据库可视化浏览的搜索 在很多情况下，用户并没有需要查询的条件。此外，由于用户对零件复杂性和工程制图概 念的熟悉程度有限，这就不可能使用以草图为基础的查询方法。在这样的情况下,可视化浏览 CAD 数据库便是一个有效的解决方法。 假设设计师想找到一个由上千个零件组成的设计数据库中可重用的设计信息时，会产生有 两种可能的情况：第一，设计师都有查询部分和想要找到相似的部分查询，在这种情况下基于 几何学的搜索技术便可用于定位相似部分；然而，在另一种情况下设计师通过几何搜索技术查 找时可能会不记得确切的部件几何细节，在这种情况下用户需要浏览 CAD 数据库找到理想的 对象，一旦设计师找到所需部件的相似的一部分，他/她可以用于基于部件的查询技术中。因 此，一个完整的系统可以协助设计师定位相似的零件几何以及有用的可视化搜索。 一个类似的浏览能力已应用于基于装配搜索系统中，并利用该系统来浏览装配体的 CAD 数据库。用户可以指定所有搜索标准的通配符来浏览整个数据库的零件，同时还可以指定一些 可移除部分零件的搜索标准来浏览数据库或浏览其余配件，并为使用者提供了一个单独的装配 查看器工具来查看个别组件的详细信息。 2.3 搜索的基本功能 在本论文研究工作描述了一个基于装配形式的搜索系统，装配体的功能和性能同样重要。 其文本属性能够很好地描述本研究工作，可扩展到搜索时使用工具自动提取有效数据。尽管我 们现在的大部分陈述都是基于在设计过程中收集到的功能和性能信息。从 2.1 节中的文献综述 中可以推断，现代 CAD 系统尚未不存储这些设计资料的信息，而是依赖 PLM 这样的外部工 具来存储这些信息。本节讨论在装配体的功能和性能的基础上寻找一些方法。 Shaffer 等人提出基于目前的 Web 服务可以整合一些不同的方法来搜索组件，并增加了额 外的功能，提供一个 Web 服务描述语言（WSDL）文档描述数据库新的功能。可以使用中介 的 WSDL 文档数据获得该服务并生成目标语言的数据接口。 这样的一个系统，其优点是它融合了现有的不同方法来搜索组件，并提供了一个可以用来 整合任何新方法的搜索框架。因此，设计师也就不用花时间去理解接口和研究不同搜索系统。 此外，设计者在设计过程中可以使用搜索系统计划或估算成本。这个方法不使用关系数据库模 型，从而不必事先索引模型的信息。Shaffer 等人提出的架构可为这篇论文中提出的基于 web 服务的搜索工具服务。这将使这个搜索工具独立于任何 CAD 软件，并可扩展到以功能和性能 为基础的装配体搜索中。 Kopena 等人提出了一个基于语义 Web 的概念设计用来代表和访问组件的方法。他们发明 了描述概念设计界面的产品，并可以用来诠释设计与基于这些注解进行搜索，同时还可用于分 类设计。该系统应用这些类描述进行搜索。相比目前所使用的技术语义 Web 不仅允许有效的 收集和组织大量数据，还允许加价出版设计。使用语义 Web 建立定义描述产品装配的逻辑， 因此该方法有自动推理、识别装配体的功能。 在概念设计阶段，他们还提出一种用于来捕捉结构和功能设计的方法。一旦结构和功能确 定了, 搜索引擎便可以在设计资源库中定义。在这个系统中可以创造集标注功能和流动功能于 一体的三维草图。在系统中推理者可以签名、描述类。在数据库中进行搜索得到的所有设计类 的描述结果均可反馈给设计师，基于语义 Web 的方法可以有效的提高搜索软件的效率。组成 簇数据库中的类似组件可用于分类设计，这将有助于提高搜索软件的效率。由 Kopena 等人提 出的这种方法有益在设计过程中捕捉装配体的功能。然而，这种方法不能用于查找传统的 CAD 数据信息，传统的装配的格式将会失效。截至目前，没有一个工具可以从没有任何人机互动的 传统装配数据库中提取数据。尽管任何公司组织的数据库中传统数据都占有很大的部分，却还 是使用这种却仅仅适用于新设计的方法。 Karnik 等人提供方法，能够对在设计过程中所做的更改的零件几何形状进行设计信息搜索， 最终设计可视化的装配导航系统。可使企业很容易的在一台计算机上使用搜索工具获取计算机 可识别的格式信息。该系统还将提供了装配体中各个部件之间的技术要求和技术规范。该系统 包括功能建模，基本原理建模和建模设计历史。根据装配不同方面的搜索工具已整合在一个框 架中。 该系统有益于对部门产品的 CAD 装配体的功能和设计历史进行搜索。然而，只有设计建 模者能够利用这些数据。在更新 CAD 模型后，部门数据库中的传统 CAD 数据的设计历史将 会失效。使用工具并不能推断出产品 CAD 装配体的功能。因此，这个工具不能用于基于内容 的搜索系统。该方法能够结合建立基于产品装配内容的搜索工具，当所需资料时即开放给所有 数据库。 Bohm 等人提出了以存档功能为基础的设计生成设计理念，使用指数矩阵和形态学矩阵技 术来产生设计思路。他们指出，76％的指定子函数返回结果，平均 61.35％组成部分可以通过 使用形态的搜索功能产生。并使用功能的基础语言来形容的功能，由一个名词描述流和动词描 述功能，搜索后会产生类似功能的构件。 形态学矩阵由该方法手动操作生成，并必须有从传统的 CAD 数据中自动提取矩阵的方法。 这种方法可以结合不同的子功能，并返回它们作为单一的输入查询的结果。该方法也考虑将该 功能使用于其他领域，例如机电配件。然而需要用户选择输入领域进行搜索。作者声明增加数 据库的大小将增加主要搜索目标的生成。 2.4 子图同构的概述 如果两图形的同一节点和边之间存在一一对应的映射关系，则两图同构。倘若两图拓扑子 图同构，那么一个图形一些节点和边也与另一个图形所有的节点和边之间存在着一一对应的映 射。子图同构问题属于 NP（完全）问题。该研究涉及类似于子图同构的兼容问题求解图形。 本节将讨论解决子图同构问题的各种方法。 Ullmann 曾提出方法试图解决子图同构问题，他试图用多级优先树型搜索的方法来解决这 个问题，并穷举反馈搜索结果。早期大部分的搜索都是用反馈的方法来解决这个问题，用该方 法同时处理两个图。这种方法使用一个用对 1 和 0 作为元素的邻接矩阵，使用一个改良程序来 连续推断回馈搜索结果以减少节点访问，找出两个图形之间的同构，但该方法仅供测试连接图。 该算法仍十分受欢迎，并且用来查询数量有限的节点和边的图形。在许多有效的优化精简 搜索空间技术的基础上 Ullmann 提出了反馈方法。然而，这种算法并不能在查询图存在大量节 点的情况下有效。因为这种算法没有考虑到任何以前的图形节点查询知识和数据库图表之间的 通信，我们提出的算法是模仿这种方法。在本论文的研究不同搜索所有同构却能通过一个实例 可以在较少的时间内与 Ullmann 提出的方法进行比较。 Yu 和 Wang 已经使用了一种 2D 连续的神经网络模型得到一个子图中同构于查询图表的图 形。该算法就使用了连接图，并建立一个两个图相同数量的节点神经网络。用一个功能函数定 义有关参数，并推导出网络中传递函数。该这种方法中使用随机或已定的神经元数进行函数初 始化，并用四阶的龙格-库塔法来解决方程。 他们定义了子图同构的基本条件，并可以在任何解决子图同构的方法中用作修剪条件。在 这种方法中使用的修剪条件在本质上是通用的，可用于任何子图同构的方法。本论文采用由 Yu 等人提出的修剪技术。然而，Ullmann 的方法更符合这篇论文的边界条件。因此，在这项 研究中提出的子图同构算法并不基于由 Yu 等人提出以神经网络为基础的方法。 Messmer 等人提出在决策树中创建一个预处理步骤，并在使用这些决策树时对子图同构进 行检测。同时他们还推荐了几种减少决策树的大小修剪技术，及建立决策树模型转换数据库中 邻接矩阵图形。 他们声称，这种算法具有最坏情况下二次查询图中节点数量，并且在独立模型图与任意图 形边数减少时间复杂度。然而，建立决策树的预处理环节并不包括这个时间复杂度。这种方法 的主要缺点是决策树具有指数关联。该算法的最坏情况是 O(Lmnn2)复杂度，其中 L 是图形数 据库中大小、m 是查询图号节点数、n 是模型图中的节点数量。他们建议在子图同构测试时根 据之前的节点匹配以消除一些数据库节点特有的排列图，并确定子修剪技术的大小。然而，这 种方法还没有用于制定的子图同构以减少决策树的复杂性。 Fuchs 等人提出的容差算法，使用先前的知识查询数据库中图与图节点之间的关联。他们 把数据库中的图形和外部信息传播过程中图形递归分解成子图，该算法已经应用于 3D 建筑重 建图像。他们也建议编辑包括外部信息图形的数据结构。 最坏的情况下使用先前知识的节点之间复杂度 O(Lmqq3)算法匹配不了解的节点，其中 L 是图形数据库中的数、m 为查询图中的节点数、q 是从查询节点图的数量。他们声称匹配两个 节点这一步很有效，因为图形数据结构整合了外部信息。该算法具有很好的图形容差兼容性， 并可在查询数据库之前知道图与图节点之间的映射，显着降低了 DFS 的空间搜索。同时，在 不了解本论文研究的任何有关知识时也可以结合数据库检索系统实现检索。该方法为进一步研 究有用的装配体搜索系统。 Cordella 等人提出了一种大型图表的算法。声称 Ullmann 的做法已经取得了显着的改善， 他们的做法几乎能够独立查询图中的节点数量。该算法的主要贡献之一是空间搜索过程中使用 了高效的内存读取结构数据，该算法减少使用信息的匹配时间要归功于的关系图与语法。 在该算法过程中用状态空间表示法(SSR)匹配。其包括五个规则，包括节点句法和语义可 行性比较。五个规则中有两个是用来检测方案的可行性，另外三种用于修剪搜索树。算法不承 担任何约束图的拓扑结构，因此其拥有通用的适用性。该算法利用向量提供常量访问，从而降 低算法对成千上万可用图节点和边的内存需求，并使用深度优先策略搜索图形。在本研究中查 询图预计将有超过 15 个节点，因此该算法并没有很好的图形兼容性。此外，由于本研究中使 用的查询和数据库图表有可以修剪搜索树节点和边的属性，Ullmann 的基本方法已用于本算法。