基于RDF／XML的装配语义建模研究.docx

基于ＲＤＦ／ＸＭＬ的装配语义建模研究摘要：为解决异构CAD系统集成及协同装配设计过程中的信息共享问题，在分析装配特征语义信息的基础上，提出了面向协同设计的三元装配语义模型，提出采用RDF/某ML表达装配语义元模型，并讨论了基于某ML的数据集成关键技术。在文章的最后通过具体的CAD系统实现协同设计过程实例，验证了该模型及实现方法的有效性和可行性。关键词：协同装配设计；信息共享；装配语义模型；可扩展标记语言0引言CSCW(计算机支持的协同工作)通过提供共享资源的访问接口，支持群体成员在共享环境下协同工作完成同一设计任务。其底层支撑技术为计算机技术、多媒体技术和网络通信技术。协同装配设计是协同设计研究的重要内容，它支持异地团队在共享工作空间进行零部件的协同装配活动。这里装配设计信息的共享是关键。为了解决异构CAD之间以及CAD与CAM、CAPP等系统间产品模型信息的数据交换，先后出现了很多种中性数据交换格式，如IGES、PDES、STEP等。协同环境下的数据共享采用STEP标准是一种理想的办法。在Web领域为解决异地数据共享产生了某ML标准，很多学者将某ML标准应用到CAD领域。张帆等提出某ML的可重构装配模型，将装配结构数据序列化为某ML文件，通过某ML节点重构来支持装配模型的重构，但没有将装配结构与约束关系分离，因此难于支持协同设计过程。Chen.Li等建立了基于ACIS的协同装配设计系统，服务器端装配模型采用STEP标准，客户端采用面片模型，并且在设计过程中建立一系列协同规则，以协调、同步用户操作，但面片模型无法支持协同装配特征设计，用户也无法对约束关系进行编辑。本文在协同装配设计环境下，对装配体的数据结构进行了分析，并定义了装配语义，建立了一个基于RDF/某ML协同装配设计模型，详细讨论了协同装配设计模型的语义映射方式。最后在具体的CAD系统上建立了原型系统，验证了该方法的可行性，为实现协同装配设计奠定了基础。1装配特征语义建模1．1装配特征模型1．1．1装配特征信息为完整表达一个装配体，其装配模型必须包含以下信息：装配空间，装配结构，装配约束。其中装配约束(也称配合关系)是装配模型中最复杂的部分，装配约束的表达方式关系到整个装配模型的表达。上述概念我们分别阐述如下：装配空间指整个装配体绝对坐标的集合。当添加装配组件时，组件的绝对坐标将被转换为本地装配空间中的相对坐标。这个相对位置由坐标原点加上坐标轴矢量决定。装配结构常用树型结构组织装配体的组件和零件。一个装配结构中仅存在—个装配树，树根惟一，叶子节点不能交叉。装配约束是协同装配设计模型的关键部分，包含了零件信息，装配特征、装配方向、约束类型、装配参数等信息。零件与零件间的装配约束(也称配合关系)是由一个或多个约束组成的，而且这些组成配合关系的约束之间不能存在几何及逻辑关系上的矛盾，如约束不能循环定义。1．1．2装配约束及其数据结构为使装配信息适合协同设计要求，在参考目前CAD系统中装配模型数据结构的基础上，本文提出了一个适合异构CAD系统的统一的装配约束数据结构。首先介绍相关的基本概念：(1)基准件与装配件零件A装配到零件B上，A称为装配件，B称为基准件；当添加一个A到B的装配约束时，基准件B的装配空间不变，而装配件A及其所有子装配将通过坐标变换生成新的装配空间。(2)约束娄型(Matetype)常用的装配约束类型有：相对(贴合)、对齐、成角度、距离、平行、垂直、同心、相切等。要实现零部件之间的有效约束，必须填充如下数据结构：1．2装配特征语义表达传统的中性CAD数据格式(IGES、STEP等)，或者基于网格的数据格式(VRML)，在进行数据传输及数据交换过程中必然带来设计信息的丢失；而基于特征的装配语义模型以对象的方式存储装配相关信息，拓扑关系容易维护，减少了信息的丢失。从广义角度而言，装配语义是从设计者的角grit设计过程，设计概念的抽象表达，其目的是为了利于知识的检索与重用，具体到装配体，装配语义特征模型与传统的装配模型本质的差别是将二元关系模型扩充到三元。传统的类似于E-R图描述的装配模型只能表达零件的组成关系，也无法表达装配顺序。而语义描述的是主谓宾结构的三元关系，被装配件的装配特征是主语，谓语是装配约束，基准件的装配特征充当宾语。采用三元关系可以将装配体的宾语结合新的谓语和宾语形成新的语义关系，通过层层扩展，构成完整的装配语义模型。而装配参数，装配顺序等工程信息可以作为节点属性包含在语义模型中。简单的装配模型可以表示为图2所示的某ML/RDF模型：在级协同环境下，不同专业、不同的领域的设计人员，所使用的CAD系统不尽相同；异构CAD系统对于同一类约束的处理方式是不同的，数据存储格式也不尽相同，例如，在UG中螺纹连接等同于同心约束，SolidWork则把螺纹连接