幾何產(chǎn)品表面形貌公差規(guī)范設(shè)計與認(rèn)證的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種幾何產(chǎn)品表面形貌公差規(guī)范設(shè)計與認(rèn)證的方法和系統(tǒng)，包括以下步驟：a、將輸入的功能需求轉(zhuǎn)換生成最簡化表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注；b、根據(jù)最簡化表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注，推導(dǎo)生成半完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注；c、結(jié)合半完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注和輸入的約束項，推理生成制造過程和方法標(biāo)注；d、結(jié)合完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注中的操作算子和GPS認(rèn)證不確定度；e、整合步驟a、b、c、d的生成項生成工作案例，并存入案例庫中。本發(fā)明基于范疇纖維叢模型，徹底實現(xiàn)了自動生成公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注以及嚴(yán)格依據(jù)生成的完整表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注智能指導(dǎo)與規(guī)范后序的加工制造與認(rèn)證計量的相關(guān)工作。
【專利說明】
幾何產(chǎn)品表面形貌公差規(guī)范設(shè)計與認(rèn)證的方法和系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及幾何產(chǎn)品制造領(lǐng)域，具體涉及一種幾何產(chǎn)品表面形貌公差規(guī)范設(shè)計與 認(rèn)證的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了保證幾何產(chǎn)品的質(zhì)量和方便全球化生產(chǎn)與采購，產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)體 系（Geometrical Product Specification and Verification，英文縮寫為 GPS)作為當(dāng)今 唯一可靠的交流與評判工具已被國際社會所廣泛使用，其發(fā)展水平是決定一個國家的制造 業(yè)實力的重要指標(biāo)。
[0003] 第一代GPS標(biāo)準(zhǔn)體系以幾何學(xué)理論為基礎(chǔ)規(guī)范了幾何產(chǎn)品中幾何要素特征的定 義并對這些幾何要素提供了適當(dāng)?shù)墓?這就是所謂的產(chǎn)品幾何量規(guī)范設(shè)計過程)，它是保 證幾何產(chǎn)品功能要求的重要手段。但是，第一代GPS的標(biāo)準(zhǔn)化工作由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO) 原來的IS0/TC3、TC10/SC5和IS0/TC 57三個不同委員會分別承擔(dān)，導(dǎo)致了第一代標(biāo)準(zhǔn)體系 中存在大量的重復(fù)、空缺和矛盾之處(例如，術(shù)語定義的矛盾、基本規(guī)定的差別、規(guī)范設(shè)計標(biāo) 注的認(rèn)證解讀的不同和綜合要求的差異等)，同時基于幾何學(xué)理論的傳統(tǒng)GPS繼承了面向手 工繪圖和測量的思想，無法為產(chǎn)品公差設(shè)計、制造、認(rèn)證(計量)、評估和優(yōu)化的不同階段標(biāo) 準(zhǔn)建立統(tǒng)一聯(lián)系和數(shù)學(xué)模型，缺乏公差規(guī)范設(shè)計在各階段的統(tǒng)一協(xié)調(diào)及不確定度管理，極 大地阻礙了 GPS的計算機表達(dá)、處理和共享。因此，第一代GPS已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)的 信息化和自動化的發(fā)展需要。為了解決這些問題，ISO GPS原有的三個不同委員會于1996 年合并，成立了新的產(chǎn)品幾何技術(shù)委員會IS0/TC 213,開始致力于新一代GPS的制定。新 一代GPS以計量學(xué)為基礎(chǔ)規(guī)定了幾何產(chǎn)品在整個生命周期內(nèi)所涉及到的所有宏觀和微觀 的幾何技術(shù)規(guī)范，它主要包括幾何產(chǎn)品的尺寸公差、形位公差和表面形貌三大方面的幾何 公差技術(shù)規(guī)范，以及它們的相關(guān)公差規(guī)范設(shè)計圖樣符號的標(biāo)注原則與解釋、加工方法、檢驗 原則、評估算法(數(shù)值逼近法、濾波法和模糊評判法等)、測量器具、校準(zhǔn)要求和不確定度的 要求?，F(xiàn)今，新一代GPS覆蓋了機械制造、電子微型芯片（MEMs)、生物工程、交通運輸、國防 和航空航天工業(yè)等領(lǐng)域中的所有幾何產(chǎn)品從研究、設(shè)計、到制造、驗收和使用的全過程；它 成功利用"不確定度"的量化統(tǒng)計特性為經(jīng)濟杠桿，全局優(yōu)化資源的配置，促進(jìn)了產(chǎn)品質(zhì)量 的提高、成本的降低和產(chǎn)品升級周期的縮短，是當(dāng)今世界應(yīng)用最廣泛、最為重要的幾何產(chǎn)品 基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)體系。工業(yè)全球化的今天，新一代GPS已不僅僅是設(shè)計、生產(chǎn)和計量人員為了滿足 幾何產(chǎn)品的功能要求而必須依靠的交流工具與評定依據(jù)，同時也為生產(chǎn)任務(wù)的全球化轉(zhuǎn)包 和子項目協(xié)議提供了嚴(yán)格的約束條件；它覆蓋了幾何產(chǎn)品的公差規(guī)范設(shè)計與認(rèn)證，徹底解 決了由于測量方法不統(tǒng)一而導(dǎo)致的計量評估失效。
[0004] 近10年來，新一代GPS標(biāo)準(zhǔn)的計算機化成為研究熱點，主要可以劃分成為兩種類 型：嵌入CAX的GPS輔助公差軟件模塊和獨立的GPS信息或知識庫系統(tǒng)?；谇捌诘难芯砍?果，市面上出現(xiàn)了一些計算機輔助公差設(shè)計（CAT - Computer Aided Tolerance)軟件產(chǎn)品， 它們都是早期GPS計算機化應(yīng)用的成果，其大體可分為四類：幾何公差軟件、極限與配合軟 件、尺寸公差分析與綜合軟件、和表面形貌軟件。其中表面形貌CAT軟件發(fā)展尤為滯后，存 在較多缺陷。表面形貌軟件主要是用于表面特征的自動化設(shè)計和加工方式的預(yù)測與評估。
[0005] 新一代GPS標(biāo)準(zhǔn)體系中集成了大量的數(shù)據(jù)、信息和知識及它們之間的復(fù)雜關(guān)聯(lián)和 約束，這些標(biāo)準(zhǔn)利用多層矩陣結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，且由不同的形式進(jìn)行表述，例如，文字描述、算 法表達(dá)和矩陣表示。由于GPS統(tǒng)一建模研究的滯后，新一代GPS需要以人工查閱標(biāo)準(zhǔn)的方 式進(jìn)行關(guān)聯(lián)和綜合，所以GPS的整體理解和綜合應(yīng)用難度很大，很容易產(chǎn)生不完整和不合 理的幾何產(chǎn)品公差規(guī)范設(shè)計。并且目前所有GPS標(biāo)準(zhǔn)都是以文本文檔的形式進(jìn)行存儲和管 理，沒有利用軟件技術(shù)把產(chǎn)品功能、標(biāo)準(zhǔn)與認(rèn)證評估信息集成在一起，所以很難實現(xiàn)GPS標(biāo) 準(zhǔn)的計算機自動查詢、綜合和可視化表達(dá)與分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種何產(chǎn)品表面形貌公差規(guī)范設(shè)計 與認(rèn)證的方法和系統(tǒng)，該幾何產(chǎn)品表面形貌公差規(guī)范設(shè)計與認(rèn)證的方法和系統(tǒng)可以很好地 解決上述問題。
[0007] 為達(dá)到上述要求，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：提供一種幾何產(chǎn)品表面形貌公差規(guī) 范設(shè)計與認(rèn)證的方法，包括以下步驟： a、 將輸入的功能需求轉(zhuǎn)換生成表面形貌公差參數(shù)和公差帶，即最簡化表面形貌公差規(guī) 范設(shè)計標(biāo)注； b、 根據(jù)所述最簡化表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注，自動推導(dǎo)生成半完整的表面形貌公差 規(guī)范設(shè)計標(biāo)注，并生成半完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注中操作算子和操作算子內(nèi)部相 關(guān)控制實體的詳細(xì)解釋； c、 結(jié)合所述半完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注和輸入的約束項，推理生成與所述半 完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注相匹配的目標(biāo)幾何產(chǎn)品的制造過程與加工方法標(biāo)注，從 而得到一個完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注； d、 結(jié)合所述完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注中的操作算子和GPS認(rèn)證不確定度，推 理生成認(rèn)證策略； e、 整合步驟a、b、c、d的生成項生成工作案例，并存入案例庫中。
[0008] 提供一種幾何產(chǎn)品表面形貌公差規(guī)范設(shè)計與認(rèn)證的系統(tǒng)，包括客戶終端、基于范 疇纖維叢模型的內(nèi)模型及基于范疇纖維叢模型的外模型，客戶終端和外模型通過Web進(jìn) 行數(shù)據(jù)傳輸，所述內(nèi)模型和外模型通過知識回存機制和多維復(fù)合態(tài)射映射機制進(jìn)行數(shù)據(jù)交 換；客戶終端包括輸入模塊和顯示模塊；外模型包括知識推理機、集成了完整表面形貌標(biāo) 準(zhǔn)系列鏈中所有知識的知識庫及用于存儲工作案例的案例庫，內(nèi)模型主要是用于實現(xiàn)范疇 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來直接存取范疇纖維叢建模圖式的所有相關(guān)范疇構(gòu)造和它們之間的復(fù)雜態(tài)射， 其主要包括有范疇數(shù)據(jù)庫操作語言、內(nèi)模型控制器及GPS表面形貌標(biāo)準(zhǔn)系列的所有建模集 成的知識。
[0009] 該幾何產(chǎn)品表面形貌公差規(guī)范設(shè)計與認(rèn)證的方法和系統(tǒng)具有的優(yōu)點如下： (1)結(jié)合范疇論的構(gòu)造數(shù)學(xué)特性，設(shè)計與制定了一個統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型來對新一代GPS 表面形貌標(biāo)準(zhǔn)系列這個復(fù)雜、龐大的標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行整體建模，將有效地解決了 GPS標(biāo)準(zhǔn)之 間的綜合表達(dá)和知識融合問題； (2) 基于范疇纖維叢模型，可以將幾何產(chǎn)品的功能表面要求智能地轉(zhuǎn)化為GPS專家知 識，徹底實現(xiàn)了自動生成公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注以及嚴(yán)格依據(jù)生成的完整表面形貌公差規(guī)范設(shè) 計標(biāo)注智能指導(dǎo)與規(guī)范后序的加工制造與認(rèn)證計量的相關(guān)工作，可方便地與其它CAx軟件 進(jìn)行知識共享，為制造業(yè)企業(yè)提供一個方便、靈活的集功能分析、公差規(guī)范設(shè)計、加工、計量 和質(zhì)量評估于一體的新一代GPS表面形貌標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用、科研、培訓(xùn)和共享平臺； (3) 軟件系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)了軟件系統(tǒng)的模塊化，可以根據(jù)用戶對GPS表面形貌標(biāo) 準(zhǔn)系列的知識的應(yīng)用需求來動態(tài)配置各模塊，以提高軟件系統(tǒng)的重用性和穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0010] 此處所說明的附圖用來提供對本申請的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，在這 些附圖中使用相同的參考標(biāo)號來表示相同或相似的部分，本申請的示意性實施例及其說明 用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。在附圖中： 圖1為本發(fā)明方法的流程圖； 圖2為本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明基于范疇纖維化模型改造的通用化拉回構(gòu)造示意圖； 圖4為本發(fā)明公差規(guī)范設(shè)計子庫第一層級的抽象建模圖式； 圖5為本發(fā)明公差規(guī)范設(shè)計子庫第二層級的知識細(xì)化圖式； 圖6為本發(fā)明公差規(guī)范設(shè)計子庫第三層級的拉回構(gòu)造的細(xì)化圖式。
【具體實施方式】
[0011] 為使本申請的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，以下結(jié)合附圖及具體實施例，對本 申請作進(jìn)一步地詳細(xì)說明。
[0012] 在以下描述中，對"一個實施例"、"實施例"、"一個示例"、"示例"等等的引用表明 如此描述的實施例或示例可以包括特定特征、結(jié)構(gòu)、特性、性質(zhì)、元素或限度，但并非每個實 施例或示例都必然包括特定特征、結(jié)構(gòu)、特性、性質(zhì)、元素或限度。另外，重復(fù)使用短語"根據(jù) 本申請的一個實施例"雖然有可能是指代相同實施例，但并非必然指代相同的實施例。
[0013] 為簡單起見，以下描述中省略了本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的某些技術(shù)特征。
[0014] 根據(jù)本申請的一個實施例，提供一種幾何產(chǎn)品表面形貌公差規(guī)范設(shè)計與認(rèn)證的方 法，如圖1所示，包括以下步驟： a、基于范疇纖維叢模型的形式化語義推理機制，將輸入的功能需求轉(zhuǎn)換生成表面形貌 公差參數(shù)和公差帶，即最簡化表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注。此處輸入的是從功能需求分析 子庫（CLSF_ tlcm)的輸入界面上通過輸入文本框或在列表欄中選擇用于知識推理的基本信 息，包括：1)用戶輸入對幾何產(chǎn)品的功能文字描述或關(guān)鍵詞，如"汽車氣缸缸套需要較高的 潤滑度"、"汽車氣缸活塞確保氣密性";2)從典型功能表面列表中選擇與輸入典型功能表面， 如"凸球面滑動面"、"人工陶瓷股骨頭的拋光表面"；3)從典型幾何產(chǎn)品選擇列表中選擇或 輸入典型的幾何產(chǎn)品，如"人工骨股關(guān)節(jié)頭"、"汽車氣缸缸套"、"客機發(fā)動機葉片的自由曲 面";4)從非規(guī)則的表面形貌列表中選擇不規(guī)則的表面，如"機械加工螺紋面"、"鍛造加工出 的表面"；當(dāng)用戶輸入、選擇好之后進(jìn)行提交，功能需求分析子庫為用戶生成功能需求分析 報告和標(biāo)注了報告中相關(guān)知識的GPS標(biāo)準(zhǔn)文件的原出處，該功能需求分析報告包括背景知 識、推導(dǎo)過程、數(shù)據(jù)統(tǒng)計過程及選擇結(jié)果； b、根據(jù)最簡化表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注，推導(dǎo)生成半完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計 標(biāo)注，并生成半完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注中操作算子和操作算子內(nèi)部相關(guān)控制實 體的詳細(xì)解釋，該操作算子包括分離、提取、濾波、擬合、整合與集成、公差參數(shù)和完整表面 形貌規(guī)范設(shè)計標(biāo)注的綜合； C、結(jié)合半完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注和輸入的約束項，如材料類型、生產(chǎn)規(guī)模、 加工和計量成本、典型應(yīng)用案例等，推理生成與所述半完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注 相匹配的制造過程與加工方法標(biāo)注，得到一個完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注； d、結(jié)合所述完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注中的操作算子和GPS認(rèn)證不確定度，推 理生成認(rèn)證策略，并將認(rèn)證結(jié)果同時以文本和圖形格式進(jìn)行輸出，該認(rèn)證策略主要包括： 丨:、給計量人員提供詳細(xì)的測量環(huán)境條件要求、測量儀器的校準(zhǔn)要求和其它測量操作算 子的要求說明。例如，在一些情況下，要求"測量的相對濕度〈85%"、測量儀器的校準(zhǔn)需要 符合"GPS粗糙度測量標(biāo)準(zhǔn)"的校準(zhǔn)要求、測量長度是"1. 等等； ii、通過當(dāng)前的完整表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注中的采樣長度作為橫坐標(biāo)，公差帶作為 縱坐標(biāo)，基于A-W圖，推理出最合適的測量儀器。
[0015] e、整合步驟a、b、c、d的生成項生成工作案例，并存入案例庫中，以便實現(xiàn)知識共 享和工作追溯。
[0016] 根據(jù)本申請的一個實施例，步驟a轉(zhuǎn)換為明確的最簡化表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo) 注的方法具體為： ^分析輸入的功能需求，得出關(guān)鍵功能表面、功能表面所產(chǎn)生的最佳功能表現(xiàn)及功能 表面的加工制造與計量限制條件，關(guān)鍵功能表面是指與產(chǎn)品功能密切相關(guān)的表面，例如，汽 車發(fā)動機缸套壁的表面，其將直接影響汽車發(fā)動機耗油量和使用壽命； II、通過用范疇纖維叢模型建模集成的GPS表面形貌功能相關(guān)矩陣推導(dǎo)能夠準(zhǔn)確表征 所述關(guān)鍵功能表面的表面形貌公差參數(shù)； ΙΠ :、通過統(tǒng)計實驗數(shù)據(jù)得出與功能表面的最佳功能表現(xiàn)最相匹配的表面形貌公差參 數(shù)； 奴、結(jié)合功能表面的加工制造與計量限制條件，綜合分析步驟n、m得出的表面形貌公 差參數(shù)，推理生成三個最佳的表面形貌公差參數(shù)，并為每一個最佳的表面形貌公差參數(shù)選 擇滿足功能需求的公差帶，形成最簡化表面相貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注。
[0017] 根據(jù)本申請的一個實施例，步驟c中生成的制造過程與加工方法標(biāo)注通過生產(chǎn)加 工指導(dǎo)報告的形式輸出，所述生產(chǎn)加工指導(dǎo)報告內(nèi)容包括制造過程基本描述、材料適用性 分析、過程中的可選變動項、經(jīng)濟因素分析、生產(chǎn)制造規(guī)模及制造過程的典型應(yīng)用案例。
[0018] 根據(jù)本申請的一個實施例，步驟d生成認(rèn)證策略的方法具體為： 【、通過實現(xiàn)纖維叢函子的映射機制實現(xiàn)對偶模型，對偶模型將幾何產(chǎn)品公差規(guī)范設(shè)計 子庫中集成的知識模型直接映射為幾何產(chǎn)品規(guī)范認(rèn)證子庫的知識模型，其中纖維化函子用 來確保兩個知識庫之間知識的一致性和完整性； ?、結(jié)合所述完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注中的操作算子和GPS認(rèn)證不確定度，通 過對偶模型將完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注中的操作算子進(jìn)行面向計量人員的解釋 與翻譯形成認(rèn)證操作算子； 1氣整合所述認(rèn)證操作算子生成認(rèn)證策略。
[0019] 如圖2所示，提供一種幾何產(chǎn)品表面形貌公差規(guī)范設(shè)計與認(rèn)證的系統(tǒng)，其特征在 于，包括客戶終端、基于范疇纖維叢模型的內(nèi)模型及基于范疇纖維叢模型的外模型，客戶終 端和外模型通過Web進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，內(nèi)模型和外模型通過知識回存機制和多維復(fù)合態(tài)射映 射機制進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；內(nèi)模型面向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，都是使用的抽象化的拉回構(gòu)造，而外模型主 要是面向語義的知識可視化表達(dá)，解決如何將基于范疇論數(shù)學(xué)定義和代數(shù)演算的內(nèi)模型形 式化規(guī)約動態(tài)地映射到外模型；客戶終端包括輸入模塊和顯示模塊；外模型包括知識推理 機、集成了完整表面形貌標(biāo)準(zhǔn)系列鏈中所有知識的知識庫及用于存儲工作案例的案例庫； 內(nèi)模型主要是用于實現(xiàn)范疇數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來直接存取范疇纖維叢建模圖式的所有相關(guān)范疇 構(gòu)造和它們之間的復(fù)雜態(tài)射，其主要包括有范疇數(shù)據(jù)庫操作語言、內(nèi)模型控制器及GPS表 面形貌標(biāo)準(zhǔn)系列的所有建模集成的知識。
[0020] 根據(jù)本申請的一個實施例，知識庫包括四個通過范疇拉回構(gòu)造關(guān)聯(lián)的知識子庫， 知識子庫之間知識的協(xié)同與流通操作的知識語義表達(dá)以及基于此的不確定度計算與管理 被統(tǒng)一以圖式的方式表達(dá)在外模型中，該四個知識子庫分別為： 功能需求分析子庫（CLS functional-Correlation ^ :用于根據(jù)外部輸入的功能需求或其他因素， 如特征材料、功能表面類型、典型幾何零件等，輸出表征一個幾何產(chǎn)品的所有功能表面的最 簡化表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注； 公差規(guī)范設(shè)計子庫（CLSSp_flratlcin):用于根據(jù)最簡化表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注，推導(dǎo) 生成半完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注，并生成半完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注中 操作算子和操作算子內(nèi)部相關(guān)控制實體的詳細(xì)解釋。公差規(guī)范設(shè)計子庫集成了所有完整公 差規(guī)范設(shè)計的范疇纖維叢建模圖式，該建模圖式包含了全部的GPS表面形貌公差規(guī)范設(shè)計 的相關(guān)知識，特別是語義推理規(guī)則，這些語義推理規(guī)則可以組成一個規(guī)則推理機，它可以有 效避免任何不完整和模棱兩可的表面形貌公差設(shè)計規(guī)范。此外，公差規(guī)范設(shè)計子庫允許幾 何產(chǎn)品設(shè)計人員在規(guī)范的各種約束條件下修改某些操作算子和控制實體的內(nèi)容或值。公差 規(guī)范設(shè)計子庫還提供了初步的半完整表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注的面向計量人員的解釋， 主要提供了基本的測量方向、測量長度等測量基本信息，以及測量儀器和儀器的校驗要求 等建議； 規(guī)范實施子庫（CLSManuf&t_):結(jié)合半完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注和輸入的約束 項，推理生成一個完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注，并生成生產(chǎn)加工指導(dǎo)報告。規(guī)范實施 子庫主要利用范疇纖維叢模型中的纖維化函子和拉回構(gòu)造來表達(dá)知識推理規(guī)則，其集成了 212條最新標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)推理規(guī)則，如基于表面形貌的加工紋理方向規(guī)則，規(guī)范實施子庫可 以推導(dǎo)出平行加工紋理一般需要選擇銑削過程加工； 規(guī)范認(rèn)證子庫（CLSVCTlflratlcin):結(jié)合完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注中的操作算子和 GPS認(rèn)證不確定度，推理生成認(rèn)證策略。
[0021] 根據(jù)本申請的一個實施例，外模型還包括用戶案例輸入接口和基于STEP標(biāo)準(zhǔn)的 XML數(shù)據(jù)接口；用戶案例輸入接口可以將用戶日常工作中形成的GPS表面形貌公差知識整 合為案例并導(dǎo)入案例庫；XML數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)了本系統(tǒng)與AutoCAD和CATIA的知識共享，以支 持三維可視化公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注和基于GPS技術(shù)規(guī)范的虛擬加工、評估和仿真等功能。
[0022] 根據(jù)本申請的一個實施例，知識推理機包括GPS算法庫，所述GPS算法庫包括濾波 算法，如高斯算法、樣條小波、雙樹復(fù)小波，包括評判算法，如Max規(guī)則、16%規(guī)則，以及其他 算法。
[0023] 本發(fā)明將通用的拉回構(gòu)造基于范疇纖維化模型進(jìn)行改造，如圖3所示，圖中的 范疇建模圖式中的范疇函子態(tài)射Ff。Fd= Fg。^必須導(dǎo)通以保證關(guān)系定義的參照完整 性約束。本發(fā)明的拉回構(gòu)造依然用類范疇表示為{ RELj w是在一個建模 域中所有拉回關(guān)系實體的總數(shù)}，〇^^和CLSB是兩個類范疇，REQ是它們之間的關(guān)系， CLSAXREUCLS^范疇積CLSAXCLSB的一個實例集合的一個子集，也就是真實發(fā)生的關(guān)系 實例；r'是R'的冥集中的一個元素，CLS'是1?1^的終結(jié)內(nèi)部對象以使得關(guān)系類范疇 REQ關(guān)閉。一個CLS'的一個實例對象范疇0ΒΚ」)αΛ包含了 CLSA和(^$它們各自的 所有態(tài)射的實例的冥集，以及這些態(tài)射的相應(yīng)恒等態(tài)射的實例和所有態(tài)射所對應(yīng)的內(nèi)部對 象的實例對象。此外，這些態(tài)射在CLS A和0^8中的恒等狀態(tài)、結(jié)合狀態(tài)和導(dǎo)通狀態(tài)必須在 CLSi中維持和保留，對每一個范疇積CLSAXREUCLSB的對象實例v，F(xiàn) d(v) = a必須存在于 CLSA的一個實例對象集合中而Fjv) = b必須存在于CLSB的一個實例對象集合中，以確 保參照完整性約束。本發(fā)明利用類型機制來使拉回構(gòu)造可以很好地表達(dá)關(guān)系的語義： ^如果Ff的類型是1M (單態(tài)射，集合論中的單射），那么CLSA的任何一個實例對象只 可能參與一次REQ的實例對象；如果Ff不是1M，，那么CLSA的一個實例對象可能參與了 多次這個關(guān)系的不同實例對象，而且，CLS a的一些實例對象可以是沒有參與任何一個RELr 實例對象的，所以CLSa的關(guān)系參與性是可選擇的；函子Fg如果是1 M則有相同特性； 過、如果Ff的類型是1EP (滿態(tài)射，集合論中的滿射），那么0^^的所有實例對象都必須 參與一次REQ的實例對象.這意味著CLS A關(guān)系參與性是強制的；函子如果是1 @則 有相同特性； 癒、如果Ff的類型是1IS。（同構(gòu)態(tài)射，集合論中的雙射），那么CLSA的所有實例對象都 必須參與一次且只有一次REQ的實例對象，因此CLSA的參與性是強制的；函子如果是 1IS。則有相同特性。
[0024] 基于此發(fā)明的范疇纖維叢模型，本發(fā)明將GPS完整表面形貌標(biāo)準(zhǔn)系列鏈中的所有 標(biāo)準(zhǔn)中包含的所有知識進(jìn)行統(tǒng)一提取，并集成建模在四個通過通用拉回構(gòu)造關(guān)聯(lián)的知識子 庫中，每個知識子庫的知識模型呈多層級，由上到下從抽象圖式到具體化、可編程的詳細(xì)圖 式（多層級的知識細(xì)化過程）。以二維表面形貌標(biāo)準(zhǔn)系列的公差規(guī)范設(shè)計（CLS Sp_flMtlcin) 知識子庫為例，其集成知識模型擁有5個知識細(xì)化層級，這里展示頭三層： 第一層級(最高抽象層級）：包括了一個抽象建模圖式，其中包含了 7個抽象的內(nèi)部對 象(代表了二維公差表面形貌公差設(shè)計標(biāo)注的所有操作算子）和8個抽象的關(guān)系及推理規(guī) 貝1J，如圖4所示，7個抽象的內(nèi)部對象包括分離（Partition)、提?。‥xtraction)、濾波 (Filtration)、擬合（Comparision)、整合與集成（Codification)、公差參數(shù)（Parameter) 和完整表面形貌規(guī)范設(shè)計標(biāo)注的綜合（Codification); 第二層級(細(xì)化層級）：如圖5所示，包含了一個6維（6-ary)的拉回關(guān)系類范疇 RELCallc]Ut，它進(jìn)而包含了 6個內(nèi)部對象，即從第一層級抽象圖式中細(xì)化得到的6個類范疇： CLSpartiti〇n，CLSgxtract^ onJ CLSfiitrati〇n，CLSc〇mpariS〇n，CLS^ 0(j^^cat^on sincl CLSparameter， 還包括它 們內(nèi)部的相應(yīng)控制實體和其它補充特征值，以及一個內(nèi)部終結(jié)對象CLSRCallc]Ut。這6個類 范疇是從完整的表面形貌標(biāo)準(zhǔn)系列鏈的第1-6號鏈連接提取出來的。例如，從1號鏈連 接提取出來的CLSCcidlflratlcin可以幫助決定一個完整規(guī)范設(shè)計標(biāo)注的標(biāo)注類型。CLS RCallc]Ut (其標(biāo)識符是idRCalk]Ut)作為一個終結(jié)內(nèi)部對象使拉回關(guān)系類范疇RELCallc]Ut閉合以保證整 個表面形貌公差規(guī)范建模圖式的完整。此外，CLS RCalk]Ut通過這個6維的拉回構(gòu)造映射將 其它6個操作算子中的內(nèi)部對象及內(nèi)部對象之間的態(tài)射約束在保存所有約束和關(guān)系結(jié)構(gòu) 不變的前提上統(tǒng)一整合在CLS RCallc]Ut中。因此，CLSRCalk]Ut通過很好地保持了 RELCalk]Ut圖 式中的所有多層次映射，從而很巧妙地表達(dá)了一個半完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注 ("semi-complete callouts"）。圖5表達(dá)了一個半完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注的 生成需要整合其他6個范疇的內(nèi)部對象及它們之間態(tài)射約束，以及6個類范疇之間的拉回 關(guān)系約束，所以CLS R&lk]Ut的實例范疇（0BJ(j)asRMk]Ut)是由數(shù)值、符號、操作算子的文字 描述與解釋等知識共同組成，而推理這些知識需要保持所有的多層次的態(tài)射映射（態(tài)射、 函子、拉回等）并基于這些態(tài)射的映射、結(jié)合、導(dǎo)通來進(jìn)行知識推理。因此，為了保持推理 知識的完整性、一致性和正確性，所有REL Calk]Ut內(nèi)的抽象拉回關(guān)系類范疇（PUL i 7)必須在 下一個模型圖式細(xì)化層級進(jìn)行細(xì)化。圖5中所有arri既可以表達(dá)類范疇中的內(nèi)部對象 之間的靜態(tài)函數(shù)依賴也可以代表它們之間的動態(tài)方法，而且它們用本發(fā)明設(shè)計的類型化機 制來表達(dá)各種語義。例如，arA就定義了一個在att paM_typf；和attpaM_n_之間的靜態(tài)依 賴關(guān)系，它用類型1 IS。表達(dá)了每一個二維表面形貌公差參數(shù)必須歸于一個參數(shù)類型。在 CLSExt_tlcin中，arr7(l MED)定義了一對共積態(tài)射來表達(dá)一個動態(tài)方法，它表達(dá)了一個等式 "evaluation-length = num_cutoff X samp-length" 的語義。在 attpara _e 和 attlimit value之間的arr13則維護(hù)了一對對的最簡化表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注，這些最簡化表 面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注是由功能需求分析子庫輸出來的。
[0025] 第三層級(細(xì)化層級）：包括細(xì)化的拉回構(gòu)造，如圖6所示，細(xì)化的拉回構(gòu)造定義了 在CLS Ext_tlcJP CLS Pa_tCT之間的推理采樣長度（att sanip length)的知識推理規(guī)則，它表達(dá)了 CLSExtracticin 的內(nèi)部對象(屬性）attsamp_length 是由 CLSParameter 的 attpara_type 和 attlimit_value 共 同決定的。
[0026] 通過對多層次態(tài)射映射的保持，范疇纖維化模型制定了基于拉回通用構(gòu)造中的纖 維化函子映射、結(jié)合和導(dǎo)通的知識查詢和操作語言。其中，如果輸入的實例范疇中的內(nèi)部結(jié) 構(gòu)比輸出的實例范疇多，且它們之間的纖維化函子F忽略或者部分忽略了輸入實例范疇的 某些結(jié)構(gòu)或性質(zhì)，那么F叫做從輸入實例范疇到輸出實例范疇的忘卻函子。這樣，輸入和輸 出的都是完整的實例范疇，所以整個知識查詢和操作過程的閉合性可以有效保證，進(jìn)而查 詢生成的新知識可以回存入數(shù)據(jù)庫而不會有破化數(shù)據(jù)庫完整性與一致性的可能。
[0027] 基于上述建模的范疇構(gòu)造代數(shù)推導(dǎo)方法，半完整表面形貌規(guī)范設(shè)計標(biāo)注的知識推 理獲取過程被制定如下：

〇BJCLSO一tl_〇BJCLSO一t9都是實例范疇(實例對象)，它們是整個知識查詢與推理過 程的中間結(jié)果。例如，OBJasQutputl是在St印1步驟中從CLSPa_etCT的實例范疇中通過 纖維化函子映射創(chuàng)建出的中間結(jié)果·所有態(tài)射"（att para_tytM； X attlimit_valuJ - attsamp_ length， attsamp-iength~Β?? up limit， ^^^up limit~Β?? low limit 萍卩(attnum-cutoff X attSamp-length) -att_luatlcin lOTgth"，等等都是表達(dá)知識推理規(guī)則的·這個知識查詢和操作語言將范疇論 的圖形化和形式化進(jìn)行了無縫融合，可以支持各種動態(tài)的知識操作，包括知識查詢、推理和 驗證等等。" OB Jas()utputl X OB J CLS0utput2 ^ X 〇BJasa_9"是一個范疇積構(gòu)造，它實例化 OBJcLSSemi-Cal lout 的同時保持了所有其它參與積的范疇的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
[0028] 本系統(tǒng)在構(gòu)建時，首先研發(fā)新一代ISO GPS表面形貌標(biāo)準(zhǔn)系列的統(tǒng)一數(shù)學(xué)模型與 映射技術(shù)，將表面形貌標(biāo)準(zhǔn)系列中包含的6個鏈連接的所有知識進(jìn)行統(tǒng)一集成表達(dá)與整 合，并將所有知識集成建模至四個知識子庫中形成知識庫；在知識庫搭建好之后，開發(fā)GPS 表面形貌公差規(guī)范知識推理機，并構(gòu)建案例庫；在知識庫、知識推理機和案例庫被研發(fā)成功 后，各部分被集中整合生成本系統(tǒng)的完整架構(gòu)；最后研發(fā)用戶案例添加向?qū)Ш虲Ax數(shù)據(jù)通 訊接口，實現(xiàn)案例的擴展和知識的共享。
[0029] 本系統(tǒng)引入了面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)（S0A)思想，將軟件的應(yīng)用服務(wù)需求看作范疇， 服務(wù)需求中的數(shù)據(jù)和信息被看作范疇內(nèi)部的子對象，而把數(shù)據(jù)和信息之間的約束關(guān)系、形 式化規(guī)約、語義和其他各種操作看作各層次的態(tài)射，那么通過解決如何將外模型中的知識 動態(tài)地映射入服務(wù)范疇就可以得到軟件的各種功能模塊。此外，為了提高軟件的易用性，各 功能模塊中知識的可視化問題也是在模塊研發(fā)階段進(jìn)行了解決。最后，利用模塊和知識庫 的GPS表面形貌知識統(tǒng)一協(xié)調(diào)能力，本發(fā)明構(gòu)建了一個可以支持GPS表面形貌標(biāo)準(zhǔn)系列的 整體應(yīng)用、公差規(guī)范設(shè)計的相容性與合理性的全局管理以及功能模塊動態(tài)配置與演化的系 統(tǒng)架構(gòu)。根據(jù)實際測試評估，本系統(tǒng)將節(jié)約設(shè)計過程中幾何規(guī)范10%的設(shè)計與修改成本，減 少制造過程中20%的材料浪費，節(jié)省認(rèn)證計量過程中20%的儀器、測量與評估成本，縮短30% 的產(chǎn)品開發(fā)周期。
[0030] 以上所述實施例僅表示本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不 能理解為對本發(fā)明范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離 本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。因此本發(fā) 明的保護(hù)范圍應(yīng)該以所述權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1. 幾何產(chǎn)品表面形貌公差規(guī)范設(shè)計與認(rèn)證的方法，其特征在于，包括以下步驟： a、 將輸入的功能需求轉(zhuǎn)換生成表面形貌公差參數(shù)和公差帶，即最簡化表面形貌公差規(guī) 范設(shè)計標(biāo)注； b、 根據(jù)所述最簡化表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注，自動推導(dǎo)生成半完整的表面形貌公差 規(guī)范設(shè)計標(biāo)注，并生成半完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注中操作算子和操作算子內(nèi)部相 關(guān)控制實體的詳細(xì)解釋； c、 結(jié)合所述半完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注和輸入的約束項，推理生成與所述半 完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注相匹配的目標(biāo)幾何產(chǎn)品的制造過程與加工方法標(biāo)注，從 而得到一個完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注； d、 結(jié)合所述完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注中的操作算子和GPS認(rèn)證不確定度，推 理生成認(rèn)證策略； e、 整合步驟a、b、c、d的生成項生成工作案例，并存入案例庫中。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的幾何產(chǎn)品表面形貌公差規(guī)范設(shè)計與認(rèn)證的方法，其特征在 于，所述步驟a轉(zhuǎn)換為明確的最簡化表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注的方法具體為： 〖:、分析輸入的功能需求，得出關(guān)鍵功能表面、功能表面所產(chǎn)生的最佳功能表現(xiàn)及功能 表面的加工與計量的相關(guān)限制條件； ii、通過用范疇纖維叢模型建模集成的GPS表面形貌功能相關(guān)矩陣推導(dǎo)能夠準(zhǔn)確表征 所述關(guān)鍵功能表面的表面形貌公差參數(shù)； III、通過統(tǒng)計實驗數(shù)據(jù)得出與功能表面的最佳功能表現(xiàn)最相匹配的表面形貌公差參 數(shù)； _、結(jié)合功能表面的加工與計量限制條件，綜合分析步驟π、Η?得出的表面形貌公差參 數(shù)，推理生成三個最佳的表面形貌公差參數(shù)，并為每一個最佳的表面形貌公差參數(shù)選擇滿 足功能需求的公差帶，形成最簡化表面相貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的幾何產(chǎn)品表面形貌公差規(guī)范設(shè)計與認(rèn)證的方法，其特征在 于，所述步驟a還包括生成功能需求分析報告和標(biāo)注了報告中相關(guān)知識的GPS標(biāo)準(zhǔn)文件的 原出處，所述功能需求分析報告包括背景知識、推導(dǎo)過程、數(shù)據(jù)統(tǒng)計過程及選擇結(jié)果。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的幾何產(chǎn)品表面形貌公差規(guī)范設(shè)計與認(rèn)證的方法，其特征在 于，所述步驟c中生成的制造過程與加工方法標(biāo)注通過生產(chǎn)加工指導(dǎo)報告的形式輸出。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的幾何產(chǎn)品表面形貌公差規(guī)范設(shè)計與認(rèn)證的方法，其特征在 于，所述操作算子包括分離、提取、濾波、擬合、整合與集成、公差參數(shù)和完整表面形貌規(guī)范 設(shè)計標(biāo)注。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的幾何產(chǎn)品表面形貌公差規(guī)范設(shè)計與認(rèn)證的方法，其特征在 于，所述步驟d生成認(rèn)證策略的方法具體為： I、 通過實現(xiàn)纖維叢函子的映射機制實現(xiàn)對偶模型； II、 結(jié)合所述完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注中的操作算子和GPS認(rèn)證不確定度，通 過對偶模型將完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注中的操作算子進(jìn)行面向計量人員的解釋 與翻譯形成認(rèn)證操作算子； ΠΙ:、整合所述認(rèn)證操作算子生成認(rèn)證策略。7. 幾何產(chǎn)品表面形貌公差規(guī)范設(shè)計與認(rèn)證的系統(tǒng)，其特征在于，包括客戶終端、基于范 疇纖維叢模型的內(nèi)模型及基于范疇纖維叢模型的外模型，所述客戶終端和外模型通過Web 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所述內(nèi)模型和外模型通過知識回存機制和多維復(fù)合態(tài)射映射機制進(jìn)行數(shù)據(jù) 交換；所述客戶終端包括輸入模塊和顯示模塊；所述外模型包括知識推理機、集成了完整 表面形貌標(biāo)準(zhǔn)系列鏈中所有知識的知識庫及用于存儲工作案例的案例庫，所述內(nèi)模型包括 存儲有范疇數(shù)據(jù)庫操作語言、內(nèi)模型控制器及表面特征的范疇數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的幾何產(chǎn)品表面形貌公差規(guī)范設(shè)計與認(rèn)證的系統(tǒng)，其特征在 于，所述知識庫包括四個通過拉回構(gòu)造關(guān)聯(lián)的知識子庫，分別為： 功能需求分析子庫：根據(jù)外部輸入的功能需求或其他因素，輸出表征一個幾何產(chǎn)品的 所有功能表面的最簡化表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注； 公差規(guī)范設(shè)計子庫：根據(jù)最簡化表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注，推導(dǎo)生成半完整的表面 形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注，并生成半完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注中操作算子和操作算 子內(nèi)部相關(guān)控制實體的詳細(xì)解釋； 規(guī)范實施子庫：結(jié)合半完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注和輸入的約束項，推理生成 一個完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注，并生成生產(chǎn)加工指導(dǎo)報告； 規(guī)范認(rèn)證子庫：結(jié)合完整的表面形貌公差規(guī)范設(shè)計標(biāo)注中的操作算子和GPS認(rèn)證不確 定度，推理生成認(rèn)證策略，并將認(rèn)證結(jié)果進(jìn)行輸出。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的幾何產(chǎn)品表面形貌公差規(guī)范設(shè)計與認(rèn)證的系統(tǒng)，其特征在 于，所述外模型還包括用戶案例輸入接口和基于STEP標(biāo)準(zhǔn)的XML數(shù)據(jù)接口。10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的幾何產(chǎn)品表面形貌公差規(guī)范設(shè)計與認(rèn)證的系統(tǒng)，其特征在 于，所述知識推理機包括GPS算法庫，所述GPS算法庫包括濾波算法、評判算法及其他算法。
【文檔編號】G06F17/50GK105868436SQ201510682849
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年10月21日
【發(fā)明人】許源平
【申請人】許源平