為了更好地實現面向制造領域的三維CAD模型制造信息的有效重用，提出一種融合制造語義的三維CAD模型檢索方法。首先將三維CAD模型轉化成以制造特征為基礎語義對象的結構化表示的CAD模型，并用制造特征耦合圖來表示;然后提取用于評價兩個制造特征之間相似性的屬性信息，構建多屬性融合的制造特征相似性加權評價模型，并以此來構建以制造特征為節點的完全二分圖;最后采用最優匹配算法計算出各制造特征的最優匹配方案來計算兩個三維CAD模型的相似度，以此作為評價模型相似性的依據。實驗結果表明，該方法能夠較好地實現融合制造語義的三維CAD模型檢索，可以有效地支持面向制造領域的三維CAD模型制造信息的重用。

引言

　　研究和統計分析表明，在新產品研發中，約40%是重用過去的部件設計，約40%是對已有部件的微小修改，而只有20%是新的設計，這一特點同樣存在于產品的工藝和制造階段。方便、準確地獲取和重用已有的相似性設計成果，是提高產品開發效率和質量、縮短產品開發周期的有效途徑之一。目前，基于三維模型的產品設計與制造已成為離散制造業的主流模式，由于產品三維模型具有可視化、數字化和虛擬化等特點，已成為產品開發各環節如計算機輔助設計(Computer　Aided　Design，CAD)、計算機輔助制造(Computer　Aided　Manufacturing，CAM)、計算機輔助工藝設計(Computer　AidedProcess　Planning，CAPP)等不可或缺的基礎載體。從可重用性角度講，產品三維模型也具有非常重要的作用，如在新產品開發中，若能首先檢索出已有相似產品的三維模型，則可由產品三維模型的相似性推斷其功能/結構、加工工藝、工裝需求、數控編程和檢驗測量等不同設計制造環節的相似性，通過有效重用各環節的設計成果(修訂或變形設計)，快速開發出新的產品。另一方面，隨著企業數字化設計和制造進程的延續與發展，產品三維模型的數量也在不斷遞增，它們凝聚了企業的設計成果和智慧結晶，已成為企業核心競爭力的重要智力資源。基于內容的三維CAD模型檢索技術為數字化設計制造成果的有效重用提供了一種全新的支持手段。

　　近年來，三維模型檢索研究正在向融合語義的方向發展，以更好地支持面向領域的重用，其基本思想是不僅考慮檢索對象形狀的相似性，還要考慮應用領域語義上的相似性。在機械工程領域，許多研究將特征視為三維CAD模型基本的語義“特征”。Cicirello等提出利用加工特征之間的關聯關系，將三維CAD模型中識別出的制造特征組織成模型依賴圖(Model　Dependency　Graph，MDG)，以完成模型間的相似性比較;Ramesh等通過體分解方法識別零件三維模型的加工特征，通過加工特征類型、方向、數量等7個特征向量的比較，對模型進行相似性評價;Cardone等將三維模型相似性評價用于支持零件的加工成本估算，引入加工特征的走刀方向和進給方向等信息，以反映裝夾次數等與工時估算相關的制造語義，并將加工特征的屬性向量映射到高斯球上，以便于相似性的度量;Li等以設計特征模型為輸入，提出一種基于知識的三維CAD模型全局檢索方法，該方法以表征模型內部設計特征及其依賴關系的特征依賴有向無環圖(Feature　Dependency　Directed　Acyclic　Graph，FDAG)為基本結構，以D2形狀描述符為表征方法，以向量間的距離為相似性度量手段，完成模型間的匹配;Bai等提出一種面向設計重用的三維CAD模型可重用區域提取和表征方法，通過樹匹配算法實現由簡單查詢實例到完整可重用區域的局部檢索。但是總體來說，這些方法均沒有考慮尺寸、公差、加工精度等語義信息，還不能很好地支持產品制造階段的應用。

　　目前，基于模型的定義(Model　Based　Definition，MBD)的概念和方法正在制造業得到日益關注和青睞，MBD通過直接在三維模型上標注或集成尺寸、公差、技術要求等信息，以三維模型作為產品設計、制造和檢測等信息表示的唯一載體[8]。MBD方法的應用已成為CAD 技術發展的重要趨勢之一，其出現也為融合制造語義的三維CAD模型檢索提供了便利條件。因此，本文將以MBD表示的三維CAD模型作為信息輸入源，充分考慮可制造性、尺寸、公差、加工精度等語義信息在工藝設計階段對模型相似性的影響，提出一種融合制造語義的三維CAD模型檢索新方法。該方法首先將三維CAD模型轉化為以制造特征為基礎語義對象的結構化表示的CAD模型;然后提取用于相似性比較的結構化CAD模型的屬性信息，并將結構化CAD模型所包含的特征看成一個被賦予屬性的點，節點的屬性表征了該特征的形狀和制造語義信息，這樣每個三維CAD模型可以用一組屬性節點表示，兩個模型之間的相似性就可以通過兩組節點間的相似性比較實現;最后利用完全二分圖的最優匹配算法實現兩組節點之間的相似性評價。

4、結束語

　　三維CAD模型中攜帶的制造語義信息在面向領域重用的三維CAD 模型檢索中占有重要的地位。本文提出了一種融合制造語義的三維CAD模型檢索方法，在三維CAD模型相似性評價過程中，首先將其轉化為以“制造特征”為基礎語義對象的結構化CAD模型，在此基礎上進一步融合制造語義信息，構建多屬性融合的制造特征相似性加權評價模型，通過計算兩個相比較結構化CAD模型中各個制造特征的最優匹配方案，計算兩個模型的相似度。實驗結果表明，本文算法能夠實現融合制造語義的三維CAD模型相似性評價，對數字化制造成果的有效重用、快速工藝設計、新一代三維CAPP系統的研發等具有重要的科學意義。

　　下一步研究工作包括：①深入考慮工具、裝夾、生產類型等信息對制造工藝相似性的影響，進一步提高三維CAD模型檢索精度;②引入特征描述子索引機制，提高三維CAD模型的檢索效率。