Распознавание функций - Feature recognition

Эта статья посвящена обнаружению функций в CAD / CAM. Для использования в других целях см. Обнаружение функции.

Период, термин "особенность"подразумевает разные значения в разных инженерных дисциплинах. Это привело к появлению множества неоднозначных определений функции. системы автоматизированного проектирования (CAD) обычно относится к области детали с интересными геометрическими или топологическими свойствами.[1] Это более точно называется особенностями формы. Элементы формы содержат как информацию о форме, так и параметрическую информацию об интересующей области. Сейчас они повсеместны в большинстве современных программ САПР, где используются в качестве основного средства создания трехмерных геометрических моделей. Примерами элементов формы являются выдавленный выступ, выступ и т. Д. Элемент формы - не единственный тип элемента, который обсуждается в литературе по САПР. Иногда функциональные или производственные особенности детали предмета внимания.[2][3] Хотя вполне возможно увидеть, что элементы формы и производственные элементы называются одним и тем же именем, это не совсем одинаковые концепции. Например, можно использовать имя «карман» для обозначения прохода по траектории на границе модели детали или для обозначения следа, оставленного на границе детали в результате определенной операции обработки. Первый касается исключительно геометрической формы, тогда как второй связан как с геометрической формой, так и с производственной операцией, требуя дополнительных параметров в ее определении. Таким образом, производственный элемент может быть минимально определен как элемент формы (если он имеет форму, которая может однозначно его представлять), но не обязательно наоборот (формы могут интерпретироваться по-разному в разных областях производства).[2] Элементы обработки являются важным подмножеством элементов производства. Элемент обработки можно рассматривать как объем, перемещаемый «режущим» инструментом,[4] который всегда является отрицательным (вычтенным) объемом. Наконец, существует также концепция элемента сборки, который кодирует метод сборки между соединенными компонентами.

Данные элементов в САПР могут быть указаны как совокупность поверхностей или как объемы. Элементы поверхности можно использовать для описания производственных допусков или расположения поверхностей при проектировании сборки. Объемные элементы, с другой стороны, могут использоваться при создании траектории инструмента и т. Д. Производственная информация (особенно при механической обработке) лучше отображается с помощью объемных элементов.[1]

Первая опубликованная работа над функциями была для исходной системы моделирования представления границ, BUILD, и была выполнена Ликом Киприану.[5] Вскоре последовали другие работы, основанные на других твердых представлениях. Обзоры работы над функциями можно найти в Shah et al .;[6] Субрахманьям и Возни;[7] Salomons et al.[8]

Технологии

Работу над функциями (обычно называемую технологией функций) можно разделить на две приблизительные категории: разработка по функциям и распознавание функций. В поэтапном проектировании, также известном как проектирование на основе элементов (FBD), структуры элементов вводятся непосредственно в модель с помощью определенных операций или вшивания фигур. С другой стороны, цель распознавания признаков (FR) - алгоритмически извлекать объекты более высокого уровня (например, производственные особенности) из элементов более низкого уровня (например, поверхностей, кромок и т. Д.) Модели САПР.

Модель создания элементов формы

Полнота набора функций очень субъективна, зависимость от предметной области ускользает от формального определения. Модель генерации признаков, предложенная Наллури и Гурумурти[9] пытается определить полноту набора функций. Они определяют независимую от предметной области форму как набор граней с четкими топологическими и геометрическими характеристиками. Они смоделировали создание элемента формы как добавление / вычитание твердого элемента (требуется точный минимальный объем) в / из твердого тела. Они определяют «Тип» элемента на основе локальной топологии участвующих граней твердого тела и «форму» на основе формы твердого тела. На основе этих определений они перечислили и классифицировали элементы формы. Например, они перечислили 94 типа элементов формы сдвига, причем каждый тип элемента может иметь неограниченное количество форм. Они представили доказательство того, что эти 94 типа подходят для надежной развертки. Они смоделировали извлечение признаков как процесс, обратный их модели генерации признаков. Они разработали алгоритм распознавания признаков, основанный на концепции вычисления динамического топологического статуса лиц. Они также определили структуру для сопоставления этих независимых функций предметной области с определенной интересующей предметной областью.

Дизайн по функциям

За счет использования элементов для построения моделей форм процесс проектирования становится более эффективным, так как форма элементов может быть задана заранее. Возможности FBD могут быть напрямую связаны с производственной информацией [10] так что эту информацию можно получить в последующих приложениях. Таким образом, общая CAD /CAM Система может быть полностью автоматизирована, однако идея использования производственных особенностей для проектирования детали имеет свои недостатки:[2] Характеристики, использованные при разработке детали, не обязательно отражают лучший способ ее изготовления. Следовательно, проектировщик несет ответственность за оценку всех методов, с помощью которых можно изготовить деталь. Кроме того, особенности изготовления - не самый естественный способ конструирования детали.

Распознавание функций

Метод, предложенный Киприану[5] был направлен на кодирование частей для групповой технологии (GT). Цель GT - систематическая классификация объектов по способу их изготовления. Работа Киприану заключалась в том, чтобы классифицировать лица на первичные и вторичные группы, а затем идентифицировать особенности в соответствии с образцами этих первичных или вторичных лиц. Первичная грань - это поверхность с несколькими границами (также называемыми «петлями с отверстиями») или смешанными вогнутыми и выпуклыми границами. Вогнутая граница - это набор вогнутых кромок, у которых телесный угол над кромкой больше 180. Вторичные грани - это все остальные грани. Работа Киприану была продолжена и расширена Джаредом и др. чтобы охватить ряд важных частных случаев взаимодействия функций.

Автоматическое распознавание признаков (AFR) считается идеальным решением для автоматизации процессов проектирования и производства. Успешная автоматизация систем CAD и CAM - жизненно важная связь в строительстве. Компьютерно-интегрированные производства (CIM) системы.[11] Это та часть исследования FR, которая привлекла большое внимание. Еще одно важное применение AFR - оценка технологичности.[12] Система AFR должна иметь возможность интерпретировать конструкцию по-разному на основе альтернативных функций и сообщать конструктору технологичность и стоимость этих интерпретаций.

Существует большой запас различных методов AFR, которые были предложены для интеграции CAD / CAM и планирования процессов. Han et al.[13] содержит критический и подробный анализ некоторых существующих подходов. Наиболее распространенные методы по данным Han et al. варьируются от алгоритмов на основе графов до методов на основе подсказок и объемной декомпозиции. При распознавании элементов на основе графиков создается график, показывающий топологию детали (соединение граней). Графу часто приписывают, например ребра помечают как вогнутые или выпуклые.[14] Затем этот граф анализируется для извлечения подмножеств узлов и дуг, соответствующих любому предопределенному шаблону. Это делается с помощью множества методов, включая алгоритмы изоморфизма графов.[15]

Подходы на основе графов подвергались критике за несколько недостатков. Они не учитывают технологичность признанных характеристик из-за их сильной зависимости от топологических шаблонов, а не геометрии. Пересечение пространственных объектов приводит к резкому увеличению числа возможных паттернов признаков, что портит любую попытку сформулировать паттерны признаков. Чтобы устранить эти трудности, Vandenbrande и Requicha.[16] предложили искать «минимальную необходимую часть границы объекта», называемую подсказками, а не полными шаблонами признаков. Например, наличие двух противоположных плоских граней указывает на возможное наличие щелевого элемента. Подсказки не обязательно ограничиваются геометрией детали. Они также могут быть извлечены из допусков формы и атрибутов конструкции. Например, «атрибут резьбы может быть взят как подсказка для дыры».[13] Этот подход оказался более успешным в распознавании пересекающихся объектов. Тем не менее, эффективность этого подхода обсуждалась, поскольку могло быть огромное количество трассировок, которые не приведут к действительным функциям.[13] Некоторые авторы выступают за использование гибрида FR на основе графов и подсказок для повышения эффективности рассуждений на основе подсказок. В гибридном подходе рассуждение на основе графа используется для определения тех областей детали, которые, безусловно, приводят к действительным функциям при использовании основанным на подсказках рассуждением.[17][18] Другие существующие подходы FR - это объемная декомпозиция,[19][20] Искусственные нейронные сети,[21] и экспертные системы[22] Бабич и др.[23] кратко знакомит со многими из них.

Однако создание систем распознавания признаков, которые эффективно работают на реальных промышленных продуктах, было труднодостижимым. Реальный продукт с сотнями граней и торцевых кромок останавливает почти все вышеперечисленные подходы из-за вычислительной сложности. Кроме того, особенности, изучаемые в этих подходах, обычно чрезмерно упрощены. Большая часть литературы по распознаванию признаков обычно имеет дело с 2.5D-объектами (теми, которые сделаны путем развертки 2D-профиля вдоль линейной оси). Графические представления, определения подсказок или объемную декомпозицию намного сложнее определить для трехмерных объектов и объектов произвольной формы. Работа, проделанная Сундарараджаном [24] ориентирован на поверхности произвольной формы, но опять же ограничен в применении. Излишнее упрощение также очевидно даже при использовании функций 2.5D. Например, алгоритмы распознавания объектов обычно предполагают наличие острых вогнутых краев геометрии объекта. Однако такие кромки практически не используются в реальной конструкции механических компонентов из-за производственных ограничений. Некоторые из этих проблем, такие как наличие скругленных кромок и поверхностей произвольной формы в модели, были изучены Рахмани и Арезу.[17]

Системы распознавания коммерческих объектов

Также доступно несколько коммерческих систем распознавания признаков. Хотя технология распознавания элементов может применяться для различных приложений, коммерческое программное обеспечение эффективно адаптировало технологию распознавания элементов для воссоздания дерева элементов из импортированных моделей, так что даже импортированные модели можно редактировать, как если бы это была собственная твердотельная модель. Основные разработчики 3D-моделей в САПР имеют функцию распознавания объектов для преобразования импортированных трехмерных моделей в модели на основе собственных элементов. Программное обеспечение CAM и программное обеспечение для проектирования производственного оборудования также создаются с использованием этой технологии распознавания признаков. Немногие программы CAD / CAM использовали коммерчески доступную стороннюю библиотеку распознавания элементов, которая распознает различные элементы из моделей 3-D B-Rep. Отдельные библиотеки доступны для приложений «Дизайн», «Производство» и «Листовой металл». Библиотека распознавания конструктивных элементов может идентифицировать такие элементы, как отверстия различных типов, разделенные отверстия, цепочки отверстий, скругления, фаски, выдавливания вырезов, выдавливания бобышек, вытянутые выдавливания, вращающиеся вырезы, вращающиеся выступы, ребра, уклоны, лофты и сдвиги. Библиотека распознавания производственных элементов обеспечивает распознавание производственных элементов, таких как простые отверстия, конические отверстия, зенковки, отверстия с потайной головкой, отверстия с зенковкой, цепочки отверстий, схемы отверстий, такие как линейные, прямоугольные и круглые формы, скругления, фаски , глухие карманы, сквозные карманы, вытянутые карманы, скругленные и скошенные карманы, простые прорези, скругленные прорези, скругленные и скошенные прорези, островки в карманах и прорезях, обрабатываемые объемы, обрабатываемые плиты, множественные пересекающиеся элементы, осесимметричные элементы, такие как внешняя токарная обработка профили, внутренние токарные профили, токарные канавки, такие как клиновые канавки и канавки "ласточкин хвост", а также элементы токарно-фрезерной обработки, такие как прорези и карманы в токарных профилях. Библиотека распознавания элементов из листового металла извлекает элементы из перспективы листового металла. Различные элементы, идентифицированные в этой библиотеке, включают стенки, изгибы, отверстия, вырезы, фланцевые отверстия, вырезы на фланцах, выемки, открытые кромки, закрытые кромки, каплевидные кромки, скрученные кромки (загибы), выступы, кромочные кромки, контурные фланцы, штампы, такие как жалюзи, копье, перемычка, ямочки, бусинки, тиснения и ребра. Хотя такие коммерческие системы могут идентифицировать множество функций, перечисленных выше, могут быть предприняты дальнейшие исследования для определения типов функций, которые не идентифицируются такими коммерческими системами. Такие производственные функции, как 3-осевое и 5-осевое распознавание элементов, как правило, недоступны в таких коммерческих системах.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Пратт М.Дж. и Уилсон П.Р., 1985, Требования к поддержке элементов формы в системе твердотельного моделирования, CAM-I, Р-85-АСПП-01
  2. ^ а б c Regli W.C., 1995, Геометрические алгоритмы для распознавания особенностей твердотельных моделей, докторская диссертация, Univ. Мэриленд, Колледж-Парк, Мэриленд.
  3. ^ Shah J.J., Mäntylä M., 1995, CAD / CAM на основе параметрических и функциональных характеристик, публикация Wiley-Interscience, John Wiley Sons Inc.
  4. ^ Чанг Т.С., 1990, Экспертное планирование производственных процессов, Аддисон-Уэсли, Нью-Йорк.
  5. ^ а б Киприану Л. Классификация форм в автоматизированном проектировании, 1980 г., доктор философии. Диссертация, Кембриджский университет.
  6. ^ Шах, Дж. Дж., Андерсон, Д., Ким, Ю. С., Джоши, С., 2001, Дискурс о распознавании геометрических элементов из моделей САПР, Журнал вычислений и информатики в инженерии, Том 1, стр. 41-51.
  7. ^ Субрахманьям, С., Возни, М. (1995). «Обзор методов автоматического распознавания признаков для автоматизированного планирования процессов». Компьютеры в промышленности. 26: 1–21. Дои:10.1016/0166-3615(95)80003-4.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  8. ^ Саломонс, О., Ван Хаутен, Ф. Дж., Калс, Х. Дж., 1993, Обзор исследований в области дизайна, основанного на функциях, Журнал производственных систем, Vol. 12, No. 2, pp. 113-132.,
  9. ^ Сиварама Наллури, Модель создания элементов формы для технологии элементов, доктор философии. Диссертация, Индийский институт науки, Банаглор, 1994 г. "
  10. ^ Шах Дж. Дж. и Роджерс М.Т., 1988, Оболочка моделирования элементов экспертной формы, Computer Aided Design, Vol. 20, № 9, стр. 515-524.
  11. ^ Шолениус Г., 1992, Параллельное проектирование, основной доклад, Annals of CIRP, 41 (2): 645-655
  12. ^ Гупта С.К. и Нау С.К., 1995, «Системный подход к анализу технологичности обрабатываемых деталей», Системы автоматизированного проектирования, Vol. 27.
  13. ^ а б c Хан Дж. Х., Пратт М. и Регли В. С., 2000, Распознавание производственных элементов на твердотельных моделях: отчет о состоянии, IEEE Trans. По робототехнике и автоматизации, 16 (6): 782-796
  14. ^ С. Джоши и Т. К. Чанг, 1988, Эвристика на основе графиков для распознавания обработанных элементов из трехмерной твердотельной модели, JCAD, 20 (2): 58-66.
  15. ^ М. Марефат и Р. Л. Кашьяп, 1990, Геометрическое обоснование для распознавания трехмерных характеристик объекта, IEEE Trans. Pattern Anal. Machine Intell., 12(10):949-965.
  16. ^ J. H. Vandenbrande и A. A. G. Requicha, 1993, Пространственное обоснование для автоматического распознавания обрабатываемых элементов в твердотельных моделях, IEEE Trans. Pattern Anal. Machine Intell., Vol. 15. С. 1-17.
  17. ^ а б К. Рахмани, Б. Арезоо, 2006, Анализ границ и геометрическое завершение для распознавания взаимодействующих элементов обработки. Компьютерное проектирование 38 (8): 845-856.
  18. ^ К. Рахмани, Б. Арезоо, 2007, Гибридная основанная на подсказках и графах структура для распознавания взаимодействующих функций фрезерования, Компьютеры в промышленности, 58 (4): 304-312.
  19. ^ Ю. Ким, 1990, Выпуклая декомпозиция и твердотельное геометрическое моделирование, докторская диссертация, Stanford Univ.
  20. ^ H. Sakurai и C. Chin, 1993, Определение и распознавание полости и выступов по объемам, Proc. Компьютеры ASME in Engineering Conf., Pp. 59-65.
  21. ^ Хван Дж., 1991, Применение перцептрона для распознавания трехмерных объектов, доктор философии, Университет штата Аризона.
  22. ^ Хендерсон М.Р., 1984, Извлечение информации об элементах из трехмерных данных САПР, докторская диссертация, Университет Пердью, западный Лафайет, штат Индиана, США.
  23. ^ Бабич Б., Несич Н., Милькович З., 2008, Обзор автоматического распознавания признаков с распознаванием образов на основе правил, Компьютеры в промышленности, 59 (4): 321-337.
  24. ^ В. Сундарараджан, Пол К. Райт, 2004 г., Распознавание объемных элементов для обработки деталей с поверхностями произвольной формы. Компьютерное проектирование 36 (1): 11-25

внешняя ссылка