黃美發(fā), 劉廷偉, 唐哲敏, 羅民宏

(1.桂林電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，廣西桂林 541004；2.廣西制造系統(tǒng)與先進(jìn)制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西桂林 541004)

0 前言

信息技術(shù)和制造技術(shù)的快速發(fā)展使得零件制造誤差的智能化檢驗(yàn)已成為必然的發(fā)展趨勢(shì)[1-2]?，F(xiàn)階段零件誤差的測(cè)量，需要根據(jù)零件的功能要求、圖樣標(biāo)注和技術(shù)要求等文本說(shuō)明，通過(guò)人工獲取所標(biāo)注產(chǎn)品與制造信息(Product Manufacture Information, PMI)的含義即工程語(yǔ)義，依據(jù)測(cè)量條件作出綜合決策；確定測(cè)量設(shè)備，選擇測(cè)量方法；通過(guò)測(cè)量設(shè)備獲取實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，調(diào)用評(píng)定算法得到測(cè)量結(jié)果，最后判定其合格性[3]。但是，為保證工程語(yǔ)義在設(shè)計(jì)與測(cè)量中相統(tǒng)一，正確理解工程語(yǔ)義自動(dòng)推理出合理的探測(cè)系統(tǒng)方案是亟待解決的問(wèn)題。

探測(cè)系統(tǒng)是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(Coordinate Measuring Machine, CMM)的重要組成部分，由測(cè)頭、測(cè)座和探針等組成[4]。由于探測(cè)系統(tǒng)方案選擇具有較多不確定性，測(cè)量質(zhì)量嚴(yán)重依賴相關(guān)人員的水平和經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致零件測(cè)量成本增加，并最終影響零件驗(yàn)收。因此，利用CMM進(jìn)行智能檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)探測(cè)系統(tǒng)的智能配置具有重要意義。

目前，針對(duì)公差檢測(cè)中的工程語(yǔ)義表示與傳遞、智能決策等問(wèn)題，主要運(yùn)用語(yǔ)言模型、范疇論、多屬性決策方法、本體技術(shù)和多色集合等5種方法進(jìn)行研究。

ZONG等[5-6]基于EXPRESS語(yǔ)言和可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言等語(yǔ)言模型，構(gòu)建零件公差表示模型，但此類模型是一種標(biāo)記性語(yǔ)言，無(wú)法滿足語(yǔ)義表示。LU[7]基于范疇論的方法，提出范疇論測(cè)量模型，此模型在語(yǔ)法上能正確推理測(cè)量設(shè)備。ZHAO等[8-9]基于多屬性決策的方法，構(gòu)建了幾何公差規(guī)范設(shè)計(jì)模型，構(gòu)造推理規(guī)則得到公差項(xiàng)目，但未實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)語(yǔ)義傳遞。目前，以上3種方法均用于公差規(guī)范，未實(shí)現(xiàn)測(cè)量方案的智能推理。QIE等[10-12]基于本體的方法，構(gòu)建公差語(yǔ)義表示的本體模型，實(shí)現(xiàn)公差項(xiàng)目和一致性檢測(cè)方法的智能推理，但對(duì)異構(gòu)系統(tǒng)中信息傳遞的研究較少。劉恩福等[13-14]基于多色集合的方法，構(gòu)建幾何公差信息的語(yǔ)義表示模型，實(shí)現(xiàn)在CAD異構(gòu)軟件中集成，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)測(cè)頭類型推理，但構(gòu)建的表示模型未能使計(jì)算機(jī)理解工程語(yǔ)義。

尺寸與公差信息(GD&T)的有效獲取與正確表達(dá)是進(jìn)行零件語(yǔ)義傳遞的首要工作。許多學(xué)者提出了一種由STEP(Standard for the Exchange of Product Model Data)文件向OWL映射的方法，提供了由STEP向OWL映射的詳細(xì)規(guī)則，但是生成的STEP文件缺失GD&T信息[15-16]。

目前，還沒有一種既能滿足工程語(yǔ)義在異構(gòu)系統(tǒng)中表示和傳遞的需求又能智能推理出合理的探測(cè)系統(tǒng)配置的方法。針對(duì)該問(wèn)題，本文作者采用模型定義(Model Based Definition, MBD)和本體結(jié)合的方法，研究工程語(yǔ)義從CAD系統(tǒng)到.owl文本的形式化表示和探測(cè)系統(tǒng)的智能配置方案。

在工程中，本體(OWL)的形式化語(yǔ)言對(duì)特征知識(shí)進(jìn)行規(guī)范化表示，使語(yǔ)義能夠被計(jì)算機(jī)所理解并在異構(gòu)系統(tǒng)共享[10-12]。利用Jane規(guī)則的推理機(jī)有高效的推理能力，同時(shí)能保證相關(guān)推理的準(zhǔn)確性。

借鑒于本體技術(shù)的功能，構(gòu)建探測(cè)系統(tǒng)本體模型，通過(guò)調(diào)用所設(shè)計(jì)的生成.owl文件的算法，得到包含個(gè)體信息的探測(cè)系統(tǒng)本體，再構(gòu)建Jena規(guī)則，智能推理出CMM探測(cè)系統(tǒng)方案。最后，通過(guò)測(cè)量零件，驗(yàn)證方法的有效性。

1 零件PMI信息的表示

將零件的產(chǎn)品與制造信息[17](Product Manufacture Information, PMI)以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式表示，并顯式地給出與公差項(xiàng)目關(guān)聯(lián)所需的幾何要素和尺寸，所有采用本體形式化語(yǔ)言對(duì)零件的PMI信息進(jìn)行規(guī)范化表示。因此，采用數(shù)據(jù)集的方法來(lái)表示基于MBD技術(shù)的零件信息。當(dāng)前，具有特征構(gòu)造功能的CAD系統(tǒng)支持MBD模型的建立，采用MBD技術(shù)建立完整的包含設(shè)計(jì)與制造信息的零件模型，如圖1所示。

圖1 基于MBD技術(shù)的零件模型

此數(shù)據(jù)集方法就是采用集合的方式來(lái)描述三維狀態(tài)的GD&T、基準(zhǔn)、幾何要素以及零件坐標(biāo)等零件PMI信息[17]，然后采用關(guān)系矩陣來(lái)表示GD&T信息和幾何要素之間的關(guān)聯(lián)，以及基準(zhǔn)和幾何要素之間的關(guān)聯(lián)。因此，構(gòu)成數(shù)據(jù)集的基本元素可以由幾何特征集Ch、標(biāo)注集La和坐標(biāo)集Co等三部分構(gòu)成，即構(gòu)成測(cè)量零件信息基本元素的集合Pa為

Pa={Ch,La,Co}

(1)

特征集Ch由一個(gè)或m個(gè)特征構(gòu)成，其中每個(gè)特征由面集Fss、線集Lis和點(diǎn)集Pos等3種要素組成。Fss由1個(gè)或n個(gè)面構(gòu)成，包括球面、圓柱面、平面(中心平面)、旋轉(zhuǎn)面、螺旋面、棱柱面和復(fù)合面。Lis由1條或l條線構(gòu)成，包括素線和中心線。Pos由1個(gè)或k個(gè)點(diǎn)構(gòu)成，包括端點(diǎn)和中心點(diǎn)。上述特征到幾何要素的拓?fù)溥^(guò)程可以表示為公式(2)(3)：

Ch={Fs1,Fs2,…,Fsm}

(2)

Fsi={Fssi+Lisi+Posi}i=1,2,…,m

(3)

標(biāo)注集合La由形位公差項(xiàng)目集合To、尺寸集合Tl和基準(zhǔn)集合Da等三部分信息組成，如公式(4)所示：

La={To,Tl,Da}

(4)

其中:形位公差項(xiàng)目集合To由形狀公差TF、定向公差TO和位置公差TLC組成，如公式(5)所示：

To={TF,TO,TLC}

(5)

一個(gè)形位公差框圖里最多包括：公差類型FLToType、公差值類型FLToValueType、公差值FLToValue、公差基準(zhǔn)Datum、公差值有公差原則FLToVaPrinciple、第一基準(zhǔn)有公差原則DaPrinciple_1、第二基準(zhǔn)有公差原則DaPrinciple_2、第三基準(zhǔn)有公差原則DaPrinciple_3等信息，如公式(6)所示:

TO={FLToType,FLToValueType,FLToValue,FLToVaPrinciple,DaPrinciple_1,DaPrinciple_2,DaPrinciple_3}

(6)

尺寸集合Tl由尺寸類型DiType、尺寸值DiValue、尺寸公差值DiITValue、上偏差UpDeviation、下偏差LoDeviation等五部分組成，如公式(7)所示：

Tl={DiType, DiValue, DiITValue, UpDeviation, LoDeviation}

(7)

基準(zhǔn)集合Da表示零件上可以標(biāo)注一個(gè)或n個(gè)基準(zhǔn)，如公式(8)所示：

Da={Da1,Da2,…,Dan}

(8)

坐標(biāo)集合Co包括局部坐標(biāo)和零件坐標(biāo)，如公式(9)所示：

Co={Co1,Co2}

(9)

根據(jù)以上測(cè)量零件的數(shù)據(jù)集構(gòu)成形式，為生成具有基準(zhǔn)的某一公差框圖中公差標(biāo)注和基準(zhǔn)標(biāo)注的探測(cè)系統(tǒng)方案的先后順序，有如下定義：

定義1：根據(jù)文獻(xiàn)[11]中總結(jié)出的38種具體公差類型，假設(shè)將38種不同的公差項(xiàng)目標(biāo)注在m個(gè)不同幾何特征的要素上，則它們相互關(guān)聯(lián)的映射關(guān)系可以用矩陣TMS,m×38表示，而對(duì)元素apq(p=1,2,…,m且q=1,2, …,38)有如下定義：如果公差項(xiàng)目與幾何要素存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，則apq=1；否則apq=0，如公式(10)所示：

(10)

定義2：假設(shè)m個(gè)不同幾何特征的要素與n種不同基準(zhǔn)的關(guān)聯(lián)關(guān)系可以用矩陣TMP,m×n表示，而對(duì)元素Rlk(l=1,2,…,m且k=1,2,…,n)有如下定義：如果基準(zhǔn)與幾何要素存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，則Rlk=1；否則Rlk=0，如公式(11)所示：

(11)

2 零件PMI信息表示的本體模型

為使計(jì)算機(jī)能夠理解零件PMI信息表示的工程語(yǔ)義，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)CAx系統(tǒng)的知識(shí)重用和智能推理，主流的方法之一是采用OWL+[10-12]。因此，本文作者采用OWL+Jena的方法，建立能夠被計(jì)算機(jī)自動(dòng)讀取和自動(dòng)理解的本體模型，即術(shù)語(yǔ)模板，為自動(dòng)生成探測(cè)系統(tǒng)方案奠定基礎(chǔ)。

2.1 本體中的內(nèi)容

零件信息的本體模型即采用基于本體的方法定義要素和標(biāo)注等信息所需要的術(shù)語(yǔ)的本體模型。該模型是特定類(子類)和類(子類)的屬性的有限集合。根據(jù)第1節(jié)中數(shù)據(jù)集和關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以建立零件信息的本體模型的有限集合。

(1)本體中的類，即表示一元關(guān)系的術(shù)語(yǔ)。根據(jù)公式(1)—公式(3)構(gòu)建本體模型所需要的類，包括零件類(Part)、幾何特征類(Characteristics)、要素類(Feature)、標(biāo)注類(Label)和坐標(biāo)類(Coordinate)。

(2)本體中的子類，即表示參與構(gòu)成類的術(shù)語(yǔ)。根據(jù)公式(3)(5)(6)等構(gòu)建測(cè)量零件信息表示的本體模型所需要的子類，如表1所示。

表1 本體的子類

(3)本體中的個(gè)體，代表由一個(gè)或多個(gè)參數(shù)精確定義本體中類或子類的實(shí)例。從MBD中直接獲取個(gè)體名，如圖2所示，面類Plannar_6有7種個(gè)體，分別記為Plannar_6-1、Plannar_6-2,…,Plannar_6-7，其他類也是如此。

圖2 零件的個(gè)體標(biāo)記

(4)本體中的屬性：對(duì)象屬性表示個(gè)體與個(gè)體之間的二元關(guān)系，數(shù)據(jù)屬性表示個(gè)體與數(shù)據(jù)的關(guān)系。例如在圖2中，個(gè)體Cylindrical_5-1與個(gè)體CAxis_2-1屬于對(duì)象屬性，具有關(guān)聯(lián)關(guān)系。

2.2 本體模型的基本結(jié)構(gòu)

根據(jù)第1節(jié)中構(gòu)建的信息模型和上述本體的知識(shí)，構(gòu)建面向CMM探測(cè)系統(tǒng)智能配置的零件PMI信息本體模型如圖3所示，其各屬性的含義如下：

圖3 本體模型的基本結(jié)構(gòu)

(1)根據(jù)公式(6)構(gòu)建數(shù)據(jù)屬性k=FLToType,FLToValue,Datum,FLToVaPrinciple,DaPrinciple_1,DaPrinciple_2,DaPrinciple_3,分別表示公差類型、公差值、公差基準(zhǔn)、公差值有公差原則、第一基準(zhǔn)有公差原則、第二基準(zhǔn)有公差原則、第三基準(zhǔn)有公差原則。

(2)根據(jù)公式(7)構(gòu)建數(shù)據(jù)屬性j=DiType,DiValue,DiITValue,UpDeviation,LoDeviation,分別表示尺寸類型、尺寸值、尺寸公差值、上偏差、下偏差。

(3)根據(jù)公式(8)構(gòu)建數(shù)據(jù)屬性m=Datum,表示標(biāo)注在要素表面上的公差基準(zhǔn)。

(4)根據(jù)公式(9)構(gòu)建數(shù)據(jù)屬性i=Vector_i,Vector_j,Vector_k,分別表示坐標(biāo)系X、Y、Z軸的位置和指向。

(5)根據(jù)公式(2)(3)(10)(11)構(gòu)建零件PMI信息表示的本體模型所需要的對(duì)象屬性，如表2所示。根據(jù)定義域和值域的屬性關(guān)系，構(gòu)建斷言公式集，包括：要素和標(biāo)注之間的從屬關(guān)系斷言公式集AA、尺寸標(biāo)注的斷言公式集AB、形位公差標(biāo)注的斷言公式集AC和基準(zhǔn)標(biāo)注的斷言公式集AD。構(gòu)建方法：例如令要素類(Feature)和標(biāo)注類(Label)，對(duì)象屬性has_Lab表示要素與標(biāo)注之間的從屬關(guān)系。如圖2所示，當(dāng)圓柱面(Cylindrical_5)標(biāo)注公差要求(FLTolerance_2)時(shí)，則表示為has_Lab(Cylindrical_5-1, FLTolerance_2-1)，斷言公式集AA為要素與標(biāo)注之間的從屬關(guān)系斷言公式的有限集合。

表2 本體的對(duì)象屬性

3 探測(cè)系統(tǒng)的方案推理

此節(jié)根據(jù)以上零件PMI信息表示的本體模型，構(gòu)建探測(cè)系統(tǒng)的本體。首先，分析公差框圖中是否有基準(zhǔn)，如果有基準(zhǔn)，則推理公差要素和基準(zhǔn)要素的探測(cè)系統(tǒng)方案的生成順序；然后，分析公差指標(biāo)、幾何要素尺寸與探測(cè)系統(tǒng)方案的影響關(guān)系，構(gòu)建探測(cè)系統(tǒng)的推理規(guī)則；最后，研究探測(cè)系統(tǒng)的智能配置方法。

3.1 公差標(biāo)注和基準(zhǔn)標(biāo)注探測(cè)系統(tǒng)方案的生成順序

同一個(gè)公差框圖中，公差標(biāo)注與基準(zhǔn)標(biāo)注一般在不同要素上，以實(shí)現(xiàn)零件形位公差的智能檢測(cè)。根據(jù)測(cè)量原理以及基準(zhǔn)優(yōu)先級(jí)[4]，推理公差標(biāo)注和基準(zhǔn)標(biāo)注的探測(cè)系統(tǒng)方案的生成順序，有如下定義：

定義3：公差框圖中沒有基準(zhǔn)，生成公差要素的探測(cè)系統(tǒng)方案；

定義4：公差框圖中有1個(gè)基準(zhǔn)，如圖2中的平行度，則生成的探測(cè)系統(tǒng)方案順序?yàn)椋合然鶞?zhǔn)平面(A)，再公差要素；

定義5：公差框圖中有2個(gè)基準(zhǔn)，如圖1中的位置度，則生成探測(cè)系統(tǒng)方案順序?yàn)椋合鹊谝换鶞?zhǔn)平面(A)，再第二基準(zhǔn)平面(B)，最后公差要素；

定義6：公差框圖中有3個(gè)基準(zhǔn)，則生成探測(cè)系統(tǒng)方案順序?yàn)椋合鹊谝换鶞?zhǔn)，再第二基準(zhǔn)，其次第三基準(zhǔn)，最后公差要素。

3.2 探測(cè)系統(tǒng)的配置推理規(guī)則

探測(cè)系統(tǒng)由測(cè)頭、測(cè)座和探針等組成。測(cè)頭是CMM的關(guān)鍵部件，不同測(cè)量零件需要選擇不同精度和功能的測(cè)頭[4]。接觸式的測(cè)頭通常分為接觸式觸發(fā)測(cè)頭和接觸式掃描測(cè)頭。測(cè)頭一般通過(guò)測(cè)座固定，把測(cè)頭的信號(hào)傳遞到CMM中。為從零件信息推理探測(cè)系統(tǒng)方案，在零件PMI信息表示的本體模型的基礎(chǔ)上添加探測(cè)系統(tǒng)內(nèi)容，得到的本體稱為探測(cè)系統(tǒng)本體模型。

構(gòu)建類和子類以及個(gè)體。構(gòu)建方案類(DetectionSystem)；構(gòu)建類的子類：測(cè)頭子類(Top)、測(cè)座子類(Seat)。把接觸式觸發(fā)測(cè)頭P20SF、TP7M、TP200、TP800和接觸式掃描測(cè)頭SP600系列(SP600、SP600M、SP600Q)、SP25、SP80、TRAX，設(shè)為測(cè)頭子類的個(gè)體。如表3所示，A類表示M8+PAA#PH10M、M8+PAA#PH10MQ、M8+PAA#PH6M；B類表示自動(dòng)更換測(cè)座PH10M、PH10MQ、PH6M；C類表示與測(cè)量機(jī)主軸直接連接(SP)，設(shè)A、B、C為測(cè)座子類的個(gè)體。

表3 測(cè)頭和測(cè)座[4]

構(gòu)建屬性。對(duì)象屬性has_Top表示關(guān)聯(lián)關(guān)系，定義域?yàn)闇y(cè)頭類、值域?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)類；對(duì)象屬性has_Seat表示關(guān)聯(lián)關(guān)系，定義域?yàn)闇y(cè)座類、值域?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)類。

構(gòu)建推理規(guī)則。文中使用Jena的語(yǔ)法格式對(duì)選擇規(guī)則進(jìn)行編寫和表示。

構(gòu)建規(guī)則1～2。規(guī)則1：測(cè)量要素的基本尺寸值小于100 mm的零件稱為小型；大于等于100 mm小于300 mm的零件稱為中型；大于等于300 mm的零件，稱為大型。規(guī)則2：尺寸公差值T大于IT8級(jí)稱為低精度，否則稱為高精度；形位公差值T大于IT8級(jí)稱為低精度，否則稱為高精度。例如[rule:(?x :DimensionValue ?a),math:lessThan(?a,’100’)->(?x :DimensionType ‘smallSiz’)].，含義為：測(cè)量要素的基本尺寸值小于100 mm的零件，要素尺寸為小型。

構(gòu)建規(guī)則3：根據(jù)公式(6)得到一個(gè)需要測(cè)量的公差框圖中是否有基準(zhǔn)，由定義3～6設(shè)計(jì)公差標(biāo)注和基準(zhǔn)標(biāo)注的探測(cè)系統(tǒng)方案的生成順序，再根據(jù)定義1(定義2)得到公差標(biāo)注(基準(zhǔn)標(biāo)注)對(duì)應(yīng)的要素。

構(gòu)建規(guī)則4～6。影響測(cè)頭選擇的因素如表4所示，其中：大、中、小表示零件的基本尺寸；高、低表示公差精度等級(jí)；對(duì)象D為尺寸公差、E為形位公差，“”表示該行測(cè)頭的影響因素，當(dāng)每行滿足所有因素時(shí)才選擇對(duì)應(yīng)的測(cè)頭。規(guī)則4[4]：當(dāng)測(cè)量尺寸、間距或位置，不強(qiáng)調(diào)其形狀誤差，而且測(cè)量空間狹窄時(shí)，應(yīng)盡量選觸發(fā)測(cè)頭。規(guī)則5[4]：掃描測(cè)頭具有高速采集數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)，采集的數(shù)據(jù)不僅可以用來(lái)確定零件的尺寸及位置，更重要的是能用眾多點(diǎn)來(lái)精確地描述形狀、輪廓，特別適用于對(duì)形狀、輪廓有嚴(yán)格要求的零件。規(guī)則6：當(dāng)選擇掃描測(cè)頭時(shí)，其順序?yàn)镾P600、SP600M、SP600Q，例如[rule: (?x :DimensionType′middleSize′),(?x :PrecisionGrade ′lowPrecision′) -> (?x :has_Top :TP7M)]，含義為：測(cè)量要素的尺寸時(shí)，一般精度且中型尺寸時(shí)選用觸發(fā)測(cè)頭TP7M。

表4 影響測(cè)頭選擇的因素

構(gòu)建規(guī)則7：在得到測(cè)頭類型后，根據(jù)表3信息，推測(cè)測(cè)頭對(duì)應(yīng)的測(cè)座類型。

3.3 探測(cè)系統(tǒng)的智能配置方法

利用由CAD系統(tǒng)提取GD&T信息后直接生成.owl文件的算法，依照以上所建立的零件PMI信息表示的本體模型所生成的本體稱為探測(cè)系統(tǒng)本體模型。將ontoSTEP本體與探測(cè)系統(tǒng)本體模型融合后，可得到包含PMI信息的探測(cè)系統(tǒng)本體。每次測(cè)量新的公差需要調(diào)用探測(cè)系統(tǒng)本體模型，實(shí)現(xiàn)了模型重用。在調(diào)用探測(cè)系統(tǒng)本體之前，先生成聲明文本，其中包括命名空間聲明與頭部聲明。

首先，調(diào)用探測(cè)系統(tǒng)本體模型。在本體中，類和屬性共同組成術(shù)語(yǔ)，個(gè)體則作為實(shí)例。依照之前建立的本體模型定義的類和屬性，獲得的術(shù)語(yǔ)集文本可實(shí)現(xiàn)重用。其次，生成實(shí)例集文本。實(shí)例集文本實(shí)質(zhì)上由定義塊組成，這些定義塊可劃分為若干類別。對(duì)每一類別進(jìn)行抽象與剝離，可得到不含個(gè)體信息的語(yǔ)塊模板庫(kù)。最后，從CAD系統(tǒng)中提取個(gè)體信息，與相應(yīng)的語(yǔ)塊模板進(jìn)行組裝，便可得到一個(gè)完整的定義塊。如圖4所示為圓柱面Cylindrical_5-1對(duì)平面Planar_6-1具有平行度公差的測(cè)量零件信息提取與轉(zhuǎn)換過(guò)程。

圖4 測(cè)量零件信息提取與轉(zhuǎn)換過(guò)程

Apache Jena是一個(gè)用于構(gòu)建語(yǔ)義Web和鏈接數(shù)據(jù)應(yīng)用程序的Java框架，它向用戶提供通用規(guī)則以進(jìn)行知識(shí)推理，輸出合理推理結(jié)果。為實(shí)現(xiàn)探測(cè)系統(tǒng)方案的推理，則需要將基于本體的結(jié)構(gòu)化知識(shí)和基于Jena的規(guī)則轉(zhuǎn)化為Jena通用規(guī)則推理機(jī)所能理解和推理的知識(shí)。因此，本文作者采用Jena通用規(guī)則推理機(jī)實(shí)現(xiàn)探測(cè)系統(tǒng)的方案推理。具體推理流程如圖5所示。

圖5 推理的工作流程

(1)設(shè)計(jì)者基于MBD技術(shù)建立零件模型并將它存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中；

(2)由表2中的對(duì)象屬性構(gòu)建要素和標(biāo)注之間的從屬關(guān)系斷言公式集AA；由數(shù)據(jù)屬性構(gòu)建尺寸標(biāo)注的斷言公式集AB、形位公差標(biāo)注的斷言公式集AC和基準(zhǔn)標(biāo)注的斷言公式集AD；

(3)根據(jù)零件模型和探測(cè)系統(tǒng)本體模型，調(diào)用生成.owl文本的算法，生成包含個(gè)體的探測(cè)系統(tǒng)本體；

(4)在探測(cè)系統(tǒng)本體的基礎(chǔ)上，將推理規(guī)則導(dǎo)入到知識(shí)庫(kù)，選定需要測(cè)量的公差項(xiàng)目，推理得到該公差項(xiàng)目所需要的探測(cè)系統(tǒng)方案(記為AE)，最后保存為本體.owl格式。

4 實(shí)例應(yīng)用驗(yàn)證

在Eclipse環(huán)境下，使用Java語(yǔ)言開發(fā)探測(cè)系統(tǒng)的智能配置程序。利用某公司的凹模沖壓零件的圓柱面(Cylindrical_5-1)形位公差對(duì)探測(cè)系統(tǒng)的智能配置進(jìn)行驗(yàn)證，如圖2所示。

基于MBD技術(shù)在軟件UG10.0中建立零件三維模型，個(gè)體和屬性標(biāo)記如圖2所示。根據(jù)零件三維模型和探測(cè)系統(tǒng)本體模型，包括：線的個(gè)體：CAxis_2-1和CPlanar_3；面的個(gè)體：Cylindrical_5-1、Planae_6-1；標(biāo)注的個(gè)體：FLTolerance_2-1,Dimension_1-1,Datum_3-1；測(cè)頭的10種個(gè)體和測(cè)座的3種個(gè)體。

斷言公式集AA。根據(jù)要素與標(biāo)注之間的從屬關(guān)系以及表2對(duì)象屬性，得到要素和標(biāo)注之間從屬關(guān)系的斷言公式集AA：

AA={Cylindrical_5(Cylindrical_5-1), Planae_6(Planae_6-1), FLTolerance_2(FLTolerance_2-1), Dimension_1(Dimension_1-1), Datum_3(Datum_3-1), has_Lab(Cylindrical_5-1, FLTolerance_2-1), retLab(FLTolerance_2-1, Cylindrical_5-1), has_Lab(Cylindrical_5-1, Dimension_1-1), retLab(Dimension_1-1,Cylindrical_5-1), has_Lab(Planae_6-1,Datum_3-1), retLab(Datum_3-1, Planae_6-1)};

由圖2中圓柱面的尺寸標(biāo)注Tl={zhijing, 12}、形位公差標(biāo)注To={Parallelism, 0.025, A}、基準(zhǔn)A的尺寸標(biāo)注Tl={xianxing, 60}，根據(jù)數(shù)據(jù)屬性得到尺寸標(biāo)注的斷言公式集AB、形位公差標(biāo)注的斷言公式集AC和基準(zhǔn)的斷言公式集AD：

AB={FLTolerance_2(FLTolerance_2-1), FLToType(FLTolerance_2-1, Parallelism), FLToValue(FLTolerance_2-1, 0.025), Datum(FLTolerance_2-1, A), has_Rla(FLTolerance_2-1, Cylindrical_5-1), Label_Tolerance(FLTolerance_2-1, CAxis_2-1)};

AC={Dimension_1(Dimension_1-1), DiType(Dimension_1(Dimension_1-1, zhijing), DiValue(Dimension_1(Dimension_1-1), 12)};

AD={Datum_3(Datum_3-1),Datum(Datum_3-1, A)};

智能推理探測(cè)系統(tǒng)配置。首先在探測(cè)系統(tǒng)本體模型上調(diào)用生成.owl文本的算法，得到包含個(gè)體的探測(cè)系統(tǒng)本體；然后，將推理規(guī)則添加到知識(shí)庫(kù)；最后，推理得到測(cè)頭和測(cè)座的可選類型。測(cè)量Cylindrical_5-1時(shí)的推理結(jié)果，如圖6所示。先得到基準(zhǔn)平面(A)，再公差要素，即AE(Planae_6-1，Cylindrical_5-1)={has_Top(1.TP200), has_Top(2.SP25), has_Seat(A), has_Seat(B)}。根據(jù)推理結(jié)果可知：測(cè)量Cylindrical_5-1時(shí)，1.TP200表示優(yōu)先選用觸發(fā)測(cè)頭TP200，2.SP25表示其次選用掃描及觸發(fā)兩用測(cè)頭SP25；TP200對(duì)應(yīng)的測(cè)座為A類(M8+PAA#PH10M,M8+PAA#PH10MQ,M8+PAA#PH6M)；SP25對(duì)應(yīng)的測(cè)座為B類(自動(dòng)更換測(cè)座PH10M,PH10MQ,PH6M)，最后生成.owl文件。由此可知，本文作者從10種測(cè)頭和7種測(cè)座中智能選擇合適的2種測(cè)頭和其對(duì)應(yīng)的測(cè)座。

圖6 推理結(jié)果

相同條件下，將基于多色集合理論的方法用于此實(shí)例[14]，在2種接觸式測(cè)頭的類型中選擇1種合適的測(cè)頭，得到的測(cè)頭型號(hào)為SP25。

考慮成本和滿足測(cè)量要求的情況下，相比于掃描式測(cè)頭，應(yīng)優(yōu)先選用接觸式測(cè)頭[4]，則此實(shí)例中優(yōu)先選用接觸式測(cè)頭(TP200)、其次選用掃描式測(cè)頭(SP25)的結(jié)果更合理。因此，本文作者通過(guò)構(gòu)建基于本體技術(shù)的知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)，不僅使零件信息工程語(yǔ)義能被計(jì)算機(jī)理解，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)義傳遞，而且能夠從多種探測(cè)系統(tǒng)配置中智能推理出合理的測(cè)頭和測(cè)座。

5 結(jié)論

(1)本文作者研究了探測(cè)系統(tǒng)方案自動(dòng)生成，其特征在于構(gòu)建能被計(jì)算機(jī)理解的工程語(yǔ)義的探測(cè)系統(tǒng)本體模型；設(shè)計(jì)生成.owl文件的算法得到探測(cè)系統(tǒng)本體，構(gòu)建探測(cè)系統(tǒng)方案選擇的規(guī)則。

(2)以某公司零件為例，推理得出若干種可以采用的方案，與多色集合的方法相比，既能實(shí)現(xiàn)零件工程語(yǔ)義表示與傳遞，又能從多種探測(cè)系統(tǒng)的方案中智能推理出更合理的測(cè)頭、測(cè)座方案供用戶選擇。

(3)進(jìn)一步的研究可以從以下兩方面著手：一是增加非接觸式測(cè)頭選擇的本體；二是探測(cè)測(cè)頭可達(dá)性分析。首先，應(yīng)建立數(shù)學(xué)庫(kù)，計(jì)算測(cè)量點(diǎn)數(shù)、點(diǎn)的位置和探針直徑；然后，設(shè)計(jì)探針的數(shù)量、位置和方向；最后，分析測(cè)量某點(diǎn)的測(cè)頭是否可達(dá)。