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目前,我国农业机械装备产品多以跟踪和仿造国外产品为主,核心技术自主知识产权水平较低。农机产品的设计多采用传统的设计方法,产品开发周期长、重复性设计多、设计资源难以重用,在产品型号、标准化程度和产品质量上与国外农机发展强国存在较大差距。因此,在农机装备设计领域通过数字化设计技术改造传统农业机械设计手段,对于提高我国农业装备的设计水平,提升农业装备制造企业在国际上的竞争力具有重要的意义。本文针对我国农机专业底盘数字化设计过程中精细化和智能化设计重用的需求,提出面向设计重用的农机专业底盘数字化设计方法研究,从农机专业底盘零部件实例推理、整体相似性评价、局部结构检索重用和参数化设计等方面展开系统研究。 论文的主要研究工作包含以下几个方面: (1)基于多属性决策的底盘零部件实例推理方法。针对农机专业底盘参数属性多、参数类型差异大、属性不能无条件补偿等特点,传统实例推理中以属性加权评价为主的最近邻算法已不能满足实际需求,提出将级别高于关系的 ELECTRE多属性决策方法应用到农机专业底盘的实例推理中,首先对农机底盘实例数据进行预处理,然后采用层次分析法确定属性权重,通过实验调整各属性不和谐性阈值后进行级别高于关系的构造和挖掘,最终实现目标实例与数据库中实例的相似性评价,并以履带式联合收获机底盘实例进行验证。 (2)基于视觉特征的底盘模型整体相似性评价方法。首先对底盘模型库中各模型进行投影,获取三视图并对视图进行二值化、稀释化处理;提取图像的轮廓边缘像素数据点,采用傅里叶描述子对轮廓特征进行计算,得到图像边缘描述子的特征向量;利用极半径不变矩对二值化图像进行整体区域特征提取,依据三视图的权重计算图像加权值;最后通过距离相似度返回数据库中与输入图像相似的三维模型。实验结果表明算法检索性能效果较好,能够满足实际要求。 (3)基于局部结构检索的底盘零件设计重用方法。首先以设计特征作为设计语义信息的基础载体,对底盘零件三维CAD模型进行结构化表征,并用特征属性邻接图来表示;然后设计能够捕捉不同层次信息的特征描述子,构建融合语义的特征相似性评价模型;最后采用子图同构算法计算查询局部结构与模型库中零件的特征属性邻接图的特征匹配对,以此计算相匹配局部结构的相似度。实验结果表明,该方法能够较好地实现融合语义的底盘零件三维模型局部结构检索,可以有效地支持面向农机设计领域的三维模型设计信息的重用。 (4)基于Pro/Engineer二次开发的底盘关键零部件参数化设计方法。从海量数据库中提取到的模型往往与设计目标存在一定差距,如何对其进行修改并符合特定要求同样是可重用设计中相当重要的环节。首先对部分关键零部件的参数推理机制进行研究,规范设计步骤,形成参数推理机制;然后基于Pro/Engineer二次开发,利用Pro/Toolkit提供的函数和VS2008编辑向导对参数化系统的菜单和参数化设计界面进行创建;最后根据内外部参数的关联为零件模型添加尺寸驱动,并通过编码的方式实现模型的输入、输出以及重建,建立农机专业底盘参数化设计系统,从而提高底盘设计效率,缩短设计周期。 基于以上研究成果,实现了一个农机专业底盘数字化设计重用原型系统,给出了系统的功能结构、体系结构,并进行了典型示例验证,表明了本文提出的理论、方法及算法的可行性和有效性。