基于复杂网络的三维CAD装配模型模块单元发掘

doi:10.3969/j.issn.1004-132X.2022.06.008

摘要/Abstract

摘要： 三维CAD模型蕴含丰富的可重用结构知识，为了从已有三维CAD装配模型中提前获得模块知识，促进对复杂三维装配模型的理解与重用，提出了一种基于复杂网络的三维CAD装配模块单元发掘方法。首先融合装配零件的结构、功能、材料关联信息进行零件关联强度综合评价；然后以关联强度矩阵为基础构建三维装配模型所对应的关联关系网络，在此基础上给出基于CNM的社区发现算法实现三维CAD装配模型模块单元发掘；最后以蜗轮蜗杆减速箱三维装配模型为例验证了所提方法的有效性与可行性。

关键词: 三维装配模型, 关联关系网络, 多源关联信息, 社区发现, 模块单元

Abstract: Three-dimension（3D）assembly model embodied plenty of structure knowledge， which might be employed for design reuse. To acquire the modular knowledge from the existing 3D CAD assembly models in advance for promoting the understanding and reuse of complex 3D assembly model， a method for discovering modular units of complex 3D assembly model was proposed based on complex network. Firstly， the correlation strength among assembly parts was evaluated comprehensively considering assembly structure， function and material similarity. Secondly， the correlation relationship network for describing correlation of assembly parts in 3D assembly model was constructed based on complex network theory. Subsequently， an improved community detection algorithm for discovering modular units knowledge from complex 3D assembly model was given based on CNM (Clauset-Newman-Moore) algorithm. Finally， 3D CAD assembly of worm reduction box was used for verifying the effectiveness and feasibility of the proposed method.

Key words: 3D assembly model, correlation relationship network, multi-source correlation information, community detection, modular unit

中图分类号:

TP391

韩周鹏, 刘永, 巴黎, 史慧帆. 基于复杂网络的三维CAD装配模型模块单元发掘[J]. 中国机械工程, 2022, 33(06): 690-697，755.

HAN Zhoupeng, LIU Yong, BA Li, SHI Huifan. Discovery of Modular Units for Complex Three-dimension CAD Assembly Model Based on Complex Network[J]. China Mechanical Engineering, 2022, 33(06): 690-697，755.

导出引用管理器 EndNote|Ris|BibTeX

链接本文: https://www.cmemo.org.cn/CN/10.3969/j.issn.1004-132X.2022.06.008

https://www.cmemo.org.cn/CN/Y2022/V33/I06/690

参考文献

［1］CHEN X， GAO S， GUO S， et al. A Flexible Assembly Retrieval Approach for Model Reuse［J］. Computer-aided Design， 2012， 44（6）：554-574.
［2］JEON S M， LEE J H， HAHM G J， et al. Automatic CAD Model Retrieval Based on Design Documents Using Semantic Processing and Rule Processing［J］. Computers in Industry， 2016， 77：29-47.
［3］HAN Z， MO R， CHANG Z， et al. Key Assembly Structure Identification in Complex Mechanical Assembly Based on Multi-source Information［J］. Assembly Automation， 2017， 37（2）：208-218.
［4］张杰，左咪，杨瑞康，等. 基于属性相似性的三维装配体通用设计单元发掘方法［J］. 计算机集成制造系统， 2016， 22（9）：2072-2080.
ZHANG Jie， ZUO Mi， YANG Ruikang， et al. Method to Discover Common Design Units from Three-dimensional Assembly Model Based on Attribute Similarity Analysis［J］. Computer Integrated Manufacturing Systems， 2016， 22（9）：2072-2080.
［5］乔虎，何俊，安嘉祥，等. 三维装配模型共性结构发掘方法［J］. 计算机辅助设计与图形学学报， 2019， 31（12）：2177-2185.
QIAO Hu， HE Jun， AN Jiaxiang， et al. Discovering Common Structure of 3D Assembly Model［J］. Journal of Computer-Aided Design & Computer Graphics， 2019， 31（12）：2177-2185.
［6］LUPINETTI K， PERNOT J， MONTI M， et al. Content-based CAD Assembly Model Retrieval：Survey and Future Challenges［J］. Computer-Aided Design， 2019， 113：62-81.
［7］HAN Z， MO R， YANG H， et al. Structure-function Correlations Analysis and Functional Semantic Annotation of Mechanical CAD Assembly Model［J］. Assembly Automation， 2019， 39（4）：636-647.
［8］王延平，李原，张杰. 三维CAD模型模块划分的蚁群聚类图分割方法［J］. 计算机集成制造系统， 2013， 19（5）：926-934.
WANG Yanping， LI Yuan， ZHANG Jie. Ant Clustering Graph Partitioning for 3D CAD Model Module Partition［J］. Computer Integrated Manufacturing Systems， 2013， 19（5）：926-934.
［9］LI B M， XIE S Q. Module Partition for 3D CAD Assembly Models：a Hierarchical Clustering Method Based on Component Dependencies［J］. International Journal of Production Research， 2015， 53（17）：5224-5240.
［10］GU P， SOSALE S. Product Modularization for Life Cycle Engineering［J］. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing， 1999， 15（5）：387-401.
［11］ULRICH K. Fundamentals of Product Modularity［M］∥Management of Design. Dordrecht：Springer， 1994， 219-231.
［12］王奇瑞，毛罕平，李青林. 考虑零部件间间接连接关系的模块划分方法［J］. 农业机械学报， 2020， 51（9）：418-426.
WANG Qirui， MAO Hanping， LI Qinglin. Module Partition Method Considering Influence of Indirect Connection between Components［J］. Society for Agricultural Machinery， 2020， 51（9）：418-426.
［13］GAO F， XIAO G， SIMPSON T W. Identifying Functional Modules Using Generalized Directed Graphs：Definition and Application［J］. Computers in Industry， 2010， 61（3）：260-269.
［14］LI S， MIRHOSSEINI M. A Matrix-based Modularization Approach for Supporting Secure Collaboration in Parametric Design［J］. Computers in Industry， 2012， 63（6）：619-631.
［15］乔虎，莫蓉，杨海成，等. 一种考虑客户需求的产品模块规划方法［J］. 西北工业大学学报， 2014， 32（2）：256-261.
QIAO Hu， MO Rong， YANG Haicheng， et al. A Product Modular Planning Method Considering Custom Needs［J］. Journal of Northwestern Polytechnical University， 2014， 32（2）：256-261.
［16］郏维强，刘振宇，刘达新，等. 基于模糊关联的复杂产品模块化设计方法及其应用［J］. 机械工程学报， 2015， 51（5）：130-142.
JIA Weiqiang， LIU Zhenyu， LIU Daxin， et al. Modular Design Method and Application for Complex Product Based on Fuzzy Correlation Analysis［J］. Journal of Mechanical Engineering， 2015， 51（5）：130-142.
［17］孙锐，刘晓飞，董萍，等. 产品模块化设计新方法研究［J］. 制造业自动化， 2016， 38（5）：98-101.
SUN Rui， LIU Xiaofei， DONG Ping， et al. Research on New Method of Product Modular Design［J］. Manufacturing Automation， 2016， 38（5）：98-101.
［18］HAN Z， MO R， YANG H， et al. Module Partition for Mechanical CAD Assembly Model Based on Multi-source Correlation Information and Community Detection［J］. Journal of Advanced Mechanical Design， Systems， and Manufacturing， 2018， 12（1）：M23.
［19］NEWMAN M E J. Analysis of Weighted Networks［J］. Physical Review E， 2004， 70（5）：56131.
［20］NEWMAN M E J. Fast Algorithm for Detecting Community Structure in Networks［J］. Physical Review E， 2004， 69（6）：66133.
［21］CLAUSET A， NEWMAN M E， MOORE C. Finding Community Structure in Very Large Networks［J］. Physical Review E. Statistical Nonlinear Soft Matter Phys.， 2004， 70（6 Pt 2）：66111.

[1]	任加琪, 许四祥, 董宾卉, 汤澳, 宋昱宸. 基于轻量化高分辨率网络的双目视觉定位与测量[J]. 中国机械工程, 2026, 37(1): 201-208.
[2]	袁媛, 白一超, 周利东, 孟文俊, 王淼, 曲文斌. 改进YOLOv8的输送带损伤检测方法[J]. 中国机械工程, 2025, 36(12): 2829-2836.
[3]	胡梦杰, 方宇航, 秦绪佳, 吴正强. 基于网格特征的自动排牙方法[J]. 中国机械工程, 2025, 36(11): 2738-2746.
[4]	吴洪臣, 陈晓荣, 李柏杨. 多线程半全局立体匹配工件内部检测方法[J]. 中国机械工程, 2025, 36(11): 2783-2791.
[5]	贾维昊, 王鹏, 陈凯, 仝飞, 王国彪. 快速单曝光高动态范围高反光金属表面缺陷辨识算法研究[J]. 中国机械工程, 2025, 36(09): 2039-2046.
[6]	杨涛, 蒋芳. 基于R-GRA的云制造协同服务主体评价研究[J]. 中国机械工程, 2025, 36(09): 2097-2107.
[7]	王俊, 高贵兵. 基于改进YOLOv5s的风电叶片表面缺陷检测方法[J]. 中国机械工程, 2025, 36(09): 2108-2116.
[8]	徐林龙1, 纪小刚1, 2, 李华彬1, 江昊1. 分形互锁设计的皮肤缝合界面拉伸破坏行为研究[J]. 中国机械工程, 2025, 36(07): 1442-1452.
[9]	谷孙权, 张海柱, 黎荣, 饶坝, 汪豪. 基于Lotka-Volterra模型的复杂产品设计指标分解关联定量分析[J]. 中国机械工程, 2025, 36(07): 1479-1486.
[10]	赵昀杰, 贺岩松, 张志飞, 徐中明. 基于生成模型的三维波束形成图像压缩方法[J]. 中国机械工程, 2025, 36(07): 1520-1529.
[11]	文笑雨1, 张昊1, 张玉彦1, 刘思仁2, 吉硕1, 郭伟飞1, 李浩1. 数字孪生环境下飞机装配过程中的激光跟踪仪位置优化[J]. 中国机械工程, 2025, 36(07): 1573-1581,1635.
[12]	石致远1, 2, 孔志伟2, 陈俊臻3, 王淑营3. 风电设备情境知识图谱构建技术研究[J]. 中国机械工程, 2025, 36(06): 1206-1213.
[13]	李涛, 邓林辉, 莫彬, 石非凡, 刘伟嵬. 基于混合遗传蚁群优化随机森林算法的激光熔覆Ni60裂纹预测与工艺参数优化[J]. 中国机械工程, 2025, 36(06): 1322-1328,1337.
[14]	刘泉泉1, 方喜峰1, 程德俊1, 张胜文1, 罗兰珍2, 孔俊龙1. 基于模型定义的三维模型信息完备性检查技术研究[J]. 中国机械工程, 2025, 36(05): 1035-1043.
[15]	罗亮1, 2, 郎霄1, 祖国庆2, 张农1, 杨林3, 沈雄伟4. 一种基于改进YOLOv8n的气缸套缺陷检测方法[J]. 中国机械工程, 2025, 36(05): 1054-1064.