通过关联约束多轴仿真图形实现自动推算产品的结构数据制造技术

本发明专利技术涉及一种工业产品设计方法或算法，具体涉及通过关联、约束图实现自动推算产品在多轴空间的仿真结构数据，包括使用基于有向图的二维关联约束多轴仿真图形实现自动推算产品的结构数据，其针对过约束、几何完全定义状态判定和约束求解效率等问题，提出了基于约束图并利用自由度理论和约束冲突机制，通过反向约束方向来平衡约束，进而通过排序进行约束求解的算法。本方法以约束图为基础，通过平衡约束，进行过约束的判定，避免几何过定义导致的无解方程组；进行几何完全定义状态的判定，为设计工作提供依据，提高人机交互设计效率；通过求解队列算法，将复杂约束图进行分解，提高求解速度、效率，实现约束求解，解决复杂约束信息的管理问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机程序和工业设计领域，具体涉及工业产品设计的方法、算法，包括使用基于有向图的二维关联约束多轴仿真图形实现自动推算产品的结构数据。
技术介绍
在市场上提供用于对对象进行设计、工程、制造的多个系统和程序。CAD是计算机辅助设计的缩写，例如，它涉及用于设计对象的软件解决方案，传统CAD系统一般要求用户构造语句输入几何图形，但有些图形的构造性描述并不容易，为了弥补传统CAD系统的不足，更好地满足概念化设计的要求，提高设计效率，人们试图将人工智能的思想和方法引入到CAD系统中而形成智能CAD。智能CAD的主要特征和标志是参数化和变量化。后期出现的参数化技术首次引入了约束的概念，参数化技术将一组参数与控制零部件几何图形的一组结构尺寸序列相对应，当赋予不同的参数值时，就可以产生一系列具有相似几何图形的零部件。参数化实体造型技术的特点是：基于特征的设计、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计的修改。变量化技术是参数化技术的一次飞跃。变量化技术将整个设计草图当作一个完整的系统来考虑，与构造过程的顺序无关，将草图中的控制尺寸和拓扑关系都用约束来表示，这使得设计初期的草图可以不是完全定义的，将没有完全定义的控制尺寸和拓扑关系用变量储存起来，暂时以当前的绘制尺寸赋值。设计者可以在任何阶段对草图中的任何尺寸和拓扑关系进行重新定义，同时这种重新定义也不必牵扯草图中所有几何实体的改动。变量化技术提供的灵活更该模型的方式有效的支持了CAD的概念化设计，可以使设计者的创造力和想象力得到更充分地发挥。参数化技术与变量化技术的核心是一旦给定了设计草图的若干尺寸和拓扑关系，系统就可以自动生成相应的设计图，这一几何约束求解的过程可以理解为几何作图的自动化过程。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提供一种通过关联约束多轴仿真图形实现自动推算产品的结构数据，使用基于有向图的二维约束求解，顶点表示几何元素，边表示约束，约束图将相互关联的所有的几何和约束关系联系在一起。为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下方式来实现：通过关联约束多轴仿真图形实现自动推算产品的结构数据，其具体包括以下步骤：1)选择建立产品由顶点和约束边组成的约束图；2)根据任意选取约束图中的一个约束方向进行过约束判断；3)对构造的约束图进行约束平衡；4)根据调整约束平衡后的约束图进行约束求解排序。为了提高系统的交互设计能力，且避免过约束情况的出现，本专利技术提出了几何完全定义状态(几何的形状和位置完全确定时的状态)，满足以下所有条件的判断为几何完全定义状态：(1)几何对象的前承约束中不存在过约束；(2)几何对象的剩余自由度为0；(3)在约束图中，反向该几何的任意一个前承约束，利用约束平衡方法，反向均失败，即该几何对象的所有前承约束均无法反向。对于上述步骤2)中的过约束判断而言，其具体的判断方法如下：(21)约束平衡失败，则存在过约束；否则不存在过约束；(22)约束平衡失败后，约束图中所有反向失败的约束都是过约束；(23)过约束指向的几何对象均是过约束所在的几何对象。对于上述步骤3)中的约束平衡，其具体的约束平衡方法步骤如下：(31)首先找到过定义顶点(剩余自由度小于0的顶点或相冲突的约束传递顶点)；(32)在过定义顶点的前承约束中挑选一个约束进行反向，要求反向后过定义顶点不再是过定义顶点，反向约束后进入步骤(33)，若没有合适的前承约束可以反向，则分以下两种情况：(321)若过定义顶点是因为反向约束导致的过定义顶点，那么恢复约束的方向，重新选择一个合适的前承约束方向，进行步骤(32)；(322)若过定义顶点是最初的那个过定义顶点，则该约束图存在过约束，约束平衡失败；(33)被反向的约束传递顶点，若传递顶点不是过定义的顶点，则约束平衡成功，即约束图调整成功，约束图不存在过约束；若传递顶点是过定义顶点，将传递顶点当成过定义顶点，继续进行步骤(32)。对于上述步骤4)中的约束求解排序的具体方法如下：(41)选择一个新添加或新修改约束的传递顶点I；(42)将传递顶点I作为一个求解队列元素并放入求解队列的队尾处；(43)遍历传递顶点I的传递约束，若传递顶点I的传递约束都遍历完毕，则转至步骤(48)，否则，选中一条未遍历的传递约束I，得到传递约束I的传递顶点II；(44)若传递顶点II不在求解队列中，则记录传递顶点II的父顶点，将传递顶点II当成新的传递顶点I，转至步骤(42)；若传递顶点II在求解队列中，得到传递顶点I的父顶点为传递顶点III，再清空临时堆栈，将传递顶点I压入临时堆栈；(45)将传递顶点III压入临时堆栈，若传递顶点III就是顶点传递顶点II，或传递顶点III、传递顶点II属于同一个求解队列元素(说明求解队列中从传递顶点II到传递顶点I的顶点构成了环路)，转至步骤(46)，否则，将传递顶点III的父顶点当成新的传递顶点III，转至步骤(45)，若传递顶点III没有父顶点(即传递顶点III是起始点)，转至步骤(47)；(46)调整求解队列，将临时堆栈内顶点所在的队列元素合并为一个，新的队列元素置于求解队列中传递顶点II所在队列元素的位置，转至步骤(43)；(47)若求解队列中，传递顶点II所在队列元素排在传递顶点I所在队列元素后，转至步骤(43)，否则，调整求解队列，将传递顶点II所在队列元素以及沿着传递顶点II传递约束方向遍历到的所有顶点所在的队列元素排在传递顶点I所在的队列元素之后，转至步骤(43)；(48)若传递顶点I没有父顶点(即传递顶点I是起始点)，则算法至此结束；若传递顶点I有父顶点，则返回传递顶点I的父顶点，将传递顶点I的父顶点当成新的传递顶点I，转至步骤(43)。与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果：本专利技术所提出以约束图为基础，将几何元素和约束关联在一起，通过平衡来约束，进行过约束的判定，避免几何过定义导致的无解方程组计算；进行几何的完全定义状态的判定，为设计者的设计工作提供依据，提高人机交互设计效率；通过求解队列算法，将复杂约束图进行分解，提高求解速度、效率，实现约束求解，解决复杂约束信息的管理问题。附图说明图1a为本专利技术所构建的几何示意图；图1b为图1a的约束示意图；图2a为完全定义状态判断几何示意图；图2b为图2a的约束示意图；图3a为过约束判断几何示意图；图3b为图3a的约束示意图；图4a为本专利技术中约束图的约束平衡示意图I；图4b为本专利技术中约束图的约束平衡示意图II；图4c为本专利技术中约束图的约束平衡示意图III；图4d为本专利技术中约束图的约束平衡示意图IV；图4e为本专利技术中约束图的约束平衡示意图V；图4f为本专利技术中约束图的约束平衡示意图VI；图5为本专利技术中约束图的约束平衡后的几何示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。约束图的建立过程就是创建新的顶点和约束边，并将它们联系在一起的过程。顶点表示点、直线或圆等某一几何元素，顶点又可以分为前承顶点和传递顶点，约束的箭头指向的顶点称为该约束的传递顶点，约束的箭头起始的顶点称为该约束的前承顶点。约束边是用带箭头的有方向的边来表示，其可以分为前承约束和传递约束，指向顶点的约束边称为该顶点的前承约束，从该顶点起始的约束边称为该顶点的传递约束。如图1a本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过关联约束多轴仿真图形实现自动推算产品的结构数据，其特征在于：具体包括以下步骤：1)选择建立产品由顶点和约束边组成的约束图；2)根据任意选取约束图中的一个约束方向进行过约束判断；3)对构造的约束图进行约束平衡；4)根据调整约束平衡后的约束图进行约束求解排序。

【技术特征摘要】
1.通过关联约束多轴仿真图形实现自动推算产品的结构数据，其特征在于：具体包括以下步骤：1)选择建立产品由顶点和约束边组成的约束图；2)根据任意选取约束图中的一个约束方向进行过约束判断；3)对构造的约束图进行约束平衡；4)根据调整约束平衡后的约束图进行约束求解排序。2.根据权利要求1所示的通过关联约束多轴仿真图形实现自动推算产品的结构数据，其特征在于：所述步骤2)中的过约束判断而言，其具体的判断方法如下：(21)约束平衡失败，则存在过约束；否则不存在过约束；(22)约束平衡失败后，约束图中所有反向失败的约束都是过约束；(23)过约束指向的几何对象均是过约束所在的几何对象。3.根据权利要求1所示的通过关联约束多轴仿真图形实现自动推算产品的结构数据，其特征在于：所述步骤3)中的约束平衡，其具体的约束平衡方法步骤如下：(31)首先找到过定义顶点(剩余自由度小于0的顶点或相冲突的约束传递顶点)；(32)在过定义顶点的前承约束中挑选一个约束进行反向，要求反向后过定义顶点不再是过定义顶点，反向约束后进入步骤(33)，若没有合适的前承约束可以反向，则分以下两种情况：(321)若过定义顶点是因为反向约束导致的过定义顶点，那么恢复约束的方向，重新选择一个合适的前承约束方向，进行步骤(32)；(322)若过定义顶点是最初的那个过定义顶点，则该约束图存在过约束，约束平衡失败；(33)被反向的约束传递顶点，若传递顶点不是过定义的顶点，则约束平衡成功，即约束图调整成功，约束图不存在过约束；若传递顶点是过定义顶点，将传递顶点当成过定义顶点，继续进行步骤(32)。4.根据权利要求1所示的通过关联约束多轴仿真图形实现自动推算产品的结构数据，其特征在于：所述步骤4...

【专利技术属性】
技术研发人员：李弢，许杰仁，黄涵，吴杨，谯飞，
申请(专利权)人：成都易为信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51