一种基于产品族脚本的推导规则自动生成方法技术

本发明专利技术提供了一种基于产品族脚本的推导规则自动生成方法。它包括以下步骤：1)建立通用本体；2)收集产品族的FEA脚本，形成产品族FEA脚本库；3)根据本体从脚本样例中自动提取实体及实体关系；4)然后将提取得到的实体、实体关系等转化成推导规则，并用正则文法来描述推导规则，转化产品族FEA文法。本发明专利技术通过采用面向产品族的FEA模型自动生成方法，用推导规则来自动生成FEA脚本，能够完成对相似结构的几何模型(产品族几何模型)的有限元分析，所生成的推导规则是根据产品族所有几何模型的FEA脚本构建的，因此当输入的几何模型发生变化时，仍然能从推导规则中推导出FEA脚本，从而构建FEA模型，该方法在几何模型的结构发生变化时仍能适用。

An Automatic Generation Method of Derivative Rules Based on Product Family Script

The invention provides an automatic generation method of inference rules based on product family scripts. It includes the following steps: 1) establishing a general ontology; 2) collecting FEA scripts of product family to form a product family FEA script library; 3) automatically extracting entity and entity relations from script samples according to the ontology; 4) then transforming the entity and entity relations obtained into deduction rules, and describing the deduction rules with regular grammar, and transforming product family FEA grammar. By adopting the method of automatic generation of FEA model oriented to product family and generating FEA script automatically with deduction rules, the present invention can complete the finite element analysis of geometric model of similar structure (geometric model of product family). The deduction rules generated are based on FEA script of all geometric models of product family, so that when the input geometric model changes, the FEA script can still be deduced. The FEA script is deduced from the rules to construct the FEA model. This method can still be applied when the structure of the geometric model changes.

【技术实现步骤摘要】
一种基于产品族脚本的推导规则自动生成方法
本专利技术涉及有限元模型的参数化技术、正则文法等
，具体涉及一种基于产品族脚本的推导规则自动生成方法。
技术介绍
有限元分析(FEA，FiniteElementAnalysis)是利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟的过程。现代产品设计已经离不开有限元分析，它是提升产品质量和缩短设计周期的有效技术手段。随着计算机技术的快速发展，有限元分析也已经在航天、汽车、机械制造、船舶和特种装备等领域广泛使用。有限元分析过程一般包括三个步骤：前处理、加载求解和后处理。常用的有限元分析软件，如Ansys、Abaqus、MSC等，在解决实际问题中起到了关键作用，能够有效提高企业研发设计能力。FEA的主要工作是构建FEA模型，FEA模型包括了被分析几何模型的形状尺寸、受力情况等信息，FEA模型构建完成之后即可进行求解并得到分析结果。工程中的FEA工作需要由专业的分析人员来完成，在有限元分析的过程中，有限元软件会自动记录分析人员的每步操作，形成FEA脚本。有经验的分析人员常通过编辑FEA脚本的方法来构建FEA模型，从而达到快速分析的目的，这种方法被称为FEA参数化技术。常见的FEA参数化技术有以下几种：1)模板重用，如四川大学殷国富等(.基于Web的远程有限元分析服务系统[J].中国机械工程.2004,15)构建了基于Web的远程有限元分析服务系统，将前人做过的案例放进数据库里，用户传进需求时，系统会根据输入检索出用户想要的模板或者方案；2)脚本替换，如西安电子科技大学孔宪光等(RapidintegratedparametricCAEmodelingmethodofLinearVariableDifferentialTransformerbasedonascripttemplate，2015,Advanceinsoftwareeginnering)提出在FEA脚本中插入标志符，将两个标志符之间的脚本替换来构建新FEA模型的方法；3)模板参数化，如太原理工大学王学文等(StudyonCloudSimulationCAEServiceSystemforMiningMachineryEquipment[J].JournalofMechanicalEngineering.2013,49(19):111.)提出对模板做参数化处理，并形成模板数据库，当用户有需求时从数据库中调取模板，传入参数形成新的模型；4)专家系统，如厦门大学侯亮等(基于网络的有限元分析专家系统[J].计算机集成制造系统.2008,14)提出一种通过构建领域专家系统和需求表达机制来生成FEA模型的方法，将用户的需求输入系统，系统根据专家知识来构建FEA模型。然而，FEA模型与几何模型紧密耦合，上述方法中的每个FEA模型只针对一个几何模型构建，在几何模型的结构发生变化时，上述方法就不再适用。为解决该问题，可以采用面向产品族的FEA模型自动生成方法，该方法利用推导规则来自动生成FEA脚本，能够完成对相似结构的几何模型(产品族几何模型)的有限元分析。该推导规则是根据产品族所有几何模型的FEA脚本构建的，因此当输入的几何模型发生变化时，仍然能从推导规则中推导出FEA脚本，从而构建FEA模型。然而以上方法中的推导规则是人工设定的，这使得该方法的智能化和自动化程度还存在不足。为了能自动产生推导规则，本专利技术设计了根据产品族FEA脚本来自动生成推导规则的方法。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，为了能自动生成不同产品族的推导规则，本专利技术的目的在于提供一种基于产品族脚本的推导规则自动生成方法。所述的一种基于产品族脚本的推导规则自动生成方法，其特征在于利用FEA建模知识构建FEA本体，同时收集产品族内各个产品的FEA脚本，建立产品族FEA脚本库，将产品族FEA脚本库中的所有FEA脚本输入FEA本体，以FEA本体为根据，从产品族FEA脚本中将有限元分析过程转化为FEA文法，即自动生成推导规则。所述的一种基于产品族脚本的推导规则自动生成方法，其特征在于包括如下步骤：1)构建FEA本体利用FEA本体来描述FEA过程，所述FEA本体是对特定领域之中某套实体及其相互之间关系的形式化表达，FEA本体为三元组，表示为O＝{C，R,is-a},其中，C＝{c1，c2，…，cn}是FEA过程各个实体的实体集，每个实体cn都有唯一明确的定义；R是实体间的约束关系集，包含或、和；is-a是实体之间的从属关系集，is-a定义的关系只能从上级实体指向下级实体；所述FEA本体构建过程如下：1)将FEA过程拆分为前处理、加载求解和后处理三个阶段，将三个阶段分别向下进一步拆分成FEA阶段、功能设置，FEA阶段继续拆分为功能设置；2)将拆分后的FEA阶段、功能设置等定义为实体C；3)将各FEA阶段之间、FEA阶段与功能设置之间的包含结构定义为从属关系is-a；4)实体间的约束关系定义为R：如果同属于一个上层实体的下层FEA阶段或功能设置能够同时出现，则将它们的关系定义为“和”，如不能同时出现，则将它们的关系定义为“或”；5)将步骤2)、步骤3)及步骤4)的定义生成FEA本体；2)建立产品族FEA脚本库收集产品族的FEA脚本，形成产品族FEA脚本库；3)生成产品族FEA文法以FEA本体为根据，从步骤2)的产品族FEA脚本库中提取实体及实体之间的关系，然后将提取得到的实体、实体关系等转化成推导规则，并用正则文法来描述推导规则，转化产品族FEA文法。所述的一种基于产品族脚本的推导规则自动生成方法，其特征在于步骤3)的生成产品族FEA文法具体包括如下步骤：3.1)文法文法G为描述了给定语言的句子集合，该正则文法定义为四元组，即G＝{Vn,Vt,P,S}，其中，Vn表示非终结符集；Vt表示终结符集；P是产生式集合，包含了A→α的产生式，A→α表示A用α进行替换，并且A属于Vn中的一个元素，α包括了Vt或Vn中的若干元素，Vt中的元素是语言中句子的组成要素，S为开始符号，所有脚本的推导均从S开始进行；将产品族FEA脚本库中所有FEA脚本定义为语言L，一个脚本为语言L中的一个句子，将FEA过程中的前处理、加载求解和后处理等FEA阶段定义为非终结符，将前处理中的单元类型、材料参数、实常数定义等功能设置定义为终结符，FEA阶段之间、FEA阶段与功能设置之间的从属关系为产生式；3.2)构建算法算法执行过程如下：1)读取FEA脚本并提取其中的关键字，其中每个关键字对应一个功能设置；2)在FEA本体中寻找与1)中关键字对应的实体，作为下层实体；3)从步骤2)得到的下层实体开始，依次寻找与该下层实体存在从属关系的上层实体；4)将步骤3)中得到的上层实体及下层实体关系转换成文法；3.3)程序实现用python编程语言实现步骤3.2)的算法，利用python语言中的数据可视化工具pydot来绘制文法的结构图，实现推导规则自动生成。所述的一种基于产品族脚本的推导规则自动生成方法，其特征在于步骤3.3)程序实现的具体过程如下：3.3.1)数据准备FEA脚本为有限元软件对于每个FEA过程的记录，每个功能设置都有其对应的关键字，提取关键字即为提取了该FEA脚本的所有功能设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于产品族脚本的推导规则自动生成方法，其特征在于利用FEA建模知识构建FEA本体，同时收集产品族内各个产品的FEA脚本，建立产品族FEA脚本库，将产品族FEA脚本库中的所有FEA脚本输入FEA本体，以FEA本体为根据，从产品族FEA脚本中将有限元分析过程转化为FEA文法，即自动生成推导规则。

【技术特征摘要】
1.一种基于产品族脚本的推导规则自动生成方法，其特征在于利用FEA建模知识构建FEA本体，同时收集产品族内各个产品的FEA脚本，建立产品族FEA脚本库，将产品族FEA脚本库中的所有FEA脚本输入FEA本体，以FEA本体为根据，从产品族FEA脚本中将有限元分析过程转化为FEA文法，即自动生成推导规则。2.根据权利要求1所述的一种基于产品族脚本的推导规则自动生成方法，其特征在于包括如下步骤：1)构建FEA本体利用FEA本体来描述FEA过程，所述FEA本体是对特定领域之中某套实体及其相互之间关系的形式化表达，FEA本体为三元组，表示为O＝{C，R,is-a},其中，C＝{c1，c2，…，cn}是FEA过程各个实体的实体集，每个实体cn都有唯一明确的定义；R是实体间的约束关系集，包含或、和；is-a是实体之间的从属关系集，is-a定义的关系只能从上级实体指向下级实体；所述FEA本体构建过程如下：1)将FEA过程拆分为前处理、加载求解和后处理三个阶段，将三个阶段分别向下进一步拆分成FEA阶段、功能设置，FEA阶段继续拆分为功能设置；2)将拆分后的FEA阶段、功能设置等定义为实体C；3)将各FEA阶段之间、FEA阶段与功能设置之间的包含结构定义为从属关系is-a；4)实体间的约束关系定义为R：如果同属于一个上层实体的下层FEA阶段或功能设置能够同时出现，则将它们的关系定义为“和”，如不能同时出现，则将它们的关系定义为“或”；5)将步骤2)、步骤3)及步骤4)的定义生成FEA本体；2)建立产品族FEA脚本库收集产品族的FEA脚本，形成产品族FEA脚本库；3)生成产品族FEA文法以FEA本体为根据，从步骤2)的产品族FEA脚本库中提取实体及实体之间的关系，然后将提取得到的实体、实体关系等转化成推导规则，并用正则文法来描述推导规则，转化产品族FEA文法。3.根据权利要求2所述的一种基于产品族脚本的推导规则自动生成方法，其特征在于步骤3)的生成产品族FEA文法具体包括如下步骤：3.1)文法文法G为描述了给定语言的句子集合，该正则文法定义为四元组，即G＝{Vn,Vt,P,S}，其中，Vn表示非终结符集；Vt表示终结符集；P是产生式集合，包含了A→α的产生式，A→α表示A用α进行替换，并且A属于Vn中的一个元素，α包括了Vt或Vn中的若干元素，Vt中的元素是语言中句子的组成要素，S为开始符号，所有脚本的推导均从S开始进行；将产品族FEA脚本库中所有FEA脚本定义为语言L，一个脚本为语言L中的一个句子，将FEA过程中的前处理、加载求解和后处理等FEA阶段定义为非终结符，将前处理中的单元类型、材料参数、实常数定义等功能设置定义为终结符，FEA阶段之间、F...

【专利技术属性】
技术研发人员：娄公辉，肖刚，程振波，陆佳炜，徐雪松，伍能和，王康，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33