一种基于N维向量夹角余弦的相似夹具检索方法与流程

本发明涉及一种基于n维向量夹角余弦的相似夹具检索方法，属于计算机辅助设计领域。

背景技术：

随着制造业和计算机技术的发展，对夹具的设计效率提出了更高的要求，夹具的质量和设计效率往往是制约产品生产周期和快速打开市场的关键环节。在计算机辅助设计系统中，大部分新工件的夹具设计可以基于夹具案例库中已设计完成的夹具案例进行修改重用。通常一套完善的夹具设计系统是基于系统的、高效的pdm管理平台开发的，而从工艺资源夹具案例库中准确快速地检索出相似夹具的方法得到了广泛的关注和研究。

然而现有的夹具案例检索信息处理机制(算法)中，都是从关键性的语义检索或者特征编码匹配方法入手，只考虑了工件的类别范围和所属特征的拓扑关系，不仅特征编码过程繁琐，不利于自动化，而且检索到的夹具案例没有准确的相似度值，只有相似和不相似(通常用1和0)区分，夹具案例检索的准确性和效率很低。本发明认为夹具设计既要综合全面的考虑工件的总体信息，包括基本信息，特征信息和几何信息，又要对检索到夹具案例给出确定的相似度值，以便用户可以根据相似度的大小排序，最优选择重用哪套夹具。为此提出了一种基于n维向量夹角余弦的相似夹具检索方法。

技术实现要素：

本发明的目的是针对夹具设计系统设计时相似夹具检索过程繁琐，夹具信息表示过程复杂以及检索结果不确定等问题，提出了一种基于n维向量夹角余弦的相似夹具检索方法。

本发明的方法是通过综合考虑夹具案例的信息表示、夹具案例的检索匹配过程以及夹具案例的存储过程，通过基于n维向量夹角余弦的方法，从夹具案例库中检索相似夹具，以达到快速检索相似夹具的目的。在该基于n维向量夹角余弦的方法中，将待设计夹具工件的信息集合和夹具案例库中的夹具案例所对应工件的信息集合作为该方法的输入源，其中信息集合来源于工件上的规范命名属性，通过属性名索引的方式来获取工件的信息集合，属性分为特征信息和工艺信息两类。再根据这些信息集合生成结构化的向量，有利于快速匹配夹具案例，并将这些夹具案例用于向量夹角余弦算法计算。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于n维向量夹角余弦的相似夹具检索方法，包括以下几个步骤：

(1)从常用零件及建模特征的角度总结特征类型以及参数，对每个重要的特征所对应的特征属性进行规范定义，将属性信息生成结构化的信息集合。读取待设计夹具工件f1和夹具案例库中的夹具案例对应的工件f2中的信息集合，并依据该信息集合生成向量。

(2)基于向量的维度初步筛选信息集合结构具有一致性的夹具案例，根据夹具案例，获取它多对应工件的信息集合，计算该信息集合中每个信息元组与待设计夹具工件f1的信息元组之间的向量夹角余弦值。

(3)基于夹角余弦值，计算工件信息集合之间的相似度，进而推断出它们所用的夹具之间的相似度，筛选出所有满足相似度需求的夹具案例。

(4)添加修改重用后的夹具案例到夹具案例库。

进一步，步骤(1)中获取工件信息集合的具体过程为：

①工件信息集合分为两类，一是待设计夹具的工件信息集合；二是夹具案例库中夹具案例所对应的工件信息集合；

②依据工件模型上预定义的特征属性信息，按照特征的类型获取特征参数；

③按照特征类型和特征参数，获取属性信息，由属性信息形成待设计夹具的工件和夹具案例库中夹具案例所对应的工件的信息集合。

进一步，步骤(2)中基于向量的维度筛选夹具案例是当两工件的信息集合维度和信息元组的维度都相等时，该夹具案例可被用于夹角余弦的计算。

进一步，步骤(3)中待设计夹具工件与夹具案例库中夹具案例所对应的工件信息集合之间的相似度计算具体过程为：

①依据待设计夹具工件和夹具案例库中夹具案例所对应的工件信息集合向量，利用如下公式(1)，计算获得两信息集合中对应信息元组之间的夹角余弦值；

其中，表示待设计夹具工件f1的第i个信息元组；表示夹具案例库中夹具案例所对应的工件f2的第i个信息元组；p表示信息元组的个数；ek表示待设计夹具工件f1的第i个信息元组的第k个信息元；e′k表示夹具案例库中夹具案例所对应的工件f2的第i个信息元组的第k个信息元；

②根据夹角余弦值，结合权重知识库中的权重wi，利用如下公式(2)，计算获得两工件之间的整体相似度；

进一步，步骤(3)中，所述推断夹具之间的相似度是由待设计夹具工件和夹具案例库中夹具案例所对应的工件之间的相似度推理间接得出。

进一步，步骤(4)中夹具案例添加到夹具案例库的具体过程为：夹具与工件是一一对应关系，在录入夹具案例时，除了要录入夹具模型本身外，也需要将工件及其模型中的特征属性信息一同录入到夹具案例库中。

本发明的有益效果和优点主要是：

1、采用基于n维向量夹角余弦的相似夹具检索方法，可以提高夹具案例重用的能力，减少夹具的重复设计过程，为后续的夹具三维设计过程做铺垫；尤其对于非常庞大的夹具案例来说，其夹具案例众多，需要提高夹具检索的效率和速度，采用本方法可高效快速地检索出相似的夹具案例。

2、工件上的信息集合来自于工件模型的属性中，通过属性索引的方式来获取特征信息、工艺信息，生成结构化的信息集合，确保完整统一地夹具三维设计数据源，便于计算工件信息集合之间的相似度，进而可以推断夹具之间的相似程度。

附图说明：

图1是一种基于n维向量夹角余弦的相似夹具检索方法的总体流程图；

图2是待设计夹具工件信息集合表示图；

图3是夹具案例库中夹具案例所对应工件信息集合表示图；

图4是待设计夹具工件f1和夹具案例所对应工件f2相似度计算流程图；

图5是新夹具录入到夹具案例库流程图；

具体实施方式

本发明提出一种基于n维向量夹角余弦的相似夹具检索方法，其相似夹具案例检索流程图如图1所示。

下面将结合附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。

步骤一：读取待设计夹具工件f1和夹具案例库中的夹具案例对应的工件f2的信息集合，并依据读取的信息集合分别生成向量和

读取待设计夹具工件f1的信息集合，信息集合由多个信息元组(特征)构成，每个信息元组由多个信息元(特征参数)构成。待设计夹具工件的信息集合表示图如图2所示。夹具案例库是由所有已经设计过的夹具案例组成，其中的每个夹具案例都含有一个工件，工件上已经创建了信息集合。当夹具库中连杆夹具实例个数大于等于1时，系统才可以遍历夹具案例库中的所有夹具案例。夹具案例库中的夹具案例所对应的工件信息集合表示图如图3所示。根据图2所示可把f1抽象成一个n维的向量根据图3所示可把f2抽象成一个m维的向量向量和表示如下：

其中，表示待设计夹具工件f1的第i个信息元组；表示夹具案例库中夹具案例所对应的工件f2的第i个信息元组。

每个信息元组的定义如下：

其中，ek表示待设计夹具工件f1的第i个信息元组的第k个信息元；e′k表示夹具案例库中夹具案例所对应的工件f2的第i个信息元组的第k个信息元。

步骤二：基于信息集合的维度初步筛选相似性夹具案例，并计算待设计夹具工件f1和夹具案例库中的夹具案例所对应的工件f2。

只有当向量的信息元组被包含于向量的信息元组时，以及的维度完全相等时，提取该夹具实例，以便用于计算两向量和的夹角余弦，否则获取夹具案例库中下一个夹具实例，并判断其维度是否与向量相同，直至遍历夹具案例库中的所有夹具实例。基于初步筛选的夹具案例结果，，计算待设计夹具的工件f1的信息元组和夹具案例库中的夹具案例所对应的工件f2的信息元组之间的向量内积夹角余弦值夹角余弦计算公式如下：

步骤三：基于夹角余弦值，计算所有夹具案例的相似度，筛选满足相似度需求的夹具案例。

权重知识库由信息元组的权重系数组成，每个权重系数是采用专家评价的方式对每个信息元组进行评估，并给每个信息元组赋予权重值。如图4所示，从权重知识库导入待设计夹具工件f1信息集合中信息元组所对应的权重系数wi，利用权重系数wi和向量内积夹角余弦值计算待设计夹具工件f1与夹具案例库中夹具案例所对应的工件f2之间信息集合的相似度值p，相似度值p计算公式如下：

其中，wi表示夹具案例中每个信息元组在权重知识库中的权重系数。

由系统设置阈值q，当该夹具案例的相似度值p大于阈值q时，该夹具库中的夹具案例即为待设计夹具工件所要设计夹具的相似案例。将所有的相似夹具案例按照相似度值的大小进行排序，以便夹具设计人员根据相似度的大小做出最优选择。

步骤四：添加修改后的夹具案例到夹具案例库案例。

如图5所示，设计人员在对选择出的夹具做出修改重用后，得到新的夹具。该夹具与待设计夹具工件f1是一一对应关系。将待设计夹具工件f1的信息集合以及新生成的夹具作为一个夹具案例一同录入到夹具案例库中，这样不断地扩充夹具案例库中夹具案例，有利于扩大后续的夹具案例检索范围。