基于情境感知的智能虚拟装配系统若干关键技术研究

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1、密级：保密期限： 姥言却奄大肇 博士研究生学位论文 题目：基于情境感知的智能虚拟装配 系统若干关键技术研究 学号：Q 3 墨2 2 2 姓名： 箧室置 专 业： 信曼皇信墨缝堡 导师： 廛痘延签这担 学 院：自动业 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特另J ) J n 以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论

2、本人签名： 处，本人承担一切相关责任。 日期：丝f ! 歪。! 兰 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： ， 癸风乙己

3、日期：和! 鱼! ! 兰 日期：竺竺! 兰! ! 堡 、 北京邮电大学博士学位论文 基于情境感知的智能虚拟装配系统若干关键技术研究 摘要 机械产品的复杂性和装配工艺规划的经验性，导致了虚拟装配的 高度复杂性。针对“虚拟装配信息空间和工艺信息管理任务日益增长 的复杂度”与“交互通道的带宽和人有限的认知以及信息处理能力“之 间的的矛盾，本文将普适计算“以人为中心”的思想引入虚拟装配环 境，提出了“以情境为基础，以感知为核心实现“具有一定智能的 计算机辅助装配工艺规划系统“ 的构想。以系统实现为目标，综合应 用本体论、人工智能、A g e n t 技术为手段，并灵活应用X M L 这种技术， 从情境

4、表示、情境构建、情境推理、情境应用及系统集成五个依次递 进的层面，对基于情境感知的虚拟装配工艺规划进行系统的探索和研 究。通过3 D I V A P P 原型系统的开发，对论文提出的理论技术和关键 算法进行了集成验证。论文主要工作如下： 1 、基于本体的情境感知体系结构框架构建 在分析了装配工艺规划的影响因素以及装配工艺知识分类基础 上，讨论了装配情境的内涵与外延，得出了装配情境与装配知识的关 系，结合C T K 构建了基于本体的情境感知体系结构框架，提出了面向 虚拟环境智能的小世界情境的概念，并基于本体设计了装配情境工作 模型和感知框架，为智能装配系统制定了功能模块与关键技术。 2 、智能装

5、配的情境信息的本体建模 通过对传统C A D 系统装配设计方法的分析，设计了一种虚拟装配 的多层次装配模型，并在此基础上重点分析了装配特征语义信息的提 取，提出了一种可操作性强的层次化装配语义模型；在对本体的概念、 构造准则方法以及本体语义分析的基础上，建立了装配的本体领域词 汇；建立了装配特征与本体的信息映射关系，基于S o l i d W o r k 进行了 语义信息提取，并应用集合理论封装了情境装配信息模型，为系统的 情境感知奠定了基础。 北京邮电大学博士学位论文 3 、本体语义推理与智能扣件 全面分析、比较了O W L D L 和S W R L 在语义推理方面各自的优缺 ，提出了基于O

6、 W L D L 和S W R L 结合的D L R L 推理方案，进行O W L 体知识库和S W R I ，规则库的建立，设计了事例与规则的转换方法， 建立了零件装配体从属关系、概念一致性检测、装配体自由度等规 描述；应用D L R L 推理器，提出了本体实例化智能扣件W i d g e t s ，给 了智能零件识别的算法流程为挖掘隐性知识提供了有效手段。 4 、装配情境感知机制研究 基于虚拟装配的功能特点，指出任务感知是虚拟装配情境感知的 心，分析了装配中的任务、角色之间的关系，构建了面向装配情境 知的多A g e n t 系统结构，给出了基于多A g e n t l 拘的消息响应模式，

7、设 了基于多A g e n t l 拘装配情境感知机制。在分析情境识别、获取需求 础上，建立了装配情境多粒度模型，提出了基于商空间的多粒度感 算法。并利用粒子群计算对装配序列进行了智能规划，为智能虚拟 配系统的感知决策提供了方法，并提高了效率。 最后，设计并开发了一个基于情境感知的虚拟装配工艺规划原型 统，简称为3 D I V A P P ，其中包括：从S o l i d W o r k s 环境中导出三维 型、语义信息，O p e nI n v e n t o r 支持下的虚拟环境中智能装配扣件的 法流程和实现以及基于W e b 的工艺资源管理平台中用户数据、权 管理以及三维模型的共享和可视

8、化。对本文的研究思路、方法及关 算法进行了验证。 键词：虚拟装配，情境，本体，装配特征，感知机制，A g e n t ，商 空间 I I 北京邮电大学博士学位论文 S T U D YO NI N T E L L I G E N TV I R T U A LA S S E I j Y S Y S T E MA N DT H ER E L A T E DK E YT E C H N O L O G I E S B A S E DO NC O N T E X T - A W A R E A BS T R A C T 硼kc o m p l e x i t yo fm a c h i n e r yp

9、 r o d u c t sa n dt h ee m p i r i c a lo ft h eA s s e m b l y p r o c e s sp l a n n i n gL e a dt oah i 班d e g r e eo fc o m p l e x i t yo fv i r t u a la s s e m b l y F o r ”t h e g r o w i n gc o m p l e x i t yo fv i r t u a la s s e m b l yi n f o r m a t i o ns p a c ea n dp r o c e s si

10、n f o r m a t i o n a d m i n i s t r a t i v et a s k s ”a n d ”t h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e nt h ei n t e r a c t i v ec h a n n e lw i t h l i m i t e db a n d w i d t ha n dh a m a nl i m i t e d c o g n i t i o n a n di n f o r m a t i o n p r o c e s s i n g c a p a b i l i t i e

11、s I nt h i sp a p e r , ”T h et h i n k i n go f ”h a m a n c e n t e r e d ”i nP e r v a s i v eC o m p u t i n g W a si n d u c t e di n t ot h ev i r t u a l a s s e m b l ye n v i r o n m e n t ，p u t t i n g f o r w a r dt h e ”c o n t e x t - b a s e d ，p e r c e i v e da st h ec o r e ”t oa c

12、 h i e v eac e r t a i ni n t e l l i g e n tc o m p u t e r - a i d e d a s s e m b l yp r o c e s sp l a n n i n gs y s t e mc o n c e p t T oa c h i e v et h es y s t e m ，i tc o m p r e h e n s i v e l y a p p l i e dO n t o l o g y , A r t i f i c i a lI n t e l l i g e n c e ，A g e n tt e c h

13、n o l o g ya st o o l s ，a n df l e x i b l y a p p l i e dX M Lt e c h n o l o g y F r o mt h ec o n t e x te x p r e s s i o nc o n s t r u c t i o nc o n t e x t ，c o n t e x t r e a s o n i n g ，c o n t e x ta p p l i c a t i o n st os y s t e mi n t e g r a t i o nf i v es t e p u pl e v e l ，i

14、 te x p l o r e da n d r e s e a r c h e dt h ev i r t u a la s s e m b l yp r o c e s sp l a n n i n gs y s t e mb a s e do nc o n t e x tp e r c e p t i o n s y s t e m a t i c l y B y3 D - I V A P Pp r o t o t y p es y s t e me x p l o i t a t i o n t h ep a p e rp r e s e n t st h e t h e o r ya

15、 n dk e ya l g o r i t h mi n t e g r a t e da u t h e n t i c a t i o n T h ep a p e r sm a i nw o r k sa r ea s f o l l o w s ： 1 T h eC o n s t r u c t i o no fO n t o l o g y b a s e dC o n t e x tA w a r eF r a m e w o r k B a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ei m p a c tf a c t o r so fa s s

16、 e m b l yp r o c e s sp l a n n i n ga n dt h e c l a s s i f i c a t i o no fk n o w l e d g eo ft h ea s s e m b l yp r o c e s s ，t h ec o n n o t a t i o na n de x t e n s i o no f t h ea s s e m b l yc o n t e x tw e r ed i s c u s s e d ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ek n o w l e d g eo f a s s e m b l ya n da s s e m b l yc o n t e x tW a sp r e s e n t e d ，t h ea s s e m b l yc o n t e x th i e r a r c h i c a l m o d e l W a s e s t a b l i s