一种基于船舶三维模型的工艺信息映射匹配方法及系统与流程

本发明涉及船舶数字化建造，尤其涉及一种基于船舶三维模型的工艺信息映射匹配方法及系统。

背景技术：

1、现有船舶三维工艺模板匹配技术中，工艺特征提取通常直接基于几何参数进行全维度匹配，未对构件的拓扑连接关系与几何尺度信息进行分层处理，导致在构件尺度差异较大或几何外形相近的情况下，容易出现工艺模板误匹配或语义丢失的问题。

2、同时，现有工艺模板匹配多采用通用距离度量方法，针对船舶工艺特征的适配性不足，工艺同步效率低、数据一致性差。

3、因此，亟需一种能够提高船舶工艺模板匹配精度，并支持设计变更后局部增量更新的技术方案。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于船舶三维模型的工艺信息映射匹配方法及系统，通过语义关联规则库对三维设计模型进行拓扑与几何复合工艺特征提取，采用拓扑优先、几何精筛的两级策略形成结构化工艺属性表；通过余弦相似度对工艺模板库进行匹配，并结合工序前后约束重构工艺模型实例；通过双向关联索引建立工序与几何实体之间的可追溯映射；通过差异算子识别变更节点，对工艺模型进行局部增量更新，不仅提高了船舶构件工艺特征识别的准确性与稳定性，也提高了工艺模板匹配精度并降低误匹配率，同时建立了设计模型与工艺信息之间的双向关联，在设计变更时可以实现精准增量更新。

2、一种基于船舶三维模型的工艺信息映射匹配方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

3、s1，基于语义关联规则库对船舶产品三维设计模型中各个构件进行工艺特征匹配，得到每个构件的结构化工艺属性表；

4、s2，采用余弦相似度分别将构件的结构化工艺属性表与工艺模板库中的标准工艺模板进行相似度匹配，得到每个构件的最佳工艺模板；

5、s3，根据每个构件的工序前后约束关系对其最佳工艺模板的标准工序链进行工序排序并将排序后的工序序列与构件进行绑定以建立双向关联。

6、在较佳实施例中，步骤s1中基于语义关联规则库对船舶产品三维设计模型中各个构件进行工艺特征匹配的具体步骤为：

7、s11，获取船舶产品三维设计模型并对其进行语义解析，识别并提取出各个构件的复合工艺特征，复合工艺特征包括拓扑连接特征和几何尺度特征；

8、s12，将某个构件的拓扑连接特征与语义关联规则库中的语义关联规则进行匹配，初筛得到其所属的所有工艺类别；

9、s13，将当前构件的几何尺度特征与语义关联规则库中的语义关联规则进行匹配，精筛得到其所属每一工艺类别下的施工工艺属性；

10、s14，根据当前构件所属的所有工艺类别及每一工艺类别下的施工工艺属性，生成该构件的结构化工艺属性表；

11、s15，遍历船舶产品三维设计模型的所有构件，重复步骤s12-s14，得到每个构件的结构化工艺属性表。

12、在较佳实施例中，所述语义关联规则库用于存储构件的拓扑连接特征和几何尺度特征与其对应工艺类别之间的关联规则，

13、构件的拓扑连接特征包括构件的面连接关系、边连接关系、节点连接关系和装配约束关系，构件的几何尺度特征包括构件的长度、宽度、高度、壁厚、孔径、角度、曲率、间距、偏移量；

14、所述工艺类别包括切割、装配、焊接、舾装、涂装。

15、在较佳实施例中，步骤s2中采用余弦相似度分别将构件的结构化工艺属性表与工艺模板库中的标准工艺模板进行相似度匹配的具体步骤为：

16、s21，将所有构件的结构化工艺属性表分别映射为工艺属性特征向量，将工艺模板库中的各个标准工艺模板分别映射为模板特征向量；

17、s22，计算某个构件的工艺属性特征向量与每个标准工艺模板的模板特征向量之间的余弦相似度，并将余弦相似度分值按降序排列，选取前n个标准工艺模板作为候选工艺模板；

18、s23，从候选工艺模板中筛选出当前构件的最佳工艺模板；

19、s24，遍历船舶产品三维设计模型的所有构件，重复步骤s22和s23，分别得到每个构件的最佳工艺模板。

20、在较佳实施例中，步骤s23中，将候选工艺模板中余弦相似度分值最大的标准工艺模板作为当前构件的最佳工艺模板；

21、或根据船舶工艺校验规则、工序前后约束校验规则和模板有效性规则，分别计算每个候选工艺模板的综合评分函数，将综合评分最高的候选工艺模板作为最佳工艺模板。

22、在较佳实施例中，综合评分函数的计算公式为：

23、

24、

25、其中，为第  个候选工艺模板的余弦相似度；为第  个候选工艺模板的工序约束满足度评分；与为权重系数，

26、第  个候选工艺模板的工序约束满足度评分的计算公式为：

27、

28、其中，为第  个候选工艺模板的船舶工艺校验规则满足度，为第  个候选工艺模板的工序前后约束规则满足度，为第  个候选工艺模板的模板有效性规则满足度；

29、余弦相似度的计算公式为：

30、

31、其中，为构件的工艺属性特征向量，为第  个候选工艺模板的模板特征向量。

32、在较佳实施例中，步骤s3中，根据每个构件的工序前后约束关系对其最佳工艺模板的标准工序链进行工序排序的具体步骤为：

33、s31,根据某构件的工序前后约束关系，其有向边集合表示为：

34、

35、其中， 表示当前构件的工序  必须先于其工序  执行；

36、当前构件所对应的最佳工艺模板的标准工序集合为：

37、

38、其中，为最佳工艺模板中的第m个标准工序，m为最佳工艺模板中标准工序的数量；

39、s32，根据当前构件的有向边集合及其最佳工艺模板的标准工序集合，将工序排序建模为一个有向无环图上的拓扑排序问题，排序后的工序序列表示为：

40、其中，为排序后的工序序列；

41、s33，将排序后的工序集合与当前构件的几何实体集合建立双向关联索引；

42、s34，遍历所有构件，重复步骤s31-s33，对每个构件对应的最佳工艺模板的标准工序链进行工序排序并将排序后的工序序列与构件进行绑定以建立双向关联。

43、在较佳实施例中，还包括步骤s4，当船舶产品三维设计模型发生局部节点变更时，对变更节点及其影响辐射范围内的节点执行增量更新。

44、在较佳实施例中，对变更节点及其影响辐射范围内的节点执行增量更新的具体步骤为：

45、设变更前的船舶产品三维设计模型为，变更后的船舶产品三维设计模型为，则差异算子可表示为：

46、

47、其中：表示新增工艺要素；表示删除工艺要素；表示修改工艺要素；

48、受影响节点集合可定义为：

49、

50、重复步骤s1-s3，仅对受影响节点集合进行工艺重算：

51、

52、其中， 表示原工艺模型， 表示更新后的工艺模型。

53、一种基于船舶三维模型的工艺信息映射匹配系统，包括工艺特征提取模块、工艺模板匹配模块、工艺模型重构模块、双向索引与版本管理模块，

54、所述工艺特征提取模块用于基于语义关联规则库对船舶产品三维设计模型中各个构件进行工艺特征匹配，得到每个构件的结构化工艺属性表；

55、所述工艺模板匹配模块用于采用余弦相似度分别将构件的结构化工艺属性表与工艺模板库中的标准工艺模板进行相似度匹配，得到每个构件的最佳工艺模板；

56、所述工艺模型重构模块用于根据每个构件的工序前后约束关系对其最佳工艺模板的标准工序链进行工序排序；

57、所述双向索引与版本管理模块用于将每个构件的几何实体与其最佳工艺模板排序后的工序序列进行绑定以建立双向关联索引，并在船舶产品三维设计模型的局部节点变更时执行增量更新与版本追溯。

58、本发明的有益效果是：

59、1、本发明通过语义关联规则库对三维设计模型进行拓扑与几何复合工艺特征提取，采用拓扑优先、几何精筛的两级策略形成结构化工艺属性表；通过余弦相似度对工艺模板库进行匹配，并结合工序前后约束重构工艺模型实例；通过双向关联索引建立工序与几何实体之间的可追溯映射；通过差异算子识别变更节点，对工艺模型进行局部增量更新，不仅提高了船舶构件工艺特征识别的准确性与稳定性，也提高了工艺模板匹配精度并降低误匹配率，同时建立了设计模型与工艺信息之间的双向关联，在设计变更时可以实现精准增量更新。

60、2、本发明采用拓扑语义优先的两级工艺特征提取机制，可有效降低因尺寸相似导致的误匹配问题，从而提高船舶构件工艺特征识别的准确性与稳定性。

61、3、本发明通过余弦相似度驱动的模板匹配机制，可显著提高工艺模板识别精度，从而提高了工艺模板匹配精度并降低误匹配率。

62、4、本发明通过双向关联索引机制，可提高工序与几何实体之间的可追溯性，建立了设计模型与工艺信息之间的双向关联。

63、5、本发明通过差异算子识别受影响节点，仅对局部节点进行重计算和重匹配，可减少全量重构带来的冗余计算和数据不一致风险。