初探图形搜索技术的发展和应用.doc

初探图形搜索技术的发展和应用关键字：PLM综合应用，几何相似性搜索，几何搜索，零部件缩减，相似件缩减北京翎瑞鸿翔科技有限公司 李 浩摘要：本文从图形搜索技术的广义定义出发，引入基于PLM系统的几何和图形搜索技术的探讨。着重介绍了图形搜索的基本原理是基于三维模型的扫描，同时提出几何相似性搜索(GeoSearch)的概念，及其在企业信息化领域的应用。最后本文分别以企业不同部门应用图形搜索技术进行零部件检索、缩减和重用的基本概念。图形搜索的定义图形搜索，在狭义上，针对PLM而言，是指以CAD数模作为搜索项在指定存储域进行的相似性检索，因此也被称为几何搜索。本文所说的CAD数模包含基于某种格式的CAD原始数据，中性交换格式，以及组成CAD数模的基本元素，如草图和特征等。成熟的，基于PLM信息化系统的图形可以上述一种或多种高元素作为搜索项。在此基础上，图形搜索应达到的目的是，排列出在指定域下与搜索项完全相同或足够相似的模型，同时列表中应表达相似性程度，并可根据需要进行排序。此外，相似性程度可被量化处理，并可由使用者进行设置和干预。图形搜索的基本原理图形搜索的基本原理是对数模（或特征等）进行扫描，在笛卡尔坐标系下形成以特征线描述的模型基本元素和构造函数，量化了的模型特征之间的对比形成了相似度排序。在量化比对过程中，将两个自由度方向上的绝对相似视为重点。如图1所示，左侧为示例螺栓数模。同一型号不同规格的螺栓模型在扫描过程中被视为在X/Y两个自由度方向的绝对相似，而由于规格不同造成公称长度的不同则可被忽略，当然忽略与否取决于用户对图形搜索参数的设置。在中间的扫描图线中，三个数模被认为波形相似，继而被列表为相似度较高的数模。图1. 模型扫描的基本原理当然图形搜索本身具有它天然的局限性，首先，对模型尺寸的忽略容易造成图形相似，但尺寸差别较大的问题，比如一个简单的螺帽，M3规格和M24规格由于扫描波形一致，在外形上可以为认为是绝对的相似，但是尺寸缺相差较大。因此成熟的图形搜索系统一般都会让使用者选择是否忽略尺寸上的差别。其次，图形搜索本身无法知悉零部件的用户，系统只会从外形尺寸上进行比对，而无法综合考虑系统的其它因素，比如材质、色彩、重量、热处理等非几何因素，因此图形搜索一般需要会同传统的文本搜索一起，在文本中搜索中引入布尔运算，将与、或、非关系纳入进来，剔除不需要搜索结果，继而大幅优化搜索结果。图形搜索的基本介质和平台PLM应用领域的图形搜索技术一般是以CAD数模为基本介质，包含指定格式，或是基于某种CAD系统的几何模型文件，除此之外，为了广泛的提高图形搜索的使用范围，也常常将STEP、SAT、STL等通用交换格式纳入其中。在图形搜索技术发展的初期，系统往往仅能对一种格式，甚至是一种版本的数模进行比对，十分不便，如今已发展成为针对系统内全部系统格式数据的全域检索。在检索过程中，为使检索结果能够清晰易读，系统往往会自动生成模型的预览图，或三维视窗，以方便用户逐个对检索结果进行比对和查询。图形搜索技术的应用范围已大大拓展，除传统的软件版本以外，更衍生出桌面系统和基于广域网或局域网的搜索门户。桌面系统是指用户可由桌面启动该模块，随机为系统指定搜索域，这个搜索域可以是本机或服务器地址，也可以是PDM系统的存储空间，搜索项可以指定为位于任意位置的模型、特征甚至是草图，检索结果会全部列写于桌面窗口，并生成预览图供使用者调用。如图2所示。图2. 桌面化的图形搜索工具网络化的图形搜索工具，往往会指定搜索域，而搜索项则由用户上载形成。功能与前二者基本相同。如图3所示，右上方为用户自行上载的搜索项数模，在点击搜索按钮后，系统会列出指定路径下的相似模型，页面下方的搜索结果可根据尺寸和形状相似度排序。在搜索前，用户可根据需要设置搜索引擎的参数，如是否剔除尺寸差别较大的模型，是否考虑模型细节等等，当然也可根据需要选择检索精度，精度越高自然耗费的检索时间也相对更多。此外，用户可对搜索结果进行查阅，点击某一搜索结果，用户可将其打开在三维动态视窗进行360的拖拽和旋转。如用户需要做更进一步的比对，可点击比对按钮，所选结果会自动与搜索项进行比对，使结果更加清晰明了，如图4所示。图3. 网路化的图形搜索页面图4. 基于网络页面的模型比对系统化的图形搜索较以上两个介质，在功能上自然更加丰富，性能上也更加快速和可靠。图5. 系统化的模型比对界面以目前较为成熟的几何搜索为例，系统可针对当前主流的各类CAD系统，进行嵌入式模块化操作，如图5所示，基于Autodesk Inventor系统，将当前打开的数模文件作为搜索项，在系统界面的右侧，会自动列出相似模型，当用户选择某一模型进行相似性比对时（界面位于图中下方），系统会用颜色区分两个模型的，其中蓝色为搜索项，桔色为选中的搜索结果，二者重合被置于中央，完全相似的部分做反灰处理，而不同之处则被高亮显示出来。图形搜索技术在国外信息化系统当中的应用在企业信息化流程中，图形搜索往往拥有独特的地位，并发挥着不可替代的作用。综合国外几家企业的使用情况进行简单的介绍，希望能给处于蓬勃发展当中的中国企业提供有益的经验。针对设计者找到相似件“成功的企业拥有更少的零部件品种”，设计者在基于三维系统的机电产品开发过程中如果能够更多的应用成熟零部件，提高企业资源的重用比例，或直接采购成熟的外购零部件，意味着投入更少的时间和投入，获得更成熟可靠的系统性能。在设计够一个零部件之前，在相关区域搜寻相似的零部件，如果可用即无需重复设计或建模。针对标准化部门分类和聚类应用图形搜索技术，标准化或具有同等职能的企业部门可以迅速的在企业模型 存储区域内将找到相似件，继而辅助完成物料的整理和分类，较以往的文本搜索更加准确而不易出现遗漏，对于数据增长速度较快的企业而言，图形搜索的引入，具有更明显的实践效果。图6. 应用图形搜索辅助零部件的分类与聚类针对信息化管理部门零部件数据资源的有效缩减经过一段的应用，PDM中或多或少存在“一物多码”现象，当然缩减零部件品种是一项复杂的工作，需要多个部门的努力和协同，才会有效果。图形搜索也只能在一定程度上帮助企业缩减物料，解决出现的问题，药到病除的偏方往往很难真的找到。在空中客车公司的A400M和A380工程中，空客初次引进GeoSearch几何相似性搜索技术进行测试应用，其结果令人惊讶，在通用件范畴内，A400M竟未新建一个数模，全部所需数据均通过几何搜索在以往数据中找到并应用，仅此一项经初步计算，就节约建模时间75%。在A380测试项目中，零部件的重用比例高达40%。当然，取得这样的效果与该企业高水平的管理，以及长期坚持的信息化应用规范有着紧密的关系。但是可以认为图形搜索在企业管理环节所能发挥的作用是独特和不可替代的。图形搜索技术蕴含的巨大意义图形搜索技术颠覆了以往传统的文本搜索方式，是信息化时代发展的又一个里程碑。可以这样认为，在信息爆炸的当今社会，基于普通图片格式的相似性搜索功能将成为下一个阶段的发展方向。以图形搜索为代表的复合搜索方式，将得到越来越广泛的发展和应用。图形搜索技术无论在有效时间、人力资源缩减方面，还是在企业零部件数据资源管理和整合方面都拥有巨大的技术优势。在PLM领域，成排的磁盘柜不再是企业信息化的纪念塔，数以千百G的的数据让无数管理者和使用者头疼不已。如前文所述，依赖一两项新技术来解决信息化进程中的困难和问题，是不现实的。在