التعرف على الميزات

الموسوعة الحرة

يحمل مصطلح " الميزة " معاني مختلفة في مختلف التخصصات الهندسية، مما أدى إلى العديد من التعريفات الغامضة. في التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD)، تشير الميزة عادةً إلى منطقة في جزء ما تتميز بخصائص هندسية أو طوبولوجية معينة. [ 1 ] وتُسمى هذه الخصائص تحديدًا "ميزات الشكل". تحتوي ميزات الشكل على معلومات شكلية ومعلومات بارامترية لمنطقة معينة. وهي شائعة الاستخدام في معظم برامج CAD الحديثة، حيث تُستخدم كوسيلة أساسية لإنشاء نماذج هندسية ثلاثية الأبعاد. من أمثلة ميزات الشكل: النتوء البارز، والسطح المستوي، وغيرها. لا تُعد ميزة الشكل النوع الوحيد من الميزات التي تُناقش في أدبيات CAD، ففي بعض الأحيان تُناقش الميزات الوظيفية أو التصنيعية للجزء محل الاهتمام. [ 2 ] [ 3 ] على الرغم من شيوع استخدام مصطلحي "ميزات الشكل" و"ميزات التصنيع" معًا، إلا أنهما ليسا متطابقين تمامًا. على سبيل المثال، يمكن استخدام مصطلح "الجيب" للإشارة إلى قطعٍ مُكنس على حدود نموذج جزء، أو للإشارة إلى أثرٍ مُتبقٍ على حدود الجزء نتيجةً لعملية تشغيل مُحددة. يهتم المصطلح الأول بشكلٍ هندسيٍّ حصري، بينما يهتم المصطلح الثاني بالشكل الهندسي وعملية التصنيع معًا، مما يتطلب المزيد من المعايير في تعريفه. وبناءً على ذلك، يمكن تعريف ميزة التصنيع بشكلٍ مبسطٍ على أنها ميزة شكل (إذا كان لها شكلٌ يُمثلها بشكلٍ فريد)، ولكن ليس بالضرورة العكس (إذ يمكن تفسير الأشكال بشكلٍ مختلفٍ في مجالات التصنيع المختلفة). [ 2 ] تُعد ميزات التشغيل مجموعةً فرعيةً مهمةً من ميزات التصنيع. يمكن اعتبار ميزة التشغيل بمثابة الحجم الذي تقطعه أداة "القطع"، [ 4 ] وهو دائمًا حجمٌ سالب (مطروح). أخيرًا، هناك أيضًا مفهوم ميزة التجميع، الذي يُحدد طريقة التجميع بين المكونات المتصلة.

يمكن تحديد بيانات الميزات في التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) إما كمجموعة من الأسطح أو كحجوم. تُستخدم ميزات الأسطح لوصف التفاوتات التصنيعية أو تحديد مواقع الأسطح في تصميم التجميع. أما الميزات الحجمية، فتُستخدم في توليد مسارات الأدوات، وما إلى ذلك. وتُعرض معلومات التصنيع (خاصةً في عمليات التشغيل الآلي) بشكل أفضل باستخدام الميزات الحجمية. [ 1 ]

كان أول عمل منشور حول الخصائص خاصًا بنظام نمذجة تمثيل الحدود الأصلي ، BUILD، وقد أنجزه ليك كيبراينو. [ 5 ] وسرعان ما تبعته أعمال أخرى استندت إلى تمثيلات صلبة مختلفة. يمكن الاطلاع على نظرة عامة على العمل المتعلق بالخصائص في شاه وآخرون؛ [ 6 ] وسوبرامانيام ووزني؛ [ 7 ] وسالومونز وآخرون. [ 8 ]

تكنولوجيا

يمكن تقسيم العمل على الميزات (المعروف عمومًا بتقنية الميزات) إلى فئتين رئيسيتين: التصميم بالميزات والتعرف على الميزات. في التصميم بالميزات، المعروف أيضًا بالتصميم القائم على الميزات (FBD)، تُضاف هياكل الميزات مباشرةً إلى النموذج باستخدام عمليات محددة أو عن طريق دمج الأشكال. أما في التعرف على الميزات (FR)، فيهدف إلى استخراج الكيانات ذات المستوى الأعلى (مثل ميزات التصنيع) من العناصر ذات المستوى الأدنى (مثل الأسطح والحواف، إلخ) في نموذج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) باستخدام خوارزميات محددة.

نموذج توليد ميزات الشكل

يُعدّ اكتمال مجموعة الميزات أمرًا نسبيًا للغاية، إذ يصعب تحديد تعريف رسمي لاعتمادها على المجال. يحاول نموذج توليد الميزات الذي اقترحه نالوري وغورومورثي [ 9 ] تحديد اكتمال مجموعة الميزات. يُعرّفان ميزة الشكل المستقلة عن المجال بأنها مجموعة من الوجوه ذات خصائص طوبولوجية وهندسية مميزة. وقد صمما نموذجًا لإنشاء ميزة الشكل كإضافة/طرح مجسم الميزة (الحد الأدنى الدقيق للحجم المطلوب) من/إلى المجسم الأساسي. يُعرّفان "النوع" بناءً على الطوبولوجيا المحلية لوجوه المجسم الأساسي المشاركة، و"الشكل" بناءً على شكل مجسم الميزة. استنادًا إلى هذه التعريفات، قاما بحصر وتصنيف ميزات الشكل. على سبيل المثال، قاما بحصر 94 نوعًا من ميزات شكل المسح، مع إمكانية أن يحتوي كل نوع من الميزات على عدد غير محدود من الأشكال. وقدّما دليلًا على أن هذه الأنواع الـ 94 كاملة لمجسم ميزة المسح. وقد صمما نموذجًا لاستخراج الميزات كعملية عكسية لنموذج توليد الميزات الخاص بهما. كما طوّرا خوارزمية للتعرف على الميزات بناءً على مفهوم حساب الحالة الطوبولوجية الديناميكية للوجوه. كما قاموا بتحديد إطار عمل لربط هذه الميزات المستقلة عن المجال بمجال اهتمام محدد.

التصميم حسب الميزات

باستخدام الخصائص لبناء نماذج الأشكال، تصبح عملية التصميم أكثر كفاءة، إذ يمكن تحديد شكل الخصائص مسبقًا. ويمكن ربط الخصائص في مخططات الأشكال الوظيفية (FBD) مباشرةً بمعلومات التصنيع [ 10 ] ، ما يتيح استرجاع هذه المعلومات في التطبيقات اللاحقة. وبهذه الطريقة، يمكن أتمتة نظام التصميم والتصنيع بمساعدة الحاسوب (CAD / CAM) بالكامل. مع ذلك، فإن فكرة استخدام خصائص التصنيع لتصميم جزء ما لها عيوبها: [ 2 ] فالخصائص المستخدمة في تصميم الجزء لا تمثل بالضرورة أفضل طريقة لتصنيعه. لذا، تقع على عاتق المصمم مسؤولية تقييم جميع الطرق المتاحة لإنتاج الجزء. علاوة على ذلك، فإن خصائص التصنيع ليست الطريقة الأمثل لتصميم جزء ما.

التعرف على الميزات

تهدف الطريقة التي اقترحها كيبراينو [ 5 ] إلى ترميز الأجزاء لتقنية المجموعات (GT). وتتمثل غاية تقنية المجموعات في تصنيف الأشياء بشكل منهجي بناءً على طريقة تصنيعها. وقد تضمن عمل كيبراينو تصنيف الأسطح إلى مجموعات أساسية وثانوية، ثم تحديد السمات وفقًا لأنماط هذه الأسطح الأساسية أو الثانوية. السطح الأساسي هو السطح ذو الحدود المتعددة (وتسمى أيضًا "حلقات الثقوب") أو الحدود المختلطة المقعرة والمحدبة. الحد المقعر هو مجموعة من الحواف المقعرة، حيث تكون الزاوية المجسمة فوق الحافة أكبر من 180 درجة. أما الأسطح الثانوية فهي جميع الأسطح الأخرى. وقد واصل جاريد وآخرون عمل كيبراينو ووسعوه ليشمل عددًا من الحالات الخاصة المهمة التي تتفاعل فيها السمات.

يُعتبر التعرف التلقائي على الميزات (AFR) حلاً مثالياً لأتمتة عمليات التصميم والتصنيع. وتُعدّ الأتمتة الناجحة لأنظمة التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) والتصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM) عنصراً أساسياً في بناء أنظمة التصنيع المتكاملة بالحاسوب (CIM). [ 11 ] وقد حظي هذا الجانب من أبحاث التعرف التلقائي على الميزات باهتمام كبير. ومن التطبيقات المهمة الأخرى للتعرف التلقائي على الميزات تقييم قابلية التصنيع. [ 12 ] إذ ينبغي أن يكون نظام التعرف التلقائي على الميزات قادراً على تفسير التصميم بطرق مختلفة بناءً على الميزات البديلة، وتقديم معلومات للمصمم حول قابلية التصنيع وتكلفة هذه التفسيرات.

يوجد مخزون كبير من تقنيات التعرف التلقائي على الميزات (AFR) المختلفة المقترحة لتكامل أنظمة التصميم والتصنيع بمساعدة الحاسوب (CAD/CAM) وتخطيط العمليات. يقدم هان وآخرون [ 13 ] تحليلًا نقديًا ومفصلًا لبعض المناهج الحالية. تتراوح الطرق الأكثر شيوعًا، وفقًا لهان وآخرون، من الخوارزميات القائمة على الرسوم البيانية إلى تقنيات التلميح والتحليل الحجمي. في التعرف على الميزات القائم على الرسوم البيانية، يتم إنشاء رسم بياني يوضح بنية الجزء (اتصال الأوجه). غالبًا ما يُنسب الرسم البياني، على سبيل المثال، تُصنف الحواف على أنها مقعرة أو محدبة. [ 14 ] ثم يُحلل هذا الرسم البياني لاستخراج مجموعات فرعية من العقد والأقواس التي تتطابق مع أي قالب محدد مسبقًا. يتم ذلك باستخدام مجموعة متنوعة من التقنيات، بما في ذلك خوارزميات تماثل الرسوم البيانية. [ 15 ]

تعرضت الأساليب القائمة على الرسوم البيانية لانتقادات عديدة بسبب أوجه قصورها. فهي لا تأخذ في الحسبان إمكانية تصنيع الميزات المُتعرف عليها نظرًا لاعتمادها الكبير على الأنماط الطوبولوجية بدلًا من الهندسة. ويؤدي تقاطع الميزات إلى زيادة هائلة في عدد أنماط الميزات المحتملة، مما يُعيق أي محاولة لصياغة هذه الأنماط. ولمعالجة هذه الصعوبات، اقترح فاندنبراند وريكويشا [ 16 ] البحث عن "الجزء الأدنى الضروري من حدود الميزة"، والذي يُطلق عليه "التلميحات"، بدلًا من البحث عن أنماط الميزات الكاملة. على سبيل المثال، يُعد وجود وجهين مستويين متقابلين تلميحًا إلى احتمال وجود ميزة فتحة. ولا تقتصر التلميحات بالضرورة على هندسة القطعة، بل يمكن استخلاصها من التفاوتات وخصائص التصميم أيضًا. على سبيل المثال، "يمكن اعتبار خاصية الخيط تلميحًا لوجود ثقب". [ 13 ] وقد حقق هذا النهج نجاحًا أكبر في التعرف على الميزات المتقاطعة. ومع ذلك، فقد أُثيرت تساؤلات حول كفاءة هذا النهج، إذ قد يكون هناك عدد هائل من المسارات التي لن تؤدي إلى ميزات صالحة. [ 13 ] فضّل بعض الباحثين استخدام نموذج هجين يجمع بين الاستدلال القائم على الرسوم البيانية والاستدلال القائم على التلميحات لتحسين كفاءة الاستدلال القائم على التلميحات. في هذا النموذج الهجين، يُستخدم الاستدلال القائم على الرسوم البيانية لتحديد مناطق الجزء التي تؤدي حتمًا إلى خصائص صحيحة عند استخدامها بواسطة المُستدل القائم على التلميحات. [ 17 ] [ 18 ] ومن بين أساليب الاستدلال القائمة الأخرى: التفكيك الحجمي، [ 19 ] [ 20 ] والشبكات العصبية الاصطناعية، [ 21 ] وأنظمة الخبراء . [ 22 ] وقد قدّم بابيتش وآخرون [ 23 ] عرضًا موجزًا ​​للعديد منها.

مع ذلك، لا يزال بناء أنظمة التعرف على الميزات التي تعمل بكفاءة على المنتجات الصناعية الحقيقية أمرًا صعب المنال. فوجود مئات الأوجه والحواف في منتج حقيقي يُعيق تقريبًا جميع الأساليب المذكورة أعلاه نظرًا للتعقيد الحسابي. علاوة على ذلك، فإن الميزات المدروسة في هذه الأساليب عادةً ما تكون مبسطة بشكل مفرط. ويتناول الجزء الأكبر من أدبيات التعرف على الميزات عادةً الميزات ثنائية الأبعاد ونصف (التي يتم إنشاؤها عن طريق مسح ملف تعريف ثنائي الأبعاد على طول محور خطي). أما تمثيلات الرسوم البيانية، وتعريفات التلميحات، أو تحليلات الحجم، فهي أكثر صعوبة في التحديد بالنسبة للميزات ثلاثية الأبعاد والميزات ذات الأشكال الحرة. ويركز العمل الذي قام به سونداراراجان [ 24 ] على الأسطح ذات الأشكال الحرة، ولكنه محدود التطبيق أيضًا. كما يتضح التبسيط المفرط حتى في سياق الميزات ثنائية الأبعاد ونصف. فعلى سبيل المثال، تفترض خوارزميات التعرف على الميزات عادةً وجود حواف مقعرة حادة في هندسة الميزة. ومع ذلك، نادرًا ما تُستخدم هذه الحواف في التصميم الحقيقي للمكونات الميكانيكية بسبب قيود التصنيع. وقد درس رحماني وأرزو بعض هذه المشكلات، مثل وجود الحواف المشطوفة والأسطح ذات الأشكال الحرة في النموذج. [ 17 ]

أنظمة التعرف على الميزات التجارية

تتوفر أيضًا أنظمة قليلة للتعرف على الميزات التجارية. ورغم إمكانية تطبيق تقنية التعرف على الميزات في تطبيقات متنوعة، فقد اعتمدت البرامج التجارية هذه التقنية بفعالية لإعادة إنشاء شجرة الميزات من النماذج المستوردة، بحيث يمكن تعديل هذه النماذج كما لو كانت نماذج صلبة أصلية. تعتمد معظم برامج تصميم النماذج ثلاثية الأبعاد على تقنية التعرف على الميزات لتحويل النماذج ثلاثية الأبعاد المستوردة إلى نماذج أصلية قائمة على الميزات. كما تُبنى برامج التصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM) وبرامج التصميم للتصنيع باستخدام هذه التقنية. تستخدم بعض برامج CAD/CAM مكتبات تجارية متاحة للتعرف على الميزات من جهات خارجية، والتي تتعرف على ميزات متنوعة من نماذج B-Rep ثلاثية الأبعاد. تتوفر مكتبات منفصلة لتطبيقات التصميم والتصنيع وتشكيل الصفائح المعدنية. تستطيع مكتبة التعرف على ميزات التصميم تحديد ميزات مثل الثقوب بأنواعها المختلفة، والثقوب المنقسمة، وسلاسل الثقوب، والزوايا المشطوفة، والحواف المشطوفة، والقطع البارزة، والنتوءات البارزة، والقطع المائلة، والنتوءات المائلة، والقطع الدورانية، والنتوءات الدورانية، والأضلاع، والمسودات، والفتحات، والمسح. توفر مكتبة التعرف على خصائص التصنيع إمكانية التعرف على خصائص التصنيع مثل الثقوب البسيطة، والثقوب المخروطية، والثقوب ذات التجويف المضاد، والثقوب الغاطسة، والثقوب المحفورة عكسيًا، وسلاسل الثقوب، وأنماط الثقوب مثل الأنماط الخطية والمستطيلة والدائرية، والزوايا المشطوفة، والحواف المشطوفة، والجيوب العمياء، والجيوب النافذة، والجيوب المسحوبة، والجيوب ذات الزوايا المشطوفة والمشطوفة، والفتحات البسيطة، والفتحات المسحوبة، والفتحات ذات الزوايا المشطوفة والمشطوفة، والجزر داخل الجيوب والفتحات، والأحجام القابلة للتشغيل، والألواح القابلة للتشغيل، والخصائص المتقاطعة المتعددة، والخصائص المتناظرة محوريًا مثل المقاطع الخارجية المخرطة، والمقاطع الداخلية المخرطة، والأخاديد المخرطة مثل أخاديد V وأخاديد ذيل الحمام، وخصائص الخراطة والطحن مثل الفتحات والجيوب في المقاطع المخرطة. تستخرج مكتبة التعرف على خصائص الصفائح المعدنية الخصائص من منظور الصفائح المعدنية. تشمل الميزات المتنوعة التي تم تحديدها من خلال هذه المكتبة: الجدران، والانحناءات، والثقوب، والفتحات، والثقوب ذات الحواف، والفتحات ذات الحواف، والشقوق، والحواف المفتوحة، والحواف المغلقة، والحواف على شكل دمعة، والحواف الملفوفة (اللفائف)، وحواف الانحناء، وحواف الحواف، وحواف المحيط، والطوابع مثل الفتحات، والرمح، والجسور، والنقاط الصغيرة، والخرز، والنقوش البارزة، والأضلاع. على الرغم من قدرة هذه الأنظمة التجارية على تحديد مجموعة متنوعة من الميزات المذكورة أعلاه، إلا أنه يمكن إجراء المزيد من الأبحاث لتحديد أنواع الميزات التي لا تتعرف عليها هذه الأنظمة. ولا تتوفر عادةً ميزات التصنيع، مثل التعرف على الميزات ثلاثية المحاور وخماسية المحاور، في هذه الأنظمة التجارية.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 برات إم جيه وويلسون بي آر، 1985، متطلبات دعم ميزات الشكل في نظام النمذجة الصلبة، CAM-I ، R-85-ASPP-01
  2. 1 2 3 Regli WC, 1995, Geometric algorithms for recognition of features from solid models, PhD dissertation, Univ. Maryland, College Park MD.
  3. ↑ شاه جيه جيه، مانتيلا إم، 1995، التصميم والتصنيع بمساعدة الحاسوب القائم على المعلمات والميزات، منشورات وايلي-إنترساينس، جون وايلي وأولاده.
  4. ↑ Chang TC, 1990, Expert process planning for manufacturing, Addison –Wesley, New York.
  5. 1 2 Kyprianou, L., 1980, تصنيف الأشكال في التصميم بمساعدة الحاسوب، أطروحة دكتوراه، جامعة كامبريدج.
  6. ↑ شاه، جي جي، أندرسون، دي، كيم، واي إس، جوشي، إس، 2001، خطاب حول التعرف على الميزات الهندسية من نماذج CAD، مجلة علوم الحاسوب والمعلومات في الهندسة، المجلد 1، ص 41-51.
  7. ↑ سوبرامانيام، س.، ووزني، م. (1995). "نظرة عامة على تقنيات التعرف التلقائي على الميزات لتخطيط العمليات بمساعدة الحاسوب". الحواسيب في الصناعة . 26 : 1-21 . doi : 10.1016/0166-3615(95)80003-4 .{{cite journal}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  8. ↑ سالومونز، أو.، فان هوتن، إف جيه، كالس، إتش جيه، 1993، مراجعة للبحوث في التصميم القائم على الميزات، مجلة أنظمة التصنيع ، المجلد 12، العدد 2، الصفحات 113-132.
  9. ↑ سيفاراما نالوري، نموذج توليد ميزات الشكل لتكنولوجيا الميزات، أطروحة دكتوراه، المعهد الهندي للعلوم، بنغالور، 1994
  10. ↑ شاه جيه جيه وروغرز إم تي، 1988، نمذجة ميزات الشكل الخبيرة، التصميم بمساعدة الحاسوب، المجلد 20، العدد 9، الصفحات 515-524.
  11. ↑ شولينيوس ج.، 1992، الهندسة المتزامنة، ورقة رئيسية، حوليات CIRP، 41(2):645-655
  12. ↑ Gupta SK and Nau SK, 1995, “A systematic approach for the analysisthes manufutificationability of machined parts”, Computer Aided Design , Vol. 27.
  13. 1 2 3 Han JH, Pratt M. and Regli WC, 2000, Manufacturing Feature recognition from solid models: A status report, IEEE Trans. On Robotics and Automation, 16(6): 782-796
  14. ↑ S. Joshi and TC Chang, 1988, Graph-based heuristics for recognition of machined features from a 3D solid model, JCAD, 20(2):58-66.
  15. ↑ M. Marefat and RL Kashyap, 1990, Geometric reasoning for recognition of 3-D object features, IEEE Trans. Pattern Anal. Machine Intell. , 12(10):949-965.
  16. ↑ JH Vandenbrande و AAG Requicha، 1993، الاستدلال المكاني للتعرف التلقائي على الميزات القابلة للتشغيل الآلي في النماذج الصلبة، IEEE Trans. Pattern Anal. Machine Intell.، المجلد 15، الصفحات 1-17.
  17. 1 2 ك. رحماني، ب. أرزو، 2006، تحليل الحدود والإكمال الهندسي للتعرف على خصائص التشغيل المتفاعلة. التصميم بمساعدة الحاسوب 38(8): 845-856.
  18. ↑ K. Rahmani, B. Arezoo, 2007, إطار عمل هجين قائم على التلميحات وقائمة على الرسم البياني للتعرف على ميزات الطحن المتفاعلة، Computers in Industry، 58(4):304-312.
  19. ↑ Y. Kim, 1990, Convex decomposition and solid engineering modeling, PhD dissertation, Stanford Univ.
  20. ↑ H. Sakurai و C. Chin، 1993، تعريف وتمييز التجاويف والنتوءات عن طريق الأحجام، في وقائع مؤتمر ASME للحواسيب في الهندسة، ص 59-65.
  21. ↑ هوانغ جيه، 1991، تطبيق البيرسيبترون على التعرف على الميزات ثلاثية الأبعاد، دكتوراه، جامعة ولاية أريزونا.
  22. ↑ هندرسون إم آر، 1984، استخراج معلومات الميزات من بيانات التصميم بمساعدة الحاسوب ثلاثية الأبعاد، أطروحة دكتوراه، جامعة بوردو، ويست لافاييت، إنديانا، الولايات المتحدة الأمريكية.
  23. ↑ بابيتش ب.، نيسيتش، ن.، ميلجكوفيتش ز.، 2008، مراجعة للتعرف الآلي على الميزات باستخدام التعرف على الأنماط القائم على القواعد، الحواسيب في الصناعات، 59(4): 321-337.
  24. ↑ ف. سونداراراجان، بول ك. رايت، 2004، التعرف على الميزات الحجمية لتصنيع المكونات ذات الأسطح الحرة. التصميم بمساعدة الحاسوب 36(1): 11-25