题目：工程约束驱动的产品结构建模技术研究

  制造业是国民经济的命脉，产品设计是提高制造业竞争力的关键。设计不仅需要创新性，更需要在多种工程约束下进行优选和权衡。产品模型是设计要求和工程约束的具体载体，是制造、检测等后续环节的依据和数据源头，在产品的整个设计体系中占有重要地位。但现有的复杂产品结构建模技术自动化、智能化程度尚显不足，且没有在欠约束、过约束条件下解决建模问题的一般方法。因此，本文提出了工程约束驱动的产品结构建模技术框架，研究了基于开放式知识表示的约束转化技术，以解决产品结构建模中工程约束向几何约束转化的问题；研究了欠约束下的优化建模技术，过约束下的权衡策略，以解决产品结构建模中欠约束、过约束条件下解的奇异性问题，从而提高产品建模的自动化、智能化程度，并提供在欠约束、过约束条件下解决建模问题的一般方法。最后本文以航空发动机涡轮叶片建模为例，开发了建模系统。该系统验证了所提出方法和技术的可行性，并提高了涡轮叶片的建模质量和效率。论文主要内容如下：

  提出了工程约束驱动的产品结构建模技术框架，该框架以基于开放式知识表示的约束转化技术、欠约束下的优化建模技术，过约束下的权衡策略为核心技术，解决了建模中工程约束向几何约束转化的问题以及欠约束、过约束条件下解的奇异性问题，为提高复杂产品结构建模的自动化、智能化程度提供了方法指导和技术支持。

  对知识驱动产品建模现状和已有知识表示方式进行分析，提出了基于开放式知识表示的约束转化技术，研究机械产品设计领域常见的公式、表格、二维图表、过程、规则等类型知识的开放式表示方法及相应的推理算法。实现了：（1）工程约束向几何约束的自动转化，进而构造出符合要求的产品模型；（2）使知识不再固化于产品建模系统中，便于设计人员修改以及建模系统的进化。最后以基于知识的航空发动机涡轮叶片气膜孔建模和蜗轮-蜗杆减速器建模为例，验证了该方法应用于工程实践的可行性。

  分析了曲面优化建模技术现状，提出了欠约束下的优化建模技术，该技术包含构造初始解系和能量优化两个主要过程，解决了欠约束下多解选择性问题，并使建模结果较光顺且便于整体调整。最后以航空发动机涡轮叶片伸根曲面建模为例，验证了该方法应用于工程实践的可行性。

  分析了曲面逆向建模技术现状，提出了基于模板的过约束下权衡策略，该方法包含构造模板曲线、散乱点云向模板曲线投影以重新参数化、最小二乘逼近等主要过程，解决了过约束下解的奇异性问题。最后以航空发动机涡轮叶片叶身最优曲面重构为例，验证了该方法应用于工程实践的可行性。

  在工程约束驱动的产品结构建模方法及关键技术基础上，针对航空发动机涡轮叶片建模过程，开发了涡轮气冷叶片快速建模系统，验证了文中所提出的方法。可实现发动机涡轮工作叶片和导向叶片的叶身外型、叶身内型（等壁厚、变壁厚）、叶冠、榫头内外型、缘板、隔肋、扰流柱、扰流肋、尾缝、冷气通道转接段、伸根内外型、气膜孔（圆型、簸箕型）等十余种结构特征的快速建模和快速修改，提高了发动机涡轮叶片的建模质量和效率，并已在某设计所得到初步应用。