為了使三維CAD模型模塊劃分的結果保持較好的結構完整性，提出一種面向圖分割的蟻群聚類算法。用屬性連接圖表示復雜的CAD模型并進行簡化;通過對模型連接方式和零件屬性的分析，獲得零件的結構、功能和材料相關性并建立綜合相關度矩陣;根據零件的連接層次系重構了蟻群聚類的局部范圍界定和密度函數計算方法，實現了面向圖分割的的蟻群聚類。采用上述方法對某型飛機襟翼模型進行模塊劃分，驗證了所提方法的正確性和有效性。

　　引言

　　模塊劃分技術是模塊化設計和大規模定制生產的基礎，是滿足客戶多樣化需求的有效手段，同時也可應用于三維計算機輔助設計(Computer　Aided Design，CAD)模型檢索領域。由于產品級CAD模型具有零件多、結構復雜的特點，檢索的計算量較大，以分而治之的思想將模型劃分為有一定結構和功能意義的模塊，并行地進行對應模塊對比分析，能夠降低檢索的時間和空間復雜度。

　　目前，學者們已經提出了多種模塊劃分方法。其中：文獻分析了零件之間的關聯度后采用Pmedian方法進行模塊劃分;文獻提出了基于啟發式方法的圖解模塊劃分方法;文獻從零件交互角度進行了產品全生命周期的模塊劃分;文獻利用模塊驅動因素來定義設計需求和模塊構建之間的聯系;文獻從產品全生命周期的角度分析零件的交互關系，并采用模糊聚類和模擬退火算法進行模塊劃分;文獻以零件間物理和功能上的相關度為依據，基于蟻群聚類算法進行模塊劃分;文獻通過信息熵理論綜合衡量客戶需求、產品的裝配、成本和維修等因素，使用模糊聚類進行模塊劃分;文獻以產品全生命周期中的各因素對產品零部件交互的影響為依據進行模塊劃分;文獻綜合模塊聚合度、耦合度和設計需求趨同度建立了劃分優化模型，并用遺傳算法進行求解。上述方法主要面向客戶定制生產和模塊化設計，從用戶需求和產品生命周期的角度出發分析零件的相關性，但只根據相關性還不足以完全表達復雜的拓撲連接結構，以此為依據劃分的模塊中還可能存在相互不連接的零件，從而造成模塊內部結構不完整。

　　為解決上述問題，在模塊劃分時除了要分析零件相關性，還要考慮其拓撲連接關系，即在相關性和連接層次關系的共同影響下分析零件的耦合關系，以實現模塊內聚合關系的最大化，同時保持結構的完整性，這樣劃分出的模塊更有助于進行模塊化設計，并能并行地進行結構相似性分析。因此，本文提出一種面向圖分割的蟻群聚類算法，通過將模型轉換為屬性連接圖，將模塊劃分問題轉化為圖分割問題;通過對零件功能、裝配連接和材料的相關性分析，建立綜合相關性矩陣并作為劃分基礎;面向圖分割問題改進蟻群聚類算法，在保持子圖連通性的情況下進行模塊劃分，最終使模塊具有較為完整的結構和相對獨立的功能。

　　1、零件相關性分析

　　CAD模型中存在模塊化的結構，即屬于同一模塊的零件有緊密的連接關系，能共同作用并實現某項子功能。因此在進行模塊劃分時首先要對零件間的這種相關關系進行分析。為了便于分析，需要將包含多種幾何、工程信息的CAD模型轉換為圖結構(如圖1)，圖中節點P 代表零件，邊L 表示零件間的連接裝配關系，然后附加劃分所需的屬性信息A(P)和A(L)，形成屬性連接圖G={P，L，A(P)，A(L)｝，如圖1b所示。在此基礎上分別從結構、功能和材料三個角度進行模型中零件的相關性分析，作為模塊劃分的依據。

　　4、結束語

　　本文分析了現有的模塊劃分方法在模型拓撲結構分析上的局限性，提出了基于圖分割的模塊劃分方法，該方法將模型轉換為屬性連接圖的形式，通過在圖上進行蟻群聚類分析并進行圖分割，最終達到將CAD模型劃分為模塊的目的。其中，通過分析零件的拓撲連接關系和功能、屬性相關性得到綜合相關性矩陣;根據圖結構的特點提出了局部范圍界定方法，避免了將空間距離遠、連接間隔大的零件劃分為同一模塊的問題;改進了密度函數的計算方法，對局部范圍中的零件按結構層次關系綜合相關性，使聚類更有針對性。并以此建立了面向圖分割的蟻群聚類算法。實例分析表明，所提方法能較好地對模型進行劃分。由于模塊劃分的要求和目的不盡相同，后續研究中還需要對結構、功能和材料相關性的評價方法進行優化，使評價更加準確;并根據應用領域的不同，進一步豐富相關性分析的角度，以適應不同的模塊劃分。