基于綜合集成法的復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計若干關(guān)鍵問題研究.pdf

1、復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計涉及不同領(lǐng)域、不同層次、不同類型的知識,一般采用多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計模式。由于復(fù)雜產(chǎn)品在國防軍工及國民經(jīng)濟領(lǐng)域有著重要應(yīng)用,因此提高復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計效率,對于國家安全及經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展有著重要意義。綜合集成法是我國科學(xué)家提出的處理復(fù)雜系統(tǒng)問題的有效方法,綜合集成研討廳是綜合集成法的應(yīng)用形式,其實質(zhì)是將專家體系、知識體系、機器體系有機結(jié)合,把各種學(xué)科理論與人的經(jīng)驗、知識結(jié)合起來,共同用于復(fù)雜系統(tǒng)相關(guān)問題的處理。本文以大型武器系統(tǒng)及流程工廠設(shè)

2、計為背景,研究利用綜合集成法提高復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計效率的模型、方法。通過構(gòu)建兼有群體研討、項目管理、協(xié)同決策、三維可視化等功能的面向復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計的綜合集成研討廳,為設(shè)計專家提供全過程的、統(tǒng)一的協(xié)同平臺。分布在不同地點的設(shè)計專家并行進行設(shè)計活動,在各個設(shè)計關(guān)鍵階段利用該研討廳進行設(shè)計任務(wù)調(diào)度,進行設(shè)計信息共享,進行設(shè)計方案的群體討論,協(xié)同決策彼此相關(guān)的問題,協(xié)同進行設(shè)計結(jié)果的檢查與修改,以達到縮短復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計周期、提高復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量、

3、降低復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計成本的目的。論文首先以綜合集成法為指導(dǎo),建立了復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計過程模型及總體框架;然后研究了相關(guān)關(guān)鍵技術(shù),即群體研討中共識分析、項目管理中任務(wù)調(diào)度、協(xié)同決策中系統(tǒng)綜合、三維可視化中三維校審;最后構(gòu)建了研討廳原型系統(tǒng)。主要成果包括：
　　 ⑴基于綜合集成法的復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計過程模型及總體框架。建立過程模型,將設(shè)計過程有效地表達出來,是協(xié)同設(shè)計的基礎(chǔ)。針對復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計過程的特征,根據(jù)綜合集成法,建立了一個以時間、粒度

4、、并行度三維分布的多層次復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計過程模型。該過程模型在時間維強調(diào)多階段綜合,在并行度維強調(diào)多專業(yè)綜合,在粒度維強調(diào)分解與綜合的迭代。在該過程模型基礎(chǔ)上,結(jié)合專家體系、知識體系、機器體系,提出基于綜合集成法的復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計總體框架。該框架中機器體系依靠知識體系中的知識給專家群體提供幫助,專家群體在機器體系提供的項目管理、群體研討、協(xié)同決策、三維可視化等支持工具幫助下,實現(xiàn)人機結(jié)合、多專業(yè)結(jié)合、多階段結(jié)合的協(xié)同設(shè)計過程,以提高復(fù)雜

5、產(chǎn)品的協(xié)同設(shè)計效率。
　　 ⑵支持專家群體研討的共識分析方法。實時、準確的了解當前研討的共識狀態(tài),能夠提高設(shè)計專家在研討廳中的研討效率。針對發(fā)散型研討具有連續(xù)性、模糊性、復(fù)雜性等特點,提出了一種基于云模型與證據(jù)理論的共識分析方法。該方法利用云模型根據(jù)研討信息間語義關(guān)系求取每條發(fā)言表達的意見;并利用證據(jù)理論根據(jù)某專家所有時刻發(fā)言表達的意見推理該專家意見;最后根據(jù)求得的各專家意見形成定性的專家意見分布圖和定量的共識水平、關(guān)注水平。實

6、例表明該方法能有效地分析出當前群體研討的共識狀態(tài),促進共識的達成。
　　 ⑶定性與定量相結(jié)合的設(shè)計任務(wù)調(diào)度方法。設(shè)計任務(wù)調(diào)度在時間上、質(zhì)量上對復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計有著重要意義。針對在復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計過程中任務(wù)調(diào)度存在的問題,建立了定性與定量相結(jié)合的調(diào)度模型,提出了基于案例推理的任務(wù)設(shè)計時間估算策略以及基于遺傳算法的模型求解策略。調(diào)度模型通過引入調(diào)度主、客體的隱性知識,綜合考慮定性指標與定量指標對協(xié)同設(shè)計的影響;時間估算策略以設(shè)計單元

7、以往完成任務(wù)的信息為依據(jù),提高了時間估算的合理性;模型求解策略能夠保證搜索空間的完全性,在滿足任務(wù)間約束的前提下,快速求得最優(yōu)調(diào)度。實例結(jié)果表明,該方法是有效的,它能縮短設(shè)計周期,提高設(shè)計質(zhì)量。
　　 ⑷人機結(jié)合的系統(tǒng)綜合方法。系統(tǒng)綜合實質(zhì)上是一個面向方案組合優(yōu)化的決策過程。針對復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計過程中系統(tǒng)綜合存在的方案組合量大、評價體系復(fù)雜、綜合效率低等問題,提出了人機結(jié)合的系統(tǒng)綜合方法。首先基于AHP法由定性到定量的構(gòu)建系統(tǒng)評

8、價指標體系,然后基于交互式遺傳算法,將定性與定量相結(jié)合的綜合評價作為適應(yīng)度進行各項遺傳操作,在多次迭代中進行方案整體篩選。實例表明該方法能大幅提高系統(tǒng)綜合效率。
　　 ⑸計算機支持的多專業(yè)三維校審改進方法。校審實質(zhì)上是一個沖突發(fā)現(xiàn)及沖突解決的過程。利用計算機進行三維校審不但可以使校審人員身臨其境的對設(shè)計結(jié)果進行檢查,以提高設(shè)計錯誤及設(shè)計沖突的發(fā)現(xiàn)率,還可以利用計算機的強大計算能力進行自動、半自動檢查,以降低校審人員的工作強度,縮

9、短校審時間。然而多專業(yè)三維校審中,存在信息結(jié)構(gòu)異、類型多、數(shù)量大與計算機性能有限之間的矛盾。為了在普通PC機上實現(xiàn)多專業(yè)三維校審,提出了場景樹與屬性樹相結(jié)合的信息模型以及基于可編程圖形管線的復(fù)雜場景多分辨率繪制方法。信息模型不僅能對來自不同CAD系統(tǒng)的信息進行統(tǒng)一組織,還能優(yōu)化信息查詢速度。多分辨率繪制方法能夠在保證繪制質(zhì)量的前提下滿足大規(guī)模復(fù)雜場景漫游的實時性要求,且預(yù)處理時間極短并無需額外硬盤空間。實例證明了該方法的有效性和實用性。