基于綜合集成法的復雜產品協(xié)同設計若干關鍵問題研究.pdf

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

2、計為背景,研究利用綜合集成法提高復雜產品協(xié)同設計效率的模型、方法。通過構建兼有群體研討、項目管理、協(xié)同決策、三維可視化等功能的面向復雜產品協(xié)同設計的綜合集成研討廳,為設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計專家并行進行設計活動,在各個設計關鍵階段利用該研討廳進行設計任務調度,進行設計信息共享,進行設計方案的群體討論,協(xié)同決策彼此相關的問題,協(xié)同進行設計結果的檢查與修改,以達到縮短復雜產品設計周期、提高復雜產品設計質量、

3、降低復雜產品設計成本的目的。論文首先以綜合集成法為指導,建立了復雜產品協(xié)同設計過程模型及總體框架;然后研究了相關關鍵技術,即群體研討中共識分析、項目管理中任務調度、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雜產品協(xié)同設計過程模型及總體框架。建立過程模型,將設計過程有效地表達出來,是協(xié)同設計的基礎。針對復雜產品設計過程的特征,根據綜合集成法,建立了一個以時間、粒度

4、、并行度三維分布的多層次復雜產品協(xié)同設計過程模型。該過程模型在時間維強調多階段綜合,在并行度維強調多專業(yè)綜合,在粒度維強調分解與綜合的迭代。在該過程模型基礎上,結合專家體系、知識體系、機器體系,提出基于綜合集成法的復雜產品協(xié)同設計總體框架。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)人機結合、多專業(yè)結合、多階段結合的協(xié)同設計過程,以提高復雜

5、產品的協(xié)同設計效率。
　　 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、復雜性等特點,提出了一種基于云模型與證據理論的共識分析方法。該方法利用云模型根據研討信息間語義關系求取每條發(fā)言表達的意見;并利用證據理論根據某專家所有時刻發(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定性與定量相結合的設計任務調度方法。設計任務調度在時間上、質量上對復雜產品協(xié)同設計有著重要意義。針對在復雜產品協(xié)同設計過程中任務調度存在的問題,建立了定性與定量相結合的調度模型,提出了基于案例推理的任務設計時間估算策略以及基于遺傳算法的模型求解策略。調度模型通過引入調度主、客體的隱性知識,綜合考慮定性指標與定量指標對協(xié)同設計的影響;時間估算策略以設計單元

7、以往完成任務的信息為依據,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,在滿足任務間約束的前提下,快速求得最優(yōu)調度。實例結果表明,該方法是有效的,它能縮短設計周期,提高設計質量。
　　 ⑷人機結合的系統(tǒng)綜合方法。系統(tǒng)綜合實質上是一個面向方案組合優(yōu)化的決策過程。針對復雜產品協(xié)同設計過程中系統(tǒng)綜合存在的方案組合量大、評價體系復雜、綜合效率低等問題,提出了人機結合的系統(tǒng)綜合方法。首先基于AHP法由定性到定量的構建系統(tǒng)評

8、價指標體系,然后基于交互式遺傳算法,將定性與定量相結合的綜合評價作為適應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計結果進行檢查,以提高設計錯誤及設計沖突的發(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,存在信息結構異、類型多、數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合的信息模型以及基于可編程圖形管線的復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量的前提下滿足大規(guī)模復雜場景漫游的實時性要求,且預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。