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

1、復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)涉及不同領(lǐng)域、不同層次、不同類(lèi)型的知識(shí),一般采用多領(lǐng)域協(xié)同設(shè)計(jì)模式。由于復(fù)雜產(chǎn)品在國(guó)防軍工及國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著重要應(yīng)用,因此提高復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率,對(duì)于國(guó)家安全及經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展有著重要意義。綜合集成法是我國(guó)科學(xué)家提出的處理復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)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(shí)質(zhì)是將專(zhuān)家體系、知識(shí)體系、機(jī)器體系有機(jī)結(jié)合,把各種學(xué)科理論與人的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)結(jié)合起來(lái),共同用于復(fù)雜系統(tǒng)相關(guān)問(wèn)題的處理。本文以大型武器系統(tǒng)及流程工廠設(shè)

2、計(jì)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(jì)效率的模型、方法。通過(guò)構(gòu)建兼有群體研討、項(xiàng)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(jì)的綜合集成研討廳,為設(shè)計(jì)專(zhuān)家提供全過(guò)程的、統(tǒng)一的協(xié)同平臺(tái)。分布在不同地點(diǎn)的設(shè)計(jì)專(zhuān)家并行進(jìn)行設(shè)計(jì)活動(dòng),在各個(gè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵階段利用該研討廳進(jìn)行設(shè)計(jì)任務(wù)調(diào)度,進(jìn)行設(shè)計(jì)信息共享,進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的群體討論,協(xié)同決策彼此相關(guān)的問(wèn)題,協(xié)同進(jìn)行設(shè)計(jì)結(jié)果的檢查與修改,以達(dá)到縮短復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、提高復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量、

3、降低復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jì)過(guò)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(shí)分析、項(xiàng)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(jì)過(guò)程模型及總體框架。建立過(guò)程模型,將設(shè)計(jì)過(guò)程有效地表達(dá)出來(lái),是協(xié)同設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。針對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的特征,根據(jù)綜合集成法,建立了一個(gè)以時(shí)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(jì)過(guò)程模型。該過(guò)程模型在時(shí)間維強(qiáng)調(diào)多階段綜合,在并行度維強(qiáng)調(diào)多專(zhuān)業(yè)綜合,在粒度維強(qiáng)調(diào)分解與綜合的迭代。在該過(guò)程模型基礎(chǔ)上,結(jié)合專(zhuān)家體系、知識(shí)體系、機(jī)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(jì)總體框架。該框架中機(jī)器體系依靠知識(shí)體系中的知識(shí)給專(zhuān)家群體提供幫助,專(zhuān)家群體在機(jī)器體系提供的項(xiàng)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(shí)現(xiàn)人機(jī)結(jié)合、多專(zhuān)業(yè)結(jié)合、多階段結(jié)合的協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程,以提高復(fù)雜

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

6、例表明該方法能有效地分析出當(dāng)前群體研討的共識(shí)狀態(tài),促進(jìn)共識(shí)的達(dá)成。
　　 ⑶定性與定量相結(jié)合的設(shè)計(jì)任務(wù)調(diào)度方法。設(shè)計(jì)任務(wù)調(diào)度在時(shí)間上、質(zhì)量上對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)有著重要意義。針對(duì)在復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程中任務(wù)調(diào)度存在的問(wèn)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(jì)時(shí)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(guò)引入調(diào)度主、客體的隱性知識(shí),綜合考慮定性指標(biāo)與定量指標(biāo)對(duì)協(xié)同設(shè)計(jì)的影響;時(shí)間估算策略以設(shè)計(jì)單元

7、以往完成任務(wù)的信息為依據(jù),提高了時(shí)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(shí)例結(jié)果表明,該方法是有效的,它能縮短設(shè)計(jì)周期,提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。
　　 ⑷人機(jī)結(jié)合的系統(tǒng)綜合方法。系統(tǒng)綜合實(shí)質(zhì)上是一個(gè)面向方案組合優(yōu)化的決策過(guò)程。針對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程中系統(tǒng)綜合存在的方案組合量大、評(píng)價(jià)體系復(fù)雜、綜合效率低等問(wèn)題,提出了人機(jī)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(píng)

8、價(jià)指標(biāo)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(píng)價(jià)作為適應(yīng)度進(jìn)行各項(xiàng)遺傳操作,在多次迭代中進(jìn)行方案整體篩選。實(shí)例表明該方法能大幅提高系統(tǒng)綜合效率。
　　 ⑸計(jì)算機(jī)支持的多專(zhuān)業(yè)三維校審改進(jìn)方法。校審實(shí)質(zhì)上是一個(gè)沖突發(fā)現(xiàn)及沖突解決的過(guò)程。利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維校審不但可以使校審人員身臨其境的對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行檢查,以提高設(shè)計(jì)錯(cuò)誤及設(shè)計(jì)沖突的發(fā)現(xiàn)率,還可以利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大計(jì)算能力進(jìn)行自動(dòng)、半自動(dòng)檢查,以降低校審人員的工作強(qiáng)度,縮

9、短校審時(shí)間。然而多專(zhuān)業(yè)三維校審中,存在信息結(jié)構(gòu)異、類(lèi)型多、數(shù)量大與計(jì)算機(jī)性能有限之間的矛盾。為了在普通PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)多專(zhuān)業(yè)三維校審,提出了場(chǎng)景樹(shù)與屬性樹(shù)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(chǎng)景多分辨率繪制方法。信息模型不僅能對(duì)來(lái)自不同CAD系統(tǒng)的信息進(jìn)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(chǎng)景漫游的實(shí)時(shí)性要求,且預(yù)處理時(shí)間極短并無(wú)需額外硬盤(pán)空間。實(shí)例證明了該方法的有效性和實(shí)用性。