多層—體產(chǎn)品信息建模理論及實現(xiàn)技術(shù)研究.pdf

1、產(chǎn)品信息模型是產(chǎn)品數(shù)據(jù)的載體，在產(chǎn)品設(shè)計、分析和制造過程中起著不可替代的作用。國內(nèi)外高度重視產(chǎn)品信息建模理論和實現(xiàn)技術(shù)的研究工作，相關(guān)理論與技術(shù)的探討盡管有一定進展，仍然不能滿足復雜裝備數(shù)字化設(shè)計的需求。主要存在兩方面亟待解決的問題：①采用分散的系統(tǒng)、面向單領(lǐng)域的設(shè)計方法、分類建模的方式無法保證產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)的一致性和表征數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性，不能滿足需要完整、及時信息支持，以及高精度、高可靠性軟件系統(tǒng)支持的復雜裝備全生命周期數(shù)字化技術(shù)需求；②面向

2、異構(gòu)軟件系統(tǒng)功能集成的架構(gòu)技術(shù)無法解決滿足復雜產(chǎn)品研發(fā)需要的軟件系統(tǒng)一致性問題，致使產(chǎn)品信息集成、設(shè)計進程協(xié)同和數(shù)據(jù)共享、知識積累和重用、不同層級模型迭代精化等都難以形成有效的解決方案。在實際應(yīng)用領(lǐng)域突出地表現(xiàn)為產(chǎn)品信息表述不完備、集成無中心、迭代無對象、重用無載體。
　　 上述產(chǎn)品信息建模理論和軟件系統(tǒng)架構(gòu)的共性問題，與復雜產(chǎn)品設(shè)計所涉及的專業(yè)領(lǐng)域復雜科學問題相互作用，構(gòu)成了開展新型數(shù)字化設(shè)計軟件技術(shù)和先進產(chǎn)品設(shè)計方法深層次研

3、究都必須面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。因此本論文在國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)“現(xiàn)代大型應(yīng)用軟件的可信性研究”(2010CB328000)的資助下，從研究產(chǎn)品信息建模理論入手，提出了以信息集成與重用為目標導向和以問題域面向模式為特征的多層-體產(chǎn)品信息建模原理，并基于該原理構(gòu)建了由基本體、檢索體、控制體和智能體組成的“一元四體”產(chǎn)品信息模型(AMFB模型)，并對其實現(xiàn)技術(shù)進行了深入研究，研制了基于AMFB模型的產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計軟件平臺，并將研究

4、成果應(yīng)用于解決典型工程問題中；綜合運用了耗散結(jié)構(gòu)和熵變理論，提出了基于時空信息差和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)序的產(chǎn)品數(shù)字化系統(tǒng)演化特性定量研究方法，從系統(tǒng)科學的角度對產(chǎn)品數(shù)字化系統(tǒng)的演化特性進行了研究。本文的主要創(chuàng)新點包括：
　　 (1)提出了以信息集成與重用為目標導向和以問題域面向模式為特征的多層-體產(chǎn)品信息建模思想。該思想是根據(jù)產(chǎn)品模型信息的多層次需求，圍繞產(chǎn)品模型是信息載體的本質(zhì)特點，旨在研究能夠滿足產(chǎn)品全生命周期設(shè)計信息集成的產(chǎn)品信息模型

5、構(gòu)造方法，從而適應(yīng)目前復雜產(chǎn)品全生命周期設(shè)計中具有流程動態(tài)多變、數(shù)據(jù)類型復雜、多學科參數(shù)耦合等特點的數(shù)字化設(shè)計環(huán)境。深入研究了滿足多層-體產(chǎn)品信息建模思想的“一元四體”產(chǎn)品信息模型(簡稱AMFB模型)及其構(gòu)建方法。該模型通過建立具有層次關(guān)系的多“體”結(jié)構(gòu)，各體之間具有明確的功能目標，使其具有模型承載信息、信息動態(tài)完備等特點。AMFB模型結(jié)構(gòu)具有通用性，應(yīng)用本文所提出的模型構(gòu)造方法，可以構(gòu)建面向領(lǐng)域的AMFB模型。上述產(chǎn)品信息建模理論的提

6、出為開展產(chǎn)品數(shù)字化系統(tǒng)研究提供了原理支持。
　　 (2)提出了問題求解需求約束的模型信息動態(tài)完備理論，研究了產(chǎn)品信息模型的數(shù)據(jù)框架構(gòu)造方法，使其具有適應(yīng)動態(tài)多變的復雜產(chǎn)品設(shè)計多維信息集成環(huán)境的能力。分析確定了產(chǎn)品設(shè)計過程中多維信息的關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成以獨立單元信息為概念體系的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)化信息表示理論與方法。并在此基礎(chǔ)上建立了由結(jié)構(gòu)樹和信息樹組成的“動態(tài)同構(gòu)樹”作為AMFB模型檢索體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了AMFB模型數(shù)據(jù)框架，該數(shù)據(jù)框架保證了

7、產(chǎn)品信息模型中的幾何模型與非幾何信息的關(guān)聯(lián)一致性，使得AMFB模型具有幾何模型承載產(chǎn)品信息的能力。上述研究為AMFB模型檢索體的實現(xiàn)提供了理論支持。
　　 (3)提出了基于設(shè)計過程優(yōu)化模型、設(shè)計任務(wù)多級觸發(fā)模型及設(shè)計行為功能模型的AMFB模型控制體設(shè)計過程控制研究方法。定義了設(shè)計過程、設(shè)計任務(wù)和設(shè)計行為等相關(guān)概念，分析了產(chǎn)品設(shè)計過程迭代關(guān)系和產(chǎn)品設(shè)計任務(wù)時序關(guān)系對設(shè)計效率的影響。建立了基于DSM矩陣的產(chǎn)品設(shè)計過程優(yōu)化模型，應(yīng)用該

8、模型可以減少設(shè)計過程中逆向迭代和耦合迭代的次數(shù)，得出最優(yōu)的設(shè)計任務(wù)時序關(guān)系。提出了設(shè)計任務(wù)多級觸發(fā)模型構(gòu)建方法，該模型用于描述產(chǎn)品設(shè)計任務(wù)時序關(guān)系及模型信息配送關(guān)系。采用IDEF0方法建立了設(shè)計行為功能模型，通過深入分析設(shè)計行為交互規(guī)則，提取設(shè)計行為功能序列，確定了設(shè)計行為中設(shè)計信息的輸入輸出關(guān)系。上述研究為后續(xù)產(chǎn)品數(shù)字化系統(tǒng)的功能設(shè)計提供了理論依據(jù)。
　　 (4)深入研究了用于解決AMFB模型本體和對應(yīng)的軟件系統(tǒng)主體一致性問題

9、的方法。利用OpenCASCADE幾何造型平臺的內(nèi)核資源，研究了與AMFB產(chǎn)品信息模型實現(xiàn)相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。基于OCAF框架及XML技術(shù)實現(xiàn)了AMFB模型檢索體的動態(tài)同構(gòu)樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提出了AMFB模型檢索體的存儲方法及實現(xiàn)技術(shù)。在上述研究的基礎(chǔ)上，采用軟件工程的方法開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的基于多層-體產(chǎn)品信息建模理論的原型系統(tǒng)--AMFSDI。
　　 (5)提出了以耗散結(jié)構(gòu)及熵理論為依據(jù)的產(chǎn)品數(shù)字化系統(tǒng)演化特性定量研究方法，驗證了

10、經(jīng)由系統(tǒng)效能間接評價產(chǎn)品建模技術(shù)優(yōu)劣的評價方法的可行性。通過分析耗散結(jié)構(gòu)具有的相關(guān)特征及性質(zhì)，得出產(chǎn)品數(shù)字化系統(tǒng)是一種耗散結(jié)構(gòu)的結(jié)論。通過分析產(chǎn)品數(shù)字化系統(tǒng)演化本質(zhì)與表征，探索從系統(tǒng)有序性的角度研究產(chǎn)品數(shù)字化系統(tǒng)演化特性的方法。構(gòu)建了基于時空信息差量化方法的系統(tǒng)有序性判別模型，該模型通過計算產(chǎn)品數(shù)字化系統(tǒng)在設(shè)計過程各階段的信息量，得出系統(tǒng)在各設(shè)計階段的時空信息差，依據(jù)系統(tǒng)在時間、空間兩方面的信息量變化研究系統(tǒng)的有序性。構(gòu)建了產(chǎn)品數(shù)字化系