多層—體產(chǎn)品信息建模理論及實(shí)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(jì)、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(shí)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(jìn)展，仍然不能滿足復(fù)雜裝備數(shù)字化設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)信息支持，以及高精度、高可靠性軟件系統(tǒng)支持的復(fù)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(fù)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(jì)進(jìn)程協(xié)同和數(shù)據(jù)共享、知識(shí)積累和重用、不同層級(jí)模型迭代精化等都難以形成有效的解決方案。在實(shí)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(duì)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(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)所涉及的專業(yè)領(lǐng)域復(fù)雜科學(xué)問題相互作用，構(gòu)成了開展新型數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件技術(shù)和先進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法深層次研

3、究都必須面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此本論文在國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)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(biāo)導(dǎo)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(duì)其實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)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(jì)軟件平臺(tái)，并將研究

4、成果應(yīng)用于解決典型工程問題中；綜合運(yùn)用了耗散結(jié)構(gòu)和熵變理論，提出了基于時(shí)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(xué)的角度對(duì)產(chǎn)品數(shù)字化系統(tǒng)的演化特性進(jìn)行了研究。本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括：
　　 (1)提出了以信息集成與重用為目標(biāo)導(dǎo)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(diǎn)，旨在研究能夠滿足產(chǎn)品全生命周期設(shè)計(jì)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(fù)雜產(chǎn)品全生命周期設(shè)計(jì)中具有流程動(dòng)態(tài)多變、數(shù)據(jù)類型復(fù)雜、多學(xué)科參數(shù)耦合等特點(diǎn)的數(shù)字化設(shè)計(jì)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(biāo)，使其具有模型承載信息、信息動(dòng)態(tài)完備等特點(diǎn)。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(dòng)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(dòng)態(tài)多變的復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)多維信息集成環(huán)境的能力。分析確定了產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中多維信息的關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成以獨(dú)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(dòng)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(shí)現(xiàn)提供了理論支持。
　　 (3)提出了基于設(shè)計(jì)過程優(yōu)化模型、設(shè)計(jì)任務(wù)多級(jí)觸發(fā)模型及設(shè)計(jì)行為功能模型的AMFB模型控制體設(shè)計(jì)過程控制研究方法。定義了設(shè)計(jì)過程、設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)行為等相關(guān)概念，分析了產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程迭代關(guān)系和產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)序關(guān)系對(duì)設(shè)計(jì)效率的影響。建立了基于DSM矩陣的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程優(yōu)化模型，應(yīng)用該

8、模型可以減少設(shè)計(jì)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(jì)任務(wù)時(shí)序關(guān)系。提出了設(shè)計(jì)任務(wù)多級(jí)觸發(fā)模型構(gòu)建方法，該模型用于描述產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)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(jì)行為功能模型，通過深入分析設(shè)計(jì)行為交互規(guī)則，提取設(shè)計(jì)行為功能序列，確定了設(shè)計(jì)行為中設(shè)計(jì)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(jì)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(duì)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(tái)的內(nèi)核資源，研究了與AMFB產(chǎn)品信息模型實(shí)現(xiàn)相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)?；贠CAF框架及XML技術(shù)實(shí)現(xiàn)了AMFB模型檢索體的動(dòng)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(chǔ)方法及實(shí)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(shí)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(yàn)證了

10、經(jīng)由系統(tǒng)效能間接評(píng)價(jià)產(chǎn)品建模技術(shù)優(yōu)劣的評(píng)價(jià)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(shí)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(jì)算產(chǎn)品數(shù)字化系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程各階段的信息量，得出系統(tǒng)在各設(shè)計(jì)階段的時(shí)空信息差，依據(jù)系統(tǒng)在時(shí)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