多層—體產品信息建模理論及實現技術研究.pdf

1、產品信息模型是產品數據的載體，在產品設計、分析和制造過程中起著不可替代的作用。國內外高度重視產品信息建模理論和實現技術的研究工作，相關理論與技術的探討盡管有一定進展，仍然不能滿足復雜裝備數字化設計的需求。主要存在兩方面亟待解決的問題：①采用分散的系統(tǒng)、面向單領域的設計方法、分類建模的方式無法保證產品模型數據的一致性和表征數據關聯(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字化技術需求；②面向

2、異構軟件系統(tǒng)功能集成的架構技術無法解決滿足復雜產品研發(fā)需要的軟件系統(tǒng)一致性問題，致使產品信息集成、設計進程協(xié)同和數據共享、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。在實際應用領域突出地表現為產品信息表述不完備、集成無中心、迭代無對象、重用無載體。
　　 上述產品信息建模理論和軟件系統(tǒng)架構的共性問題，與復雜產品設計所涉及的專業(yè)領域復雜科學問題相互作用，構成了開展新型數字化設計軟件技術和先進產品設計方法深層次研

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研究發(fā)展計劃(973計劃)“現代大型應用軟件的可信性研究”(2010CB328000)的資助下，從研究產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-體產品信息建模原理，并基于該原理構建了由基本體、檢索體、控制體和智能體組成的“一元四體”產品信息模型(AMFB模型)，并對其實現技術進行了深入研究，研制了基于AMFB模型的產品數字化設計軟件平臺，并將研究

4、成果應用于解決典型工程問題中；綜合運用了耗散結構和熵變理論，提出了基于時空信息差和系統(tǒng)結構序的產品數字化系統(tǒng)演化特性定量研究方法，從系統(tǒng)科學的角度對產品數字化系統(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-體產品信息建模思想。該思想是根據產品模型信息的多層次需求，圍繞產品模型是信息載體的本質特點，旨在研究能夠滿足產品全生命周期設計信息集成的產品信息模型

5、構造方法，從而適應目前復雜產品全生命周期設計中具有流程動態(tài)多變、數據類型復雜、多學科參數耦合等特點的數字化設計環(huán)境。深入研究了滿足多層-體產品信息建模思想的“一元四體”產品信息模型(簡稱AMFB模型)及其構建方法。該模型通過建立具有層次關系的多“體”結構，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模型結構具有通用性，應用本文所提出的模型構造方法，可以構建面向領域的AMFB模型。上述產品信息建模理論的提

6、出為開展產品數字化系統(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，研究了產品信息模型的數據框架構造方法，使其具有適應動態(tài)多變的復雜產品設計多維信息集成環(huán)境的能力。分析確定了產品設計過程中多維信息的關聯(lián)關系，形成以獨立單元信息為概念體系的產品結構化信息表示理論與方法。并在此基礎上建立了由結構樹和信息樹組成的“動態(tài)同構樹”作為AMFB模型檢索體數據結構，構成了AMFB模型數據框架，該數據框架保證了

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

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

9、的方法。利用OpenCASCADE幾何造型平臺的內核資源，研究了與AMFB產品信息模型實現相關的關鍵技術?；贠CAF框架及XML技術實現了AMFB模型檢索體的動態(tài)同構樹數據結構，提出了AMFB模型檢索體的存儲方法及實現技術。在上述研究的基礎上，采用軟件工程的方法開發(fā)了具有自主知識產權的基于多層-體產品信息建模理論的原型系統(tǒng)--AMFSDI。
　　 (5)提出了以耗散結構及熵理論為依據的產品數字化系統(tǒng)演化特性定量研究方法，驗證了

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