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《太原科技大学》 2011年
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机械产品协同设计过程的建模、控制与管理研究

郭银章  
【摘要】:随着经济全球化进程的进一步推进,作为我国国民经济重要支柱产业的机械制造业,将面临更加激烈的市场竞争。机械制造业竞争的核心在于机械产品的设计能力。目前,我国虽然已经成为全球制造大国,但远不是制造强国。究其原因主要是机械制造企业生产的产品缺乏创新设计能力、缺少自主知识产权、市场竞争能力较低。建立一种适应用户与市场需求的、具有快速响应机制的网络化产品设计模式将是当前机械制造业所面临的最紧迫的任务之一,是制造企业摆脱困境、赢得市场和掌握竞争主动权的关键。 机械产品协同设计是一种基于分布设计资源共享、采用现代设计理论进行产品设计的先进设计模式。它是指多学科群组人员,在分布式网络环境下,针对某一复杂机械产品的设计目标,通过远程设计资源共享,相互协作、互相协同地完成设计目标的过程。机械产品协同设计过程具有设计任务并发多主体性和设计过程动态不确定性的特点。如何有效地对机械产品的协同设计过程进行动态建模、控制和管理,已经成为协同设计研究的核心问题之一。本文主要针对机械产品协同设计过程建模、控制与管理问题进行研究,其主要工作和创新点如下: (1)在机械产品协同设计过程动态建模与决策控制问题的研究方面,针对机械产品协同设计过程的群体协作性、动态分布性、并发执行性和共享协同性的特点,在分析了机械产品设计业务流程的基础上,通过引入决策信息库所和决策变迁,将面向对象Petri网建模理论进行扩展,提出一种基于元模型调用的机械产品协同设计过程动态模型。给出了基本设计单元的元模型和设计过程控制网模型的形式化描述。通过元模型调用输入输出接口与过程控制网模型的决策变迁绑定,动态地描述机械产品的协同设计过程。同时,就机械产品协同设计过程的决策控制问题,采用模糊Petri网的模糊推理规则,提出一种基于模糊推理规则的机械产品协同设计过程控制决策策略与算法。最后对所建模型的性能进行了分析。 (2)在机械产品协同设计过程时间约束推理与一致性分析问题的研究方面,针对协同设计过程所具有的时间约束关系和时间计算推理问题,通过引入时间约束Petri网与线性逻辑表达理论,提出一种适用于机械产品协同设计过程时间约束的TCPN模型。给出了时间约束关系的描述方法、时间约束控制结构以及时间约束运算关系。针对不同控制结构的时间约束类型,给出其时间约束触发规则与推理机制。 (3)在机械产品协同设计过程资源约束可调度性问题的研究方面,针对产品协同设计过程中设计资源的有限性和设计活动的并发性所引起的资源约束冲突问题,基于时间约束Petri网理论,将设计资源约束冲突问题转化为用户占有资源的时间约束可调度性问题,提出一种基于TCPN的协同设计过程资源约束模型。通过对非同步设计活动变迁的弱可调度、同步设计活动变迁的强可调度的研究,给出产品协同设计过程资源约束的可调度性规则及算法。 (4)在机械产品协同设计方案模糊综合评价与决策问题的研究方面,针对基本设计单元初始方案与设计过程总体方案的综合评价与决策问题,提出一种适用于协同设计过程的多目标、多层次模糊综合评价模型及其算法。对于初始方案的评价层次,采用以设计目标关键因素为主导的评价策略,通过求解各初始方案评分值与评价指标的隶属度向量矩阵进行评价。对于总体方案的评价层次,采用多目标因素综合加权处理策略,基于广义明可夫斯基距离算法,通过求解评审专家评分值与评价级别的隶属度向量矩阵进行评价。 (5)在机械产品协同设计过程管理系统动态访问控制问题的研究方面,针对具有周期时间约束、访问次数限制和设计过程动态变化特点的协同设计过程访问控制问题,基于RBAC模型和TBAC模型的扩展与融合,提出了一种适应于协同设计过程管理系统的动态访问控制模型CSCD-TRBAC。通过设计任务的状态迁移和约束依赖关系,来控制访问授权状态的变化和权限的约束。同时,通过设定权限激活周期时间约束和权限访问次数约束,来解决权限访问时间限制和事务完整性约束问题。最后给出了基于任务的权限分配策略和权限激活机制。 (6)综合以上理论研究,以变速器产品协同设计过程管理为例,在详细分析了变速器的功能结构、工作原理及设计过程模型的基础上,对整个系统的项目任务管理、设计资源管理、产品数据管理、设计过程建模分析和访问控制管理等五个子系统进行了详细设计。建立了系统的数据库概念模型和物理模型。给出了系统的详细设计方案。
【学位授予单位】:太原科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TH122

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