东南大学计算机汪云博士,基于多设计资源聚合方式的复杂产品集成设计服务平台关键技术研究...

基于多设计资源聚合方式的复杂产品集成设计服务平台关键技术研究

【摘要】：为了解决复杂产品设计过程中资源共享率低、可扩展性差、智能化水平低和设计对象局限性大等问题，本论文提出了面向知识类设计资源的模块化聚合和面向实体类设计资源的单元化聚合这两种设计资源聚合方式，实现了各类设计资源的合理聚合和高效重用，以导弹产品为应用背景设计了基于多设计资源聚合方式的导弹产品集成设计服务平台(MIDSP-MAMDR)的体系架构，并对平台实现的关键技术进行了研究。

首先，从资源虚拟化的角度出发，对导弹产品分布式集成设计环境下的设计资源类型、设计资源、设计能力和设计能力系数等概念进行了定义和建模。从设计活动和设计行为的角度，提出了由静态能力属性、专业能力属性和动态能力属性构成的通用设计能力模型。针对设计能力模型中的动态能力属性，提出了基于设计能力系数(DAC)的动态能力属性评估方法。该方法可以根据设计人员参与同类设计任务次数的变更动态更新动态能力属性值，为实体类设计资源的聚合和合理分配提供设计能力量化依据。此外，详述了设计资源的虚拟化接入方式和调用方式，为设计资源的组织、聚合和调度提供了设计资源虚拟化方法支撑。

其次，对设计资源聚合进行了详细的分析，给出了设计资源聚合体等概念的定义，并且推导和证明了资源聚合体的可拆分性和可组合性，建立了设计资源聚合的理论基础。为了实现设计资源的大范围共享、设计知识的合理重用和设计资源的设计能力高效率利用，本文提出了两种设计资源聚合方法。第一种，面向知识类设计资源的模块化聚合方法，通过基于WCF(Windows Communication Foundation)的服务化封装方式对知识类设计资源进行模型化封装，并根据功能需求对知识类设计资源模型进行输入输出关联、接口通讯和文件交互来构建模块化的设计模块。第二种，面向实体类设计资源的单元化聚合方法，通过建立面向各类设计活动的分布式虚拟设计单元(VDU)对具有不同设计能力的设计人员、计算设备、仿真设备和软硬件等实体类设计资源进行合理的单元化聚合，然后利用设计任务调度算法将各类复杂人机交互设计任务合理的分配给各个VDU，从而最大程度发挥实体类设计资源的设计能力。两种设计资源聚合方法为导弹产品设计过程中的设计任务分配与调度提供了多种任务执行主体选择方案。

第三，对设计流程的关键要素进行了详细的分析和定义，推导和证明了设计流程的可拆分性和可组合性。为了满足导弹产品的多样化设计需求和适应设计资源的多种聚合方式，本文提出了面向多任务执行方式的导弹产品设计流程本体模型。该模型以导弹产品设计流程应具备可组合性和可拆分性为建模原则，对设计流程中的设计对象、设计子流程成员、子流程成员关联关系、设计任务、流程输入、流程输出和流程控制命令等进行了描述。在设计流程本体模型的基础上，给出了基于Xml的设计流程制定过程，并阐述了导弹产品设计过程中的设计流程协同与管理框架。为了实现复杂人机交互设计任务的合理调度，提出了基于蚁群算法(ACO)和遗传算法(GA)的混合设计任务调度方法，满足了多任务/多执行单元调度问题的低成本、高效率的调度需求，并通过设计任务调度实例证明了该方法的可行性。

第四，从导弹产品全生命周期的角度出发，对导弹产品的设计过程进行了详细的分析，总结了导弹产品的典型协同设计模式和导弹总体集成设计模式。以设计资源的大范围共享、合理聚合和高效重用为目的，提出了基于多设计资源聚合方式的导弹集成设计服务平台体系架构，为后续的设计资源共享、聚合、重用和调度提供了架构支持。结合典型导弹产品的多层次、多粒度的设计数据集成需求，设计了面向导弹产品的集成设计数据模型和数据库，为实现导弹产品概念设计过程、详细设计过程和仿真验证过程提供了数据支持。

最后，为了验证MIDSP-MAMDR的可行性，本文搭建了一个原型系统，验证了相关的系统架构、导弹产品数据模型、设计资源虚拟化、设计资源聚合方法、设计流程模型、设计任务调度方法和设计过程信息可视化方案等关键技术的可行性。通过搭建的原型系统功能展示，初步验证了MIDSP-MAMDR架构的可行性。