A task-oriented modular and agent-based collaborative design mechanism for distributed product development

The rapid expansion of enterprises makes product collaborative design （PCD） a critical issue under the distributed heterogeneous environment, but as the collaborative task of large-scale network becomes more complicated, neither unified task decomposition and allocation methodology nor Agent-based network management platform can satisfy the increasing demands. In this paper, to meet requirements of PCD for distributed product development, a collaborative design mechanism based on the thought of modularity and the Agent technology is presented. First, the top-down 4-tier process model based on task-oriented modular and Agent is constructed for PCD after analyzing the mapping relationships between requirements and functions in the collaborative design. Second, on basis of sub-task decomposition for PCD based on a mixed method, the mathematic model of task-oriented modular based on multi-objective optimization is established to maximize the module cohesion degree and minimize the module coupling degree, while considering the module executable degree as a restriction. The mathematic model is optimized and simulated by the modified PSO, and the decomposed modules are obtained. Finally, the Agent structure model for collaborative design is put forward, and the optimism matching Agents are selected by using similarity algorithm to implement different task-modules by the integrated reasoning and decision-making mechanism with the behavioral model of collaborative design Agents. With the results of experimental studies for automobile collaborative design, the feasibility and efficiency of this methodology of task-oriented modular and Agent-based collaborative design in the distributed heterogeneous environment are verified. On this basis, an integrative automobile collaborative R＆D platform is developed. This research provides an effective platform for automobile manufacturing enterprises to achieve PCD, and helps to promote product numeralization collaborative R＆D and management development.     

A design representation scheme for collaborative product development

Design is an integral component of product development, which includes manufacturing. In order to avoid costly reworks and delays, and to reduce the lead-time in product development, effective communication of design concepts among the various stakeholders such as customers, designers and engineers is of utmost importance. In this respect, functional representations provide a methodology, which can be used to describe a design or product effectively. However, function is not the only type of information that needs to be communicated among the various stakeholders during a design process. Other types of information such as design specifications and constraints, which are non-functional, also need to be taken into account. This non-functional information cannot be adequately expressed using existing functional representations. Accordingly, in this work, a novel purpose-behaviour-structure (PBS) representation scheme to capture vital design knowledge for collaborative product development is proposed. The proposed PBS representation scheme can be used by designers working in a collaborative environment for product development. A case study on the design of a vacuum cleaner is used to illustrate the functionality of the PBS representation scheme. The details of the representation scheme are presented in this paper.     

分布式协同设计内容摘录签名方案

为了保证分布式协同设计系统中信息交换的基本安全需求,基于椭圆曲线Gap-Diffie-Hellman问题,提出了一个分布式协同设计内容摘录方案.该方案可以从设计者签名认证过的设计文档中摘录出指定部分,并可被任何第三方验证摘录的部分是由原始设计者签名认证过的,同时隐藏文档中没有被摘录的部分.该功能可以满足一种新的安全需求,即在不出示完整文档的情况下认证文档中的部分内容,解决协同信息的共享性、协同性、开放性与机密性、真实性、完整性和不可否认性等安全要求之间的矛盾.     

异地协同设计的组织模式

鉴于目前我国企业特别是中小企业的现状和高新技术的迅猛发展，研究适合中国国情的异地协同设计模式具有极强的现实意义。虚拟设计中心克服了空间和时间的局限性，具有系统优化组合和有效协调的优越性。产品异地协同设计可以以虚拟设计中心为核心，由不同领域的工作小组共同参与完成，极大提高了设计水平和生产效率。     

MBD支持的产品协同设计及协同信息表达

协同信息在LCPT成员之间的记录、交流是产品协同设计过程控制中的一个难题,MBD技术为解决此难题提供了新的思路。首先阐述了MBD(Model Based Definition,基于模型的定义)技术是用集成的三维实体模型来完整表达产品几何与非几何制造信息的内涵,分析了MBD驱动下的产品协同设计工作方法,明确了MBD技术条件下的产品协同设计流程。同时,分析归纳了产品协同设计过程中的各类协同信息,指出了基于MBD模型的协同信息定义模式。最后,详细描述了各类产品协同设计信息在MBD模型中通过属性与标注的具体表达方法,为实现产品协同设计提供了完整的技术解决方案。     

A remote CAE collaborative design system for complex product based on design resource unit

Globally distributed design, analysis, manufacturing, and marketing facilities take competitive advantages of technology, natural resources, and human resources around the world. While large-scale finite element analysis of complex product needs a wider support from external computer-aided engineering (CAE) resources. Based on the typology of design decomposition, this paper first presents the approach of design resource unit (DRU). In the networked distributed collaborative development environment, those distributed, replaceable, and reusable DRUs can dynamically form the temporary exertion federation environment when receiving a DRU requestor. A remote CAE collaborative design system architecture is then proposed, in which CAE is recognized as an exertion and the method of exertion-oriented programming is applied. Derived from the approach of architecture-based component composition (ABC), the DRU design agent is developed. The DRU design agent has two important features: one is to know how to find other agents, another is robustness. Both of the two features can eliminate the communication overheads of the DRU design agent. The CAE-DRUs will be applied to a number of real products including railway bogie, automobile parts, etc. The applications demonstrate that the ABC-based CAE-DRUs are practical and ubiquitous for networked product development.     

分布式协同设计中任务指派模型的研究

针对传统的任务指派模型没有考虑协同设计分布式特点的不足,提出了一种针对分布式协同设计的任务指派模型.该模型考虑了人员的工作能力、人员的协同能力和任务对人员的影响三个因素,其中人员工作能力考虑了人员的能力等级,协同能力则从人员参与协同活动的次数和成功率角度考虑人员与他人的合作能力,任务对人员的影响主要考虑任务能否促进人员专业能力的增长.最后通过一个算例进行了验证,表明该模型对于分布式协同设计的任务指派是有效的.     

面向服务的分布式工作流执行站点优化

针对现有模型分割方法在工作流执行效率、成本和可靠性等方面存在的不足,提出一种基于组织和资源服务约束的分布式工作流执行站点优化方法.通过扩展现有服务工作流网,增加协同组织服务、资源服务和角色三要素,以组合服务质量最优为目标,从全局和局部两个方面分别获得各局部流程最佳执行站点.最后,通过一个应用实例,验证了该方法的可用性,并对两种方法进行了对比.     

基于网络协同的产品概念设计系统研究

针对新产品开发中最重要的、最具创新能力的设计阶段——产品概念设计阶段，提出了基于网络协同的产品概念设计系统的理论、方法和实现技术。     

产品协同设计质量控制模型研究

针对协同设计过程中的质量控制问题，建立了面向协同设计质量控制与保证的以产品开发任务为核心的层次化、协同化组织模型；提出了基于里程碑和过程同步点监控相结合的协调式质量控制过程方法与模型；阐释了协同设计质量信息的内容与特点，建立了质量数据管理模型。基于上述理论模型与方法，构建了支持协同设计质量控制软件系统的功能模型，为支持协同设计质量控制系统的开发提供了解决方案。     

协同设计过程中产品模型协同批注的研究

面向分布式异构环境下的协同设计,分析协同设计过程中产品模型的协同批注流程,提出一套基于Web的产品模型异步协同批注解决方案,建立了异步协同批注系统的功能模型,并对该系统进行具体实现.通过共享模型技术,解决由不同三维设计建模系统所引起的批注过程中的异构问题,为分布式异构环境下协同设计的实现提供保障.     

基于云服务的复杂产品协同设计方法

围绕复杂产品设计过程中设计者之间的分布协同以及信息、资源共享和知识重用等问题,提出了一种基于云服务的复杂产品协同设计方法.该方法以云服务中间件技术为主体,通过云服务中构建的领域本体和知识库所包含的语义来描述复杂产品设计过程中的信息、资源和知识,进而提出一种结合事件驱动服务模型和语义服务逻辑图的服务组合方法.在事件驱动下完成任务分解、服务发布等操作,利用语义服务逻辑图表达服务之间的逻辑和时序关系,接着进行服务组合并执行组合服务以完成复杂产品设计任务.以某型航空器总体设计为例验证了该方法的有效件和正确性.     

分布环境下面向装配的产品协同设计集成平台

为提高异地设计时产品的可装配性设计质量,提出了分布环境下面向装配的产品协同设计方法,从零件设计、产品结构预装配和产品过程预装配3个方面论述了可装配性设计内容,建立并实现了支持网络环境下面向装配的产品协同设计集成平台,详细描述了平台的功能模块,并通过涡轮膨胀机实例说明了异地人员间利用该平台实施面向装配的协同设计过程。     

人机协同的交互进化产品概念设计方法研究

为解决当前进化算法尚难完全模拟人类智能进行产品概念设计这一问题,提出了一种结合人机智能的交互协同进化方法,进行产品概念设计.利用面向对象与数据库两种技术,实现了产品设计的柔性建模,并借助交互可视化技术,使设计师通过对变量、约束、进化策略与目标权值的动态调整,在建模、搜索与评价的设计全过程实现人机协同的交互进化.最后,利用遗传算法与基于实例的推理技术,开发了人机协同的交互进化产品概念设计系统,并将其应用于注塑模结构优化设计,实例验证了该方法的有效性.     

机械产品协同设计系统的开发与应用

通过对智能体应用模型的研究，结合齿轮设计智能体的具体开发论述了智能体的构建方式。并从产品设计智能化和自动化的角度提出了基于智能体技术研制产品设计系统的思想，分析了智能体间协同和通讯的关键技术，以及业务流程分阶段控制的结构化建模方法，建立了电控阀门产品协同设计系统的应用实例，从而实现了新产品开发任务的分布式协同求解。     

产品成熟度管理策略在协同设计中的研究与应用

为了确保产品在协同设计过程中信息的有效性和可控制性,提高产品开发效率及缩短研发周期,提出了一种面向协同设计的产品成熟度管理策略.首先,基于产品生命周期管理(PLM)理论探讨了产品成熟度的概念和适用性,给出了基于协同产品开发的产品成熟度定义;其次,在对产品成熟度分级定义的基础上,建立了面向协同设计的产品成熟度管理模型.最后,把成熟度管理策略融入到产品协同研发平台中,验证了该方法的有效性和可执行性.     

基于STEP的模具产品远程协同设计系统研究

当今市场竞争的加剧以及现代制造技术的迅速发展,对企业间异地实时协同工作能力提出了更高的要求.针对模具行业特点,设计了一种基于STEP的模具产品远程协同设计系统,即直接基于EXPRESS语言和STEP应用协议,在本地和网上传递产品模型的全息信息,实现了异构系统的深度集成.根据此方法,以某汽车零配件模具设计和制造企业为具体应用对象,建立了业务协作平台,开发了远程协同设计系统,在企业运行效果良好.     

故障树与案例推理在数控机床故障诊断专家系统中的应用研究

本文根据数控机床的特点及故障诊断过程中存在的问题,应用故障树与案例推理的方法对其故障诊断进行了深入的研究,并针对其各自的局限性探讨了基于故障树与案例推理融合的诊断方法在专家系统中的应用.首先,简述了结合故障树与案例推理的专家系统的特点与诊断过程,并给出了专家系统的框架模型;其次,通过对故障树建立、转化及故障案例特征的提取探讨了其在专家系统中的知识表示;然后,探讨了规则与案例相结合的推理机制在故障诊断过程中的实现;最后,以JSP为编程语言开发了数控镗铣床的原型系统并结合实例验证了方法的有效性.     

支持航空发动机设计复杂产品协同仿真系统的研究

支持多领域协同技术是当前复杂产品设计分析中的一个研究热点.以航空发动机为对象研究了复杂产品协同仿真系统的组成、体系结构并对该体系结构中的各层次进行了说明.同时给出了支持航空发动机设计的复杂产品协同仿真的原型系统.初步实践证明该系统能够满足航空发动机设计中的多领域协同仿真问题.     

网络化协同产品开发资源集成服务机制研究

针对网络化协同产品开发资源的特点和集成需求,提出了一种能促进资源快速共享和高效利用的基于资源池模型的网络化协同产品开发资源集成服务框架,并探讨了其中基于Web本体语占的网络化协同产品开发资源描述机制,以及基于扩展的统一描述、发现和集成协议的网络化协同产品开发资源集成服务机制;研究了采用双层过滤机制的语法级与语义级相结合的三层搜索匹配算法等关键技术.最后,通过一个典型应用实例,验证了以上模型及方法的实用性和有效性.