产品设计过程建模
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设计全过程控制模型。该模型通过决策变迁信息库所中的决策信息,动 态 地 确 定 协 同 设 计 过 程 的 执 行
流 向 。 最 后 ,以 链 式 输 送 机 驱 动 机 构 的 协 同 设 计 建 模 实 例 验 证 了 该 方 法 的 有 效 性 。
关键词:机械产品;协同设计过程;动态建模;对象 Petri网;决策规则
· 1708 ·
结合,以克 服 基 本 Petri网 在 描 述 复 杂 系 统 建 模 时模型复杂、不可重用和抽象等问题。OPN 建模 的概 念 是 由 Lee等 提 [2] 出 的,并 应 用 于 实 时 系 统 的建模 过 程。Lakos[3]将 面 向 对 象 的 继 承、多 态 和动态绑定 等 机 制 与 Petri网 相 集 成,提 出 了 统 一的类层次结 构 表 示 的 模 型 描 述 方 法。Liu 等[4] 基于扩展对 象 Petri网,提 出 一 种 面 向 大 规 模 复 杂制造 系 统 的 建 模 方 法。Loures 等 针 [5] 对 柔 性 集 成 制 造 系 统 的 控 制 、监 测 与 维 护 框 架 建 模 问 题 , 基于对象 Petri网给出其框架模型。Xu等 采 [6] 用 对象 Petri网构建了 一 种 复 杂 无 人 水 下 控 制 器 系 统模型。Kuisak等 采 [7飊8] 用 有 限 图 的 方 法 描 述 协 同 设 计 的 过 程 ,把 设 计 过 程 表 示 为 设 计 活 动 网 络 , 并 指 出 设 计 过 程 具 有 迭 代 性 和 多 循 环 性 ,同 时 ,基
定义2暋 机械产品协同设计过程基本设计单 元网 DUN 由需求调研单元网、初步设计单元网、 方 案 设 计 单 元 网 、总 体 设 计 单 元 网 、零 部 件 设 计 单 元网和文 档 提 交 单 元 网 五 部 分 组 成。 其 中,任 一 元模型i均可采用基本对象 Petri网模型定义为
DUi = (TPi,ATi,Ii(P,T),Oi(P,T),IMi,OMi,Ci)
则的协同设计过程 OPN 模型的基础上,将 机 械 产 品 的 设 计 过 程 描 述 为 具 有 多 个 输 入 输 出 调 用 接 口 的
设 计 单 元 模 型 ,然 后 将 设 计 单 元 的 输 入 输 出 接 口 与 协 同 设 计 过 程 的 评 审 决 策 变 迁 绑 定 ,构 建 了 一 种 协 同
其中,TPi 为基本设计单 元 的 设 计 任 务 库 所;ATi 为基本设计 单 元 的 设 计 活 动 变 迁;Ii(P,T)为 设 计任 务 库 所 到 设 计 活 动 变 迁 的 输 入 映 射, Ii(P,T)=C(P)暳C(T)曻 N,对 应 着 从 P 到 T 的有色有限 弧,P =TPi 暼IMi,T =ATi;Oi(P, T)为 设 计 活 动 变 迁 到 设 计 任 务 库 所 的 输 出 映 射 , Oi(P,T)=C(P)暳C(T)曻 N,对应着从 T 到P 的有色有限 弧;IMi 为 单 元 网 输 入 信 息 库 所 的 有 限 集 合 ,在 机 械 产 品 协 同 设 计 过 程 中 ,输 入 信 息 库 所包含 上 一 设 计 单 元 的 输 入 信 息IM 、本 basic_in 设 计 单 元 的 错 误 返 回 信 息IMerror_in、后 续 设 计 单 元 的
通过对上述基 于 对 象 Petri网 的 建 模 研 究 的 分析可知,对象 Petri建 模 方 法,虽 然 对 表 示 复 杂 异 步 、并 发 过 程 建 模 是 有 效 可 行 的 ,但 其 控 制 结 构 仍然表现出刚性 的 特 点,无 法 适 应 不 确 定 性 动 态 系统的过程描述。笔者基于机械产品协同设计全 过程的结构执行 控 制 特 点,提 出 一 种 基 于 阶 段 评 审决策规则的协同 设 计 过 程 对 象 Petri网 建 模 方 法,将每个设计阶 段 定 义 为 基 本 设 计 单 元 对 象 子 网 ,通 过 引 入 解 决 冲 突 的 控 制/决 策 规 则 信 息 库 所 和决策变迁,构建 协 同 设 计 全 过 程 的 进 程 控 制 模 型。该模型可以 很 好 地 描 述 协 同 设 计 过 程 中,只 有在实际执行过程里才能决定执行流向的动态过 程控制问题,为协 同 设 计 过 程 的 优 化 与 决 策 分 析 提供模型基础。
中 图 分 类 号 :TP391暋 暋 暋 文 章 编 号 :1004—132X(2011)14—1708—07
DynamicModelingforMechanicalProductCollaborativeDesignProcessBasedonOPNandDecisionRules GuoYinzhang暋ZengJianchao
于 Petri网建立了机 械 系 统 和 电 气 系 统 设 计 过 程 模型。安毅生等 提 [9] 出 了 基 于 扩 展 对 象 Petri的 协同设计过程模 型,给 出 了 模 型 的 定 义 及 触 发 变 迁规 则。 宋 巍 等[10]提 出 了 一 种 基 于 时 间 约 束 Petri网的可 调 度 约 束 分 析 模 型。 庞 辉 等 基 [11] 于 时间约束 Petri网,提 出 了 一 种 工 作 流 网 模 型,并
(OM
OM OM , basic_out
, skip_out
,OM );C back_out
erroຫໍສະໝຸດ Baidu_out
i
为
任务库所、活动变迁、输入库所、输出库所的色彩集
合,表示了模型中不同层次的信息。
定义3暋 协同设计进程控制网 PCN 可用一 个五元组表示:
PCNi = (PP,PT,PF,PV,PE)
其 中,PP 表 示 进 程 控 制 网 库 所 的 集 合, PP =(PPbasic,PPrule),由基 本 任 务 库 所 PPbasic 和 决策规则库所PPrule 组成;PT 表示进程控制网变 迁 的 集 合 ,PT = (T ,T ,T , basic in_invoke out_invoke Tdecision),由普 通 变 迁 Tbasic、单 元 网 调 用 输 入 接 口 变 迁 T 、单 in_invoke 元 网 调 用 输 出 接 口 变 迁 Tout_invoke 和 决策变迁Tdecision 组成;PF 为进程控制网库所与 变 迁 的 输 入 输 出 有 限 弧 集 合,PF 灹 (PP 暳 PT)暼(PT 暳PP);FV 为 进 程 控 制 网 中 单 元 网 调用变迁 与 决 策 变 迁 之 间 弧 表 达 式 中 的 变 量 集
基于决策规则对象 Petri网的机械产品协同设计过程动态建模———郭银章暋曾建潮
对其 可 约 简 性 和 可 调 度 性 进 行 了 分 析。Jiang 等 提 [12] 出了一种基于扩展对 象 Petri网 的 可 变 结 构动态复 杂 产 品 系 统 的 建 模 方 法。 张 海 霖 等[13] 针对集装箱码头物流系统建模问题,在对象 Petri 网 中 引 入 了 决 策 规 则,提 出 了 一 种 基 于 规 则 的 OPN 建模方法。
中 国 机 械 工 程 第 22 卷 第 14 期 2011 年 7 月 下 半 月
基于决策规则对象 Petri网的机械产品
协同设计过程动态建模
郭银章暋曾建潮
太 原 科 技 大 学 ,太 原 ,030024
摘要:提出了一种基于决策规则的机械产品协同设计全过程 动 态 建 模 方 法。在 定 义 了 基 于 决 策 规
1暋基于决策规则 OPN 的协同设计过程模 型定义
暋暋定义1暋 基 于 规 则 的 协 同 设 计 过 程 OPN 模 型可用一个三元组表示:
R-OPN -CSCDPM = (DUN ,PCN ,M0)
其 中,DUN 为 协 同 设 计 过 程 基 本 设 计 单 元 网; PCN 为协同设 计 的 进 程 控 制 网;M0 表 示 网 的 初 始状态。
0暋 引 言
机械产品协同设计不同于在已知物理空间下 的传统产品设计,它 具 有 设 计 任 务 多 主 体 并 发 执 行和设计过程动态不确定的特点 。 [1] 传统产品 协 同设计中,每个设 计 单 元 完 成 产 品 设 计 总 目 标 的 一 部 分 ,上 一 设 计 单 元 结 束 后 ,根 据 设 计 任 务 当 时 的状态,通过审核 决 策 动 态 地 确 定 设 计 过 程 的 执 行 流 向 ,其 设 计 路 由 只 有 在 具 体 的 设 计 过 程 中 ,才 能动态确定。目 前 已 有 的 建 模 理 论 与 方 法,无 法 解 决 系 统 规 模 较 大 、执 行 过 程 复 杂 、执 行 流 程 具 有 动态不确定性的机械产品协同设计全过程的建模 问题。如何进行复杂机械产品协同设计全过程的 建模,已经成为实 现 协 同 设 计 过 程 控 制 与 管 理 的 核心问题之一。
不同应用领域的国内外学者针对产品协同设 计 过 程 建 模 进 行 了 研 究 ,提 出 了 不 同 的 建 模 方 法 。 面向对象的 Petri网(object-orientedPetrinets, OPN)建模方 法 将 面 向 对 象 技 术 与 Petri理 论 相
收 稿 日 期 :2010—09—10
反 馈 信 息 IM 、 back_in 本 设 计 单 元 的 跳 跃 信 息
IMskip_in 四 类 , 可 定 义 IM (DUi)= (IM , basic_in
IMskip_in,IM back_in,IMerror_in);OMi 为 元 模 型 的 输
出 信 息 库 所 集 合, 可 定 义 OM (DUi) =
Taiyuan UniversityofScienceandTechnology,Taiyuan,030024 Abstract:A dynamic modeling methodfor mechanicalproductcollaborativedesignprocess was proposedhereintosolvedynamic modelingproblem,wheredecisionruleinformationanddecision transition wereintroduced.Firstly,mechanicaldesignprocesswasdescribedas multi-design-unit modelbasedoncollaborativedesignprocessandmodelofOPN wasdenotedbasedondecisionrules. Thesemodelshaveinvokinginterfaceforinputandoutput.Thenthedesignunitinterfaceforinput andoutputwasbounddownjudgingdecisiontransitionsforcollaborativedesignprocessandacontrol netmodelofwholecollaborativedesignprocesswasbuilt.Thismodelcanconfirmtheimplementing flowofcollaborativedesignprocessindynamic mannerusingdecisioninformationstoredindecision transitioninformationdatabase.Finally,acollaborativedesignmodelingexampleofchain-transpor灢 tation-drivenequipmentwaspresented,whichshowsefficientofthismethod. Keywords:mechanicalproduct;collaborativedesignprocess;dynamic modeling;objectoriented Petrinet(OPN);decisionrule
流 向 。 最 后 ,以 链 式 输 送 机 驱 动 机 构 的 协 同 设 计 建 模 实 例 验 证 了 该 方 法 的 有 效 性 。
关键词:机械产品;协同设计过程;动态建模;对象 Petri网;决策规则
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结合,以克 服 基 本 Petri网 在 描 述 复 杂 系 统 建 模 时模型复杂、不可重用和抽象等问题。OPN 建模 的概 念 是 由 Lee等 提 [2] 出 的,并 应 用 于 实 时 系 统 的建模 过 程。Lakos[3]将 面 向 对 象 的 继 承、多 态 和动态绑定 等 机 制 与 Petri网 相 集 成,提 出 了 统 一的类层次结 构 表 示 的 模 型 描 述 方 法。Liu 等[4] 基于扩展对 象 Petri网,提 出 一 种 面 向 大 规 模 复 杂制造 系 统 的 建 模 方 法。Loures 等 针 [5] 对 柔 性 集 成 制 造 系 统 的 控 制 、监 测 与 维 护 框 架 建 模 问 题 , 基于对象 Petri网给出其框架模型。Xu等 采 [6] 用 对象 Petri网构建了 一 种 复 杂 无 人 水 下 控 制 器 系 统模型。Kuisak等 采 [7飊8] 用 有 限 图 的 方 法 描 述 协 同 设 计 的 过 程 ,把 设 计 过 程 表 示 为 设 计 活 动 网 络 , 并 指 出 设 计 过 程 具 有 迭 代 性 和 多 循 环 性 ,同 时 ,基
定义2暋 机械产品协同设计过程基本设计单 元网 DUN 由需求调研单元网、初步设计单元网、 方 案 设 计 单 元 网 、总 体 设 计 单 元 网 、零 部 件 设 计 单 元网和文 档 提 交 单 元 网 五 部 分 组 成。 其 中,任 一 元模型i均可采用基本对象 Petri网模型定义为
DUi = (TPi,ATi,Ii(P,T),Oi(P,T),IMi,OMi,Ci)
则的协同设计过程 OPN 模型的基础上,将 机 械 产 品 的 设 计 过 程 描 述 为 具 有 多 个 输 入 输 出 调 用 接 口 的
设 计 单 元 模 型 ,然 后 将 设 计 单 元 的 输 入 输 出 接 口 与 协 同 设 计 过 程 的 评 审 决 策 变 迁 绑 定 ,构 建 了 一 种 协 同
其中,TPi 为基本设计单 元 的 设 计 任 务 库 所;ATi 为基本设计 单 元 的 设 计 活 动 变 迁;Ii(P,T)为 设 计任 务 库 所 到 设 计 活 动 变 迁 的 输 入 映 射, Ii(P,T)=C(P)暳C(T)曻 N,对 应 着 从 P 到 T 的有色有限 弧,P =TPi 暼IMi,T =ATi;Oi(P, T)为 设 计 活 动 变 迁 到 设 计 任 务 库 所 的 输 出 映 射 , Oi(P,T)=C(P)暳C(T)曻 N,对应着从 T 到P 的有色有限 弧;IMi 为 单 元 网 输 入 信 息 库 所 的 有 限 集 合 ,在 机 械 产 品 协 同 设 计 过 程 中 ,输 入 信 息 库 所包含 上 一 设 计 单 元 的 输 入 信 息IM 、本 basic_in 设 计 单 元 的 错 误 返 回 信 息IMerror_in、后 续 设 计 单 元 的
通过对上述基 于 对 象 Petri网 的 建 模 研 究 的 分析可知,对象 Petri建 模 方 法,虽 然 对 表 示 复 杂 异 步 、并 发 过 程 建 模 是 有 效 可 行 的 ,但 其 控 制 结 构 仍然表现出刚性 的 特 点,无 法 适 应 不 确 定 性 动 态 系统的过程描述。笔者基于机械产品协同设计全 过程的结构执行 控 制 特 点,提 出 一 种 基 于 阶 段 评 审决策规则的协同 设 计 过 程 对 象 Petri网 建 模 方 法,将每个设计阶 段 定 义 为 基 本 设 计 单 元 对 象 子 网 ,通 过 引 入 解 决 冲 突 的 控 制/决 策 规 则 信 息 库 所 和决策变迁,构建 协 同 设 计 全 过 程 的 进 程 控 制 模 型。该模型可以 很 好 地 描 述 协 同 设 计 过 程 中,只 有在实际执行过程里才能决定执行流向的动态过 程控制问题,为协 同 设 计 过 程 的 优 化 与 决 策 分 析 提供模型基础。
中 图 分 类 号 :TP391暋 暋 暋 文 章 编 号 :1004—132X(2011)14—1708—07
DynamicModelingforMechanicalProductCollaborativeDesignProcessBasedonOPNandDecisionRules GuoYinzhang暋ZengJianchao
于 Petri网建立了机 械 系 统 和 电 气 系 统 设 计 过 程 模型。安毅生等 提 [9] 出 了 基 于 扩 展 对 象 Petri的 协同设计过程模 型,给 出 了 模 型 的 定 义 及 触 发 变 迁规 则。 宋 巍 等[10]提 出 了 一 种 基 于 时 间 约 束 Petri网的可 调 度 约 束 分 析 模 型。 庞 辉 等 基 [11] 于 时间约束 Petri网,提 出 了 一 种 工 作 流 网 模 型,并
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OM OM , basic_out
, skip_out
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i
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任务库所、活动变迁、输入库所、输出库所的色彩集
合,表示了模型中不同层次的信息。
定义3暋 协同设计进程控制网 PCN 可用一 个五元组表示:
PCNi = (PP,PT,PF,PV,PE)
其 中,PP 表 示 进 程 控 制 网 库 所 的 集 合, PP =(PPbasic,PPrule),由基 本 任 务 库 所 PPbasic 和 决策规则库所PPrule 组成;PT 表示进程控制网变 迁 的 集 合 ,PT = (T ,T ,T , basic in_invoke out_invoke Tdecision),由普 通 变 迁 Tbasic、单 元 网 调 用 输 入 接 口 变 迁 T 、单 in_invoke 元 网 调 用 输 出 接 口 变 迁 Tout_invoke 和 决策变迁Tdecision 组成;PF 为进程控制网库所与 变 迁 的 输 入 输 出 有 限 弧 集 合,PF 灹 (PP 暳 PT)暼(PT 暳PP);FV 为 进 程 控 制 网 中 单 元 网 调用变迁 与 决 策 变 迁 之 间 弧 表 达 式 中 的 变 量 集
基于决策规则对象 Petri网的机械产品协同设计过程动态建模———郭银章暋曾建潮
对其 可 约 简 性 和 可 调 度 性 进 行 了 分 析。Jiang 等 提 [12] 出了一种基于扩展对 象 Petri网 的 可 变 结 构动态复 杂 产 品 系 统 的 建 模 方 法。 张 海 霖 等[13] 针对集装箱码头物流系统建模问题,在对象 Petri 网 中 引 入 了 决 策 规 则,提 出 了 一 种 基 于 规 则 的 OPN 建模方法。
中 国 机 械 工 程 第 22 卷 第 14 期 2011 年 7 月 下 半 月
基于决策规则对象 Petri网的机械产品
协同设计过程动态建模
郭银章暋曾建潮
太 原 科 技 大 学 ,太 原 ,030024
摘要:提出了一种基于决策规则的机械产品协同设计全过程 动 态 建 模 方 法。在 定 义 了 基 于 决 策 规
1暋基于决策规则 OPN 的协同设计过程模 型定义
暋暋定义1暋 基 于 规 则 的 协 同 设 计 过 程 OPN 模 型可用一个三元组表示:
R-OPN -CSCDPM = (DUN ,PCN ,M0)
其 中,DUN 为 协 同 设 计 过 程 基 本 设 计 单 元 网; PCN 为协同设 计 的 进 程 控 制 网;M0 表 示 网 的 初 始状态。
0暋 引 言
机械产品协同设计不同于在已知物理空间下 的传统产品设计,它 具 有 设 计 任 务 多 主 体 并 发 执 行和设计过程动态不确定的特点 。 [1] 传统产品 协 同设计中,每个设 计 单 元 完 成 产 品 设 计 总 目 标 的 一 部 分 ,上 一 设 计 单 元 结 束 后 ,根 据 设 计 任 务 当 时 的状态,通过审核 决 策 动 态 地 确 定 设 计 过 程 的 执 行 流 向 ,其 设 计 路 由 只 有 在 具 体 的 设 计 过 程 中 ,才 能动态确定。目 前 已 有 的 建 模 理 论 与 方 法,无 法 解 决 系 统 规 模 较 大 、执 行 过 程 复 杂 、执 行 流 程 具 有 动态不确定性的机械产品协同设计全过程的建模 问题。如何进行复杂机械产品协同设计全过程的 建模,已经成为实 现 协 同 设 计 过 程 控 制 与 管 理 的 核心问题之一。
不同应用领域的国内外学者针对产品协同设 计 过 程 建 模 进 行 了 研 究 ,提 出 了 不 同 的 建 模 方 法 。 面向对象的 Petri网(object-orientedPetrinets, OPN)建模方 法 将 面 向 对 象 技 术 与 Petri理 论 相
收 稿 日 期 :2010—09—10
反 馈 信 息 IM 、 back_in 本 设 计 单 元 的 跳 跃 信 息
IMskip_in 四 类 , 可 定 义 IM (DUi)= (IM , basic_in
IMskip_in,IM back_in,IMerror_in);OMi 为 元 模 型 的 输
出 信 息 库 所 集 合, 可 定 义 OM (DUi) =
Taiyuan UniversityofScienceandTechnology,Taiyuan,030024 Abstract:A dynamic modeling methodfor mechanicalproductcollaborativedesignprocess was proposedhereintosolvedynamic modelingproblem,wheredecisionruleinformationanddecision transition wereintroduced.Firstly,mechanicaldesignprocesswasdescribedas multi-design-unit modelbasedoncollaborativedesignprocessandmodelofOPN wasdenotedbasedondecisionrules. Thesemodelshaveinvokinginterfaceforinputandoutput.Thenthedesignunitinterfaceforinput andoutputwasbounddownjudgingdecisiontransitionsforcollaborativedesignprocessandacontrol netmodelofwholecollaborativedesignprocesswasbuilt.Thismodelcanconfirmtheimplementing flowofcollaborativedesignprocessindynamic mannerusingdecisioninformationstoredindecision transitioninformationdatabase.Finally,acollaborativedesignmodelingexampleofchain-transpor灢 tation-drivenequipmentwaspresented,whichshowsefficientofthismethod. Keywords:mechanicalproduct;collaborativedesignprocess;dynamic modeling;objectoriented Petrinet(OPN);decisionrule